DE102020210935B3 - Read-out device for reading out holographically stored information, method for reading out holographically stored information - Google Patents
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Abstract
Auslesevorrichtung (100) zum Ermitteln von in einem Hologramm (5) holographisch abgelegten Informationen (I) und zum Ermitteln wenigstens eines Hologramm-Parameters des Hologramms, umfassend- eine schmalbandige Lichtquelle (1), ausgebildet, um ein Hologramm (5) auszuleuchten, um eine Rekonstruktion (8, 10) des Hologramms (5) zu erzeugen,- ein erstes Filterelement (6, 6.1) und ein zweites Filterelement (6, 6.2), wobei das erste Filterelement (6, 6.1) dazu ausgebildet ist, Licht mit einer ersten Dämpfung zu dämpfen, um eine erste örtliche Intensitätsverteilung (10') zu erzeugen, und das zweite Filterelement (6, 6.2) dazu ausgebildet ist, Licht mit einer zweiten Dämpfung zu dämpfen, um eine zweite örtliche Intensitätsverteilung (10") zu erzeugen, und- einen Sensor (4) mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, wobei der Sensor (4) ausgebildet ist, die erste und zweite örtliche Intensitätsverteilung (10', 10") zu detektieren, um ein erstes Datensignal (7.1) und ein zweites Datensignal (7.2) zu erzeugen,- und eine Bildverarbeitungsvorrichtung (9), ausgebildet, um das erste und zweite Datensignal (7.1, 7.2) zu verarbeiten, wobei das erste Filterelement (6, 6.1) und das zweite Filterelement (6, 6.2) derart angeordnet sind, dass, wenn die schmalbandige Lichtquelle (1) Licht aussendet und dadurch das Hologramm (5) ausgeleuchtet wird und an dem Hologramm gebeugtes und reflektiertes Licht (2) entsteht, welches ein optisches Element (3) durchläuft, wodurch das gebeugte und reflektierte Licht (2) Fourier-transformiert wird, wodurch die die Rekonstruktion (8, 10) auf dem Sensor (4) erzeugt wird,- der Sensor (4) in dem ersten Bereich die Rekonstruktion (8, 10) mit der ersten örtlichen Intensitätsverteilung (10') detektiert, und der Sensor (4) in dem zweiten Bereich die Rekonstruktion (8, 10) mit der zweiten örtlichen Intensitätsverteilung (10") detektiert, und- die Bildverarbeitungsvorrichtung (9) aus dem ersten Datensignal (7.1) einen ersten Hologramm-Parameter (H1) ermittelt und aus dem zweiten Datensignal (7.2) die in dem Hologramm holographisch abgelegten Informationen ermittelt (I).Read-out device (100) for determining information (I) stored holographically in a hologram (5) and for determining at least one hologram parameter of the hologram, comprising a narrow-band light source (1) designed to illuminate a hologram (5) in order to to generate a reconstruction (8, 10) of the hologram (5), - a first filter element (6, 6.1) and a second filter element (6, 6.2), the first filter element (6, 6.1) being designed to emit light with a to attenuate first attenuation in order to generate a first local intensity distribution (10 '), and the second filter element (6, 6.2) is designed to attenuate light with a second attenuation in order to generate a second local intensity distribution (10 "), and a sensor (4) with a first area and a second area, the sensor (4) being designed to detect the first and second local intensity distributions (10 ', 10 ") in order to generate a first data signal (7.1) and a second data gnal (7.2) - and an image processing device (9) designed to process the first and second data signals (7.1, 7.2), the first filter element (6, 6.1) and the second filter element (6, 6.2) in such a way are arranged that when the narrow-band light source (1) emits light and thereby the hologram (5) is illuminated and diffracted and reflected light (2) is produced on the hologram, which passes through an optical element (3), whereby the diffracted and reflected Light (2) is Fourier transformed, whereby the reconstruction (8, 10) is generated on the sensor (4), - the sensor (4) in the first area the reconstruction (8, 10) with the first local intensity distribution ( 10 ') and the sensor (4) in the second area detects the reconstruction (8, 10) with the second local intensity distribution (10 "), and the image processing device (9) generates a first hologram from the first data signal (7.1) Parameter (H1) ermi ttelt and from the second data signal (7.2) the information holographically stored in the hologram is determined (I).
