WO2022043062A1 - Read-out device for reading out information stored holographically, method for reading out information stored holographically, and read-out system for reading out information stored holographically - Google Patents

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light beam
hologram
fourier
delimiting
fourier hologram
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PCT/EP2021/072406
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Kay Schulte-Wieking
Stefan BORGSMÜLLER
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Scribos Gmbh
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Definitions

  • Reading device for reading out holographically stored information for reading out holographically stored information
  • method for reading out holographically stored information for reading out holographically stored information
  • the invention relates to a readout device for reading out holographically stored information, a method for reading out holographically stored information, and a readout system for reading out holographically stored information.
  • Holographically stored information is used in a large number of applications. Holographic information is often used in areas to prevent and detect counterfeiting of high-priced goods or banknotes. However, there are also applications in which consumer goods are provided with holographically stored information. In order to enable the holographically stored information to be read out, for example to determine the authenticity of a bank note, product or consumer good, special reading devices are required. This reading device reconstructs the holographically stored information. For example, security elements such as adhesive labels that include an optical security feature in the form of a hologram are also read by reading devices.
  • the information read out is usually a sequence of numbers or letters or combinations thereof.
  • the information can also be a bar code or a two-dimensional code, with holographic structures being introduced into a suitable carrier using a suitable manufacturing process, which then form the hologram.
  • the above information is particularly suitable for machine processing.
  • Information stored in holograms is typically read out by machine by illuminating the hologram with coherent, monochromatic light. The light is diffracted at the structures of the hologram and a holographic reconstruction is generated in the form of a wave field. This wave field then usually hits an optical detector and is detected by it.
  • Reading devices for reading holographically stored information are known from the prior art.
  • the goal when storing information is to be able to read out this information under all application-specific circumstances that occur.
  • a reading system should be designed in such a way that the information can always be read reliably and correctly under all typically occurring circumstances, or at least with the highest possible recognition rate. Mistakes should be avoided.
  • External influences can adversely affect the readout, so that the stored information cannot always be reliably read out with the readout devices known from the prior art.
  • External influences can be local disturbances in individual areas of the hologram or caused by deformations of the hologram or its carrier.
  • holography offers an additional advantage: local disturbances caused by fingerprints, in particular fingerprints of papillary lines, scratches, small amounts of dirt, dust particles, etc. typically have small local dimensions.
  • the hologram is illuminated by a reading device for reading out the holographically stored information with a light beam which - compared to the local extent of the local disturbances - has a significantly larger diameter, the light is diffracted at the points of the hologram that are not disturbed, and the light is reflected or diffracted or scattered or absorbed or otherwise deflected in undesired directions at the locations affected by interference. If all of the light that leaves the hologram is directed onto a detector, then, after an optical Fourier transformation, the result is a reconstruction of the hologram despite the local disturbances in the hologram. Under these conditions, however, the reconstruction of the hologram has a greatly reduced signal/noise ratio.
  • the useful information contained in the holographic reconstruction is typically stored in a way encoded by an error correction algorithm, so that when the holographic reconstruction is decoded a reduced signal-to-noise ratio may result in individual errors, but these can be corrected by the error correction algorithm . In such cases, the useful information can be successfully read out.
  • the hologram is illuminated by a reading device for reading out the holographically stored information with a light beam which - compared to the local extent of the local disturbances - is of the same order of magnitude, if the hologram is only illuminated on a small area, or is even smaller, then the light beam statistically hits an undisturbed area of the hologram in many cases. In such a case, a holographic reconstruction with a high, ie very good, signal-to-noise ratio is produced on the detector, and the information can be read out without errors.
  • the hologram represents an optical element, whereby the geometric shape of the hologram also influences the course of the light from the light source, via the hologram to the formation of the holographic reconstruction on the detector.
  • the diffractive, holographic structures of the hologram are designed in such a way that the desired diffractive effect of the hologram occurs when the hologram is flat and even, the holographically stored information can no longer be read in many cases when the hologram is at the time of reading has a different geometric shape.
  • Other geometric shapes, ie deformations are caused, for example, by bending or bulging or any other deformation of the hologram.
  • a deviation in the shape of the hologram at the time of reading in relation to the shape for which the hologram was produced has a negative effect on the quality of the holographic reconstruction on the detector.
  • the hologram is manufactured in such a way that the readout works best when the hologram is flat and planar at the time of readout. If it is then deformed at the time of reading, holograms can usually only be read with errors or not at all by reading devices. This is very disadvantageous and limits the possible uses of holograms. This applies in particular to Fourier holograms.
  • the reason for the sensitivity of Fourier holograms with regard to deformations such as bending, bulging or all other deformations of the hologram is that the optical Fourier transformation required for the reconstruction of the hologram has the property of light rays depending on their angle of incidence in an optical active element different locations, for example on a detector. If a Fourier hologram is deformed, no holographic reconstruction with sharp contours or even no holographic reconstruction at all is produced, as a result of which the information stored in the Fourier hologram can only be recovered with great effort or not at all. Even minor deformations, in particular slight curvatures of a Fourier hologram or unevenness in the surface of the hologram, mean that a Fourier hologram can no longer be read.
  • the holographic carrier can be applied to dimensionally stable materials in order to prevent such a deformation of a Fourier hologram after the information has been introduced into a carrier, but this does not guarantee that the Fourier hologram will not later be damaged by external influences, e.g. B. mechanically or thermally deformed. This is very disadvantageous and limits the possible uses of Fourier holograms.
  • the publication EP 2 463 645 A1 describes a reading system that uses a reading beam with a very small diameter of only 0.4 mm to 0.8 mm.
  • the publication EP 2 463 645 A1 also describes that due to local disturbances occurring in areas of the hologram, a second reading beam and a second detector are used, and the hologram is illuminated in chronological succession at two different locations in order to increase the probability of a correct reading result .
  • the reading system described is suitable for achieving a correct reading result in the event of any curvatures, but due to the small area of the hologram that is illuminated, it requires a second reading beam, since in some cases local interference lateral out expansions in the same order of magnitude as the illuminated area of the hologram, and reading out the stored information would therefore fail.
  • This solution is disadvantageous as it is very complex and expensive since two reading beams are required.
  • the publication DE 10 2006 012 991 A1 describes a method and a device for optically reading out information from an information carrier by means of a card swipe system.
  • Information elements in the form of holographic diffraction structures are stored on an information carrier.
  • the information carrier according to the invention can be read out by means of a manual run through a reading device.
  • a disadvantage of the device and the method described is that the information carrier on which the information is stored must be flat in order to be able to read out the information.
  • the invention is therefore based on the object of providing a readout device and a method with which information stored in a Fourier hologram can be read out. It should be possible to read out both when a Fourier hologram is deformed after a manufacturing process, z. B. is curved or has a different type of deformation as well as when a Fourier hologram has local disturbances.
  • the object of the present invention is achieved by the readout device according to claim 1.
  • the object of the invention by the method according to claim Friedrich! Reference source not found. solved.
  • the object of the invention is achieved by a readout system according to claim error! Reference source could not be found, solved.
  • the invention is based on the knowledge that information can still be read from a Fourier hologram even if this has local disturbances.
  • local disturbances are to be understood as optical influences caused by fingerprints, in particular impressions of the papillary lines, scratches, small dirt particles, dust particles, paint particles, adhesive particles or the like.
  • a local disturbance should be understood to mean an impairment of the hologram that affects a part of the hologram to the extent that the hologram can no longer be reliably read at this point.
  • two-dimensional graphic images such as e.g. B. barcodes or photos
  • the property that the stored information is known to be stored distributed over the entire surface of a hologram.
  • the invention is based, among other things, on the finding that it is disadvantageous if the extent of the light beam with which the hologram is illuminated is small, and this is, for example, of the same order of magnitude as the local extent of the local disturbances, or even smaller .
  • a holographic reconstruction with a small, ie very poor, signal-to-noise ratio is then produced on the detector. It would then not be possible to read out the information.
  • the reading device according to the invention therefore provides for illuminating a partial area, preferably illuminating the entire Fourier hologram. This can improve the signal-to-noise ratio. Local disturbances are then less important.
  • the invention provides that the delimiting element along the Beam path propagating light beam limited by the boundary surface.
  • the cross-sectional area of the light beam reflected and diffracted by the hologram is thus limited.
  • the invention is based on the further knowledge that in the reading device according to the invention, the reading out of deformed or disturbed Fourier holograms can be improved by limiting the beam path using a limiting element.
  • the proportion of the diffracted light beams that are Fourier-transformed is limited, i.e. fewer light beams are used to generate the holographic reconstruction, by designing the transmission surface of the limiting element to be smaller in terms of area than the illumination surface . Because although the light intensity with which the holographic reconstruction is generated on the detector is reduced, the signal-to-noise ratio of the reconstruction on the Fourier hologram improves as a result of the limitation.
  • the optical active element By limiting the light beams, it is achieved in the present reading device that only a few light beams, which are deflected at a similar angle by a deformed Fourier hologram, hit the optical active element and are Fourier transformed by it. Since the optical Fourier transformation has the property that angles of incidence in an optical active element result in a local displacement, the limiting element ensures that the reconstructions of the Fourier hologram superimposed on the detector have a small spatial offset relative to one another.
  • the deflected light beams which are imaged at different locations on a detector by the optical Fourier transformation, would result in a large number of reconstructions being superimposed, which are all arranged in a spatially offset manner in relation to one another. This would only produce a random light pattern on the detector, but not a reconstruction of the hologram. In a figurative sense, the image would then be blurred. However, if a large number of the light beams are filtered out by the limiting element or better blocked or absorbed, it becomes possible to read out the information stored in a deformed Fourier hologram, since the contour sharpness of the reconstruction of the hologram produced on a detector is improved. The signal-to-noise ratio of the reconstruction is improved, i.e.
  • the light rays that are not intercepted by the delimitation element but pass through the transmission surface of the delimitation element still contain all the information necessary to recover the information stored in the hologram. This is due to the property of the Fourier hologram, which has already been described and is known to those skilled in the art, that the information stored in the hologram is stored in a spatially distributed manner over the entire hologram. As a result, useful information, which is part of the information stored in the hologram and is encompassed by it, can also be recovered from a small number of light beams diffracted at the Fourier hologram.
  • the use of the delimitation element means that the intensity of the holographic reconstruction of the hologram imaged on the detector is lower compared to the case where no delimitation element is used. Detection is still possible.
  • Any optical detector that can convert a local intensity distribution into electrical signals is suitable as a detector for detecting the light beam propagated along a beam path. It is preferably adapted to the wavelength range of the light source and is particularly sensitive in this wavelength range. The detector can be sensitive over a wide range of wavelengths.
  • the detector is a pixel-based detector such as an active pixel sensor or a CCD sensor. These detectors are sensitive enough to detect even weak light signals and convert them into electrical signals.
  • the device according to the invention thus has the advantage that the information stored in a Fourier hologram can be read despite local disturbances, and it also has the advantage that reading is also possible when the Fourier hologram is deformed. Furthermore, the device has the advantage that no adjustment or change has to be made to the readout device for a readout. to adjust or to compensate for a local disturbance or a deformation of a Fourier hologram. In other words, the reading device comes without moving elements, such as. B. a focusing device. From an application point of view, this offers decisive advantages and improves the reliability of the readout device, since the moving parts that are not required can neither wear out nor jam.
  • the readout device according to the invention represents a considerable improvement in that adaptive adjustments are not required and the readout device also has no moving parts.
  • the transmission area is smaller than the illumination area. If the transmission surface is smaller than the illumination surface, only a portion of the diffracted light beams ever passes through the transmission surface and the signal-to-noise ratio of the reconstruction is improved.
  • Any light source that emits narrow-band coherent light beams is suitable as a light source for emitting a light beam.
  • Light beams with these properties are particularly suitable for being diffracted on Fourier holograms in order to then be imaged on a detector.
  • Such light sources can be lasers or laser diodes.
  • the advantage of lasers or laser diodes is that they can provide light beams with a high intensity and the emerging light beam has the aforementioned properties.
  • Fourier holograms can thus be illuminated particularly brightly.
  • light-emitting diodes, ie LEDs which can also emit in a narrow spectral range and can emit light beams with sufficient intensity, are also suitable as light sources.
  • the spectrum of the light source is preferably in the visible wavelength range.
  • the device according to the invention and the method according to the invention are expressly not limited to the visible wavelength range.
  • the wavelength range of infrared light and the wavelength range of UV light are also preferred.
  • the advantage of these wavelength ranges is that light rays are imperceptible to the human eye.
  • people are not dazzled or otherwise irritated by the readout device.
  • the illuminated area of the Fourier hologram should be understood as meaning an arbitrarily shaped area that is illuminated by the light source.
  • the illuminated surface can also step out of a plane, ie not lie completely in a plane, if it is curved, for example, has a spherical shape or is very uneven, for example “wrinkled”.
  • the illuminated area can take any shape. This is the case, for example, when the Fourier hologram, ie at least the holographic carrier of the Fourier hologram, is or becomes deformed, for example wrinkled or deformed.
  • the illuminated area may be formed on part of the illuminated Fourier hologram, preferably the entire Fourier hologram is illuminated by the light source.
  • diffracted light beams are understood to mean light beams which are diffracted at the structures written into the holographic carrier of the hologram.
  • the effects of diffraction are known to diffract light rays below the zero order, the first orders, and higher orders.
  • the diffracted light rays emanate from the illuminated area of the hologram.
  • the diffracted light rays have specific diffraction angles.
  • a delimiting element with a delimiting surface for delimiting the beam path and a transmission surface for transmitting the light beam propagating along the beam path should be understood to mean any element which delimits a beam path and can also transmit light beams. Limiting can in particular be understood to mean a reduction in a cross section of a light beam.
  • the confinement element can be made of a metal, a plastic or any other opaque material.
  • the boundary surface of a boundary element is designed to absorb or reflect part of the light beams in the beam path.
  • the boundary surface can have a round, oval, square or rectangular shape. But any other shape is also possible.
  • the transmission surface of a delimiting element is designed to transmit part of the light beams located in the beam path.
  • the transmitted light beams are preferably not influenced by the transmission surface.
  • the transmission surface is formed in the boundary surface. It is also preferred that the boundary surface and the transmission surface lie in one plane. In particular, it is preferred that the intensity and/or direction of the light beams are not influenced by the transmission surface.
  • the transmission surface can be formed by a recess or an opening in a material or body. For example, it can be a passage opening in a metal sheet or a plastic plate.
  • the transmission surface can have a round, oval, square or rectangular shape. But any other shape is also possible.
  • a transmission surface is to be understood as that surface of a delimiting element which does not block or absorb the beam path of the diffracted light beams, but through which the diffracted and reflected light beams pass.
  • the delimiting element is inserted in the beam path, being arranged along the beam path in front of the optical active element or being formed by the optical active element itself.
  • the diffracted and reflected light first passes through the transmission surface of the delimiting element and then enters the optically active element.
  • An optical active element for transforming the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation is to be understood as an optical element which is designed in such a way that it carries out an optical two-dimensional Fourier transformation.
  • the optical active element influences the beam path of the diffracted light beams.
  • an active element can break, bend, reflect or transmit light rays.
  • the active element has at least one active surface, which influences the beam path accordingly.
  • the active element is a lens, in particular a converging lens or a Fourier lens. This allows a particularly simple optical structure to be implemented, with which a two-dimensional optical Fourier transformation can be carried out.
  • the lens can also be a plano-concave lens or a lens system.
  • the detector is arranged in such a way that the light-sensitive surface of the detector is in the Fourier plane of the lens, ie in that plane in which a focal point or focal point of the lens lies.
  • the Fourier plane of the lens is also often called the focal plane.
  • the holographic reconstruction of the Fourier hologram is generated as a two-dimensional, locally distributed intensity profile, i.e. a two-dimensional pattern of light.
  • an active element can be a mirror element, in particular a concave mirror, since a mirror element, such as a concave mirror, can also produce a two-dimensional Fourier transformation.
  • the active optical element can also consist of more than one optical element; in particular, an active optical element can be an arrangement of a plurality of lenses and/or mirror elements. However, it is essential that the optical active element can generate an optical Fourier transformation of the light beams.
  • An optical active element can also be a lens array, with the lens array comprising a plurality of lenses arranged next to one another. At least one of the lenses of a lens array transforms the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation in order to generate at least one holographic reconstruction of the Fourier hologram on the detector.
  • each of the lenses in the lens array is configured to perform an optical Fourier transform and generate a holographic reconstruction of the hologram on the detector.
  • a number of optical Fourier transformations can be carried out and a number of holographic reconstructions of the hologram can be generated on the detector, which can be processed further by means of image processing or can be calculated.
  • the lenses, in particular a plurality of converging lenses, in the lens array can be arranged next to one another in rows, in a matrix or in a honeycomb pattern. Also multiple lenses
  • a Fourier transformation is to be understood as a two-dimensional optical Fourier transformation.
  • the active surface of the optical active element can be designed in such a way that diffracted light beams are deflected in such a way that the holographic reconstruction is generated on the detector surface.
  • This holographic reconstruction represents, for example, a two-dimensional data field, a bar code or digits and/or letters as a two-dimensional intensity distribution on the detector surface.
  • the readout device can advantageously be further developed in that the optical active element comprises an active surface and the transmission surface is smaller than the active surface.
  • An effective surface is to be understood as that surface through which the diffracted light rays impinge on the optical effective element. The active surface is thus an optically active surface of the optical active element.
  • delimiting element it may be preferred that more than one delimiting element is used.
  • a first delimiting element is arranged before the optical active element along the optical path of the propagating light beam and a second delimiting element is arranged after the optical active element along the optical path of the propagating light beam.
  • the readout device can advantageously be further developed in that the transmission area is less than 50% of the illumination area, the transmission area is preferably less than 20% of the illumination area, the transmission area is particularly preferably less than 10% of the illumination area, the transmission area is more particularly preferably less than 5% of the lighting area.
  • the smaller the transmission surface is in relation to the illumination surface the more pronounced is the effect of the angular selectivity produced by the limiting element when the Fourier hologram is deformed.
  • the smaller the transmission surface is in relation to the illumination surface the more the Fourier hologram can be deformed.
  • a transmission area that is less than 5% of the area of the illumination area thus makes it possible to image a Fourier transform of a particularly severely deformed Fourier hologram.
  • a very strong deformation within the meaning of this invention is, for example, a curvature of a Fourier hologram with a radius of 15 centimeters to 30 centimeters.
  • the curvature can be convex or concave.
  • these values are by no means to be understood as limit values, but are chosen purely as examples.
  • the readout device can advantageously be further developed in that the delimiting element is a diaphragm or through an aperture of the optical active element is trained.
  • a diaphragm is to be understood as an optical diaphragm.
  • An optical stop is a device used to limit the cross-section of light beams in an optical system. Apertures have an area that transmits light rays and thus forms a transmission surface, and an area that absorbs or reflects light rays and thus forms a boundary surface. The portion of the diffracted light rays can be limited by an optical diaphragm.
  • An optical screen preferably consists of opaque material and absorbs the non-transmitted portion of the light beams in the area of the boundary surface.
  • the delimiting element can also be determined by the aperture of an optical element.
  • the aperture meant here which describes an opening width of an optical element, should not be confused with a numerical aperture of a lens, which describes the ability of an optical element to focus light rays.
  • the aperture of a lens describes the free opening or that diameter of an optical element through which light beams can transmit, which is to be understood as a transmission surface within the meaning of this invention.
  • the optical active element thus comprises a delimiting element, with the transmission surface of the delimiting element being formed by the active surface of the optical active element. Those areas through which light beams cannot transmit are to be regarded as boundary surfaces within the meaning of this invention.
  • the aperture of a lens is often determined by the edge of the lens or by the lens mount into which a lens is inserted. If the delimiting element is formed by the aperture of a lens, the delimiting element corresponds to the optical active element and the transmission surface essentially corresponds to the active surface. If the active optical element is a mirror element, the transmission surface is to be understood as meaning the mirrored surface and the boundary surface is to be understood as meaning non-reflective areas of a mirror element and/or areas of a mirror mount. Using the aperture of a lens or a mirror element as a delimiting element therefore has the advantage that no separate delimiting element has to be provided, since the lens or the mirror element is both an optical active element and also acts as a delimiting element.
