Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Optik, insbesondere der Holographie. Sie betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Anwendung, wie sie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1, respektive in Anspruch 9, beschrieben sind.
Strich-Codes werden insbesondere auf dem Gebiet des Detailverkaufes sehr oft angewandt. Die Verkaufsprodukte sind bekanntlich mit einer auf der Packung aufgedruckten Strichkombination versehen, die an der Kasse vom Verkaufspersonal optisch abgetastet wird und somit die Produkte automatisch identifiziert werden können.
Die optisch ablesbare Codierung ist von allgemeinem Interesse. Ein solcher Code lässt sich mittels photographischen Verfahren oder durch Aufdruck im Vergleich zu einem mechanischen Code - beispielsweise in Form eines Schlüssels - relativ einfach herstellen. Des weiteren lässt sich mittels eines optischen Codes eine sehr hohe Informationsdichte erreichen - es sei in diesem Zusammenhang auf die Compact-Disc hingewiesen, auf welcher Audiosignale optisch codiert sind.
Ein grosses Problem bei der optischen Ablesung eines Codes stellt die Verschmutzungsgefahr dar. Es ist daher nicht verwunderlich, dass die im Detailverkauf angewandten Strich-Codes sehr grob sind (Abstand der Striche im mm-Bereich) verglichen mit dem durch die Wellenlänge des Lichtes gegebene Auflösungsvermögen der optischen Ablesung (im mu m-Bereich).
Die durch Verschmutzung beschränkte Zuverlässigkeit der Ablesung eines Strich-Codes mag auf dem Ladentisch hingenommen werden können, hingegen kann die Fehlinterpretation des Codes auf einem Schlüssel und die dadurch verwehrte oder unerlaubt gewährte Schlossfreigabe fatale Auswirkungen ha ben. Aus diesem Grunde muss der Zuverlässigkeit der Ablesung in letzterem Falle besondere Wichtigkeit beigemessen werden.
Die Gefahr der Störbarkeit der Code-Ablesung durch Schmutzpartikel, Kratzer usw. ist umso kritischer, je feiner der Code ist, andererseits ist man bestrebt, zur Gewährleistung einer hohen Informationsdichte einen möglichst feinen Code zu schaffen.
Ein an sich sehr bewährtes Codierungs-Verfahren ist die magnetische Codierung, wie es beispielsweise bei Kreditkarten, Eingangskontrollkarten usw. Verwendung findet. Dieses Verfahren ist allerdings auch nicht ganz unproblematisch, da der Code unter dem Einfluss magnetischer Felder - beispielsweise bedingt durch die neuerdings sehr oft verwendeten Magnetverschlüsse von Handtaschen - sehr leicht zerstört werden kann.
Es ist daher naheliegend, nach optischen Codierungs-Möglichkeiten zu suchen, die einerseits eine hohe Informationsdichte - und damit eine feine Strichstruktur - erlauben, andererseits weitgehend gegen Fehlinterpretation durch Verschmutzung und Verschleiss resistent sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur optischen Codierung anzugeben, dessen Code gegen Verschmutzung und Verschleiss weitgehend geschützt ist. Die Aufgabe wird gelöst durch Aufzeichnung des Raumfrequenzspektrums des Codes mit holographischen Mitteln.
Die holographische Speicherung von Bildinformationen ist wohlbekannt. Technisch grosse Anwendung findet die Holographie im Maschinenbau und bei den Materialwissenschaften. Durch Überlagerung der holographisch gespeicherten Objektwelle mit der vom Objekt ausgehenden Welle lassen sich Deformationen und Schwingungsamplituden des belasteten resp. des in Vibration versetzten Objektes im mu m-Bereich bestimmen.
Ferner werden holographische Mittel zur Ablenkung oder Fokussierung von Lichtstrahlen eingesetzt. Beispielsweise finden holographische Strahlablenkungs-Vorrichtungen in den erwähnten Strich-Code-Ablesegeräten an der Ladenkasse eine wichtige Anwendung.