Description
Die Erfindung betrifft eine Auslesevorrichtung zum Auslesen holographisch abgelegter Informationen und ein Verfahren zum Auslesen holographisch abgelegter Informationen und eine Vorrichtung zur Verwendung von Verbrauchsgütern.The invention relates to a readout device for reading out holographically stored information and a method for reading out holographically stored information and a device for using consumer goods.
In einer Vielzahl von Anwendungen werden holographisch abgelegte Informationen genutzt. Häufig werden Informationen zur Vermeidung und Erkennung von Fälschungen hochpreisiger Güter oder Banknoten holographisch abgelegt. Es gibt jedoch auch Anwendungen, in denen Verbrauchsgüter mit holographisch abgelegten Informationen versehen werden.Holographically stored information is used in a large number of applications. Information to avoid and detect counterfeiting of high-priced goods or banknotes is often stored holographically. However, there are also applications in which consumer goods are provided with holographically stored information.
Häufig sind die holographisch abgelegten Informationen Abbildungen, beispielsweise Fotos von Gesichtern, oder andere Motive. Aber auch Nummern- oder Buchstabenfolgen können holographische Informationen sein. Auch ein Strichcode oder ein zweidimensionales Datenfeld, z. B. ein Barcode, ein QR Code oder ein Datamatrix Code können holographisch abgelegte Informationen sein. Durch bekannte holographische Schreibverfahren werden die abzulegenden Informationen in einen holographischen Träger eingeschrieben oder durch bekannte Prägeverfahren eingeprägt, wodurch holographische Strukturen in dem Träger eingebracht werden und so ein Hologramm erzeugt wird. Als Träger eignen sich z.B. Folien oder metallisierte Folien oder spezielle holographische Filme.The information stored holographically is often images, for example photos of faces, or other motifs. However, sequences of numbers or letters can also be holographic information. A bar code or a two-dimensional data field, e.g. B. a barcode, a QR code or a data matrix code can be information stored holographically. The information to be stored is written into a holographic carrier by known holographic writing processes or embossed by known embossing processes, whereby holographic structures are introduced into the carrier and a hologram is thus generated. Foils or metallized foils or special holographic films are suitable as carriers.
Es sind verschiedene Hologrammarten bekannt. Beispielsweise sind Transmissionshologramme bekannt, bei denen ein Laserlichtstrahl bei Aufnahme und Rekonstruktion des Hologramms durch das Hologramm hindurchtritt. Weiterhin existieren Reflexionshologramme, bei denen der holographische Träger eine Reflexionsschicht umfasst, wodurch einfallendes Licht an dem Hologramm zum einen gebeugt wird, aber auch reflektiert wird. Hologramme können sowohl optisch erzeugt werden als auch im Computer berechnet und anschließend in einen Träger geschrieben werden. Von Hologrammen können Master hergestellt werden, die dann in einem Prägeprozess vielfach abgeprägt werden können.Various types of hologram are known. For example, transmission holograms are known in which a laser light beam passes through the hologram when the hologram is recorded and reconstructed. Furthermore, there are reflection holograms in which the holographic carrier comprises a reflection layer, as a result of which incident light on the hologram is on the one hand diffracted, but is also reflected. Holograms can be generated optically as well as calculated in the computer and then written on a carrier. Masters can be produced from holograms, which can then be embossed multiple times in an embossing process.
Um ein Auslesen der holographisch abgelegten Informationen zu ermöglichen, sind spezielle Auslesegeräte erforderlich. Diese Auslesegeräte erzeugen eine Rekonstruktion des Hologramms auf einem Bildschirm oder Sensor.Special read-out devices are required to enable the holographically stored information to be read out. These readout devices generate a reconstruction of the hologram on a screen or sensor.