  • the detector and the optical active element are included in a camera module. It is particularly advantageous if the detector is implemented by at least one CCD sensor or a CMOS sensor and the optical active element is implemented by at least one converging lens or a lens system of the camera module. It is further preferred that the delimiting element is implemented through the aperture of the converging lens or the lens system of the camera module. Alternatively, it can also be preferred that the camera module additionally includes a screen that implements the delimiting element.
  • the readout device can advantageously be further developed in that the readout device additionally comprises a housing with at least one housing wall and the at least one housing wall comprises a delimiting element, the delimiting surface of the delimiting element being formed by the at least one housing wall and the transmission surface of the delimiting element being formed by an opening in the at least a housing wall is formed.
  • a passage opening in a housing can act as a delimiting element.
  • the opening of a passage opening thus corresponds to the transmission area of a delimiting element.
  • the use of a passage opening as a delimiting element has the advantage that the delimiting element is formed from a housing that may be present anyway. This simplifies the mechanical and optical construction of the readout device according to the invention.
  • a housing is to be understood as a closed or non-closed structure which has at least one surface which includes a passage opening.
  • the passage opening can also have an optically transparent medium, so it does not have to be open.
  • Possible transparent media can be a transparent or partially transparent plastic pane, a transparent or partially transparent glass or a transparent or partially transparent film.
  • the use of an optically transparent or partially transparent medium can also prevent dust, moisture, particles or other foreign bodies from penetrating the housing and negatively influencing or preventing the reading of the information stored in a Fourier hologram.
  • the passage opening comprises the optical active element.
  • the installation space of the readout device according to the invention can be reduced and, on the other hand, the same advantages can be achieved as through the use of an optically transparent medium.
  • the constructive mechanical structure is simplified since the housing can be designed as a holding device for the optical active element.
  • the transmission surface can be determined by the aperture of the optical active element or by the surface of the passage opening.
  • the readout device can advantageously be further developed in that the optical active element comprises a lens array and at least a first lens transforms a first part of the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation and a second lens transforms a second part of the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation a Fourier transformation, and the detector is designed to detect the first part and the second part of the light beam propagating along the beam path.
  • the optical active element comprises a lens array and at least a first lens transforms a first part of the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation and a second lens transforms a second part of the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation a Fourier transformation
  • the detector is designed to detect the first part and the second part of the light beam propagating along the beam path.
  • the readout device can advantageously be further developed in that the readout device additionally comprises an evaluation unit, the evaluation unit being designed to process detector signals of the detector.
  • the detector signals can be processed by an evaluation unit and information stored holographically in the Fourier hologram can be read out and made available for further processing.
  • An evaluation unit can preferably derive position markers, useful data, hologram parameters or other information from the holographic reconstruction and make them available for further processing.
  • the readout device can advantageously be further developed in that the evaluation unit comprises an image processing unit and/or a channel decoding unit and/or an error correction unit.
  • an image processing unit can localize position markers in the holographic reconstruction.
  • the holographically stored information can be read out more easily by means of such marker structures.
  • a channel coding added during the generation of the two-dimensional data field can be decoded by means of a channel decoding unit.
  • Error correction of the user data can be carried out by an error correction unit.
  • An error correction code was used to generate the two-dimensional data field in order to provide the user data with an error correction. In other words, the user data was encoded using an error correction algorithm.
  • cyclic codes such as Reed-Solomon codes or BCH codes can be used in the error correction unit.
  • other cyclic codes can also be used in the error correction unit F.
  • error correction can correct single or multiple errors.
  • the invention relates to a method for reading out information stored holographically in a Fourier hologram according to claim 13.
  • the method can be further developed in that, in a further step, detector signals generated by the detector are processed by an evaluation unit.
  • the invention relates to a readout system for reading out information stored holographically in a Fourier hologram according to claim 16.
  • FIGS. 1 (a)-(b) schematically show the reading out of holographically stored information with a reading device according to the prior art.
  • FIG. 2 shows schematically the production of a Fourier hologram
  • FIG. 3 schematically shows the reading out of holographically stored data
  • FIGS. 4 (a)-(b) schematically show the reading out of holographically stored information with a reading device according to an exemplary embodiment of the present invention, taking into account the zeroth and first order of diffraction of the light reflected and diffracted by the Fourier hologram.
  • FIGS. 1 (a) and (b) schematically show the reading out of holographically stored information with a reading device 200 according to the prior art.
  • the figures 1 (a) and 1 (b) are to illustrate the problems of the prior art, the courses of the light rays shown according to the geometric optics.
  • the illustration relates to a section through the reading device 200.
  • a Fourier hologram 5 arranged on the surface 1 of an object, in which information is stored holographically, is illuminated by the light source (not shown) with the incident light beams 2.1.
  • the Fourier hologram 5 is, for example, a reflection hologram.
  • the incident light beams are directed onto the Fourier hologram 5 by a beam splitter cube (not shown) (indicated by an arrow pointing upwards in the direction of the object).
  • the area illuminated by the incident light beams 2.1 forms an illuminated partial area 1b of the hologram.
  • the incident light beams 2.1 are reflected on the Fourier hologram 5 and diffracted and reflected on the holographic structures introduced into the holographic carrier.
  • the light beams 2.2 diffracted by the Fourier hologram are refracted by a lens 3, the lens plane of which is located at a surface distance 1a from the surface 1, and deflected onto the detector 4.
  • the distance between detector 4 and lens 3 is the detector surface distance 1d.
  • a Fourier hologram 5 is arranged on a flat surface 1 in FIG. 1(a).
  • the Fourier hologram is undistorted and has the same shape it was intended to have at the time of manufacture - here flat and planar.
  • the light beams 2.2 diffracted at the illuminated partial area of the Fourier hologram impinge on the active area of the lens (cf. FIG. 1(b), active area 1c).
  • the lens produces the Fourier transform of the diffracted light beams 2.2.
  • the detector 4 is arranged in such a way that the Fourier-transformed diffracted light beams produce a holographic reconstruction on the surface of the detector 4 .
  • the detector surface distance 1d corresponds to the focal length of the lens 3 and the surface of the detector 4 lies in the Fourier plane or focal plane of the lens 3 .
  • the Fourier transform is a two-dimensionally expanded pattern of light. This light pattern has locally varying light intensities. In this Arrangement, the holographic information stored in the Fourier hologram can usually be read out without any problems.
  • the surface 1 on which the Fourier hologram 5 is arranged has been curved.
  • the Fourier hologram is severely deformed as a result.
  • the hologram is no longer flat and planar and has a different shape than that intended for reading.
  • the deformation shown here is only an example and is shown as a bulge for easier explanation.
  • the deformation can also be spherical or any other shape that is not planar. Due to the deformation of the hologram, the diffracted light beams 2.2 emerge in different directions from the illuminated partial area of the Fourier hologram 1b. As a result of the deformation, the reflected and diffracted light undergoes an angle change (cf. FIG.
  • the light beams 2.2, 2.2.0 diverging Due to the deformation of the surface 1, the diffracted light beams 2.2 no longer hit the lens plane of the lens 3 everywhere perpendicularly, but at different angles. Because the optical Fourier transformation means that light beams entering a lens are imaged at different locations in the Fourier plane (focal plane) depending on their angle of incidence, no holographic reconstruction of the hologram is generated on the surface of the detector. Although the surface of the detector 4 is still in the Fourier plane of the lens 3 and the lens continues to produce the Fourier transform of the diffracted light beams 2.2, the deformation of the hologram no longer produces a holographic reconstruction on the surface of the detector. The information stored in the hologram can therefore not be read out.
  • FIG. 2 shows schematically the sequence of how holographic structures 18 are calculated from useful data 6 and how useful data 6′ can be read out again from the holographic reconstruction 9.
  • useful data 6 e.g. B. binary data with an error correction code (error correction coding) in order to then carry out a channel coding (channel encoding) of the data (both steps not shown in Figure 2).
  • a two-dimensional data field 17 is then generated, which includes the user data 6 provided with error correction and channel coding.
  • This two-dimensional data field 17 is transformed by means of a Fourier transformation (no optical Fourier transformation here) in order to calculate the structuring 18 of a hologram and to provide the structuring template.
  • the Fourier transformation is a two-dimensional Fourier transformation.
  • This structuring template produced in this way is then transferred into a holographic carrier by an embossing method or by a laser-lithographic writing method, and the written structuring 18' is provided.
  • 18 structures are introduced into a holographic carrier according to the structuring template. These structures can be written as local refractive index or layer thickness variations or they can be absorption variations in the support.
  • a Fourier hologram 5, 18' is then provided in which information is stored holographically.
  • the Fourier hologram is preferably illuminated with narrow-band light, as a result of which the light is diffracted at the structures that have been introduced into the holographic carrier.
  • the diffracted light is then Fourier transformed in order to generate a holographic reconstruction 9 of the two-dimensional data field 17 on a detector.
  • a two-dimensional local intensity distribution is generated on the surface of the detector 4 in the pattern of the reconstruction 9 .
  • the detector 4 converts this local intensity distribution into electrical signals and feeds them to a channel decoding unit K, which decodes the channel coding.
  • the resulting decoded information is fed to an error decoding unit F, which corrects errors in the user data.
  • the error decoding unit F then provides error-corrected user data.
  • FIG. 3 shows the reading device 100 according to the invention for reading out information stored holographically in a Fourier hologram 5 according to an exemplary embodiment.
  • B a cardboard box arranged.
  • the Fourier hologram 5 is not deformed and has the same shape that was used during manufacture for reading. was seen, namely flat and level.
  • the light source 15 is a narrow-band emitting LED and illuminates the Fourier hologram 5 almost over its entire surface, as a result of which the illuminated partial surface 1b of the Fourier hologram 5 is produced.
  • the light beams emerging from the light source 15 are not shown for the sake of clarity; however, the light source illuminates the Fourier hologram 5 almost completely, ie over a large area.
  • the light beams 2.1, 2.2 and 2.2.0 are shown parallel to one another for better understanding, but this does not mean that the incident light beams 2.1 actually run parallel.
  • the incident light beams 2.1 are diffracted at the structures written in the Fourier hologram 5. Shown here are only diffracted light beams 2.2 that were diffracted below the zeroth order 2.2.0, that is, were reflected.
  • the delimiting element 7 is inserted into the beam path 2.2, 2.2.0 and arranged in front of the optical active element 3, which is realized here by a lens.
  • the delimiting element 7 is implemented here by an optical diaphragm.
  • a large part of the light beams 2.2.0 diffracted at the structures inscribed in the Fourier hologram 5 are absorbed by the boundary surface 7.1.
  • the lens 3 performs an optical Fourier transformation and since the surface of the detector 4 is in the Fourier plane of the lens 3, ie the detector surface distance 1d corresponds to the focal length of the lens, a holographic reconstruction is generated on the surface of the detector 4.
  • the reconstruction 9 (cf. FIG. 4) of the information stored in the hologram is generated optically by the optical Fourier transformation and the reconstruction 9 is imaged on the detector 4 with sharp contours.
  • the reconstruction 9 is converted into data signals by means of the detector, which is, for example, an active pixel sensor (CMOS sensor) or a CCD image sensor.
  • the data signals are fed to a channel decoding unit K, which decodes a channel coding of the information stored in the hologram. For example, certain arrangements of data points in a two-dimensional data field can be understood as channel coding.
  • the output signals of the channel decoding unit K are subjected to an error correction in an error correction unit F. As described in FIG.
  • an error correction code is already “encoded” into the user data when a two-dimensional data field is generated, ie the user data are encoded by an error correction algorithm.
  • This coding is used in the error correction unit F to detect any errors in the user data and, if there are errors, to correct them.
  • cyclic codes such as Reed-Solomon codes or BCH codes are used, for example. However, other cyclic codes can also be used in the error correction unit F.
  • error correction can be used to detect and correct one or more errors.
  • the error correction unit F then provides the error-corrected useful data for further processing in a system.
  • FIGS. 4 (a) and (b) schematically show the reading out of holographically stored information with the reading device 100 according to the invention according to an exemplary embodiment.
  • the figures schematically represent diffracted light beams 2.2.1, which emanate from three different areas A, B and C from the illuminated partial area of the Fourier hologram 1b.
  • the incident light beams 2.1 are not shown for the sake of clarity, but they hit the surface of the Fourier hologram 5 as described in Figure 3.
  • Figure 4 (a) shows various exemplary beam paths of diffracted light beams (2.2.0, 2.2.T, 2.2 .1") in the case that the surface 1 has no deformation and the Fourier hologram 5 is not deformed.
  • FIG. 4 (b) shows the readout in the case where the surface 1 of the object is convexly curved, ie deformed.
  • Figure 4 (a) are beam paths of diffracted light beams 2.2.0, 2.2. T and 2.2.1” shown, which emanate from different locations A, B and C and which are diffracted on the Fourier hologram 5 in area A, in area B and in area C.
  • the incident light rays (not shown) are also diffracted at the inscribed structures of the hologram (5), whereby at each of the areas reflected and diffracted light of the first order 2.2.1 'and 2.2.1" and higher orders (not shown ) is reflected by the Fourier hologram 5.
  • the effective surface 1c here the optically effective surface of the optical active element 3, i.e.
  • the lens is small in relation to the illuminated surface of the Fourier hologram 5, i.e. the illuminated partial surface of the Fourier hologram 1b, only one Fraction of the diffracted light beams 2.2.0 and 2.2 emanating from the illuminated partial area of the Fourier hologram 1b. T and 2.2.1", namely the light beams from the areas A, B and C transmitted through the transmission surface 7.1 of the delimiting element 7 and propagate further in the now delimited beam path.
  • zero-order diffracted light beams 2.2.0 come out of area A
  • first-order light beams 2.2.1′′ come out of area B
  • first-order light beams 2.2′′ come out.
  • Figure 4 (b) in contrast to Figure 4 (a), the surface 1 shown is not flat but deformed. Also shown in FIG. 4 (b) are beam paths of light beams 2.2.0 and 2.2.1 diffracted on the Fourier hologram 5, which are formed by various exemplary deformed areas A', B' and C' from the illuminated partial area 1b of the Fourier exit the hologram. At each of the deformed areas A', B' and C', the incident light rays (not shown) are diffracted at the inscribed structures of the hologram, whereby zero-order light diffracted by each of the deformed areas A', B' and C' 2.2. 0 and first-order diffracted light 2.2. T and 2.2.1” and higher orders (not shown).
  • the zeroth-order diffracted light beams 2.2.0 are from region A', a part of the first-order diffracted light beams 2.2.1" from region B' and a part of the first-order diffracted light beams 2.2.1” from region C' shown.
  • the deformed areas A′, B′ and C′ essentially correspond to the areas A, B and C from FIG. 4 (a), with the difference that they are deformed by the deformation of the surface 1 . Due to the deformation of the hologram, the diffracted light rays 2.2.0, 2.2.1′ and 2.2.1′′ at an angle from the illumination area 1b. Because of the diaphragm 7, only a fraction of the diffracted light beams 2.2.0, 2.2.1' and 2.2.1'' are transmitted through the transmission surface 7.1 of the diaphragm 7 in order to propagate further in the now limited beam path.
  • the diffracted light beams 2.2.0, 2.2.1′ and 2.2.1′′ likewise no longer hit the lens plane of the optical active element 3 (lens) everywhere perpendicularly. Due to the diaphragm 7, however, only diffracted light beams 2.2.0, 2.2.1' and 2.2.1′′ from a small area of the illuminated partial surface of the Fourier hologram 1b strike the optical active element 3, whereby only these diffracted Light beams are Fourier transformed. Because these diffracted light beams strike the optical active element 3 at a similar angle, the case described in FIG. 1(b) in which no holographic reconstruction occurs on the detector does not occur.

Abstract

The invention relates to a read-out device (100) for reading out information stored holographically in a Fourier hologram, which Fourier hologram can have local faults, e.g. scratches, and can also be deformed, e.g. curved. For this purpose, the read-out device (100) comprises a light source (15) for emitting a light beam, a detector (4) for detecting the light beam propagating along a beam path, a delimiting element (7) having a delimiting surface (7.1) for delimiting the beam path and having a transmission surface (7.2) for transmitting the light beam propagating along the beam path, and an optical active element (3) for transforming the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transform. The invention also relates to a method for reading out information stored holographically in a Fourier hologram (5) and to a read-out system (100) for reading out information stored holographically in a Fourier hologram (5).

Description

Auslesevorrichtung zum Auslesen holographisch abgelegter Informationen, Verfahren zum Auslesen holographisch abgelegter Informationen, und Auslesesystem zum Auslesen von holographisch abgelegten Informationen Reading device for reading out holographically stored information, method for reading out holographically stored information, and reading system for reading out holographically stored information
Die Erfindung betrifft eine Auslesevorrichtung zum Auslesen holographisch abgelegter Informationen, ein Verfahren zum Auslesen holographisch abgelegter Informationen, und ein Auslesesystem zum Auslesen von holographisch abgelegten Informationen. The invention relates to a readout device for reading out holographically stored information, a method for reading out holographically stored information, and a readout system for reading out holographically stored information.
In einer Vielzahl von Anwendungen werden holographisch abgelegte Informationen genutzt. Häufig werden holographische Informationen in Bereichen zur Vermeidung und Erkennung von Fälschungen hochpreisiger Güter oder Banknoten eingesetzt. Es gibt jedoch auch Anwendungen, in denen Verbrauchsgüter mit holographisch abgelegten Informationen versehen werden. Um ein Auslesen der holographisch abgelegten Informationen zu ermöglichen, um beispielsweise die Authentizität einer Banknote, Ware oder eines Verbrauchsguts festzustellen, sind spezielle Auslesevorrichtungen erforderlich. Diese Auslesevorrichtung rekonstruieren die holographisch abgelegten Informationen. So werden beispielsweise auch Sicherheitselemente, wie aufklebbare Etiketten, die ein optisches Sicherheitsmerkmal in Form eines Hologramms umfassen, von Auslesevorrichtungen ausgelesen. Holographically stored information is used in a large number of applications. Holographic information is often used in areas to prevent and detect counterfeiting of high-priced goods or banknotes. However, there are also applications in which consumer goods are provided with holographically stored information. In order to enable the holographically stored information to be read out, for example to determine the authenticity of a bank note, product or consumer good, special reading devices are required. This reading device reconstructs the holographically stored information. For example, security elements such as adhesive labels that include an optical security feature in the form of a hologram are also read by reading devices.
Dabei sind die ausgelesenen Informationen üblicherweise Nummern- oder Buchstabenfolgen oder Kombinationen daraus. Die Information kann aber auch ein Strichcode oder ein zweidimensionaler Code sein, wobei durch ein geeignetes Herstellungsverfahren holographische Strukturen in einen geeigneten Träger eingebracht werden, die dann das Hologramm bilden. Die vorgenannten Informationen eignen sich zur maschinellen Weiterverarbeitung in besonderem Maße. Das maschinelle Auslesen von in Hologrammen abgelegten Informationen erfolgt typischerweise durch Ausleuchten des Hologramms mit kohärentem, monochromatischem Licht. Dabei wird das Licht an den Strukturen des Hologramms gebeugt und eine holographische Rekonstruktion in Form eines Wellenfeldes erzeugt. Dieses Wellenfeld trifft dann üblicherweise auf einen optischen Detektor und wird von diesem detektiert. The information read out is usually a sequence of numbers or letters or combinations thereof. However, the information can also be a bar code or a two-dimensional code, with holographic structures being introduced into a suitable carrier using a suitable manufacturing process, which then form the hologram. The above information is particularly suitable for machine processing. Information stored in holograms is typically read out by machine by illuminating the hologram with coherent, monochromatic light. The light is diffracted at the structures of the hologram and a holographic reconstruction is generated in the form of a wave field. This wave field then usually hits an optical detector and is detected by it.
Auslesevorrichtungen zum Auslesen holographisch abgelegter Informationen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Reading devices for reading holographically stored information are known from the prior art.