Daneben spielen Hologramme auch im graphischen Gewerbe und teilweise auch im Kunstgewerbe eine beachtliche Rolle. In diesen Fällen wird vor allem von der Möglichkeit der Darstellung räumlich ausgedehnter Objekte Gebrauch gemacht.
Sehr bekannt sind ferner die Hologramme auf Ausweiskarten, wie Kreditkarten. In diesen Fällen wird im wesentlichen deren schlechte Nachahmbarkeit genutzt.
Grundsätzlich verschieden von den aufgezeigten Beispielen ist die vorgeschlagene Anwendung. Wie bereits betont, geht es in diesem Falle nicht um die Wiedergabe eines räumlich ausgedehnten Objektes, oder um die Ablenkung eines Lichtstrahles, sondern um die fourier-spektroskopische Aufzeichnung einer Code-Information.
Es ist nicht weiter erstaunlich, dass von dem vorgeschlagenen Verfahren kaum Gebrauch gemacht wird, denn der Aufwand zur Herstellung des Hologrammes und vor allem zu dessen Ablesung ist sehr gross. So ist im Falle eines Transmissionshologrammes eine sehr schmalbandige Lichtquelle, beispielsweise in Form eines Lasers, erforderlich. Im Falle eines Reflexionshologrammes kann zwar auf eine monochromatische Quelle verzichtet werden, doch müssen an die Parallelität der Strahlung zur Erzielung einer scharfen Code-Wiedergabe beachtliche Anforderungen gestellt werden.
In gewissen Fällen ist es angezeigt, die Codierung holographisch vorzunehmen, nämlich dann, wenn einerseits trotz grosser mechanischer Beanspruchung des Code-Trägers und trotz der Verschmutzungsgefahr des optischen Systems eine hohe Zuverlässigkeit der Code-Ablesung verlangt wird und andererseits auf die Nicht-Nachahmbarkeit des Codes grossen Wert gelegt werden muss.
Eine wichtige Anwendung kann das vorgezeigte Verfahren daher in Eingangskontrollorganen, wie Schlüssel und Eingangskontrollkarten finden.
Das Verfahren soll im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden.
Fig. 1 zeigt das Prinzip einer holographischen Aufnahmevorrichtung,
Fig. 2 stellt die Wiedergabe eines Transmissionshologrammes in Form eines virtuellen Bildes dar und
Fig. 3 das entsprechende, auf einen Bildschirm projiziert reelle Bild.
Fig. 4 zeigt schematisch das Zustandekommen des reellen Bildes anhand einer Zonenplatte und
Fig. 5 veranschaulicht die räumliche Projektion eines dreidimensionalen Bildes in mehreren Bildebenen.
Fig. 6 ist eine Darstellung einer Aufnahmevorrichtung für Reflexionshologramme.
Fig. 7 zeigt das virtuelle Bild eines Reflexionshologrammes und
Fig. 8 stellt das Prinzip der Wiedergabe eines reellen Bildes mittels eines Reflexionshologrammes dar.
Die Holographie ist ein wohlbekanntes Verfahren zur Aufzeichnung räumlicher Objekte. Die Methode beruht, wie das in Fig. 1 an einem Beispiel für die Strahlführung dargestellt ist, auf der Interferenz zweier kohärenter Lichtstrahlen, die von der Laserquelle 1 nach der Strahlaufteilung durch den Strahlteiler 2 hervorgehen. Der eine Strahl, die Referenzwelle 3, beleuch tet direkt das Datenspeicher-Medium, die Hologrammplatte 4, der andere bestrahlt, 6, das abzubildende Objekt 5 derart, sodass das vom Objekt reflektierte Licht, die Objektwelle 7, ebenfalls auf die Hologrammplatte 4 gelangt. Die Interferenz der beiden Strahlen, der direkt auftreffenden Referenzwelle 3 und der vom Objekt erzeugten Objektwelle 7, erzeugen das Hologramm 4.