Die Rekonstruktion von Hologrammen erfolgt typischerweise durch Ausleuchten des Hologramms mit kohärentem, monochromatischen Licht. Dabei wird das Licht durch die eingeschriebenen Strukturen des Hologramms gebeugt. Dadurch wird die Rekonstruktion eines Hologramms erzeugt. Eine Rekonstruktion besteht aus Licht, welches wie es für Beugungseffekte typisch ist, unter einer nullten Ordnung von den eingeschriebenen Strukturen des Hologramms ausgeht und aus Licht, welches unter einer ersten oder höheren Ordnung von den eingeschriebenen Strukturen des Hologramms ausgeht. Das gebeugte Licht nullter Ordnung sowie erster Ordnung und eventuell auch höherer Ordnung trifft auf einen Rekonstruktionsschirm oder einen Sensor und erzeugt eine Rekonstruktion des Hologramms. In Hologrammen holographisch abgelegte Informationen können nur aus dem gebeugten Licht erster oder höherer Ordnungen ausgelesen werden, jedoch nicht aus dem gebeugten Licht nullter Ordnung.The reconstruction of holograms is typically done by illuminating the hologram with coherent, monochromatic light. The light is diffracted by the inscribed structures of the hologram. This creates the reconstruction of a hologram. A reconstruction consists of light which, as is typical for diffraction effects, emanates from the inscribed structures of the hologram at a zero order and of light which emanates from the inscribed structures of the hologram at a first or higher order. The diffracted light of the zero order as well as the first order and possibly also a higher order strikes a reconstruction screen or a sensor and generates a reconstruction of the hologram. Information stored holographically in holograms can only be read from the diffracted light of the first or higher orders, but not from the diffracted light of the zeroth order.
In vielen Anwendungen ist es zudem erforderlich, dass Hologramme maschinell ausgelesen und die in Hologrammen abgelegten Informationen automatisiert zurückgewonnen werden können.In many applications it is also necessary that holograms can be read out by machine and the information stored in holograms can be retrieved automatically.
Aus der
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Die Rekonstruktion von Hologrammen kann einen sehr hohen Dynamikumfang aufweisen, d. h. einen sehr großen Unterschied bzw. Kontrast zwischen der größten Intensität der Rekonstruktion und der geringsten Intensität der Rekonstruktion. Der überwiegende Anteil des Lichts, mit dem das Hologramm ausgeleuchtet wird, wird unter nullter Ordnung an den Strukturen des Hologramms gebeugt. Dieser Anteil erscheint als zentraler intensitätsstarker Leuchtfleck auf einem Bildschirm oder einem Sensor. Die im Hologramm abgelegten Informationen lassen sich durch diesen Anteil des Lichtes nicht rekonstruieren. Die im Hologramm abgelegten Informationen lassen sich nur durch denjenigen Anteil des vom Hologramm transmittierten oder reflektierten Lichts rekonstruieren, der aus der ersten oder einer höheren Beugungsordnung, hervorgegangen ist. Allerdings entspricht die Intensität des Lichts, welches am Hologramm gebeugt wird, in vielen Fällen nur einem Bruchteil der Intensität des Lichts, welches in nullter Ordnung am Hologramm gebeugt wird. Diese sogenannte Beugungseffizienz beträgt mitunter 5% und weniger, d. h. dass nur 5% der Intensität auf Licht entfallen, welches überhaupt die auszulesenden Informationen enthält. Dieser Anteil ist zudem noch weiteren Verlusten unterworfen, beispielsweise durch Absorption oder Streuung. Zudem wird dieser Anteil des Lichts noch flächig auf einem Sensor abgebildet. Datenstrukturen, wie beispielsweise einzelne Punkte eines zweidimensionalen QR-Codes, oder Markerstrukturen, wie beispielsweise einzelne Punkte, die die Eckpunkt eines zweidimensionalen Datamatrix Code angeben, weisen daher mitunter nur noch sehr geringe Intensitäten auf. Das führt häufig dazu, dass der Dynamikumfang zwischen einer Datenstruktur und der Nullten Ordnung im besten Fall