Allgemein ist das Ziel beim Ablegen von Informationen, diese Informationen unter allen anwendungsspezifisch auftretenden Umständen auslesen zu können. Im Allgemeinen soll ein Auslesesystem so beschaffen sein, dass die Informationen immer, o- der zumindest mit einer möglichst hohen Erkennungsrate, zuverlässig und unter allen typisch eintretenden Umständen korrekt gelesen werden können. Fehlerkennungen sollen vermieden werden. Äußere Einflüsse können das Auslesen negativ beeinflussen, so dass mit den aus dem Stand der Technik bekannten Auslesevorrichtungen die abgelegten Informationen nicht immer zuverlässig ausgelesen werden können. Äußere Einflüsse können lokale Störungen einzelner Bereiche des Hologramms sein oder durch Deformationen des Hologramms oder dessen Träger hervorgerufen werden. In general, the goal when storing information is to be able to read out this information under all application-specific circumstances that occur. In general, a reading system should be designed in such a way that the information can always be read reliably and correctly under all typically occurring circumstances, or at least with the highest possible recognition rate. Mistakes should be avoided. External influences can adversely affect the readout, so that the stored information cannot always be reliably read out with the readout devices known from the prior art. External influences can be local disturbances in individual areas of the hologram or caused by deformations of the hologram or its carrier.
Lokale Störungen eines Hologramms: Local disturbances of a hologram:
Durch äußere Einflüsse können lokale Störungen an den Stellen verursachen werden, an denen die Informationen in einem Hologramm gespeichert sind. Lokale Störungen können Kratzer, Einflüsse durch Fingerabdrücke u. ä. sein. Teile der abgelegten Informationen sind dann nicht mehr lesbar oder gehen vollständig verloren. Beispielsweise können Kratzer und andere lokale Störungen bei holographisch abgelegten Informationen dazu führen, dass Teile der abgelegten Informationen fehlerhaft von einem Auslesegerät erkannt werden. Um unter solchen Umständen dennoch die korrekten, abgelegten Nutzdaten zu erhalten, sind für die aus dem Stand der Technik bekannten Lesegeräte die Nutzdatendaten zuvor durch einen Fehlerkorrektur-Encodierungsalgorithmus derart verändert worden, dass die ausgelesenen Informationen teilweise fehlerhaft sein dürfen und dennoch auf die korrekte Nutzinformation schließen lassen. Dieses Verfahren der Fehlerkorrektur-Encodierung und Fehlerkorrektur- Dekodierung ist bei den meisten Arten der Datenspeicherung ein übliches Vorgehen. Auch beim Ablegen holographisch gespeicherter Informationen wird dies angewendet. External influences can cause local disturbances at the points where the information is stored in a hologram. Local interference can be scratches, influences from fingerprints, etc. Parts of the stored information can then no longer be read or are completely lost. For example, scratches and other local disturbances in holographically stored information can lead to parts of the stored information being incorrectly recognized by a reading device. In order to still receive the correct, stored user data under such circumstances, the prior art known reading devices, the user data has previously been changed by an error correction encoding algorithm in such a way that the information read out may be partially incorrect and still indicate the correct user information. This technique of error correction encoding and error correction decoding is common practice in most types of data storage. This is also used when storing holographically stored information.
Die Holographie bietet gegenüber anderen Arten der Informationsspeicherung einen zusätzlichen Vorteil: lokale Störungen durch Fingerabdrücke, insbesondere Abdrücke der Papillarlinien, Kratzer, kleine Verschmutzungen, Staubpartikel u. ä. haben typischer Weise geringe örtliche Ausdehnungen. Compared to other types of information storage, holography offers an additional advantage: local disturbances caused by fingerprints, in particular fingerprints of papillary lines, scratches, small amounts of dirt, dust particles, etc. typically have small local dimensions.
Wird das Hologramm durch eine Auslesevorrichtung zum Auslesen der holographisch abgelegten Informationen mit einem Lichtstrahl ausgeleuchtet, der - verglichen mit der örtlichen Ausdehnung der lokalen Störungen - einen deutlich größeren Durchmesser aufweist, so wird das Licht an den Stellen des Hologramms gebeugt, die nicht gestört sind, und an den störbehafteten Stellen wird das Licht in ungewünschte Richtungen reflektiert oder gebeugt oder gestreut oder absorbiert oder anderweitig abgelenkt. Wird das gesamte Licht, das das Hologramm verlässt, auf einen Detektor gelenkt, so entsteht auf diesem nach einer optischen Fourier-Transformation im Resultat trotz der lokalen Störungen des Hologramms eine Rekonstruktion des Hologramms. Unter diesen Voraussetzungen hat die Rekonstruktion des Hologramms jedoch ein stark vermindertes Signal/Rausch-Verhältnis. Die in der holographischen Rekonstruktion enthaltenen Nutzinformationen sind typischer Weise in einer durch einen Fehlerkorrektur-Algorithmus encodierten Art abgelegt worden, so dass bei der Dekodierung der holographischen Rekonstruktion ein vermindertes Signal/Rausch-Verhältnis womöglich einzelne Fehler aufbringt, diese können aber durch den Fehlerkorrekturalgorithmus korrigiert werden. Das Auslesen der Nutzinformation gelingt in solchen Fällen. If the hologram is illuminated by a reading device for reading out the holographically stored information with a light beam which - compared to the local extent of the local disturbances - has a significantly larger diameter, the light is diffracted at the points of the hologram that are not disturbed, and the light is reflected or diffracted or scattered or absorbed or otherwise deflected in undesired directions at the locations affected by interference. If all of the light that leaves the hologram is directed onto a detector, then, after an optical Fourier transformation, the result is a reconstruction of the hologram despite the local disturbances in the hologram. Under these conditions, however, the reconstruction of the hologram has a greatly reduced signal/noise ratio. The useful information contained in the holographic reconstruction is typically stored in a way encoded by an error correction algorithm, so that when the holographic reconstruction is decoded a reduced signal-to-noise ratio may result in individual errors, but these can be corrected by the error correction algorithm . In such cases, the useful information can be successfully read out.
Wird das Hologramm durch ein Auslesevorrichtung zum Auslesen der holographisch abgelegten Informationen mit einem Lichtstrahl ausgeleuchtet, der - verglichen mit der örtlichen Ausdehnung der lokalen Störungen - in derselben Größenordnung liegt, das Hologramm also nur auf einer kleinen Fläche ausgeleuchtet ist, oder gar kleiner ist, dann trifft der Lichtstrahl statistisch in vielen Fällen einen ungestörte Bereich des Hologramms. In einem solchen Fall entsteht auf dem Detektor eine holographische Rekonstruktion mit großem, also sehr gutem, Signal/Rausch-Verhältnis, und ein fehlerfreies Auslesen der Informationen kann durchgeführt werden. Nachteilig an dieser Art des Auslesens ist aber, dass wenn ein solcher Strahl, dessen örtliche Ausdehnung in derselben Größenordnung liegt wie die lokale Störung, oder gar kleiner ist, auf einen gestörten oder zu Teilen gestörten Bereich des Hologramms trifft, kein oder nahezu kein ungestörter Bereich des Hologramms zu einer ungestörten holographischen Rekonstruktion beiträgt. In Folge entsteht daher auf dem Detektor eine holographische Rekonstruktion mit kleinem, also sehr schlechtem, Signal/Rausch-Verhältnis. In solchen Fällen kann auch der Fehlerkorrekturalgorithmus bei der Decodierung der Informationen der holographischen Rekonstruktion versagen und die Nutzinformation kann nicht mehr ausgelesen werden. If the hologram is illuminated by a reading device for reading out the holographically stored information with a light beam which - compared to the local extent of the local disturbances - is of the same order of magnitude, if the hologram is only illuminated on a small area, or is even smaller, then the light beam statistically hits an undisturbed area of the hologram in many cases. In such a case, a holographic reconstruction with a high, ie very good, signal-to-noise ratio is produced on the detector, and the information can be read out without errors. The disadvantage of this type of reading, however, is that if such a beam, whose local extent is in the same order of magnitude as the local disturbance or is even smaller, hits a disturbed or partially disturbed area of the hologram, there is no or almost no undisturbed area of the hologram contributes to an undisturbed holographic reconstruction. As a result, a holographic reconstruction with a low, ie very poor, signal-to-noise ratio is produced on the detector. In such cases, the error correction algorithm can also fail when decoding the information of the holographic reconstruction and the useful information can no longer be read out.
Wird also ein Lichtstrahl verwendet, der ein Hologramm nur auf einer kleinen Fläche ausleuchtet, wobei die kleine Fläche einen eine örtliche Ausdehnung aufweist, die in derselben Größenordnung liegt, wie die örtlichen Ausdehnungen von lokalen Störungen wie beispielsweise Kratzern oder Störungen durch Fingerabdrücke o.ä., oder der Lichtstrahl sogar kleiner ist, dann kann die Information nicht wie gewünscht mit einer hohen Erkennungsrate zuverlässig aus einem Hologramm ausgelesen werden. Denn in vielen Fällen wird zwar eine korrekte Information ausgelesen aber in einer ungewünscht hohen, relativen Anzahl von Fällen, die der relativen Flächenbelegung von Störungen auf dem Hologramm nahe kommt, scheitert ein Leseversuch. Thus, if a light beam is used which only illuminates a hologram over a small area, the small area having a local extent which is of the same order of magnitude as the local extents of local disturbances such as scratches or disturbances caused by fingerprints or the like. , or the light beam is even smaller, then the information cannot be reliably read out of a hologram with a high recognition rate as desired. Because in many cases correct information is read out, but in an undesirably high, relative number of cases, which comes close to the relative area occupancy of disturbances on the hologram, an attempt to read fails.
Wenn keine weiteren Störungen das System negativ beeinflussen, ist es somit vorteilhaft, ein Hologramm auf einer Fläche auszuleuchten, die deutlich größer ist als die örtlichen Ausdehnungen von lokalen Störungen. If no other disturbances negatively affect the system, it is therefore advantageous to illuminate a hologram on an area that is significantly larger than the local dimensions of local disturbances.
Deformationen des Hologramms: Deformations of the hologram:
Anders ist dies jedoch im Falle einer weiteren und anwendungstypisch sehr häufig auftretenden Störung, bei der das Hologramm beim Auslesen eine andere geometrische Form aufweist als die, die es für ein fehlerfreies Auslesen aufweisen müsste. In einer Anordnung, bestehend aus einer Auslesevorrichtung und einem Hologramm, stellt das Hologramm ein optisches Element dar, wodurch auch die geometrische Form des Hologramms Einfluss auf den Verlauf des Lichtes von der Lichtquelle, über das Hologramm bis zur Ausbildung der holographischen Rekonstruktion auf dem Detektor hat. Wenn die beugenden, holographischen Strukturen des Hologramms so gestaltet sind, das die erwünschte, beugende Wirkung des Hologramms eintritt, wenn das Hologramm flach und eben vorliegt, so sind die holographisch abgelegten Informationen in vielen Fällen nicht mehr auslesbar, wenn das Hologramm zum Zeitpunkt des Auslesens eine andere geometrische Form aufweist. Andere geometrische Formen also Deformationen, werden beispielsweise durch Verbiegungen oder Wölbungen oder jegliche andere Verformung des Hologramms hervorgerufen. Allgemein wirkt sich eine Abweichung der Form des Hologramms zum Zeitpunkt des Auslesens bezogen auf die Form, für die das Hologramm hergestellt wurde, negativ auf die Qualität der holographischen Rekonstruktion auf dem Detektor aus. In den meisten Anwendungen wird das Hologramm so hergestellt, dass das Auslesen am besten funktioniert, wenn das Hologramm zum Zeitpunkt des Auslesens flach und eben vorliegt. Wenn es dann zum Zeitpunkt des Auslesens deformiert ist, lassen sich Hologramme durch Auslesevorrichtungen üblicherweise nur mit Fehlern oder gar nicht mehr ausgelesen. Dies ist sehr nachteilig und begrenzt die Einsatzmöglichkeiten von Hologrammen. Dies trifft insbesondere auf Fourier-Hologramme zu. This is different, however, in the case of another disruption that occurs very frequently in a typical application, in which the hologram has a different geometric shape when it is read out than it would have to have for error-free readout. In an arrangement consisting of a reading device and a hologram, the hologram represents an optical element, whereby the geometric shape of the hologram also influences the course of the light from the light source, via the hologram to the formation of the holographic reconstruction on the detector. If the diffractive, holographic structures of the hologram are designed in such a way that the desired diffractive effect of the hologram occurs when the hologram is flat and even, the holographically stored information can no longer be read in many cases when the hologram is at the time of reading has a different geometric shape. Other geometric shapes, ie deformations, are caused, for example, by bending or bulging or any other deformation of the hologram. In general, a deviation in the shape of the hologram at the time of reading in relation to the shape for which the hologram was produced has a negative effect on the quality of the holographic reconstruction on the detector. In most applications, the hologram is manufactured in such a way that the readout works best when the hologram is flat and planar at the time of readout. If it is then deformed at the time of reading, holograms can usually only be read with errors or not at all by reading devices. This is very disadvantageous and limits the possible uses of holograms. This applies in particular to Fourier holograms.
Der Grund für die Empfindlichkeit von Fourier-Hologrammen bezüglich Deformationen wie beispielsweise Verbiegungen, Wölbungen oder allen andere Verformungen des Hologramms ist, dass die zur Rekonstruktion des Hologramms erforderliche optische Fourier-Transformation die Eigenschaft hat, Lichtstrahlen in Abhängigkeit ihres Einfallswinkels in ein optisches Wirkelement, an unterschiedlichen Orten, beispielsweise auf einem Detektor, abzubilden. Ist ein Fourier-Hologramm deformiert wird keine konturscharfe holographische Rekonstruktion oder sogar gar keine holographische Rekonstruktion erzeugt, wodurch die Informationen, die in dem Fourier-Hologramm abgelegt sind, nur unter großem Aufwand oder gar nicht mehr zurückgewonnen werden können. Bereits geringfügige Deformationen, insbesondere leichte Wölbungen eines Fourier-Hologramms oder Unebenheiten in der Oberfläche des Hologramms führen dazu, dass ein Fourier-Hologramm nicht mehr ausgelesen werden kann. Zwar kann der holographische Träger auf formstabilen Materialien aufgebracht werden, um so eine Deformation eines Fourier-Hologramms nachdem die Informationen in einen Träger eingebracht wurden zu verhindern, dies gewährleistet aber nicht, dass das Fourier-Hologramm später nicht doch durch äußere Einwirkungen, z. B. mechanisch oder thermisch, verformt wird. Dies ist sehr nachteilig und begrenzt die Einsatzmöglichkeiten von Fourier-Hologrammen. The reason for the sensitivity of Fourier holograms with regard to deformations such as bending, bulging or all other deformations of the hologram is that the optical Fourier transformation required for the reconstruction of the hologram has the property of light rays depending on their angle of incidence in an optical active element different locations, for example on a detector. If a Fourier hologram is deformed, no holographic reconstruction with sharp contours or even no holographic reconstruction at all is produced, as a result of which the information stored in the Fourier hologram can only be recovered with great effort or not at all. Even minor deformations, in particular slight curvatures of a Fourier hologram or unevenness in the surface of the hologram, mean that a Fourier hologram can no longer be read. The holographic carrier can be applied to dimensionally stable materials in order to prevent such a deformation of a Fourier hologram after the information has been introduced into a carrier, but this does not guarantee that the Fourier hologram will not later be damaged by external influences, e.g. B. mechanically or thermally deformed. This is very disadvantageous and limits the possible uses of Fourier holograms.
Besonders nachteilig ist diese Eigenschaft bei der Verwendung von Fourier-Hologrammen als Sicherheitsmerkmal oder als Sicherheitselement auf Verpackungen o- der Produkten selbst. Hologramme werden für solche Anwendungen zunehmend verwendet. Verpackungen von Produkten erfüllen u.a. eine Schutzfunktion vor mechanischen Beeinträchtigungen des darin enthaltenen Produktes. Dabei kann es vorkommen, dass die Verpackung starken Wölbungen oder Deformationen ausgesetzt wird, wodurch auch ein darauf befindliches Fourier-Hologramms deformiert werden kann, wodurch dieses unleserlich wird. Auch die Formgebung von Produkten oder Produktverpackungen selbst stellt ein Problem dar, sofern ein Fourier-Hologramm direkt auf diese(s) aufgebracht werden soll, da Produkte und Produktverpackungen, wie z. B. Kunststoffflaschen, Kaffeekapseln, Cremetuben oder -behälter u. a., häufig nicht plan, sondern gewölbt bzw. verrundet oder uneben ausgeführt sind. Auf solchen Gegenständen ist die Verwendung von Fourier-Hologrammen stark limitiert. Erst recht kann nicht sichergestellt werden, dass ein auf eine Verpackung aufgebrachtes Fourier-Hologramm ausgelesen werden kann, wenn die Verpackung nicht formastabil ist. Beispiele für solche Verpackungen sind Schlauchbeutelverpackungen, Blisterverpackungen, o. ä. Werden Fourier-Hologramme auf derartige Verpackungen aufgebracht, lässt sich üblicherweise eine holographische Rekonstruktion nicht mehr zuverlässig erzeugen, weshalb die abgelegten Informationen nicht zuverlässig zurückgewonnen werden können. Aus diesem Grund werden Fourier-Hologramme zum Ablegen von Informationen auf derartigen Verpackungen nur selten eingesetzt. Mit anderen This property is particularly disadvantageous when using Fourier holograms as a security feature or as a security element on packaging or the products themselves. Holograms are increasingly being used for such applications. Product packaging fulfills, among other things, a protective function against mechanical damage to the product it contains. It can happen that the packaging is exposed to strong curvatures or deformations, as a result of which a Fourier hologram located on it can also be deformed, making it illegible. The shape of products or product packaging itself poses a problem if a Fourier hologram is to be applied directly to this(s), since products and product packaging, such as e.g. B. plastic bottles, coffee capsules, cream tubes or containers, etc., are often not flat, but curved or rounded or uneven. On such items, the use of Fourier holograms is severely limited. A fortiori it cannot be ensured that a Fourier hologram applied to packaging can be read if the packaging is not dimensionally stable. Examples of such packaging are tubular bag packaging, blister packaging, or the like. If Fourier holograms are applied to such packaging, a holographic reconstruction can usually no longer be reliably produced, which is why the information stored cannot be reliably recovered. For this reason, Fourier holograms are rarely used to store information on such packaging. With others
Allenfalls mit sehr komplexen Auslesevorrichtungen, die die Deformation ermitteln könnten und Vorrichtungen aufweisen, die eine adaptive Anpassung an die ermittelte Deformation ermöglichen, wäre es möglich deformierte Fourier-Hologramme mit Auslesevorrichtungen des bisherigen Stands der Technik auszulesen. Um die negativen Auswirkungen von Wölbungen und/oder Deformationen auf den Leseprozess zu verringern, kann ein Lichtstrahl verwendet werden, der ein Hologramm auf einer nur kleinen Fläche ausleuchtet. Bei vorhandenen Wölbungen und Deformationen des Hologramms gilt, dass eine kleine ausgeleuchtete Fläche ein besseres Leseergebnis ermöglicht, als es bei einer größeren Ausleuchtung eines deformierten Hologramms der Fall ist. Dies führt dann unweigerlich zu den vorgenannten Nachteilen, wenn das Hologramm lokal gestört ist, da an den gestörten Bereichen des Hologramms keine Informationen mehr ausgelesen werden können. At best, it would be possible to read out deformed Fourier holograms with readout devices of the prior art using very complex readout devices that could determine the deformation and have devices that enable adaptive adaptation to the determined deformation. In order to reduce the negative effects of warpage and/or deformation on the reading process, a light beam that illuminates a hologram over only a small area can be used. In the case of existing curvatures and deformations of the hologram, it applies that a small illuminated area enables a better reading result than is the case with a larger illumination of a deformed hologram. This inevitably leads to the disadvantages mentioned above if the hologram is locally disturbed, since information can no longer be read from the disturbed areas of the hologram.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass wenn ein Hologramm eine lokale Störung aufweist ist es vorteilhaft, dass ein Lichtstrahl einen möglichst großen Bereich des Hologramms ausleuchtet. Dies ist aber gerade kontraproduktiv und besonders nachteilig, wenn das Hologramm auch deformiert ist. Um ein deformiertes Hologramm auszulesen ist es vorteilhaft, dass ein Lichtstrahl einen möglichst kleinen Bereich des Hologramms ausleuchtet. Demgemäß ist es mit den aus dem Stand der Technik bekannten Auslösevorrichtungen kaum möglich holographisch abgelegte Informationen aus einem Fourier-Hologramm auszulesen, welches sowohl eine lokale Störung aufweist und deformiert ist. In den bekannten Auslesevorrichtungen wird in der Regel nur eines der Probleme adressiert. Diese Auslesevorrichtungen versagen also entweder bei lokalen Störungen oder bei einer Deformation eines Hologramms. In summary, it can be stated that if a hologram has a local disturbance, it is advantageous for a light beam to illuminate the largest possible area of the hologram. However, this is precisely counterproductive and particularly disadvantageous if the hologram is also deformed. In order to read out a deformed hologram, it is advantageous for a light beam to illuminate the smallest possible area of the hologram. Accordingly, with the triggering devices known from the prior art, it is hardly possible to read out holographically stored information from a Fourier hologram which has both a local disturbance and is deformed. In the known readout devices, only one of the problems is usually addressed. These readout devices fail either in the event of local disturbances or in the event of a hologram being deformed.