Zur Ausleuchtung des Objektes 5 und der Hologrammplatte 4 werden die Laserstrahlen 3, 6 mittels optischer Linsen 8, 8' aufgeweitet und der Referenzstrahl 3 zusätzlich einer Raumfrequenzfiltrierung mittels einer im Brennpunkt der Linse 8 angeordneten Lochblende 8 min min unterzogen. Gegebenenfalls wird der aufgeweitete Referenzstrahl mit einer weiteren Linse 8 min min min parallelisiert.
Die Strahlführung mittels Umlenkspiegeln 9, 9 min muss so gewählt werden, dass die beiden Teilstrahlen 3 und 6, 7 in ihrer Länge möglichst genau übereinstimmen. Jedenfalls muss erreicht werden, dass deren Längendifferenz wesentlich kleiner als die Kohärenzlänge des Lasers 1 ist.
Wird, wie in Fig. 2 dargestellt, das photographisch entwickelte Hologramm 24 mit der Referenzwelle 3 beaufschlagt, so wird die Objektwelle 27 rekonstruiert. Diese rekonstruierte Objektwelle 27 ist mit derjenigen, die vom Objekt 5 selber, 7, bei der Hologramm-Erzeugung ausging, identisch. Damit ist auch das vom Hologramm 24 erzeugte Bild 25 mit dem Objekt 5 selbst in optischer Hinsicht für den Betrachter 21 des Hologrammes 24 identisch. Die Rekonstruktion des Bildes 25 muss nicht notwendigerweise mit dem Referenzstrahl erfolgen, grundsätzlich kann ein anderer, allerdings möglichst monochromatischer, aus einer kleinen Lichtquelle stammende Strahl 28 zur Rekonstruktion verwendet werden.
Nebst dem eben beschriebenen, sog. virtuellen Bild 25 kann durch Zeitumkehr, resp. durch Bestrahlen der Hologrammplatte 24 von der entgegengesetzten Richtung (inversen Referenzwelle 33) ein reelles Bild 35 des Objektes geschaffen werden (Fig. 3). Statt das Hologramm von der entgegengesetzten Seite mit der Referenzwelle 33 zu beleuchten, besteht auch die Möglichkeit, das Hologramm in umgedrehter Position mit der Originalreferenzwelle 3 zu bestrahlen.
Das reelle Bild kommt dadurch zustande, dass das Licht durch die Strukturierung des Hologrammes punktweise fokussiert wird. In Analogie zu einem gewöhnlichen reellen Bild - wie es etwa auf der Leinwand beim Betrachten von Dias auftritt - kann das reelle Bild 35 eines dreidimensionalen Gegenstandes nur auf einem Bildschirm 36 im Bildraum 37 sichtbar gemacht werden. Selbstverständlich ist es nicht möglich, ein dreidimensionales Objekt 5 auf einen zweidimensionalen Bildschirm 36 scharf abzubilden. Hingegen lässt sich das reelle Bild 35 des Objektes 5 durch Bewegen des Bildschirmes 36 abtasten. Die Struktur auf dem Bildschirm 36 erscheint für jene Teile des reellen Objektbildes 35 scharf abgebildet, welche sich in der Ebene des Bildschirmes 36 befinden.
Wird im Raum des reellen Bildes 35 ein Schirm 36, eine Anordnung von Lichtempfängern aufgestellt, oder ein einzelner, bewegbarer Lichtempfänger eingesetzt, so kann die räumliche Verteilung der Strahlungsstärke des reproduzierten Objektes 35 und somit auch des Originals 5 abgetastet werden.
Das Prinzip des Zustandekommens eines reellen holographischen Bildes 35 kann anhand von Fig. 4 mittels einer Zonenplatte 41 veranschaulicht werden. Eine Zonenplatte ist eine Anordnung von konzentrischen, transparenten Ringen, welche aufgrund der Beugung des Lichts fokussierende Eigenschaften besitzt. Es lassen sich auf diese Weise optische Linsen, beispielsweise eine Sammellinse mit dem Brennpunkt 42, realisieren.