Die Beleuchtung und die Empfindlichkeit eines Sensors einer Auslesevorrichtung für holographische abgelegte Informationen müssen daher so ausgelegt sein, dass das unter erster Ordnung gebeugte Licht deutlich über dem Rauschpegel des Sensors liegt und im Idealfall den gesamten Dynamikumfang des Sensors nutzt. Dies hat jedoch zur Folge, dass das unter nullter Ordnung gebeugte Licht in einigen Bereichen des Sensors in Sättigung gerät, wodurch in diesen Bereichen keinerlei Informationsgewinnung mehr möglich ist. Auch der Dynamikumfang eines Sensors kann überschritten werden, wodurch intensitätsschwache Datenstrukturen, welche in der Nähe von intensitätsstarken Strukturen abgebildet werden, nicht mehr vom Sensor detektiert werden können. Die vorgenannten Effekte führen zu einem Verlust von Informationen. Beispielsweise kann die genaue Lage von Datenstrukturen und/oder Markerstrukturen nicht mehr ermittelt werden oder die Ermittlung wird ungenau. Die Folge ist, dass die in einem Hologramm abgelegten Informationen nicht mehr bzw. nicht mehr zuverlässig ausgelesen werden können.The lighting and the sensitivity of a sensor of a read-out device for holographic stored information must therefore be designed so that the light diffracted below the first order is well above the noise level of the sensor and ideally uses the entire dynamic range of the sensor. However, this has the consequence that the light diffracted below zero is saturated in some areas of the sensor, so that no information can be obtained in these areas. The dynamic range of a sensor can also be exceeded, as a result of which low-intensity data structures which are mapped in the vicinity of high-intensity structures can no longer be detected by the sensor. The aforementioned effects lead to a loss of information. For example, the exact position of data structures and / or marker structures can no longer be determined or the determination becomes imprecise. The result is that the information stored in a hologram can no longer or can no longer be read out reliably.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Auslesen von in einem Hologramm holographisch abgelegten Informationen zur Verfügung zu stellen, welche die vorgenannten Nachteile überwindet und es ermöglicht, die in einem Hologramm abgelegten Informationen zuverlässig auslesen zu können.It is therefore the object of the present invention to provide a device for reading out information stored holographically in a hologram which overcomes the aforementioned disadvantages and enables the information stored in a hologram to be read out reliably.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch eine Auslesevorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche stellen Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes dar.The object according to the invention is achieved by a read-out device according to
Die Auslesevorrichtung zum Ermitteln von in einem Hologramm holographisch abgelegten Informationen und zum Ermitteln wenigstens eines Hologramm-Parameters des Hologramms, umfasst
- - eine schmalbandige Lichtquelle, ausgebildet, um ein Hologramm auszuleuchten und ausgebildet, um eine Rekonstruktion des Hologramms zu erzeugen,
- - ein erstes Filterelement und ein zweites Filterelement, wobei das erste Filterelement dazu ausgebildet ist, Licht mit einer ersten Dämpfung zu dämpfen, um eine erste örtliche Intensitätsverteilung zu erzeugen, und das zweite Filterelement dazu ausgebildet ist, Licht mit einer zweiten Dämpfung zu dämpfen, um eine zweite örtliche Intensitätsverteilung zu erzeugen, und
- - einen Sensor mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, wobei der Sensor ausgebildet ist, die erste und zweite örtliche Intensitätsverteilung zu detektieren, um ein erstes Datensignal und ein zweites Datensignal zu erzeugen,
- - und eine Bildverarbeitungsvorrichtung, ausgebildet, um das erste und zweite Datensignal zu verarbeiten, wobei
- - der Sensor in dem ersten Bereich die Rekonstruktion mit der ersten örtlichen Intensitätsverteilung detektiert, und der Sensor in dem zweiten Bereich die Rekonstruktion mit der zweiten örtlichen Intensitätsverteilung detektiert, und
- - die Bildverarbeitungsvorrichtung aus dem ersten Datensignal einen ersten Hologramm-Parameter ermittelt und aus dem zweiten Datensignal die in dem Hologramm holographisch abgelegten Informationen ermittelt.