In der Druckschrift EP 2 463 645 A1 ist ein Lesesystem beschrieben, das einen Lesestrahl mit einem sehr kleinen Durchmesser von nur 0,4 mm bis 0,8 mm verwendet. Die Druckschrift EP 2 463 645 A1 beschreibt weiterhin, dass aufgrund von auftretenden lokalen Störungen von Bereichen des Hologramms ein zweiter Lesestrahl und ein zweiter Detektor eingesetzt wird, und das Hologramm zeitlich nacheinander an zwei unterschiedlichen Orten beleuchtet wird, um die Wahrscheinlichkeit eines korrekten Leseergebnisses zu erhöhen. Das beschriebene Lesesystem ist aufgrund der nur kleinen ausgeleuchteten Bereiche des Hologramms geeignet, um bei etwaig auftretenden Wölbungen trotzdem ein korrektes Leseergebnis zu erreichen, allerdings benötigt es aufgrund des kleinen Bereiches des Hologramms, die ausgeleuchtet werden, einen zweiten Lesestrahl, da in einigen Fällen lokale Störungen laterale Aus- dehnungen in gleicher Größenordnung wie der ausgeleuchtete Bereich des Hologramms hat, und ein Auslesen der abgelegten Informationen deshalb scheitern würde. Diese Lösung ist nachteilig, da sie sehr komplex und kostspielig ist, da zwei Lesestrahlen erforderlich sind. The publication EP 2 463 645 A1 describes a reading system that uses a reading beam with a very small diameter of only 0.4 mm to 0.8 mm. The publication EP 2 463 645 A1 also describes that due to local disturbances occurring in areas of the hologram, a second reading beam and a second detector are used, and the hologram is illuminated in chronological succession at two different locations in order to increase the probability of a correct reading result . Due to the only small illuminated areas of the hologram, the reading system described is suitable for achieving a correct reading result in the event of any curvatures, but due to the small area of the hologram that is illuminated, it requires a second reading beam, since in some cases local interference lateral out expansions in the same order of magnitude as the illuminated area of the hologram, and reading out the stored information would therefore fail. This solution is disadvantageous as it is very complex and expensive since two reading beams are required.
Aus der Druckschrift DE 10 2006 012 991 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum optischen Auslesen von Informationen aus einem Informationsträger mittels eines Kartendurchzugsystems beschrieben. Dabei werden auf einem Informationsträger, Informationselemente in Form holographischer Beugungsstrukturen gespeichert. Der erfindungsgemäße Informationsträger kann mittels eines manuellen Durchlaufs durch ein Lesegerät ausgelesen werden. Nachteilig an der beschriebenen Vorrichtung und dem Verfahren ist, dass der Informationsträger, auf dem die Informationen gespeichert sind, flach sein muss, um die Informationen auslesen zu können. The publication DE 10 2006 012 991 A1 describes a method and a device for optically reading out information from an information carrier by means of a card swipe system. Information elements in the form of holographic diffraction structures are stored on an information carrier. The information carrier according to the invention can be read out by means of a manual run through a reading device. A disadvantage of the device and the method described is that the information carrier on which the information is stored must be flat in order to be able to read out the information.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Auslesevorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit dem in einem Fourier-Hologramm abgelegte Informationen ausgelesen werden können. Dabei soll ein Auslesen möglich sein, sowohl wenn ein Fourier-Hologramm nach einem Herstellungsvorgang deformiert wird, z. B. gewölbt wird oder eine andersartige Verformung aufweist als auch wenn ein Fourier- Hologramm lokale Störungen aufweist. The invention is therefore based on the object of providing a readout device and a method with which information stored in a Fourier hologram can be read out. It should be possible to read out both when a Fourier hologram is deformed after a manufacturing process, z. B. is curved or has a different type of deformation as well as when a Fourier hologram has local disturbances.
Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Auslesen von in einem Fourier-Hologramm holographisch abgelegten Informationen bereitzustellen, mit dem ein Auslesen möglich ist sowohl wenn ein Fourier-Hologramm nach einem Herstellungsvorgang deformiert wird, z. B. gewölbt wird oder eine andersartige Verformung aufweist als auch wenn ein Fourier-Hologramm lokale Störungen aufweist. In addition, it is an object of the invention to provide a method for reading information stored holographically in a Fourier hologram, with which reading is possible both when a Fourier hologram is deformed after a manufacturing process, e.g. B. is curved or has a different type of deformation as well as when a Fourier hologram has local disturbances.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of Invention
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Auslesevorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Darüber hinaus wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. gelöst. Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Auslesesystem gemäß Anspruch Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden, gelöst.The object of the present invention is achieved by the readout device according to claim 1. In addition, the object of the invention by the method according to claim Fehler! Reference source not found. solved. Furthermore, the object of the invention is achieved by a readout system according to claim error! Reference source could not be found, solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich jeweils aus den Unteransprüchen. Advantageous developments result from the subclaims.
Der Erfindung liegt zum einen die Erkenntnis zu Grunde, dass sich Informationen auch dann noch aus einem Fourier-Hologramm auslesen lassen, wenn dieses lokale Störungen aufweist. Im Rahmen dieser Beschreibung sind unter lokalen Störungen optische Beeinflussungen durch Fingerabdrücke, insbesondere Abdrücke der Papillarlinien, Kratzer, kleine Verschmutzungen, Staubpartikel, Farbpartikel, Klebstoffpartikel o. ä. zu verstehen. Insbesondere soll unter einer lokalen Störung eine Beeinträchtigung des Hologramms verstanden werden, die einen Teil des Hologramms insoweit beeinträchtigt, dass das Hologramm an dieser Stelle nicht mehr zuverlässig ausgelesen werden kann. In einem Fourier-Hologramm abgelegte Informationen haben im Gegensatz zu zweidimensionalen grafischen Abbildungen, wie z. B. Barcodes oder Fotos, die Eigenschaft, dass die abgelegten Informationen bekanntermaßen über die gesamte Fläche eines Hologramms verteilt abgelegt sind. On the one hand, the invention is based on the knowledge that information can still be read from a Fourier hologram even if this has local disturbances. In the context of this description, local disturbances are to be understood as optical influences caused by fingerprints, in particular impressions of the papillary lines, scratches, small dirt particles, dust particles, paint particles, adhesive particles or the like. In particular, a local disturbance should be understood to mean an impairment of the hologram that affects a part of the hologram to the extent that the hologram can no longer be reliably read at this point. In contrast to two-dimensional graphic images, such as e.g. B. barcodes or photos, the property that the stored information is known to be stored distributed over the entire surface of a hologram.
Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass es Nachteilig ist es, wenn die Ausdehnung des Lichtstrahls, mit dem das Hologramm ausgeleuchtet wird klein ist, und diese beispielsweise in derselben Größenordnung wie die der örtlichen Ausdehnung der lokalen Störungen liegt, oder gar kleiner ist. Dann entsteht daher auf dem Detektor eine holographische Rekonstruktion mit kleinem, also sehr schlechtem, Signal/Rausch-Verhältnis. Ein Auslesen der Information wäre dann nicht möglich. Die erfindungsgemäße Auslesevorrichtung sieht deshalb vor, eine Teilfläche auszuleuchten, vorzugsweise das gesamte Fourier-Hologramm auszuleuchten. Dadurch kann das Signal/Rausch-Verhältnis verbessert werden. Lokale Störungen fallen dann weniger ins Gewicht. The invention is based, among other things, on the finding that it is disadvantageous if the extent of the light beam with which the hologram is illuminated is small, and this is, for example, of the same order of magnitude as the local extent of the local disturbances, or even smaller . A holographic reconstruction with a small, ie very poor, signal-to-noise ratio is then produced on the detector. It would then not be possible to read out the information. The reading device according to the invention therefore provides for illuminating a partial area, preferably illuminating the entire Fourier hologram. This can improve the signal-to-noise ratio. Local disturbances are then less important.
Um das Problem zu lösen, dass deformierte Fourier-Hologramme, die mit einem ausgedehnten Lichtstrahl, der um ein Vielfaches größer ist als typische lokale Störungen, ausgeleuchtet werden, ebenfalls auslesen zu können, sieht es die Erfindung vor, dass das Begrenzungselement den sich entlang des Strahlengangs ausbreitenden Lichtstrahl durch die Begrenzungsfläche begrenzt. Es wird also die Querschnittsfläche des von dem Hologramm reflektierten und gebeugten Lichtstrahls begrenzt. Insoweit liegt der Erfindung die weitere Erkenntnis zugrunde, dass in der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung durch ein Begrenzen des Strahlengangs durch ein Begrenzungselement das Auslesen von deformierten oder gestörten Fourier-Hologrammen verbessert werden kann. Aus praktischer Sicht scheint das Begrenzen des Strahlengangs nachteilig, da in Folge die Lichtintensität, mit der die holographische Rekonstruktion auf dem Detektor erzeugt wird, nur noch einen Bruchteil der auf die Beleuchtungsfläche einfallenden Lichtstrahlen umfasst. In Folge ist zu erwarten, dass das Signal/Rausch-Verhältnis reduziert wird und folglich ein Detektieren der holographischen Rekonstruktion erschwert wird. In order to solve the problem that deformed Fourier holograms, which are illuminated with an extended light beam that is many times larger than typical local disturbances, can also be read out, the invention provides that the delimiting element along the Beam path propagating light beam limited by the boundary surface. The cross-sectional area of the light beam reflected and diffracted by the hologram is thus limited. In this respect, the invention is based on the further knowledge that in the reading device according to the invention, the reading out of deformed or disturbed Fourier holograms can be improved by limiting the beam path using a limiting element. From a practical point of view, limiting the beam path appears to be disadvantageous, since as a result the light intensity with which the holographic reconstruction is generated on the detector only comprises a fraction of the light beams incident on the illumination surface. As a result, it is to be expected that the signal-to-noise ratio will be reduced and consequently detection of the holographic reconstruction will be made more difficult.
Es wurde jedoch gefunden, dass es überaus vorteilhaft ist, wenn der Anteil der gebeugten Lichtstrahlen, welche Fourier-transformiert werden, begrenzt wird, also weniger Lichtstrahlen zur Erzeugung der holographischen Rekonstruktion genutzt werden, indem die Transmissionsfläche des Begrenzungselements flächenmäßig kleiner als die Beleuchtungsfläche ausgelegt ist. Denn obwohl die Lichtintensität, mit der die holographische Rekonstruktion auf dem Detektor erzeugt wird, reduziert ist, verbessert sich durch die Begrenzung das Signal/Rausch-Verhältnis der Rekonstruktion auf des Fourier-Hologramms. However, it has been found that it is extremely advantageous if the proportion of the diffracted light beams that are Fourier-transformed is limited, i.e. fewer light beams are used to generate the holographic reconstruction, by designing the transmission surface of the limiting element to be smaller in terms of area than the illumination surface . Because although the light intensity with which the holographic reconstruction is generated on the detector is reduced, the signal-to-noise ratio of the reconstruction on the Fourier hologram improves as a result of the limitation.
Durch eine Begrenzung der Lichtstrahlen, wird in der vorliegenden Auslesevorrichtung erreicht, dass nur einige wenige Lichtstrahlen, welche unter einem ähnlichen Winkel durch ein deformiertes Fourier-Hologramm abgelenkt werden, das optische Wirkelement treffen und durch dieses Fourier-transformiert werden. Da die optische Fourier-Transformation die Eigenschaft hat, dass Einfallswinkel in ein optisches Wirkelement in einer örtlichen Verschiebung resultieren, wird durch das Begrenzungselement erreicht, dass die sich auf dem Detektor überlagernden Rekonstruktionen des Fourier-Hologrammseinen geringen örtlichen Versatz zueinander aufweisen.By limiting the light beams, it is achieved in the present reading device that only a few light beams, which are deflected at a similar angle by a deformed Fourier hologram, hit the optical active element and are Fourier transformed by it. Since the optical Fourier transformation has the property that angles of incidence in an optical active element result in a local displacement, the limiting element ensures that the reconstructions of the Fourier hologram superimposed on the detector have a small spatial offset relative to one another.
Sonst würden die abgelenkten Lichtstrahlen, die durch die optische Fourier-Transformation an unterschiedlichen Orten auf einem Detektor abgebildet werden zur Folge haben, dass sich eine Vielzahl von Rekonstruktionen überlagern, die alle zueinander jeweils örtlich versetzt angeordnet sind. Dadurch würde auf dem Detektor lediglich ein zufälliges Lichtmuster erzeugt werden, nicht jedoch eine Rekonstruktion des Hologramms. Im übertragenen Sinne wäre die Abbildung dann unscharf. Wird jedoch eine Vielzahl der Lichtstrahlen durch das Begrenzungselement herausgefiltert oder besser geblockt oder absorbiert, wird es möglich, die in einem deformierten Fourier-Hologramm abgelegten Informationen auszulesen, da die Konturschärfe der erzeugten Rekonstruktion des Hologramms auf einem Detektor verbessert wird. Das Signal/Rausch-Verhältnis der Rekonstruktion wird verbessert, also größer. Die Lichtstrahlen, die nicht durch das Begrenzungselement abgefangen werden, sondern durch die Transmissionsfläche des Begrenzungselements hindurchtreten, umfassen immer noch alle Informationen, die zum Zurückgewinnen der in dem Hologramm abgelegten Informationen erforderlich sind. Das liegt an der bereits beschriebenen und der Fachwelt bekannten Eigenschaft des Fourier-Hologramms, das die im Hologramm abgelegte Information ortsverteilt über das gesamte Hologramm abgelegt ist. Dadurch kann eine Nutzinformation, die Teil der in dem Hologramm abgelegten Information ist und von dieser umfasst ist, auch aus wenigen am Fourier- Hologramm gebeugten Lichtstrahlen zurückgewonnen werden. Otherwise, the deflected light beams, which are imaged at different locations on a detector by the optical Fourier transformation, would result in a large number of reconstructions being superimposed, which are all arranged in a spatially offset manner in relation to one another. This would only produce a random light pattern on the detector, but not a reconstruction of the hologram. In a figurative sense, the image would then be blurred. However, if a large number of the light beams are filtered out by the limiting element or better blocked or absorbed, it becomes possible to read out the information stored in a deformed Fourier hologram, since the contour sharpness of the reconstruction of the hologram produced on a detector is improved. The signal-to-noise ratio of the reconstruction is improved, i.e. greater. The light rays that are not intercepted by the delimitation element but pass through the transmission surface of the delimitation element still contain all the information necessary to recover the information stored in the hologram. This is due to the property of the Fourier hologram, which has already been described and is known to those skilled in the art, that the information stored in the hologram is stored in a spatially distributed manner over the entire hologram. As a result, useful information, which is part of the information stored in the hologram and is encompassed by it, can also be recovered from a small number of light beams diffracted at the Fourier hologram.
Wie bereits erwähnt ist durch die Verwendung des Begrenzungselements die Intensität der auf dem Detektor abgebildeten holographischen Rekonstruktion des Hologramms geringer gegenüber dem Fall, dass kein Begrenzungselement eingesetzt wird. Ein Detektieren ist dennoch möglich. Als ein Detektor, zum Detektieren des sich entlang eines Strahlengangs ausgebreiteten Lichtstrahls eignet sich jeder optische Detektor, der eine örtliche Intensitätsverteilung in elektrische Signale umwandeln kann. Vorzugsweise ist er an den Wellenlängenbereich der Lichtquelle angepasst und in diesem Wellenlängenbereich besonders empfindlich. Der Detektor kann in einem weiten Wellenlängenbereich empfindlich sein. Vorzugsweise ist der Detektor ein pixelbasierter Detektor, wie beispielsweise ein Active-Pixel-Sensor oder ein CCD- Sensor. Diese Detektoren sind ausreichend empfindlich, um auch noch schwache Lichtsignale zu detektieren und in elektrische Signale umzuwandeln. As already mentioned, the use of the delimitation element means that the intensity of the holographic reconstruction of the hologram imaged on the detector is lower compared to the case where no delimitation element is used. Detection is still possible. Any optical detector that can convert a local intensity distribution into electrical signals is suitable as a detector for detecting the light beam propagated along a beam path. It is preferably adapted to the wavelength range of the light source and is particularly sensitive in this wavelength range. The detector can be sensitive over a wide range of wavelengths. Preferably the detector is a pixel-based detector such as an active pixel sensor or a CCD sensor. These detectors are sensitive enough to detect even weak light signals and convert them into electrical signals.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat somit den Vorteil, dass die in einem Fourier- Hologramm abgelegten Informationen trotz lokaler Störungen auszulesen sind, und sie hat weiterhin den Vorteil, dass ein Auslesen auch dann möglich ist, wenn das Fourier-Hologramm deformiert ist. Weiterhin hat die Vorrichtung den Vorteil, dass für ein Auslesen an der Auslesevorrichtung keine Anpassung oder Änderung vorzuneh- men um diese auf eine lokale Störung oder eine Deformation eines Fourier-Hologramms zu justieren oder diese zu kompensieren. Mit anderen Worten kommt die Auslesevorrichtung ohne bewegliche Elemente, wie z. B. einer Fokussiereinrichtung, aus. Dies bietet aus Anwendungssicht entscheidende Vorteile und verbessert die Zuverlässigkeit der Auslesevorrichtung, da die nicht erforderlichen beweglichen Teile weder abnutzen noch blockieren können. Die erfindungsgemäße Auslesevorrichtung stellt insoweit eine erhebliche Verbesserung dar, da adaptive Anpassungen nicht erforderlich sind und die Auslesevorrichtung auch keine beweglichen Teile aufweist. The device according to the invention thus has the advantage that the information stored in a Fourier hologram can be read despite local disturbances, and it also has the advantage that reading is also possible when the Fourier hologram is deformed. Furthermore, the device has the advantage that no adjustment or change has to be made to the readout device for a readout. to adjust or to compensate for a local disturbance or a deformation of a Fourier hologram. In other words, the reading device comes without moving elements, such as. B. a focusing device. From an application point of view, this offers decisive advantages and improves the reliability of the readout device, since the moving parts that are not required can neither wear out nor jam. The readout device according to the invention represents a considerable improvement in that adaptive adjustments are not required and the readout device also has no moving parts.
Um den zuvor beschriebenen Effekt der Auslesbarkeit deformierter Fourier-Hologramme zu erreichen, ist es bevorzugt, dass die Transmissionsfläche kleiner ist, als die Beleuchtungsfläche. Sofern die Transmissionsfläche kleiner ist als die Beleuchtungsfläche, tritt immer nur ein Anteil der gebeugten Lichtstrahlen durch die Transmissionsfläche hindurch und das Signal/Rausch-Verhältnis der Rekonstruktion wird verbessert. In order to achieve the previously described effect of readability of deformed Fourier holograms, it is preferable for the transmission area to be smaller than the illumination area. If the transmission surface is smaller than the illumination surface, only a portion of the diffracted light beams ever passes through the transmission surface and the signal-to-noise ratio of the reconstruction is improved.