Das Hologramm 24 kann nun als eine überlagerte Anordnung 51 von solchen Zonenplatten 41 angesehen werden, wobei jedem Punkt des reellen holographischen Bildes 35 eine Zonenplatte auf dem Hologramm 24 entspricht. In Fig 5 ist eine solche Anordnung für ein Objekt, das aus zwei hintereinander in verschiedenen Ebenen angeordneten Strich-Codes besteht, dargestellt. Bei der Bestrahlung des Hologrammes kommen in den entsprechenden Bildebenen 52 und 53 scharfe Abbildungen des räumlichen Strich-Codes zustande. Im Falle eines ebenen Strich-Codes kann eine scharfe Abbildung des reellen holographischen Bildes in einer einzigen Bildebene erreicht werden. Die Darstellung von Fig. 5 kann daher als eine räumliche Verallgemeinerung eines Strich-Codes angesehen werden, die natürlich noch auf weitere Ebenen ausgedehnt werden könnte.
Der Vorteil der holographischen Abbildung gegenüber einer klassischen Abbildung besteht nicht nur darin, einen räumlichen Code festzuhalten und abtasten zu können. Vielmehr liegt der wesentliche Vorteil der Methode darin, dass auf dem Speichermedium nicht das Bild selbst, sondern dessen Fourier-Transformierte festgehalten ist.
Ebenso wie Schmutz auf einer Linse oder einer Brille nicht grundsätzlich Bildteile vollständig auslöscht - im Gegensatz zu Schmutz auf dem Original einer Abbildung, beispielsweise auf einem Diapositiv, bewirken Schmutzpartikel 54 auf einem Hologramm, wie das in Fig. 5 dargestellt ist, zwar eine weitgehend generelle Kontrastverminderung, aber nicht eine vollständige Auslöschung einzelner Bildteile. Der Schmutz oder ein Kratzer auf dem Hologramm stellt lediglich eine Raumfrequenzfiltierung dar, nicht aber eine Bildbeschränkung.
Dieser Sachverhalt lässt sich anhand des akustischen Analogon zur Raumfrequenzfiltrierung erläutern: Fehler auf einem Tonträger, zum Beispiel auf einem Tonband, können beim Abspielen während beschränkter Zeit zu Unterbrüchen, Knackgeräuschen usw. führen, während der übrigen Zeit ist hingegen die Tonqualität nicht beeinflusst. Liegt hingegen ein Fehler im Frequenzbereich vor, beispielsweise im Frequenzgang des Verstärkers oder des Lautsprechers, so wird zwar die Signalqualität als Ganzes, beispielsweise durch Verzerrungen, beeinflusst, hingegen treten keine lokalen Störungen des Tonsignales auf. Der Fehler auf dem holographischen Datenträger entspricht einem Fehler im Frequenzgang des Audiosystems, nicht aber auf dem Tonträger selbst.
In Fig. 1 bis Fig. 5 sind Transmissionshologramme beschrieben. Solche Hologramme werden, wie Fig. 2 deutlich zeigt, in Durchsicht betrachtet. In die sem Falle ist zur Betrachtung eine monochromatische Lichtquelle (zeitlich kohärenter Strahl) erforderlich. Wird weisses Licht als Betrachtungsstrahl 58, entsprechend der Referenzwelle 3, verwendet, so erscheint das holographische Bild 25 farblich aufgelöst und verschwommen. Der Grund dafür liegt im lichtfrequenzabhängigen Beugungsverhalten der das Hologramm 24 darstellenden Zonenplattenanordnung 51.
Es sei festgehalten, dass nebst der zeitlichen Kohärenz auch eine räumliche Kohärenz des Betrachtungsstrahles 23 verlangt werden muss, d.h. es ist erforderlich, dass das Licht dieses Strahls aus einer möglichst punktförmigen Lichtquelle hervorgeht. Die Anforderung an die räumliche Kohärenz ist bei der Reproduktion allerdings nicht derart wichtig, wie bei der Erzeugung des Hologrammes. In letzterem Fall ist, wie in Fig. 1 dargestellt, zur Gewährleistung hinreichender räumlicher Kohärenz eine im Fokus der Linse 8 angeordnete Lochblende 8 min min erforderlich.
Auf die räumliche Kohärenz des Betrachtungsstrahles 28 kann nicht verzichtet werden wenn scharfe holographische Bilder gefordert werden, hingegen ist die zeitliche Kohärenz unnötig, wenn das Hologramm für Aufsichts- statt für Durchsichts-Betrachtung ausgelegt ist.
Fig. 6 zeigt eine mögliche Strahlführung zur Herstellung sog. Reflexionshologramme 64. Gegenüber der Strahlanordnung von Fig. 1 gelangen nun die beiden Strahlen, nämlich die Referenzwelle 3 und die Objektwelle 67 von entgegengesetzter Seite auf die Hologrammplatte 64. Die stehenden Wellen der interferierenden Strahlen verlaufen damit vornehmlich parallel zur Hologrammplatte, während beim Transmissionshologramm nach Fig. 1 die Bildinformation vor allem senkrecht zur Hologrammplatte 4 gespeichert ist. Damit verlaufen beim Reflexionshologramm auch die Fronten unterschiedlicher optischer Dichte parallel zur Hologrammplatte 64. Auf der entwickelten Hologrammplatte ist somit ein optisches Tiefengitter eingeprägt.
Wird das entwickelte Reflexionshologramm 74 mit einem weissen Betrachtungsstrahl 78 beaufschlagt, so ist für den Betrachter 71 ein scharfes räumli ches, virtuelles Bild 75 erkennbar. Der Grund für die Verzichtbarkeit auf die zeitliche Kohärenz des Betrachungsstrahles 78 liegt in der Bragg'schen Reflexion am erwähnten Tiefengitter. Die Interferenz der reflektierten Strahlung an den verschiedenen Tiefengitterebenen hat auf den einfallenden weissen Lichtstrahl 73 eine monochromatisierende Wirkung. Das erzeugte holographische Bild 75 ist daher scharf und monochromatisch.
In Analogie zum reellen Bild bei einem Transmissionshologramm lässt sich auch bei einem Reflexionshologramm durch Inversion des Betrachtungsstrahles 88, resp. durch Umkehren des Hologrammes 84, ein reelles Bild 85 erzeugen. Dasselbe kommt wiederum dadurch zustande, dass das Hologramm als Zonenplattenanordnung 51 wirkt und damit das einfallende Licht 88 auf den Bildschirm 82 fokussiert. Die ferner geltende Bragg'sche Reflexionsbedingung bewirkt zusätzlich eine Monochromatisierung des einfallenden Lichtes und führt somit selbst bei Einfall von weissem Licht 88 zu einem scharfen, einfarbigen reellen Bild - beispielsweise eines Strich-Codes.
Das Objekt 5, resp. seine Bilder kann ein Strich-Code, ein Punkt-Code oder eine andere codierbare Anordnung, wie etwa konzentrische Kreise, PunktStrich-Folgen usw. sein.
Die Ablesung des Codes im Raume des reellen Bildes erfolgt vorteilhafterweise mittels einer festen oder verschiebbaren Anordnung von Lichtsensoren. Es ist aber auch denkbar, dass ein einziger oder eine kleine Anzahl von Lichtsensoren über das reelle Bild geführt wird und damit eine sequentielle Abtastung der Code-Information stattfindet.
Das vorgezeigte holographische Codierungs-Verfahren eignet sich zur Codierung von Eintrittskontrollorganen wie Schlüsseln, Eintrittskontrollkarten usw. Daneben kann sich der holographische Code auch zur Identifikation, etwa von Kreditkarten usw. eignen.