Als Lichtquelle zum Aussenden eines Lichtstrahls eignet sich jede Lichtquelle, die schmalbandige kohärente Lichtstrahlen aussendet. Lichtstrahlen mit diesen Eigenschaften sind besonders geeignet, um an Fourier-Hologrammen gebeugt zu werden, um dann auf einem Detektor abgebildet zu werden. Derartige Lichtquellen können Laser oder Laser-Dioden sein. Der Vorteil von Lasern oder Laser-Dioden ist, dass diese Lichtstrahlen mit einer großen Intensität bereitstellen können und der austretende Lichtstrahl die vorgenannten Eigenschaften aufweist. Somit können Fourier- Hologramme besonders hell ausgeleuchtet werden. Als Lichtquelle eignen sich aber auch licht-emittierende Dioden, also LEDs, die ebenfalls in einem schmalen Spektralbereich emittieren können und Lichtstrahlen mit ausreichender Intensität aussenden können. Das Spektrum der Lichtquelle ist vorzugsweise im sichtbaren Wellenlängenbereich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind aber ausdrücklich nicht auf den sichtbaren Wellenlängenbereich beschränkt. Insbesondere ist auch der Wellenlängenbereich des infraroten Lichts als auch der Wellenlängenbereich des UV-Lichts bevorzugt. Der Vorteil dieser Wellenlängenbereiche ist, dass Lichtstrahlen für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind. Somit werden Menschen durch die Auslesevorrichtung nicht geblendet oder in sonstiger Weise irritiert. Unter der beleuchteten Fläche des Fourier-Hologramms soll eine beliebig geformte Fläche verstanden werden, die durch die Lichtquelle ausgeleuchtet wird. Insbesondere kann die beleuchtete Fläche auch aus einer Ebene heraustreten, also nicht vollständig in einer Ebene liegen, wenn diese zum Beispiel gewölbt ist, sphärisch geformt ist oder sehr uneben ist, beispielsweise „geknittert“. Mit anderen Worten kann die beleuchtete Fläche jede Form annehmen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Fourier-Hologramm, also zumindest der holographische Träger des Fourier-Hologramms, deformiert ist oder wird, z B. geknittert oder verformt ist. Die beleuchtete Fläche kann auf einem Teil des beleuchteten Fourier-Hologramms ausgebildet sein, vorzugsweise ist das gesamte Fourier-Hologramm durch die Lichtquelle beleuchtet. Any light source that emits narrow-band coherent light beams is suitable as a light source for emitting a light beam. Light beams with these properties are particularly suitable for being diffracted on Fourier holograms in order to then be imaged on a detector. Such light sources can be lasers or laser diodes. The advantage of lasers or laser diodes is that they can provide light beams with a high intensity and the emerging light beam has the aforementioned properties. Fourier holograms can thus be illuminated particularly brightly. However, light-emitting diodes, ie LEDs, which can also emit in a narrow spectral range and can emit light beams with sufficient intensity, are also suitable as light sources. The spectrum of the light source is preferably in the visible wavelength range. However, the device according to the invention and the method according to the invention are expressly not limited to the visible wavelength range. In particular, the wavelength range of infrared light and the wavelength range of UV light are also preferred. The advantage of these wavelength ranges is that light rays are imperceptible to the human eye. Thus, people are not dazzled or otherwise irritated by the readout device. The illuminated area of the Fourier hologram should be understood as meaning an arbitrarily shaped area that is illuminated by the light source. In particular, the illuminated surface can also step out of a plane, ie not lie completely in a plane, if it is curved, for example, has a spherical shape or is very uneven, for example “wrinkled”. In other words, the illuminated area can take any shape. This is the case, for example, when the Fourier hologram, ie at least the holographic carrier of the Fourier hologram, is or becomes deformed, for example wrinkled or deformed. The illuminated area may be formed on part of the illuminated Fourier hologram, preferably the entire Fourier hologram is illuminated by the light source.
Unter gebeugten Lichtstrahlen werden im Sinne dieser Erfindung Lichtstrahlen verstanden, welche an den in den holographischen Träger des Hologramms eingeschriebenen Strukturen gebeugt werden. Durch die Beugungseffekte werden Lichtstrahlen bekanntermaßen unter der nullten Ordnung, den ersten Ordnungen sowie höheren Ordnung gebeugt. Im Sinne dieser Erfindung gehen die gebeugten Lichtstrahlen von der beleuchteten Fläche des Hologramms aus. Die gebeugten Lichtstrahlen weisen spezifische Beugungswinkeln auf. In the context of this invention, diffracted light beams are understood to mean light beams which are diffracted at the structures written into the holographic carrier of the hologram. The effects of diffraction are known to diffract light rays below the zero order, the first orders, and higher orders. For purposes of this invention, the diffracted light rays emanate from the illuminated area of the hologram. The diffracted light rays have specific diffraction angles.
Unter einem Begrenzungselement mit einer Begrenzungsfläche zum Begrenzen des Strahlengangs und einer Transmissionsfläche zum Transmittieren des sich entlang des Strahlengangs ausgebreitenden Lichtstrahls, soll jedes Element verstanden werden, welches einen Strahlengang begrenzt und zudem Lichtstrahlen transmittieren kann. Unter Begrenzen kann insbesondere eine Verringerung eines Querschnitts eines Lichtstrahls verstanden werden. Das Begrenzungselement kann aus einem Metall, einem Kunststoff oder jedem anderen lichtundurchlässigen Material bestehen. Die Begrenzungsfläche eines Begrenzungselements ist dazu ausgebildet, dass sie einen Teil der im Strahlengang befindlichen Lichtstrahlen absorbiert oder reflektiert. Die Begrenzungsfläche kann eine runde, ovale, quadratische oder rechteckige Form aufweisen. Aber auch jede andere Form ist möglich. Die Transmissionsfläche eines Begrenzungselements ist dazu ausgebildet, dass sie einen Teil der im Strahlengang befindlichen Lichtstrahlen transmittiert. Dabei werden die transmittierenden Lichtstrahlen vorzugsweise nicht durch die Transmissionsfläche beeinflusst. Besonders bevorzugt ist es, dass die Transmissionsfläche in der Begrenzungsfläche ausgebildet ist. Es ist auch bevorzugt, dass Begrenzungsfläche und Transmissionsfläche in einer Ebene liegen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Lichtstrahlen nicht in ihrer Intensität und/oder Richtung durch die Transmissionsfläche beeinflusst werden. Die Transmissionsfläche kann durch eine Aussparung oder durch eine Öffnung in einem Material oder Körper ausgebildet werden. Beispielsweise kann es sich um eine Durchtrittsöffnung in einem Blech oder einer Kunststoffplatte handeln. Die Transmissionsfläche kann eine runde, ovale, quadratische oder rechteckige Form aufweisen. Aber auch jede andere Form ist möglich. A delimiting element with a delimiting surface for delimiting the beam path and a transmission surface for transmitting the light beam propagating along the beam path should be understood to mean any element which delimits a beam path and can also transmit light beams. Limiting can in particular be understood to mean a reduction in a cross section of a light beam. The confinement element can be made of a metal, a plastic or any other opaque material. The boundary surface of a boundary element is designed to absorb or reflect part of the light beams in the beam path. The boundary surface can have a round, oval, square or rectangular shape. But any other shape is also possible. The transmission surface of a delimiting element is designed to transmit part of the light beams located in the beam path. In this case, the transmitted light beams are preferably not influenced by the transmission surface. Particularly it is preferred that the transmission surface is formed in the boundary surface. It is also preferred that the boundary surface and the transmission surface lie in one plane. In particular, it is preferred that the intensity and/or direction of the light beams are not influenced by the transmission surface. The transmission surface can be formed by a recess or an opening in a material or body. For example, it can be a passage opening in a metal sheet or a plastic plate. The transmission surface can have a round, oval, square or rectangular shape. But any other shape is also possible.
Unter einer Transmissionsfläche soll diejenige Fläche eines Begrenzungselements verstanden werden, die den Strahlengang der gebeugten Lichtstrahlen nicht blockiert oder absorbiert, sondern durch den die gebeugten und reflektierten Lichtstrahlen hindurchtreten. Das Begrenzungselement ist dazu im Strahlengang eingefügt, wobei dies entlang des Strahlengangs vor dem optischen Wirkelement angeordnet ist oder durch das optische Wirkelement selbst ausgebildet ist. Mit anderen Worten durchläuft das gebeugte und reflektierte Licht erst die Transmissionsfläche des Begrenzungselements und tritt dann in das optische Wirkelement ein. A transmission surface is to be understood as that surface of a delimiting element which does not block or absorb the beam path of the diffracted light beams, but through which the diffracted and reflected light beams pass. For this purpose, the delimiting element is inserted in the beam path, being arranged along the beam path in front of the optical active element or being formed by the optical active element itself. In other words, the diffracted and reflected light first passes through the transmission surface of the delimiting element and then enters the optically active element.
Unter einem optischen Wirkelement, zum Transformieren des sich entlang des Strahlengangs ausbreitenden Lichtstrahls mittels einer Fourier-Transformation, soll ein optisches Element verstanden werden, welches so ausgebildet ist, dass es eine optische zweidimensionale Fourier-Transformation durchführt. Das optische Wirkelement beeinflusst den Strahlengang der gebeugten Lichtstrahlen. Insbesondere kann ein Wirkelement Lichtstrahlen brechen, beugen, reflektieren oder transmittieren. Dazu weist das Wirkelement wenigstens eine Wirkfläche auf, die den Strahlengang entsprechend beeinflusst. Besonders bevorzugt ist es, dass das Wirkelement eine Linse ist, insbesondere eine Sammellinse oder eine Fourierlinse ist. Dadurch lässt sich ein besonders einfacher optischer Aufbau realisieren, mit dem eine zweidimensionale optische Fourier-Transformation durchgeführt werden kann. Die Linse kann auch eine plankonkave Linse oder ein Linsensystem sein. Der Detektor ist so angeordnet, dass sich die lichtsensitive Oberfläche des Detektors in der Fourierebene der Linse befindet, also in derjenigen Ebene in der ein Brennpunkt bzw. Fokuspunkt der Linse liegt. Die Fourierebene der Linse wird häufig auch Brennebene genannt. In dieser Brennebene wird die holographische Rekonstruktion des Fourier-Hologramms als zweidimensionaler örtlich verteilter Intensitätsverlauf erzeugt, also ein zweidimensionales Muster aus Licht. Alternativ kann ein Wirkelement ein Spiegelelement sein, insbesondere ein Hohlspiegel, da auch ein Spiegelelement, wie beispielsweise ein Hohlspiegel, eine zweidimensionale Fourier-Transformation erzeugen kann. An optical active element for transforming the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation is to be understood as an optical element which is designed in such a way that it carries out an optical two-dimensional Fourier transformation. The optical active element influences the beam path of the diffracted light beams. In particular, an active element can break, bend, reflect or transmit light rays. For this purpose, the active element has at least one active surface, which influences the beam path accordingly. It is particularly preferred that the active element is a lens, in particular a converging lens or a Fourier lens. This allows a particularly simple optical structure to be implemented, with which a two-dimensional optical Fourier transformation can be carried out. The lens can also be a plano-concave lens or a lens system. The detector is arranged in such a way that the light-sensitive surface of the detector is in the Fourier plane of the lens, ie in that plane in which a focal point or focal point of the lens lies. The Fourier plane of the lens is also often called the focal plane. In this Focal plane, the holographic reconstruction of the Fourier hologram is generated as a two-dimensional, locally distributed intensity profile, i.e. a two-dimensional pattern of light. Alternatively, an active element can be a mirror element, in particular a concave mirror, since a mirror element, such as a concave mirror, can also produce a two-dimensional Fourier transformation.
Das optische Wirkelement kann auch aus mehr als einem optischen Element bestehen, insbesondere kann ein optisches Wirkelement eine Anordnung mehrerer Linsen und/oder Spiegelelement sein. Wesentlich ist jedoch, dass das optische Wirkelement eine optische Fourier-Transformation der Lichtstrahlen erzeugen kann. The active optical element can also consist of more than one optical element; in particular, an active optical element can be an arrangement of a plurality of lenses and/or mirror elements. However, it is essential that the optical active element can generate an optical Fourier transformation of the light beams.
Ein optisches Wirkelement kann auch ein Linsenarray sein, wobei das Linsenarray mehrere nebeneinander angeordnete Linsen umfasst. Wenigsten eine der Linsen eines Linsenarrys transformiert den sich entlang des Strahlengangs ausbreitenden Lichtstrahl mittels einer Fourier-Transformation, um so wenigstens eine holographische Rekonstruktion des Fourier-Hologramms auf dem Detektor zu erzeugen. Bevorzugt ist jede der Linsen in dem Linsenarray dazu ausgebildet, eine optische Fourier- Transformation durchzuführen und eine holographische Rekonstruktion des Hologramms auf dem Detektor zu erzeugen. Dadurch lassen sich mehrere optische Fourier-Transformationen durchführen und mehrere holographische Rekonstruktionen des Hologramms auf dem Detektor erzeugen, die mittels einer Bildverarbeitung weiterverarbeitet werden können oder verrechnet werden können. Die Linsen, insbesondere mehreren Sammellinsen, in dem Linsenarray, können reihenförmig, matrixför- mig oder wabenförmig nebeneinander angeordnet sein. Auch mehrlinsen An optical active element can also be a lens array, with the lens array comprising a plurality of lenses arranged next to one another. At least one of the lenses of a lens array transforms the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation in order to generate at least one holographic reconstruction of the Fourier hologram on the detector. Preferably, each of the lenses in the lens array is configured to perform an optical Fourier transform and generate a holographic reconstruction of the hologram on the detector. As a result, a number of optical Fourier transformations can be carried out and a number of holographic reconstructions of the hologram can be generated on the detector, which can be processed further by means of image processing or can be calculated. The lenses, in particular a plurality of converging lenses, in the lens array can be arranged next to one another in rows, in a matrix or in a honeycomb pattern. Also multiple lenses
Unter einer Fourier-Transformation soll eine zweidimensionale optische Fourier- Transformation verstanden werden. Die Wirkfläche des optischen Wirkelements kann so ausgebildet sein, dass gebeugte Lichtstrahlen derart abgelenkt werden, dass auf der Detektorfläche die holographische Rekonstruktion erzeugt wird. Diese holographische Rekonstruktion stellt beispielsweise ein zweidimensionales Datenfeld, einen Strichcode oder Ziffern und/oder Buchstaben als zweidimensionale Intensitätsverteilung auf der Detektorfläche dar. Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem das optische Wirkelement eine Wirkfläche umfasst und die Transmissionsfläche kleiner ist, als die Wirkfläche. Eine Wirkfläche soll als diejenige Fläche verstanden werden, durch die die gebeugten Lichtstrahlen in das optische Wirkelement einfallen. Die Wirkfläche ist somit eine optisch wirksame Fläche des optischen Wirkelements. A Fourier transformation is to be understood as a two-dimensional optical Fourier transformation. The active surface of the optical active element can be designed in such a way that diffracted light beams are deflected in such a way that the holographic reconstruction is generated on the detector surface. This holographic reconstruction represents, for example, a two-dimensional data field, a bar code or digits and/or letters as a two-dimensional intensity distribution on the detector surface. The readout device can advantageously be further developed in that the optical active element comprises an active surface and the transmission surface is smaller than the active surface. An effective surface is to be understood as that surface through which the diffracted light rays impinge on the optical effective element. The active surface is thus an optically active surface of the optical active element.