Ebenso mag es vorteilhaft sein, die holographische Codierung mit anderen Codierungs-Verfahren, wie mechanischen, elektrischen oder magnetischen Codierungen zu kombinieren.
The invention is in the field of optics, especially holography. It relates to a method and a corresponding application, as described in the characterizing part of claim 1 and claim 9, respectively.
Bar codes are used very often, particularly in the area of retail sales. As is well known, the sales products are provided with a line combination printed on the package, which is optically scanned by the sales staff at the checkout and thus the products can be identified automatically.
The optically readable coding is of general interest. Such a code can be produced relatively simply by means of photographic processes or by printing compared to a mechanical code - for example in the form of a key. Furthermore, a very high density of information can be achieved by means of an optical code - in this context, reference is made to the compact disc on which audio signals are optically coded.
A major problem with the optical reading of a code is the risk of contamination. It is therefore not surprising that the bar codes used in retail sales are very coarse (distance of the lines in the mm range) compared to the resolution given by the wavelength of the light the optical reading (in the μm range).
The reliability of the reading of a bar code, which is limited by soiling, may be acceptable on the counter, but the misinterpretation of the code on a key and the lock release that is denied or granted as a result can be fatal. For this reason, the reliability of the reading must be given special importance in the latter case.
The finer the code, the more critical the danger of the code reading being disturbed by dirt particles, scratches, etc. On the other hand, efforts are being made to ensure that the code is as fine as possible to ensure a high density of information.
Magnetic coding, as used for example with credit cards, entrance control cards, etc., is a very proven coding method. However, this method is also not without its problems, since the code can be very easily destroyed under the influence of magnetic fields - for example, due to the recently very often used magnetic closures of handbags.
It is therefore obvious to look for optical coding options that on the one hand allow a high information density - and thus a fine line structure - and on the other hand are largely resistant to misinterpretation due to contamination and wear.
It is an object of the invention to provide a method for optical coding, the code of which is largely protected against soiling and wear. The object is achieved by recording the spatial frequency spectrum of the code using holographic means.
The holographic storage of image information is well known. Technologically, holography is used in mechanical engineering and materials science. By superimposing the holographically stored object wave with the wave emanating from the object, deformations and vibration amplitudes of the loaded or. Determine the vibrated object in the µm range.
Holographic means for deflecting or focusing light beams are also used. For example, holographic beam deflection devices find an important application in the bar code readers mentioned at the checkout.
In addition, holograms also play a significant role in the graphic arts and sometimes also in the arts and crafts. In these cases, use is made primarily of the possibility of displaying spatially extended objects.
The holograms on identity cards, such as credit cards, are also very well known. In these cases, their poor imitability is essentially used.
The proposed application is fundamentally different from the examples shown. As already emphasized, in this case the issue is not the reproduction of a spatially extended object or the deflection of a light beam, but the Fourier spectroscopic recording of code information.
It is not surprising that the proposed method is rarely used, because the effort involved in producing the hologram and, above all, in reading it is very great. In the case of a transmission hologram, for example, a very narrow-band light source, for example in the form of a laser, is required. In the case of a reflection hologram, a monochromatic source can be dispensed with, but considerable demands must be made of the parallelism of the radiation in order to achieve a sharp code reproduction.
In certain cases, it is advisable to carry out the coding holographically, namely if, on the one hand, a high degree of reliability of the code reading is required despite the great mechanical stress on the code carrier and despite the risk of contamination of the optical system, and on the other hand, the code cannot be copied great importance must be attached.
The method shown can therefore find an important application in entrance control organs, such as keys and entrance control cards.
The method will be explained in the following using exemplary embodiments.
1 shows the principle of a holographic recording device,
Fig. 2 shows the reproduction of a transmission hologram in the form of a virtual image and
Fig. 3 shows the corresponding real image projected onto a screen.
Fig. 4 shows schematically the creation of the real image using a zone plate and
5 illustrates the spatial projection of a three-dimensional image in several image planes.
6 is an illustration of a recording device for reflection holograms.