Es kann bevorzugt sein, dass mehr als ein Begrenzungselement eingesetzt wird. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, dass ein erstes Begrenzungselement vor dem optischen Wirkelement entlang des Strahlengangs des sich ausgebreitenden Lichtstrahls angeordnet ist und ein zweites Begrenzungselement nach dem optischen Wirkelement entlang des Strahlengangs des sich ausgebreitenden Lichtstrahls angeordnet ist. Die vorgenannten Vorteile in Bezug auf die Anordnung des Begrenzungselements lassen sich dann in der Auslesevorrichtung kombinieren. It may be preferred that more than one delimiting element is used. In particular, it can be advantageous that a first delimiting element is arranged before the optical active element along the optical path of the propagating light beam and a second delimiting element is arranged after the optical active element along the optical path of the propagating light beam. The aforementioned advantages in relation to the arrangement of the limiting element can then be combined in the readout device.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem die Transmissionsfläche weniger als 50% der Beleuchtungsfläche beträgt, die Transmissionsfläche bevorzugt weniger als 20% der Beleuchtungsfläche beträgt, die Transmissionsfläche besonders bevorzugt weniger als 10% der Beleuchtungsfläche beträgt, die Transmissionsfläche weiter besonders bevorzugt weniger als 5% der Beleuchtungsfläche beträgt. Je kleiner die Transmissionsfläche im Verhältnis zu der Beleuchtungsfläche ausgeführt ist, desto ausgeprägter ist der Effekt der Winkelselektivität die durch das Begrenzungselement erzeugt wird, wenn das Fourier-Hologramm deformiert ist. Je kleiner die Transmissionsfläche im Verhältnis zu der Beleuchtungsfläche ausgeführt ist, desto stärker kann das Fourier-Hologramm deformiert sein. Eine Transmissionsfläche, die weniger als 5% der Fläche der Beleuchtungsfläche beträgt, ermöglicht somit das Abbilden einer Fourier-Transform ierten eines besonders stark deformierten Fourier-Hologramms. Eine sehr starke Deformation im Sinne dieser Erfindung ist beispielsweise eine Wölbung eines Fourier-Hologramms mit einem Radius von 15 Zentimetern bis 30 Zentimetern. Die Wölbung kann konvex oder konkav ausgebildet sein. Diese Werte sind aber keinesfalls als Grenzwert aufzufassen, sondern sind rein beispielhaft gewählt. The readout device can advantageously be further developed in that the transmission area is less than 50% of the illumination area, the transmission area is preferably less than 20% of the illumination area, the transmission area is particularly preferably less than 10% of the illumination area, the transmission area is more particularly preferably less than 5% of the lighting area. The smaller the transmission surface is in relation to the illumination surface, the more pronounced is the effect of the angular selectivity produced by the limiting element when the Fourier hologram is deformed. The smaller the transmission surface is in relation to the illumination surface, the more the Fourier hologram can be deformed. A transmission area that is less than 5% of the area of the illumination area thus makes it possible to image a Fourier transform of a particularly severely deformed Fourier hologram. A very strong deformation within the meaning of this invention is, for example, a curvature of a Fourier hologram with a radius of 15 centimeters to 30 centimeters. The curvature can be convex or concave. However, these values are by no means to be understood as limit values, but are chosen purely as examples.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem das Begrenzungselement eine Blende ist oder durch eine Apertur des optischen Wirkelements ausgebildet ist. Unter einer Blende ist eine optische Blende zu verstehen. Eine optische Blende ist eine Vorrichtung zur Begrenzung des Querschnitts von Strahlenbündeln in einem optischen System. Blenden weisen einen Bereich auf, der Lichtstrahlen transmittiert und somit eine Transmissionsfläche ausbildet, und einen Bereich, der Lichtstrahlen absorbiert oder reflektiert und somit eine Begrenzungsfläche ausbildet. Durch eine optische Blende kann der Anteil der gebeugten Lichtstrahlen begrenzt werden. Vorzugsweise besteht eine optische Blende aus lichtundurchlässigem Material und absorbiert den nicht transmittierten Anteil der Lichtstrahlen im Bereich der Begrenzungsfläche. Alternativ kann das Begrenzungselement auch durch die Apertur eines optischen Elements bestimmt sein. Dabei ist die hier gemeinte Apertur, die eine Öffnungsweite eines optischen Elements beschreibt, nicht mit einer nummerischen Apertur einer Linse zu verwechseln, die das Vermögen eines optischen Elements, Lichtstrahlen zu fokussieren, beschreibt. Die Apertur einer Linse beschreibt die freie Öffnung oder denjenigen Durchmesser eines optischen Elements, durch welchen Lichtstrahlen transmittieren können, was als Transmissionsfläche im Sinne dieser Erfindung zu verstehen ist. In diesem Fall umfasst das optische Wirkelement also ein Begrenzungselement, wobei die Transmissionsfläche des Begrenzungselements durch die Wirkfläche des optischen Wirkelements ausgebildet ist. Diejenigen Bereiche, durch die Lichtstrahlen nicht transmittieren können, sind im Sinne dieser Erfindung als Begrenzungsflächen aufzufassen. Die Apertur einer Linse ist häufig durch den Linsenrand bestimmt oder durch die Linsenfassung, in die eine Linse eingesetzt ist. Sofern das Begrenzungselement durch die Apertur einer Linse gebildet wird, entspricht das Begrenzungselement dem optischen Wirkelement und die Transmissionsfläche entspricht im Wesentlichen der Wirkfläche. Für den Fall, dass das optische Wirkelement ein Spiegelelement ist, ist unter der Transmissionsfläche, die verspiegelte Fläche zu verstehen und unter der Begrenzungsfläche sollen nicht-spie- gelnde Bereiche eines Spiegelelements und/oder Bereiche einer Spiegelfassung verstanden werden. Die Apertur einer Linse oder eines Spiegelelements als Begrenzungselement zu verwenden, hat daher den Vorteil, dass kein separates Begrenzungselement vorgesehen werden muss, da die Linse bzw. das Spiegelelement sowohl optische Wirkelement ist, als auch als Begrenzungselement wirkt. Dies vereinfacht den mechanischen und optischen Aufbau der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung. Besonders bevorzugt ist es, dass der Detektor und das optische Wirkelement von einem Kameramodul umfasst sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Detektor durch wenigstens einen CCD-Sensor oder einen CMOS-Sensor realisiert ist und das optische Wirkelement durch wenigstens eine Sammellinse oder ein Linsensystem des Kameramoduls realisiert ist. Weiter bevorzugt ist es, dass das Begrenzungselement durch die Apertur der Sammellinse oder des Linsensystems des Kameramoduls realisiert ist. Alternativ kann es auch bevorzugt sein, dass das Kameramodul zusätzlich eine Blende umfasst, die das Begrenzungselement realisiert. The readout device can advantageously be further developed in that the delimiting element is a diaphragm or through an aperture of the optical active element is trained. A diaphragm is to be understood as an optical diaphragm. An optical stop is a device used to limit the cross-section of light beams in an optical system. Apertures have an area that transmits light rays and thus forms a transmission surface, and an area that absorbs or reflects light rays and thus forms a boundary surface. The portion of the diffracted light rays can be limited by an optical diaphragm. An optical screen preferably consists of opaque material and absorbs the non-transmitted portion of the light beams in the area of the boundary surface. Alternatively, the delimiting element can also be determined by the aperture of an optical element. The aperture meant here, which describes an opening width of an optical element, should not be confused with a numerical aperture of a lens, which describes the ability of an optical element to focus light rays. The aperture of a lens describes the free opening or that diameter of an optical element through which light beams can transmit, which is to be understood as a transmission surface within the meaning of this invention. In this case, the optical active element thus comprises a delimiting element, with the transmission surface of the delimiting element being formed by the active surface of the optical active element. Those areas through which light beams cannot transmit are to be regarded as boundary surfaces within the meaning of this invention. The aperture of a lens is often determined by the edge of the lens or by the lens mount into which a lens is inserted. If the delimiting element is formed by the aperture of a lens, the delimiting element corresponds to the optical active element and the transmission surface essentially corresponds to the active surface. If the active optical element is a mirror element, the transmission surface is to be understood as meaning the mirrored surface and the boundary surface is to be understood as meaning non-reflective areas of a mirror element and/or areas of a mirror mount. Using the aperture of a lens or a mirror element as a delimiting element therefore has the advantage that no separate delimiting element has to be provided, since the lens or the mirror element is both an optical active element and also acts as a delimiting element. This simplifies the mechanical and optical construction of the readout device according to the invention. It is particularly preferred that the detector and the optical active element are included in a camera module. It is particularly advantageous if the detector is implemented by at least one CCD sensor or a CMOS sensor and the optical active element is implemented by at least one converging lens or a lens system of the camera module. It is further preferred that the delimiting element is implemented through the aperture of the converging lens or the lens system of the camera module. Alternatively, it can also be preferred that the camera module additionally includes a screen that implements the delimiting element.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem die Auslesevorrichtung zusätzlich ein Gehäuse mit wenigstens einer Gehäusewand umfasst und die wenigstens eine Gehäusewand ein Begrenzungselement umfasst, wobei die Begrenzungsfläche des Begrenzungselements durch die wenigstens eine Gehäusewand ausgebildet ist und die Transmissionsfläche des Begrenzungselements durch eine Öffnung in der wenigstens einen Gehäusewand ausgebildet ist. Dies ist vorteilhaft, da eine Durchtrittsöffnung in einem Gehäuse als Begrenzungselement wirken kann. Die Öffnung einer Durchtrittsöffnung entspricht somit der Transmissionsfläche eines Begrenzungselements. Die Verwendung einer Durchtrittsöffnung als Begrenzungselement hat den Vorteil, dass das Begrenzungselement aus einem möglicherweise ohnehin vorhandenen Gehäuse gebildet wird. Dies vereinfacht den mechanischen und optischen Aufbau der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung. Unter einem Gehäuse ist im Sinne dieser Erfindung ein geschlossenes oder nicht geschlossenes Gebilde zu verstehen, welches wenigsten eine Fläche aufweist, die eine Durchtrittsöffnung umfasst. Die Durchtrittsöffnung kann auch ein optisch transparentes Medium aufweisen, muss also nicht offen sein. Mögliche transparente Medien können eine transparente oder teiltransparente Kunststoffscheibe, ein transparentes oder teiltransparentes Glas oder eine transparente oder teiltransparente Folie sein. Durch die Verwendung eines optisch transparenten oder teiltransparenten Mediums kann zudem vermieden werden, dass Staub, Feuchtigkeit, Partikel oder andere Fremdkörper in das Gehäuse eindringen können und das Auslesen der in einem Fourier-Hologramm abgelegten Informationen negativ beeinflussen oder verhindern. Ebenso kann es bevorzugt sein, dass die Durchtrittsöffnung das optische Wirkelement umfasst. Dadurch kann zum einen der Bauraum der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung verringert werden und zudem die gleichen Vorteile erzielt werden, wie durch die Verwendung eines optisch transparenten Mediums. Zudem vereinfacht sich der konstruktive mechanische Aufbau, da das Gehäuse als eine Haltevorrichtung für das optische Wirkelement ausgebildet sein kann. Die Transmissionsfläche kann dabei durch die Apertur des optischen Wirkelements bestimmt sein oder durch die Fläche der Durchtrittsöffnung. The readout device can advantageously be further developed in that the readout device additionally comprises a housing with at least one housing wall and the at least one housing wall comprises a delimiting element, the delimiting surface of the delimiting element being formed by the at least one housing wall and the transmission surface of the delimiting element being formed by an opening in the at least a housing wall is formed. This is advantageous since a passage opening in a housing can act as a delimiting element. The opening of a passage opening thus corresponds to the transmission area of a delimiting element. The use of a passage opening as a delimiting element has the advantage that the delimiting element is formed from a housing that may be present anyway. This simplifies the mechanical and optical construction of the readout device according to the invention. In the context of this invention, a housing is to be understood as a closed or non-closed structure which has at least one surface which includes a passage opening. The passage opening can also have an optically transparent medium, so it does not have to be open. Possible transparent media can be a transparent or partially transparent plastic pane, a transparent or partially transparent glass or a transparent or partially transparent film. The use of an optically transparent or partially transparent medium can also prevent dust, moisture, particles or other foreign bodies from penetrating the housing and negatively influencing or preventing the reading of the information stored in a Fourier hologram. Likewise, it can be preferred that the passage opening comprises the optical active element. As a result, on the one hand, the installation space of the readout device according to the invention can be reduced and, on the other hand, the same advantages can be achieved as through the use of an optically transparent medium. In addition, the constructive mechanical structure is simplified since the housing can be designed as a holding device for the optical active element. In this case, the transmission surface can be determined by the aperture of the optical active element or by the surface of the passage opening.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem das optische Wirkelement ein Linsenarray umfasst und wenigstens eine erste Linse einen ersten Teil des sich entlang des Strahlengangs ausbreitenden Lichtstrahl mittels einer Fourier-Transformation transformiert und eine zweite Linse einen zweiten Teil des sich entlang des Strahlengangs ausbreitenden Lichtstrahl mittels einer Fourier-Transformation transformiert, und der Detektor dazu ausgebildet ist, den ersten Teil und den zweiten Teil des sich entlang des Strahlengangs ausbreitenden Lichtstrahls zu detek- tieren. Somit können mehrere holographische Rekonstruktionen auf dem Detektor erzeugt werden. Dies kann den Vorteil haben, dass diese mehreren holographischen Rekonstruktionen miteinander verrechnet werden können. The readout device can advantageously be further developed in that the optical active element comprises a lens array and at least a first lens transforms a first part of the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation and a second lens transforms a second part of the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation a Fourier transformation, and the detector is designed to detect the first part and the second part of the light beam propagating along the beam path. Thus, multiple holographic reconstructions can be generated on the detector. This can have the advantage that these multiple holographic reconstructions can be offset against one another.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem die Auslesevorrichtung zusätzlich eine Auswerteeinheit umfasst, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, Detektorsignale des Detektors zu verarbeiten. Durch eine Auswerteeinheit können die Detektorsignale verarbeitet werden und in dem Fourier-Hologramm holographisch abgelegte Informationen ausgelesen werden und zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden. Bevorzugter Weise kann eine Auswerteeinheit Positionsmarker, Nutzdaten, Hologramm-Parameter oder sonstige Informationen aus der holographischen Rekonstruktion ableiten und zur weiteren Verarbeitung bereitstellen. The readout device can advantageously be further developed in that the readout device additionally comprises an evaluation unit, the evaluation unit being designed to process detector signals of the detector. The detector signals can be processed by an evaluation unit and information stored holographically in the Fourier hologram can be read out and made available for further processing. An evaluation unit can preferably derive position markers, useful data, hologram parameters or other information from the holographic reconstruction and make them available for further processing.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem die Auswerteeinheit eine Bildverarbeitungseinheit und/oder eine Kanaldecodierungseinheit und/oder eine Fehlerkorrektureinheit umfasst. Eine Bildverarbeitungseinheit kann beispielsweise Positionsmarker in der holographischen Rekonstruktion lokalisieren. Mittels solcher Markerstrukturen können die holographisch abgelegten Informationen leichter ausgelesen werden. Mittels einer Kanaldecodierungseinheit kann eine bei der Erzeugung des zweidimensionales Datenfeldes hinzugefügte Kanalcodierung decodiert werden. Durch eine Fehlerkorrektureinheit kann eine Fehlerkorrektur der Nutzdaten durchgeführt werden. Bei der Erzeugung des zweidimensionales Datenfeldes wurde ein Fehlerkorrekturcode eingesetzt, um die Nutzdaten mit einer Fehlerkorrektur zu versehen. Mit anderen Worten wurden die Nutzdaten durch einen Fehlerkorrekturalgorithmus encodiert. In der Fehlerkorrektureinheit können beispielsweise zyklische Codes, wie Reed-Solomon-Codes oder BCH-Codes eingesetzt werden. Aber auch andere zyklische Codes können in der Fehlerkorrektureinheit F eingesetzt werden. Durch die Fehlerkorrektur können, je nach verwendetem Fehlerkorrekturcode, einzelne oder mehrere Fehler korrigiert werden. The readout device can advantageously be further developed in that the evaluation unit comprises an image processing unit and/or a channel decoding unit and/or an error correction unit. For example, an image processing unit can localize position markers in the holographic reconstruction. The holographically stored information can be read out more easily by means of such marker structures. A channel coding added during the generation of the two-dimensional data field can be decoded by means of a channel decoding unit. Error correction of the user data can be carried out by an error correction unit. An error correction code was used to generate the two-dimensional data field in order to provide the user data with an error correction. In other words, the user data was encoded using an error correction algorithm. For example, cyclic codes such as Reed-Solomon codes or BCH codes can be used in the error correction unit. However, other cyclic codes can also be used in the error correction unit F. Depending on the error correction code used, error correction can correct single or multiple errors.
Gemäß eines zweiten Aspekts betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auslesen von in einem Fourier-Hologramm holographisch abgelegten Informationen gemäß Anspruch 13. According to a second aspect, the invention relates to a method for reading out information stored holographically in a Fourier hologram according to claim 13.
Zu den Vorteilen dieses Verfahrens sei auf die vorangegangen Ausführungen verwiesen, welche die Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung erläutern. Regarding the advantages of this method, reference is made to the previous statements, which explain the advantages and properties of the readout device according to the invention.
Das Verfahren kann weitergebildet werden, indem in einem weiteren Schritt mittels des Detektors erzeugte Detektorsignale mittels einer Auswerteeinheit verarbeitet werden. Zu den Vorteilen dieser Weiterbildung sei auf die vorangegangen Ausführungen verwiesen, welche die Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung erläutern. The method can be further developed in that, in a further step, detector signals generated by the detector are processed by an evaluation unit. Regarding the advantages of this further development, reference is made to the previous explanations, which explain the advantages and properties of the readout device according to the invention.
Das Verfahren kann weitergebildet werden, indem die Verarbeitung eine Bildverarbeitung und/oder eine Kanaldecodierung und/oder eine Fehlerkorrektur umfasst. Zu den Vorteilen dieser Weiterbildung sei auf die vorangegangen Ausführungen verwiesen, welche die Vorteile und Eigenschaften der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung erläutern. Gemäß eines dritten Aspekts betrifft die Erfindung ein Auslesesystem zum Auslesen von in einem Fourier-Hologramm holographisch abgelegten Informationen gemäß Anspruch 16. The method can be further developed in that the processing includes image processing and/or channel decoding and/or error correction. Regarding the advantages of this further development, reference is made to the previous explanations, which explain the advantages and properties of the readout device according to the invention. According to a third aspect, the invention relates to a readout system for reading out information stored holographically in a Fourier hologram according to claim 16.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Figuren, sowie deren Figurenbeschreibungen. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken. Further details, features and advantages of the invention result from the figures and their descriptions of the figures. The figures only illustrate exemplary embodiments of the invention, which do not restrict the essential idea of the invention.
Figuren 1 (a) - (b) zeigen schematisch das Auslesen von holographisch abgelegten Informationen mit einer Auslesevorrichtung gemäß dem Stand der Technik. FIGS. 1 (a)-(b) schematically show the reading out of holographically stored information with a reading device according to the prior art.
Figur 2 stellt schematisch die Erzeugung eines Fourier-Hologramms ausFIG. 2 shows schematically the production of a Fourier hologram
Nutzdaten und das Auslesen der Nutzdaten aus einer holographischen Rekonstruktion dar. user data and the reading of the user data from a holographic reconstruction.
Figur 3 zeigt schematisch das Auslesen von holographisch abgelegtenFIG. 3 schematically shows the reading out of holographically stored data
Informationen mit einer Auslesevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Information with a readout device according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figuren 4 (a) - (b) zeigen schematisch das Auslesen von holographisch abgelegten Informationen mit einer Auslesevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der nullten und ersten Beugungsordnung des von dem Fourier-Hologramm reflektierten und gebeugten Lichts. FIGS. 4 (a)-(b) schematically show the reading out of holographically stored information with a reading device according to an exemplary embodiment of the present invention, taking into account the zeroth and first order of diffraction of the light reflected and diffracted by the Fourier hologram.
In den Figuren sind gleiche Elemente stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same elements are always provided with the same reference symbols.
Figuren 1 (a) und (b) zeigen schematisch das Auslesen von holographisch abgelegten Informationen mit einer Auslesevorrichtung 200 gemäß dem Stand der Technik. In den Figuren 1 (a) und 1 (b) sind zur Veranschaulichung der Problemstellungen des Standes der Technik, die Verläufe der Lichtstrahlen gemäß der geometrischen Optik dargestellt. Die Darstellung bezieht sich auf einen Schnitt durch die Auslesevorrichtung 200. Ein auf der Oberfläche 1 eines Gegenstands angeordnetes Fourier- Hologramm 5, in welchem Informationen holographisch abgelegt sind, wird von der Lichtquelle (nicht dargestellt) mit den einfallenden Lichtstrahlen 2.1 angestrahlt. Bei dem Fourier-Hologramm 5 handelt es sich beispielhaft um ein Reflexionshologramm. Die einfallenden Lichtstrahlen werden durch einen Strahlteilerwürfel (nicht dargestellt) auf das Fourier-Hologramm 5 gelenkt (angedeutet durch Pfeil nach oben in Richtung Gegenstand). Der durch die einfallenden Lichtstrahlen 2.1 ausgeleuchtete Bereich bildet eine ausgeleuchtete Teilfläche 1 b des Hologramms. An dem Fourier- Hologramm 5 werden die einfallenden Lichtstrahlen 2.1 reflektiert und an den in den holographischen Träger eingebrachten holographischen Strukturen gebeugt und reflektiert. FIGS. 1 (a) and (b) schematically show the reading out of holographically stored information with a reading device 200 according to the prior art. In the figures 1 (a) and 1 (b) are to illustrate the problems of the prior art, the courses of the light rays shown according to the geometric optics. The illustration relates to a section through the reading device 200. A Fourier hologram 5 arranged on the surface 1 of an object, in which information is stored holographically, is illuminated by the light source (not shown) with the incident light beams 2.1. The Fourier hologram 5 is, for example, a reflection hologram. The incident light beams are directed onto the Fourier hologram 5 by a beam splitter cube (not shown) (indicated by an arrow pointing upwards in the direction of the object). The area illuminated by the incident light beams 2.1 forms an illuminated partial area 1b of the hologram. The incident light beams 2.1 are reflected on the Fourier hologram 5 and diffracted and reflected on the holographic structures introduced into the holographic carrier.
Die vom Fourier-Hologramm gebeugten Lichtstrahlen 2.2 werden von einer Linse 3, deren Linsenebene sich in dem Oberflächenabstand 1a von der Oberfläche 1 beab- standet befindet, gebrochen und auf dem Detektor 4 umgelenkt. The light beams 2.2 diffracted by the Fourier hologram are refracted by a lens 3, the lens plane of which is located at a surface distance 1a from the surface 1, and deflected onto the detector 4.
Der Abstand zwischen Detektor 4 und der Linse 3 ist der Detektoroberflächenabstand 1d. The distance between detector 4 and lens 3 is the detector surface distance 1d.
In Figur 1 (a) ist ein Fourier-Hologramm 5 auf einer ebenen Oberfläche 1 angeordnet. Das Fourier-Hologramm ist nicht deformiert und weist die gleiche Form auf, für die es zum Zeitpunkt der Herstellung vorgesehene war - hier flach und eben. Die an der ausgeleuchteten Teilfläche des Fourier-Hologramms gebeugten Lichtstrahlen 2.2 treffen auf die Wirkfläche der Linse(vgl. Figur 1 (b), Wirkfläche 1c). Die Linse erzeugt die Fourier-Transform ierte der gebeugten Lichtstrahlen 2.2. Der Detektor 4 ist so angeordnet, dass die Fourier-transformierten gebeugten Lichtstrahlen auf der Oberfläche des Detektors 4 eine holographische Rekonstruktion erzeugen. Dies ist der Fall, da der Detektoroberflächenabstand 1d der Brennweite der Linse 3 entspricht und die Oberfläche des Detektors 4 in der Fourierebene bzw. Brennebene der Linse 3 liegt. Dieser Effekt ist aus der Fourier-Optik bekannt und soll an dieser Stelle nicht weiter erläutert werden. Die Fourier-Transform ierte ist ein zweidimensional ausgedehntes Lichtmuster. Dieses Lichtmuster hat örtlich variierende Lichtintensitäten. In dieser Anordnung können die im Fourier-Hologramm abgelegten holographischen Informationen üblicherweise problemlos ausgelesen werden. A Fourier hologram 5 is arranged on a flat surface 1 in FIG. 1(a). The Fourier hologram is undistorted and has the same shape it was intended to have at the time of manufacture - here flat and planar. The light beams 2.2 diffracted at the illuminated partial area of the Fourier hologram impinge on the active area of the lens (cf. FIG. 1(b), active area 1c). The lens produces the Fourier transform of the diffracted light beams 2.2. The detector 4 is arranged in such a way that the Fourier-transformed diffracted light beams produce a holographic reconstruction on the surface of the detector 4 . This is the case since the detector surface distance 1d corresponds to the focal length of the lens 3 and the surface of the detector 4 lies in the Fourier plane or focal plane of the lens 3 . This effect is known from Fourier optics and will not be explained further at this point. The Fourier transform is a two-dimensionally expanded pattern of light. This light pattern has locally varying light intensities. In this Arrangement, the holographic information stored in the Fourier hologram can usually be read out without any problems.