7 shows the virtual image of a reflection hologram and
8 shows the principle of the reproduction of a real image by means of a reflection hologram.
Holography is a well-known technique for recording spatial objects. The method is based, as is shown in FIG. 1 using an example for the beam guidance, on the interference of two coherent light beams which arise from the laser source 1 after the beam splitting by the beam splitter 2. One beam, the reference wave 3, directly illuminates the data storage medium, the hologram plate 4, the other illuminates 6, the object 5 to be imaged, so that the light reflected from the object, the object wave 7, also reaches the hologram plate 4. The interference of the two beams, the directly incident reference wave 3 and the object wave 7 generated by the object, generate the hologram 4.
In order to illuminate the object 5 and the hologram plate 4, the laser beams 3, 6 are expanded by means of optical lenses 8, 8 'and the reference beam 3 is additionally subjected to spatial frequency filtering by means of a pinhole arranged in the focal point of the lens 8 for 8 minutes. If necessary, the expanded reference beam is parallelized for 8 min min min with a further lens.
The beam guidance by means of deflecting mirrors 9, 9 min must be selected so that the length of the two partial beams 3 and 6, 7 match as precisely as possible. In any case, it must be achieved that their length difference is significantly smaller than the coherence length of the laser 1.
If, as shown in FIG. 2, the photographically developed hologram 24 is subjected to the reference wave 3, the object wave 27 is reconstructed. This reconstructed object wave 27 is identical to that which originated from object 5 itself, 7, when generating the hologram. Thus, the image 25 generated by the hologram 24 is identical to the object 5 itself in optical terms for the viewer 21 of the hologram 24. The reconstruction of the image 25 does not necessarily have to be carried out with the reference beam; in principle, another beam 28, albeit one that is as monochromatic as possible and originating from a small light source, can be used for the reconstruction.
In addition to the so-called virtual image 25 just described, by reversing the time, resp. a real image 35 of the object can be created by irradiating the hologram plate 24 from the opposite direction (inverse reference wave 33) (FIG. 3). Instead of illuminating the hologram from the opposite side with the reference wave 33, there is also the possibility of irradiating the hologram in the inverted position with the original reference wave 3.
The real image comes about by the fact that the light is focused point by point through the structuring of the hologram. In analogy to a normal real image - such as occurs on the screen when viewing slides - the real image 35 of a three-dimensional object can only be made visible on a screen 36 in the image space 37. Of course, it is not possible to sharply image a three-dimensional object 5 on a two-dimensional screen 36. On the other hand, the real image 35 of the object 5 can be scanned by moving the screen 36. The structure on the screen 36 appears in focus for those parts of the real object image 35 which are in the plane of the screen 36.
If a screen 36, an arrangement of light receivers or a single, movable light receiver is used in the space of the real image 35, the spatial distribution of the radiation intensity of the reproduced object 35 and thus also of the original 5 can be scanned.
The principle of the formation of a real holographic image 35 can be illustrated with the aid of a zone plate 41 with reference to FIG. 4. A zone plate is an arrangement of concentric, transparent rings, which has focusing properties due to the diffraction of the light. In this way, optical lenses, for example a converging lens with the focal point 42, can be realized.
The hologram 24 can now be viewed as a superimposed arrangement 51 of such zone plates 41, with each zone of the real holographic image 35 corresponding to a zone plate on the hologram 24. FIG. 5 shows such an arrangement for an object which consists of two bar codes arranged one behind the other in different levels. When the hologram is irradiated, sharp images of the spatial bar code are produced in the corresponding image planes 52 and 53. In the case of a flat bar code, sharp imaging of the real holographic image can be achieved in a single image plane. The representation of FIG. 5 can therefore be regarded as a spatial generalization of a bar code, which of course could also be extended to further levels.
The advantage of holographic imaging over classic imaging is not only the ability to capture and scan a spatial code. Rather, the main advantage of the method is that it is not the image itself but the Fourier transform that is recorded on the storage medium.
Just as dirt on a lens or glasses does not fundamentally completely erase parts of the image - in contrast to dirt on the original of an image, for example on a slide, dirt particles 54 on a hologram, as shown in FIG. 5, have a largely general effect Contrast reduction, but not a complete erasure of individual image parts. The dirt or a scratch on the hologram only represents spatial frequency filtering, but not an image limitation.
This fact can be explained using the acoustic analogue for spatial frequency filtering: Errors on a sound carrier, for example on a tape, can lead to interruptions, crackling noises etc. when playing for a limited time, while the rest of the time the sound quality is not affected. If, on the other hand, there is an error in the frequency range, for example in the frequency response of the amplifier or the loudspeaker, the signal quality as a whole is influenced, for example by distortions, but there are no local disturbances in the sound signal. The error on the holographic data carrier corresponds to an error in the frequency response of the audio system, but not on the sound carrier itself.
Transmission holograms are described in FIGS. 1 to 5. Such holograms, as clearly shown in FIG. 2, are viewed in a transparent manner. In this case, a monochromatic light source (temporally coherent beam) is required for viewing. If white light is used as the viewing beam 58, corresponding to the reference wave 3, the holographic image 25 appears in a color-resolved and blurred manner. The reason for this lies in the diffraction behavior dependent on the light frequency of the zone plate arrangement 51 representing the hologram 24.
It should be noted that in addition to the temporal coherence, a spatial coherence of the viewing beam 23 must also be required, i.e. it is necessary for the light of this beam to come from a light source that is as punctiform as possible. However, the requirement for spatial coherence in reproduction is not as important as in the generation of the hologram. In the latter case, as shown in FIG. 1, a pinhole arranged in the focus of the lens 8 is required for 8 minutes to ensure sufficient spatial coherence.
The spatial coherence of the viewing beam 28 cannot be dispensed with if sharp holographic images are required, but the temporal coherence is unnecessary if the hologram is designed for viewing instead of looking through.
6 shows a possible beam guidance for the production of so-called reflection holograms 64. Compared to the beam arrangement of FIG. 1, the two beams, namely the reference wave 3 and the object wave 67, now reach the hologram plate 64 from the opposite side. The standing waves of the interfering beams run thus primarily parallel to the hologram plate, while in the transmission hologram according to FIG. 1 the image information is stored primarily perpendicular to the hologram plate 4. With the reflection hologram, the fronts of different optical density also run parallel to the hologram plate 64. An optical depth grating is thus embossed on the developed hologram plate.
If the developed reflection hologram 74 is subjected to a white viewing beam 78, the viewer 71 can see a sharp, spatial, virtual image 75. The reason for dispensing with the temporal coherence of the viewing beam 78 lies in the Bragg reflection on the depth grating mentioned. The interference of the reflected radiation at the various depth grating levels has a monochromatic effect on the incident white light beam 73. The generated holographic image 75 is therefore sharp and monochromatic.
In analogy to the real image in the case of a transmission hologram, an inversion of the viewing beam 88 or by reversing the hologram 84, generate a real image 85. The same in turn comes about because the hologram acts as a zone plate arrangement 51 and thus focuses the incident light 88 on the screen 82. The Bragg reflection condition, which also applies, additionally monochromatizes the incident light and thus leads to a sharp, monochrome real image, for example a bar code, even when white light 88 is incident.
The object 5, respectively. its images can be a bar code, a dot code or some other encodable arrangement such as concentric circles, dot-dash sequences, etc.
The reading of the code in the space of the real image is advantageously carried out by means of a fixed or displaceable arrangement of light sensors. However, it is also conceivable for a single or a small number of light sensors to be guided over the real image and thus for the code information to be scanned sequentially.
The holographic coding method shown is suitable for coding entry control elements such as keys, entry control cards, etc. In addition, the holographic code can also be used for identification, for example of credit cards, etc.
It may also be advantageous to combine the holographic coding with other coding methods, such as mechanical, electrical or magnetic coding.