In Figur 1 (b) wurde die Oberfläche 1 auf der das Fourier-Hologramm 5 angeordnet ist gewölbt. Das Fourier-Hologramm ist in Folge stark deformiert. Somit ist das Hologramm zum Zeitpunkt des Auslesens nicht mehr flach und eben und weist eine andere Form auf, als diejenige Form, die zum Auslesen vorgesehen ist. Die hier dargestellte Deformation ist nur beispielhaft und zur einfacheren Erläuterung als eine Wölbung dargestellt. Die Deformation kann auch sphärisch sein oder jede andere Form annehmen, die nicht eben ist. Durch die Deformation des Hologramms treten die gebeugten Lichtstrahlen 2.2 in verschiedene Richtungen aus der ausgeleuchteten Teilfläche des Fourier-Hologramms 1 b aus. Durch die Deformation erfährt das das reflektierte und gebeugte Licht eine Winkeländerung (vgl. Figur 1 (b) divergieren der Lichtstrahlen 2.2, 2.2.0). Durch die Deformation der Oberfläche 1 treffen die gebeugten Lichtstrahlen 2.2 zum einen nicht mehr überall senkrecht auf die Linsenebene der Linse 3, sondern unter verschiedenen Winkeln. Da durch die optische Fourier-Transformation, Lichtstrahlen, welche in eine Linse einfallen in Abhängigkeit ihres Einfallswinkels an verschiedenen Orte in der Fourierebene (Brennebene) abgebildet werden, wird auf der Oberfläche des Detektors keine holographische Rekonstruktion des Hologramms erzeugt. Zwar befindet sich die Oberfläche des Detektors 4 weiterhin in der Fourierebene der Linse 3 und die Linse erzeugt auch weiterhin die Fourier-Transform ierte der gebeugten Lichtstrahlen 2.2, aber durch die Deformation des Hologramms wird keine holographische Rekonstruktion mehr auf der Oberfläche des Detektors erzeugt. Die in dem Hologramm abgelegten Informationen können daher nicht ausgelesen werden. In FIG. 1(b), the surface 1 on which the Fourier hologram 5 is arranged has been curved. The Fourier hologram is severely deformed as a result. Thus, at the time of reading, the hologram is no longer flat and planar and has a different shape than that intended for reading. The deformation shown here is only an example and is shown as a bulge for easier explanation. The deformation can also be spherical or any other shape that is not planar. Due to the deformation of the hologram, the diffracted light beams 2.2 emerge in different directions from the illuminated partial area of the Fourier hologram 1b. As a result of the deformation, the reflected and diffracted light undergoes an angle change (cf. FIG. 1 (b), the light beams 2.2, 2.2.0 diverging). Due to the deformation of the surface 1, the diffracted light beams 2.2 no longer hit the lens plane of the lens 3 everywhere perpendicularly, but at different angles. Because the optical Fourier transformation means that light beams entering a lens are imaged at different locations in the Fourier plane (focal plane) depending on their angle of incidence, no holographic reconstruction of the hologram is generated on the surface of the detector. Although the surface of the detector 4 is still in the Fourier plane of the lens 3 and the lens continues to produce the Fourier transform of the diffracted light beams 2.2, the deformation of the hologram no longer produces a holographic reconstruction on the surface of the detector. The information stored in the hologram can therefore not be read out.
In Figur 2 wird schematisch die Abfolge dargestellt, wie aus Nutzdaten 6 holographische Strukturen 18 berechnet werden und wie aus der holographischen Rekonstruktion 9 wieder Nutzdaten 6‘ ausgelesen werden können. FIG. 2 shows schematically the sequence of how holographic structures 18 are calculated from useful data 6 and how useful data 6′ can be read out again from the holographic reconstruction 9.
Um ein Fourier-Hologramm 5, 18' zu erzeugen werden Nutzdaten 6, z. B. binäre Daten mit einem Fehlerkorrekturcode (Fehlerkorrekturencodierung) versehen, um dann eine Kanalcodierung (Kanalencodierung) der Daten durchzuführen (beide Schritte nicht in Figur 2 dargestellt). Es wird dann ein zweidimensionales Datenfeld 17 erzeugt, welches die mit einer Fehlerkorrektur und einer Kanalcodierung versehenen Nutzdaten 6 umfasst. Dieses zweidimensionale Datenfeld 17 wird mittels einer Fourier-Transformation (hier keine optische Fourier-Transformation) transformiert, um die Strukturierung 18 eines Hologramms zu berechnen und die Strukturierungsvorlage bereitzustellen. Die Fourier-Transformation ist dabei eine zweidimensionale Fourier- Transformation. Diese so erzeugte Strukturierungsvorlage wird dann durch ein Prägeverfahren oder durch ein laserlithographisches Schreibverfahren in einen holographischen Träger übertragen und die geschriebene Strukturierung 18' wird bereitgestellt. Dazu werden gemäß der Strukturierungsvorlage 18 Strukturen in einen holographischen Träger eingebracht. Diese Strukturen können als lokale Brechungsindex- oder Schichtdickenvariationen oder sie können Absorptionsvariationen in den Träger eingeschrieben werden. Somit wird dann ein Fourier-Hologramm 5, 18' bereitgestellt in dem Informationen holographisch abgelegt sind. In order to generate a Fourier hologram 5, 18', useful data 6, e.g. B. binary data with an error correction code (error correction coding) in order to then carry out a channel coding (channel encoding) of the data (both steps not shown in Figure 2). A two-dimensional data field 17 is then generated, which includes the user data 6 provided with error correction and channel coding. This two-dimensional data field 17 is transformed by means of a Fourier transformation (no optical Fourier transformation here) in order to calculate the structuring 18 of a hologram and to provide the structuring template. The Fourier transformation is a two-dimensional Fourier transformation. This structuring template produced in this way is then transferred into a holographic carrier by an embossing method or by a laser-lithographic writing method, and the written structuring 18' is provided. For this purpose, 18 structures are introduced into a holographic carrier according to the structuring template. These structures can be written as local refractive index or layer thickness variations or they can be absorption variations in the support. A Fourier hologram 5, 18' is then provided in which information is stored holographically.
Um die in dem Fourier-Hologramm 5, 18' abgelegten Informationen 6 auszulesen, wird das Fourier-Hologramm vorzugsweise mit schmalbandigem Licht ausgeleuchtet, wodurch das Licht an den Strukturen die in den holographischen Träger eingebracht wurden gebeugt wird. Das gebeugte Licht wird dann Fourier-transformiert, um so auf einem Detektor eine holographische Rekonstruktion 9 des zweidimensionalen Datenfeldes 17 zu erzeugen. Dabei wird auf der Oberfläche des Detektors 4 eine zweidimensionale örtliche Intensitätsverteilung in dem Muster der Rekonstruktion 9 erzeugt. Der Detektor 4 wandelt diese örtliche Intensitätsverteilung in elektrische Signale um und führt diese einer Kanaldecodierungseinheit K zu, welche die Kanalcodierung decodiert. Die daraus resultierende decodierte Information wird einer Fehlerdecodierungseinheit F zugeführt die Fehler in den Nutzdaten korrigiert. Die Fehlerdecodierungseinheit F stellt dann fehlerkorrigierte Nutzdaten bereit. In order to read out the information 6 stored in the Fourier hologram 5, 18', the Fourier hologram is preferably illuminated with narrow-band light, as a result of which the light is diffracted at the structures that have been introduced into the holographic carrier. The diffracted light is then Fourier transformed in order to generate a holographic reconstruction 9 of the two-dimensional data field 17 on a detector. In this case, a two-dimensional local intensity distribution is generated on the surface of the detector 4 in the pattern of the reconstruction 9 . The detector 4 converts this local intensity distribution into electrical signals and feeds them to a channel decoding unit K, which decodes the channel coding. The resulting decoded information is fed to an error decoding unit F, which corrects errors in the user data. The error decoding unit F then provides error-corrected user data.
In Figur 3 stellt die erfindungsgemäße Auslesevorrichtung 100 zum Auslesen von in einem Fourier-Hologramm 5 holographisch abgelegten Informationen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dar. Das Fourier-Hologramm 5 ist auf einer ebenen Oberfläche 1 , z. B. einer Kartonage, angeordnet. Das Fourier-Hologramm 5 ist nicht deformiert und weist die gleiche Form auf, die bei der Herstellung zum Auslesen vor- gesehen wurde, nämlich flach und eben. Die Lichtquelle 15 ist eine schmalbandig emittierende LED und leuchtet das Fourier-Hologramm 5 nahezu vollflächig aus, wodurch die ausgeleuchtete Teilfläche 1 b des Fourier-Hologramms 5 erzeugt wird. Die aus der Lichtquelle 15 austretenden Lichtstrahlen sind der Übersicht halber nicht dargestellt; die Lichtquelle leuchtet das Fourier-Hologramm 5 jedoch nahezu vollständig, also großflächig, aus. Die Lichtstrahlen 2.1 , 2.2 und 2.2.0 sind zum besseren Verständnis parallel zueinander dargestellt, was aber nicht bedeutet, dass die einfallenden Lichtstrahlen 2.1 tatsächlich parallele verlaufen. Die einfallenden Lichtstrahlen 2.1 werden an den in dem Fourier-Hologramm 5 eingeschriebenen Strukturen gebeugt. Dargestellt sind hier nur gebeugte Lichtstrahlen 2.2 die unter nullten Ordnung 2.2.0 gebeugt wurden, also reflektiert wurden. Das Begrenzungselement 7 ist in den Strahlengang 2.2, 2.2.0 eingefügt und vor dem optischen Wirkelement 3 angeordnet, welches hier durch eine Linse realisiert ist. Das Begrenzungselement 7 ist hier durch eine optische Blende realisiert. Durch die Begrenzungsfläche 7.1 wird ein Großteil der an den in das Fourier- Hologramm 5 eingeschriebenen Strukturen gebeugten Lichtstrahlen 2.2.0 absorbiert. Nur ein Bruchteil der gebeugten Lichtstrahlen 2.2 transmittiert durch die Transmissionsfläche 7.2 der Blende 7 und breitet sich weiter entlang des nicht begrenzter Teil des Lichtstrahls 2.4 aus. Die Linse 3 führt eine optische Fourier-Transformation durch und da sich die Oberfläche des Detektors 4 in der Fourierebene der Linse 3 befindet, d. h. der der Detektorflächenabstand 1d entspricht der Brennweite der Linse, wird eine holographische Rekonstruktion auf der Oberfläche des Detektors 4 erzeugt. FIG. 3 shows the reading device 100 according to the invention for reading out information stored holographically in a Fourier hologram 5 according to an exemplary embodiment. B. a cardboard box arranged. The Fourier hologram 5 is not deformed and has the same shape that was used during manufacture for reading. was seen, namely flat and level. The light source 15 is a narrow-band emitting LED and illuminates the Fourier hologram 5 almost over its entire surface, as a result of which the illuminated partial surface 1b of the Fourier hologram 5 is produced. The light beams emerging from the light source 15 are not shown for the sake of clarity; however, the light source illuminates the Fourier hologram 5 almost completely, ie over a large area. The light beams 2.1, 2.2 and 2.2.0 are shown parallel to one another for better understanding, but this does not mean that the incident light beams 2.1 actually run parallel. The incident light beams 2.1 are diffracted at the structures written in the Fourier hologram 5. Shown here are only diffracted light beams 2.2 that were diffracted below the zeroth order 2.2.0, that is, were reflected. The delimiting element 7 is inserted into the beam path 2.2, 2.2.0 and arranged in front of the optical active element 3, which is realized here by a lens. The delimiting element 7 is implemented here by an optical diaphragm. A large part of the light beams 2.2.0 diffracted at the structures inscribed in the Fourier hologram 5 are absorbed by the boundary surface 7.1. Only a fraction of the diffracted light beams 2.2 are transmitted through the transmission surface 7.2 of the diaphragm 7 and propagate further along the non-limited part of the light beam 2.4. The lens 3 performs an optical Fourier transformation and since the surface of the detector 4 is in the Fourier plane of the lens 3, ie the detector surface distance 1d corresponds to the focal length of the lens, a holographic reconstruction is generated on the surface of the detector 4.
Durch die optische Fourier-Transformation wird auf optischem Wege die Rekonstruktion 9 (vgl. Figur 4) der in dem Hologramm abgelegten Informationen erzeugt und die Rekonstruktion 9 auf dem Detektor 4 konturscharf abgebildet. Die Rekonstruktion 9 wird mittels des Detektors, bei dem es sich beispielsweise um einen Active-Pixel- Sensor (CMOS-Sensor) oder einen CCD-Bildsensor handelt, in Datensignale umgewandelt. Die Datensignale werden einer Kanaldecodierungseinheit K zugeführt, welche eine Kanalcodierung der in dem Hologramm abgelegten Information decodiert. Als Kanalcodierung können beispielsweise bestimmte Anordnungen von Datenpunkten in einem zweidimensionalen Datenfeld aufgefasst werden. Um eventuelle Fehler in der Rekonstruktion 9 zu korrigieren, werden die Ausgangssignale der Kanaldecodierungseinheit K in einer Fehlerkorrektureinheit F einer Fehlerkorrektur unterzogen. Wie in Figur 2 beschrieben wird bei der Erzeugung eines zweidimensionalen Datenfeldes bereits eine Fehlerkorrekturcode in die Nutzdaten „hineincodiert“, die Nutzdaten werden also durch einen Fehlerkorrekturalgorithmus encodiert. Diese Codierung wird in der Fehlerkorrektureinheit F dazu eingesetzt eventuelle in den Nutzdaten zu erkennen und sofern Fehler vorhanden sind, diese zu korrigieren. In der Fehlerkorrektureinheit F werden beispielsweise zyklische Codes, wie Reed-Solomon-Codes oder BCH-Codes eingesetzt. Aber auch andere zyklische Codes können in der Fehlerkorrektureinheit F eingesetzt werden. Durch die Fehlerkorrektur können, je nach verwendetem Fehlerkorrekturcode, einzelne oder mehrere Fehler erkannt und korrigiert werden. Die Fehlerkorrektureinheit F stellt dann die fehlerkorrigierten Nutzdaten zur weiteren Verarbeitung in einem System bereit. The reconstruction 9 (cf. FIG. 4) of the information stored in the hologram is generated optically by the optical Fourier transformation and the reconstruction 9 is imaged on the detector 4 with sharp contours. The reconstruction 9 is converted into data signals by means of the detector, which is, for example, an active pixel sensor (CMOS sensor) or a CCD image sensor. The data signals are fed to a channel decoding unit K, which decodes a channel coding of the information stored in the hologram. For example, certain arrangements of data points in a two-dimensional data field can be understood as channel coding. In order to correct any errors in the reconstruction 9, the output signals of the channel decoding unit K are subjected to an error correction in an error correction unit F. As described in FIG. 2, an error correction code is already “encoded” into the user data when a two-dimensional data field is generated, ie the user data are encoded by an error correction algorithm. This coding is used in the error correction unit F to detect any errors in the user data and, if there are errors, to correct them. In the error correction unit F, cyclic codes such as Reed-Solomon codes or BCH codes are used, for example. However, other cyclic codes can also be used in the error correction unit F. Depending on the error correction code used, error correction can be used to detect and correct one or more errors. The error correction unit F then provides the error-corrected useful data for further processing in a system.
Figuren 4 (a) und (b) zeigen in einer anderen Darstellung schematisch das Auslesen von holographisch abgelegten Informationen mit der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Figuren stellen schematisch gebeugte Lichtstrahlen 2.2.1 dar, die aus drei verschiedenen Bereichen A, B und C von der ausgeleuchtete Teilfläche des Fourier-Hologramms 1 b ausgehen. Die einfallenden Lichtstrahlen 2.1 sind der Übersicht halber nicht dargestellt, sie treffen aber wie in Figur 3 beschrieben auf die Oberfläche des Fourier-Hologramms 5. Figur 4 (a) stellt verschiedene exemplarische Strahlengänge von gebeugtem Lichtstrahlen (2.2.0, 2.2. T, 2.2.1“) in dem Fall dar, dass die Oberfläche 1 keine Deformation aufweist und das Fourier-Hologramm 5 nicht deformiert ist. Die Figur 4 (b) stellt das Auslesen in dem Fall dar, dass die Oberfläche 1 des Objektes konvex gekrümmt ist, also deformiert. In another representation, FIGS. 4 (a) and (b) schematically show the reading out of holographically stored information with the reading device 100 according to the invention according to an exemplary embodiment. The figures schematically represent diffracted light beams 2.2.1, which emanate from three different areas A, B and C from the illuminated partial area of the Fourier hologram 1b. The incident light beams 2.1 are not shown for the sake of clarity, but they hit the surface of the Fourier hologram 5 as described in Figure 3. Figure 4 (a) shows various exemplary beam paths of diffracted light beams (2.2.0, 2.2.T, 2.2 .1") in the case that the surface 1 has no deformation and the Fourier hologram 5 is not deformed. FIG. 4 (b) shows the readout in the case where the surface 1 of the object is convexly curved, ie deformed.
In Figur 4 (a) sind Strahlengänge von gebeugten Lichtstrahlen 2.2.0, 2.2. T und 2.2.1“ dargestellt, die von verschiedenen Orten A, B und C ausgehen und welche am Fourier-Hologramm 5 im Bereich A, im Bereich B und im Bereich C gebeugt werden. An jedem der Bereiche werden die einfallenden Lichtstrahlen (nicht dargestellt) an den eingeschriebenen Strukturen des Hologramms (5) auch gebeugt, wodurch an jedem der Bereiche reflektiertes und gebeugtes Licht erster Ordnung 2.2.1 ' und 2.2.1“ und höherer Ordnungen (nicht dargestellt) vom Fourier-Hologramm 5 reflektiert wird. Dadurch, dass die Wirkfläche 1c, hier die optisch wirksame Fläche des optischen Wirkelements 3, hier also der Linse, im Verhältnis zur ausgeleuchteten Fläche des Fourier-Hologramms 5, also der ausgeleuchteten Teilfläche des Fourier-Hologramms 1 b klein ist, wird auch nur ein Bruchteil der von der ausgeleuchteten Teilfläche des Fourier-Hologramms 1 b ausgehenden gebeugten Lichtstrahlen 2.2.0 und 2.2. T und 2.2.1“, nämlich die Lichtstrahlen aus den Bereichen A, B und C transmittiert durch die Transmissionsfläche 7.1 des Begrenzungselements 7 und breitet sich weiter in dem nun begrenzten Strahlengang aus. In dem dargestellten beispielhaften Fall gelangen gebeugte Lichtstrahlen nullten Ordnung 2.2.0 aus dem Bereich A, gebeugte Lichtstrahlen erster Ordnung 2.2.1“ aus dem Bereich B und gebeugte Lichtstrahlen erster Ordnung 2.2. T aus dem Bereich C auf das Wirkelement 3 (Linse) und werden durch dieses Fourier-transformiert. Dadurch wird eine holographische Rekonstruktion 9 auf dem Detektor 4 erzeugt, welcher sich in der Fourierebene des optischen Wirkelements 3 befindet. Somit überlagert sich das gebeugte Licht aus den Bereichen A, B und C in der Linsenebene. Unter Nullten Ordnung gebeugte Lichtstrahlen 2.2.0 aus den Bereichen B und C gelangen in diesem Fall nicht in das optische Wirkelement 3 (Linse). In Figure 4 (a) are beam paths of diffracted light beams 2.2.0, 2.2. T and 2.2.1" shown, which emanate from different locations A, B and C and which are diffracted on the Fourier hologram 5 in area A, in area B and in area C. At each of the areas, the incident light rays (not shown) are also diffracted at the inscribed structures of the hologram (5), whereby at each of the areas reflected and diffracted light of the first order 2.2.1 'and 2.2.1" and higher orders (not shown ) is reflected by the Fourier hologram 5. Due to the fact that the effective surface 1c, here the optically effective surface of the optical active element 3, i.e. here the lens, is small in relation to the illuminated surface of the Fourier hologram 5, i.e. the illuminated partial surface of the Fourier hologram 1b, only one Fraction of the diffracted light beams 2.2.0 and 2.2 emanating from the illuminated partial area of the Fourier hologram 1b. T and 2.2.1", namely the light beams from the areas A, B and C transmitted through the transmission surface 7.1 of the delimiting element 7 and propagate further in the now delimited beam path. In the exemplary case shown, zero-order diffracted light beams 2.2.0 come out of area A, first-order light beams 2.2.1″ come out of area B, and first-order light beams 2.2″ come out. T from the area C on the active element 3 (lens) and are Fourier-transformed by this. As a result, a holographic reconstruction 9 is generated on the detector 4 which is located in the Fourier plane of the optical active element 3 . Thus, the diffracted light from the areas A, B and C are superimposed in the lens plane. In this case, light beams 2.2.0 diffracted below the zeroth order from regions B and C do not reach the optical active element 3 (lens).
In Figur 4 (b) ist die im Gegensatz zur in Figur 4 (a) gezeigte Oberfläche 1 , nicht eben, sondern deformiert. In der Figur 4 (b) sind ebenfalls Strahlengänge von am Fourier-Hologramm 5 gebeugten Lichtstrahlen 2.2.0 und 2.2.1 dargestellt, die von verschiedenen exemplarischen deformierten Bereichen A‘, B‘ und C‘ aus der ausgeleuchtete Teilfläche 1 b des Fourier-Hologramms austreten. An jedem der deformierten Bereiche A‘, B‘ und C‘ werden die einfallenden Lichtstrahlen (nicht dargestellt) an den eingeschriebenen Strukturen des Hologramms gebeugt, wodurch an von jedem der deformierten Bereiche A‘, B‘ und C‘ gebeugtes Licht nullten Ordnung 2.2.0 sowie gebeugtes Licht erster Ordnung 2.2. T und 2.2.1“ und höherer Ordnungen (nicht dargestellt) ausgeht. Der Übersichtlichkeit halber sind nur die gebeugten Lichtstrahlen nullten Ordnung 2.2.0 aus dem Bereich A‘, ein Teil der erster Ordnung gebeugten Lichtstrahlen 2.2.1“ aus dem Bereich B‘ und ein Teil der erster Ordnung gebeugten Lichtstrahlen 2.2.1“ aus dem Bereich C‘ dargestellt. Die deformierten Bereiche A‘, B‘ und C‘ entsprechen im Wesentlichen den Bereichen A, B und C aus Figur 4 (a), mit dem Unterschied, dass sie durch die Deformation der Oberfläche 1 deformiert sind. Durch die Deformation des Hologramms treten die gebeugten Lichtstrahlen 2.2.0, 2.2.1 ‘ und 2.2.1 “ unter einem Winkel aus der Beleuchtungsfläche 1 b aus. Aufgrund der Blende 7 transmittiert nur ein Bruchteil der gebeugten Lichtstrahlen 2.2.0, 2.2.1 ‘ und 2.2.1“ durch die Transmissionsfläche 7.1 der Blende 7, um sich weiter in dem nun begrenzten Strahlengang auszubreiten. In Figure 4 (b), in contrast to Figure 4 (a), the surface 1 shown is not flat but deformed. Also shown in FIG. 4 (b) are beam paths of light beams 2.2.0 and 2.2.1 diffracted on the Fourier hologram 5, which are formed by various exemplary deformed areas A', B' and C' from the illuminated partial area 1b of the Fourier exit the hologram. At each of the deformed areas A', B' and C', the incident light rays (not shown) are diffracted at the inscribed structures of the hologram, whereby zero-order light diffracted by each of the deformed areas A', B' and C' 2.2. 0 and first-order diffracted light 2.2. T and 2.2.1” and higher orders (not shown). For the sake of clarity, only the zeroth-order diffracted light beams 2.2.0 are from region A', a part of the first-order diffracted light beams 2.2.1" from region B' and a part of the first-order diffracted light beams 2.2.1" from region C' shown. The deformed areas A′, B′ and C′ essentially correspond to the areas A, B and C from FIG. 4 (a), with the difference that they are deformed by the deformation of the surface 1 . Due to the deformation of the hologram, the diffracted light rays 2.2.0, 2.2.1′ and 2.2.1″ at an angle from the illumination area 1b. Because of the diaphragm 7, only a fraction of the diffracted light beams 2.2.0, 2.2.1' and 2.2.1'' are transmitted through the transmission surface 7.1 of the diaphragm 7 in order to propagate further in the now limited beam path.
Durch die Deformation der Oberfläche 1 treffen die gebeugten Lichtstrahlen 2.2.0, 2.2.1 ‘ und 2.2.1 “ ebenfalls nicht mehr überall senkrecht auf die Linsenebene des optischen Wirkelements 3 (Linse). Aufgrund der Blende 7 treffen auf das optische Wirkelement 3 jedoch nur gebeugte Lichtstrahlen 2.2.0, 2.2.1 ‘ und 2.2.1 “ aus einem kleinen Bereich der Ausgeleuchtete Teilfläche des Fourier-Hologramms 1 b auf das optische Wirkelement 3, wodurch nur diese gebeugten Lichtstrahlen Fourier-transfor- miert werden. Dadurch, dass diese gebeugten Lichtstrahlen unter einem ähnlichen Winkel in das optische Wirkelement 3 einfallen, tritt nicht der in Figur 1 (b) beschriebenen Fall ein, dass keine holographische Rekonstruktion auf dem Detektor entsteht. Vielmehr wird Aufgrund der geringfügigen Winkelunterschiede, unter denen die gebeugten Lichtstrahlen in das optische Wirkelement 3 eintreten, trotz deformierter Oberfläche 1 eine holographische Rekonstruktion 9 auf der Oberfläche des Detektors 4 erzeugt. Diese ist trotz der Deformation des Hologramms ausreichend konturscharf, um ein Auslesen der holographisch abgelegten Informationen zu ermöglichen. Due to the deformation of the surface 1, the diffracted light beams 2.2.0, 2.2.1′ and 2.2.1″ likewise no longer hit the lens plane of the optical active element 3 (lens) everywhere perpendicularly. Due to the diaphragm 7, however, only diffracted light beams 2.2.0, 2.2.1' and 2.2.1″ from a small area of the illuminated partial surface of the Fourier hologram 1b strike the optical active element 3, whereby only these diffracted Light beams are Fourier transformed. Because these diffracted light beams strike the optical active element 3 at a similar angle, the case described in FIG. 1(b) in which no holographic reconstruction occurs on the detector does not occur. Rather, due to the slight angle differences at which the diffracted light beams enter the optical active element 3, a holographic reconstruction 9 is produced on the surface of the detector 4 despite the deformed surface 1. Despite the deformation of the hologram, this has sufficiently sharp contours to enable the holographically stored information to be read out.
Bezugszeichenliste Reference List
1 Oberfläche eines Gegenstandes 1 surface of an object
1a Oberflächenabstand 1a surface distance
1 b ausgeleuchtete Teilfläche des Fourier-Hologramms1 b Illuminated partial area of the Fourier hologram
1 c Wirkfläche 1 c effective area
1 d Detektoroberflächenabstand 1 d detector surface distance
2.1 einfallende Lichtstrahlen 2.1 incident light rays
2.2 gebeugte Lichtstrahlen 2.2 diffracted light rays
2.2.0, 2.2.0', 2.2.0“ nullten Ordnung gebeugte Lichtstrahlen2.2.0, 2.2.0', 2.2.0” zero order diffracted light rays
2.2.1 , 2.2. T, 2.2.1“ erster Ordnung gebeugte Lichtstrahlen2.2.1 , 2.2. T, 2.2.1” first-order diffracted light rays
2.4 nicht begrenzter Teil des Lichtstrahls 2.4 unconfined part of the light beam
3 optisches Wirkelement 3 optical active element
4 Detektor 4 detector
5 Fourier-Hologramm 5 Fourier hologram
6 Nutzdaten 6 user data
6' ausgelesene Nutzdaten 6' read user data
7 Begrenzungselement (Blende) 7 limiting element (aperture)
7.1 Begrenzungsfläche 7.1 Boundary Surface
7.2 Transmissionsfläche 7.2 Transmission area
9 holographische Rekonstruktion 9 holographic reconstruction
15 Lichtquelle 15 light source
17 zweidimensionales Datenfeld 17 two-dimensional data array
18 berechnete Strukturierung 18 calculated structuring
18' geschriebene Strukturierung (Fourier-Hologramm)18' written patterning (Fourier hologram)
100 Auslesevorrichtung 100 readout device
200 Auslesevorrichtung (Stand der Technik) 200 readout device (state of the art)
A Bereich A A Area A
B Bereich B B Area B
C Bereich C C Area C
A' deformierter Bereich A A' deformed area A
B' deformierter Bereich B B' deformed area B
C‘ deformierter Bereich C C' deformed area C
F Fehlerkorrektureinheit F error correction unit
K Kanaldecodierungseinheit K channel decoding unit

Claims

PATENTANSPRÜCHE Auslesevorrichtung (100) zum Auslesen von in einem Fourier-Hologramm (5) holographisch abgelegten Informationen, umfassend PATENT CLAIMS Reading device (100) for reading information stored holographically in a Fourier hologram (5), comprising
- eine Lichtquelle (15), zum Aussenden eines Lichtstrahls, - a light source (15) for emitting a light beam,
- einen Detektor (4), zum Detektieren des sich entlang eines Strahlengangs ausgebreiteten Lichtstrahls (2.1 , 2.2, 2.2.0, 2.2.1 , 2.4), - a detector (4) for detecting the light beam (2.1, 2.2, 2.2.0, 2.2.1, 2.4) propagated along a beam path,
- ein Begrenzungselement (7), mit einer Begrenzungsfläche (7.1 ) zum Begrenzen des Strahlengangs und einer Transmissionsfläche (7.2) zum Transmittieren des sich entlang des Strahlengangs ausgebreitenden Lichtstrahls (2.1 , 2.2, 2.2.0, 2.2.1 , 2.4), - a delimiting element (7), with a delimiting surface (7.1) for delimiting the beam path and a transmission surface (7.2) for transmitting the light beam (2.1, 2.2, 2.2.0, 2.2.1, 2.4) propagating along the beam path,
- ein optisches Wirkelement (3), zum Transformieren des sich entlang des Strahlengangs ausbreitenden Lichtstrahls mittels einer Fourier-Transformation, wobei in der Auslesevorrichtung (100) ein Fourier-Hologramm (5) angeordnet sein kann, wobei das optische Wirkelement (3) und das Begrenzungselement (7) entlang des Strahlengangs derart angeordnet sind, dass, wenn die Lichtquelle (15) den Lichtstrahl aussendet und das Fourier-Hologramm (5) im Strahlengang der Auslesevorrichtung angeordnet ist: - an active optical element (3) for transforming the light beam propagating along the beam path by means of a Fourier transformation, it being possible for a Fourier hologram (5) to be arranged in the read-out device (100), the active optical element (3) and the Limiting element (7) are arranged along the beam path in such a way that when the light source (15) emits the light beam and the Fourier hologram (5) is arranged in the beam path of the read-out device:
- der Lichtstrahl (2.1 ) wenigstens eine Teilfläche des Fourier-Hologramms (5) ausleuchtet, und das Hologramm (5) den Lichtstrahl (2.2) an der beleuchteten Fläche (1 b) beugt, - the light beam (2.1) illuminates at least a partial area of the Fourier hologram (5), and the hologram (5) bends the light beam (2.2) on the illuminated area (1b),
- der sich entlang des Strahlengangs ausbreitende Lichtstrahl (2.2, 2.2.0, 2.2.1 , 2.4) durch die Begrenzungsfläche (7.1 ) begrenzt wird und der nichtbegrenzte Teil des Lichtstrahls (2.4) durch die Transmissionsfläche (7.2) transmittiert, - the light beam (2.2, 2.2.0, 2.2.1, 2.4) propagating along the beam path is limited by the delimiting surface (7.1) and the non-limited part of the light beam (2.4) is transmitted through the transmission surface (7.2),
- das optische Wirkelement (3) den sich entlang des Strahlengangs (2.2, 2.2.0, 2.2.1 , 2.4) ausbreitenden nicht-begrenzte Teil des Lichtstrahls (2.4) mittels der Fourier-Transformation transformiert, und - The optical active element (3) transforms the non-limited part of the light beam (2.4) propagating along the beam path (2.2, 2.2.0, 2.2.1, 2.4) by means of the Fourier transformation, and
- der Detektor (4) den durch das optische Wirkelement (3) und mittels der Fourier-Transformation transformierten nicht-begrenzten Teil des Lichtstrahls (2.4) detektiert. Auslesevorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionsfläche (7.2) kleiner ist, als die durch den Lichtstrahl ausgeleuchtete Teilfläche (1 b) des Fourier-Hologramms (5). Auslesevorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Wirkelement (3) eine Wirkfläche (1c) umfasst und die Transmissionsfläche (7.2) kleiner als oder gleich der Wirkfläche (1c) ist. Auslesevorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (7) vor dem optische Wirkelement (3) entlang des Strahlengangs (2.1 , 2.2, 2.2.0, 2.2.1 , 2.4) des sich ausgebreitenden Lichtstrahls angeordnet ist oder dass das Begrenzungselement (7) nach dem optischen Wirkelement (3) entlang des Strahlengangs des sich ausgebreitenden Lichtstrahls angeordnet ist. Auslesevorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionsfläche (7.2) weniger als 50% der durch den Lichtstrahl ausgeleuchtete Teilfläche (1 b) des Fourier-Hologramms (5) beträgt, die Transmissionsfläche (7.2) bevorzugt weniger als 20% der durch den Lichtstrahl ausgeleuchtete Teilfläche des Fourier-Hologramms beträgt, die Transmissionsfläche besonders bevorzugt weniger als 10% der durch den Lichtstrahl ausgeleuchtete Teilfläche des Fourier-Hologramms beträgt, die Transmissionsfläche weiter besonders bevorzugt weniger als 5% der durch den Lichtstrahl ausgeleuchtete Teilfläche des Fourier-Hologramms beträgt. Auslesevorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Wirkelement (3) eine Linse oder ein Spiegelelement ist. Auslesevorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (7) eine Blende ist oder durch eine Apertur des optischen Wirkelements (3) ausgebildet ist. Auslesevorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die Auslesevorrichtung (100) zusätzlich ein Gehäuse mit wenigstens einer Gehäusewand umfasst und die wenigstens eine Gehäusewand ein Begrenzungselement (7) umfasst, wobei die Begrenzungsfläche (7.1 ) des Begrenzungselements durch die wenigstens eine Gehäusewand ausgebildet ist und die Transmissionsfläche (7.2) des Begrenzungselements (7) durch eine Öffnung in der wenigstens einen Gehäusewand ausgebildet ist. Auslesevorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Wirkelement (3) ein Begrenzungselement (7) umfasst, wobei die Transmissionsfläche (7.2) des Begrenzungselements (7) durch die Wirkfläche (1c) des optischen Wirkelements (3) ausgebildet ist. Auslesevorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslesevorrichtung zusätzlich eine Auswerteeinheit umfasst, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, Detektorsignale des Detektors (4) zu verarbeiten. Auslesevorrichtung (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit eine Bildverarbeitungseinheit und/oder eine Kanaldecodierungseinheit (K) und/oder eine Fehlerkorrektureinheit (F) umfasst. Verfahren zum Auslesen von in einem Fourier-Hologramm (5) holographisch abgelegten Informationen, umfassend die Schritte: a) Aussenden eines Lichtstrahls mittels einer Lichtquelle (15), b) Beugen des sich entlang eines Strahlengangs ausbreitenden Lichtstrahls (2.1 , 2.2, 2.2.0, 2.2.1 ) mittels eines Fourier-Hologramms (5), c) Begrenzen des Strahlengangs mittels einer Begrenzungsfläche (7.1 ) eines Begrenzungselements (7), d) Transmittieren des sich entlang des Strahlengangs ausbreitenden Lichtstrahls mittels einer Transmissionsfläche (7.2) des Begrenzungselements (7), e) Fourier-transformieren des sich entlang des Strahlengangs ausbreitenden Lichtstrahls mittels eines optischen Wirkelements (3), und f) Detektieren des sich entlang des Strahlengangs ausgebreiteten Lichtstrahls mittels eines Detektors (4). Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionsfläche (7.2) weniger als 50% der durch den Lichtstrahl ausgeleuchtete Teilfläche (1 b) des Fourier-Hologramms (5) beträgt, die Transmissionsfläche (7.2) bevorzugt weniger als 20% der durch den Lichtstrahl ausgeleuchtete Teilfläche des Fourier-Hologramms beträgt, die Transmissionsfläche besonders bevorzugt weniger als 10% der durch den Lichtstrahl ausgeleuchtete Teilfläche des Fourier-Hologramms beträgt, die Transmissionsfläche weiter besonders bevorzugt weniger als 5% der durch den Lichtstrahl ausgeleuchtete Teilfläche des Fourier-Hologramms beträgt. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei in einem weiteren Schritt mittels des Detektors (4) erzeugte Detektorsignale mittels einer Auswerteeinheit verarbeitet werden. Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Verarbeitung eine Bildverarbeitung und/oder eine Kanaldecodierung und/oder eine Fehlerkorrektur umfasst. Auslesesystem zum Auslesen von in einem Fourier-Hologramm (5) holographisch abgelegten Informationen, wobei das Auslesesystem eine Auslesevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und das Fourier-Hologramm (5) umfasst, wobei in dem Strahlengang der Auslesevorrichtung (100) das Fourier-Hologramm angeordnet ist, und wobei, wenn die Lichtquelle (15) den Lichtstrahl (2.1 ) aussendet, der Lichtstrahl eine Teilfläche (1 b) des Fourier-Hologramms (5) ausleuchtet, wobei das Fourier-Hologramm den Lichtstrahl im Bereich der ausgeleuchteten Teilfläche beugt. - The detector (4) detects the non-limited part of the light beam (2.4) transformed by the optical active element (3) and transformed by means of the Fourier transformation. Reading device (100) according to Claim 1, characterized in that the transmission surface (7.2) is smaller than the partial surface (1b) of the Fourier hologram (5) illuminated by the light beam. Readout device (100) according to Claim 1 or 2, characterized in that the optical active element (3) comprises an active surface (1c) and the transmission surface (7.2) is smaller than or equal to the active surface (1c). Readout device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the limiting element (7) in front of the optical active element (3) along the beam path (2.1, 2.2, 2.2.0, 2.2.1, 2.4) of the propagating light beam is arranged or that the limiting element (7) is arranged after the optical effect element (3) along the optical path of the propagating light beam. Readout device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission surface (7.2) is less than 50% of the partial surface (1b) of the Fourier hologram (5) illuminated by the light beam, the transmission surface (7.2) is preferably less than 20% of the partial area of the Fourier hologram illuminated by the light beam, the transmission area is particularly preferably less than 10% of the partial area of the Fourier hologram illuminated by the light beam, the transmission area is particularly preferably less than 5% of the partial area of the Fourier hologram illuminated by the light beam Fourier hologram is. Readout device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical active element (3) is a lens or a mirror element. Readout device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the delimiting element (7) is a diaphragm or is formed by an aperture of the optical active element (3). Readout device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the readout device (100) additionally comprises a housing with at least one housing wall and the at least one housing wall comprises a delimiting element (7), the delimiting surface (7.1) of the delimiting element being defined by the at least one Housing wall is formed and the transmission surface (7.2) of the delimiting element (7) is formed by an opening in the at least one housing wall. Read-out device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical active element (3) comprises a delimiting element (7), the transmission surface (7.2) of the delimiting element (7) passing through the active surface (1c) of the optical active element (3) is trained. Readout device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the readout device additionally comprises an evaluation unit, wherein the evaluation unit is designed to process detector signals of the detector (4). Readout device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit comprises an image processing unit and/or a channel decoding unit (K) and/or an error correction unit (F). Method for reading out information stored holographically in a Fourier hologram (5), comprising the steps: a) emitting a light beam by means of a light source (15), b) bending the light beam (2.1, 2.2, 2.2.0) propagating along a beam path , 2.2.1) by means of a Fourier hologram (5), c) delimiting the beam path by means of a delimiting surface (7.1) of a delimiting element (7), d) Transmitting the light beam propagating along the beam path by means of a transmission surface (7.2) of the delimiting element (7), e) Fourier transforming the light beam propagating along the beam path by means of an optical active element (3), and f) detecting the light beam propagating along the Beam path spread light beam by means of a detector (4). Method according to Claim 12, characterized in that the transmission surface (7.2) is less than 50% of the partial surface (1b) of the Fourier hologram (5) illuminated by the light beam, the transmission surface (7.2) is preferably less than 20% of the The transmission surface is more preferably less than 10% of the partial surface of the Fourier hologram illuminated by the light beam, the transmission surface is more preferably less than 5% of the partial surface of the Fourier hologram illuminated by the light beam. Method according to Claim 12 or 13, in which, in a further step, detector signals generated by the detector (4) are processed by means of an evaluation unit. A method according to claim 14, wherein the processing comprises image processing and/or channel decoding and/or error correction. Read-out system for reading out information stored holographically in a Fourier hologram (5), the read-out system comprising a read-out device (100) according to one of claims 1 to 11 and the Fourier hologram (5), wherein in the beam path of the read-out device (100) the Fourier hologram is arranged, and wherein, when the light source (15) emits the light beam (2.1), the light beam illuminates a partial area (1 b) of the Fourier hologram (5), wherein the Fourier hologram bends the light beam in the area of the illuminated partial area.
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