- a narrow-band light source designed to illuminate a hologram and designed to generate a reconstruction of the hologram,
- - A first filter element and a second filter element, wherein the first filter element is designed to attenuate light with a first attenuation in order to generate a first local intensity distribution, and the second filter element is designed to attenuate light with a second attenuation in order to generate a second local intensity distribution, and
- a sensor having a first area and a second area, wherein the sensor is designed to detect the first and second local intensity distribution in order to generate a first data signal and a second data signal,
- and an image processing device designed to process the first and second data signals, wherein
- the sensor in the first area detects the reconstruction with the first local intensity distribution, and the sensor in the second area detects the reconstruction with the second local intensity distribution, and
- - the image processing device determines a first hologram parameter from the first data signal and determines the information holographically stored in the hologram from the second data signal.
Die erfindungsgemäße Auslesevorrichtung löst das der Erfindung zugrunde liegende Problem, indem eine Mehrzahl von örtlichen Intensitätsverteilungen einer Rekonstruktion eines Hologramms in einer Mehrzahl von Bereichen auf einem Sensor erzeugt wird. Dabei werden die Strahlungsintensitäten der Mehrzahl von örtlichen Intensitätsverteilungen einer Rekonstruktion eines Hologramms in ihrer Intensität jeweils durch Filterelemente so angepasst, dass zum einen Informationen, die in dem Hologramm holographisch abgelegt wurden, zuverlässig ermittelt werden können und zum anderen einen oder mehrere Hologramm-Parameter besonders zuverlässig aus den verschiedenen örtlichen Intensitätsverteilungen ermittelt werden können. Unter einer örtlichen Intensitätsverteilung ist hier eine zweidimensionale Verteilung der Intensität von auf einem Objekt auftreffenden Licht gemeint. Es handelt sich also im Wesentlichen um eine zweidimensionale örtliche Intensitätsverteilung. Diese bildet sich beispielsweise in einer x-y-Ebenen aus. Abhängig von dem Ort in dieser x-y-Ebene variiert die Intensität. Mit anderen Worten handelt es sich um ein zweidimensionales Lichtmuster. Bei der Information handelt es sich um eine in dem Hologramm abgelegte und aus dessen Rekonstruktion ausgelesene Information. Solch eine Information kann ein Strichcode, ein Barcode, ein zweidimensionales Datenfeld, wie z. B. ein QR Code oder ein Datamatrix Code sein. Diese ausgelesene Information kann auch durch die Bildverarbeitungsvorrichtung mit bekannten Decodierungsalgorithmen weiterverarbeitet werden. Dadurch können die holographisch abgelegten Informationen besonders zuverlässig ausgelesen werden. Der oder die ermittelten Hologramm-Parameter ermöglicht eine zuverlässigere Ermittlung der holographisch abgelegten Informationen. Zudem wird vermieden, dass der Sensor teilweise oder vollständig in Sättigung gerät.The read-out device according to the invention solves the problem on which the invention is based in that a plurality of local intensity distributions of a reconstruction of a hologram is generated in a plurality of areas on a sensor. The intensity of the radiation intensities of the plurality of local intensity distributions of a reconstruction of a hologram is adjusted by filter elements in such a way that, on the one hand, information that has been holographically stored in the hologram can be reliably determined and, on the other hand, one or more hologram parameters are particularly reliable can be determined from the various local intensity distributions. A local intensity distribution here means a two-dimensional distribution of the intensity of light incident on an object. It is therefore essentially a two-dimensional local intensity distribution. This is formed, for example, in an x-y plane. The intensity varies depending on the location in this x-y plane. In other words, it is a two-dimensional light pattern. The information is information stored in the hologram and read out from its reconstruction. Such information can be a bar code, a bar code, a two-dimensional data field such as e.g. B. a QR code or a data matrix code. This read-out information can also be further processed by the image processing device using known decoding algorithms. As a result, the information stored holographically can be read out particularly reliably. The determined hologram parameter or parameters enables a more reliable determination of the information stored holographically. It also prevents the sensor from becoming partially or completely saturated.
Unter einem Hologramm-Parameter soll jede Information verstanden werden, die eine Ausrichtung, eine Rotation, eine Verzerrung, eine Größe oder eine Verschiebung einer Rekonstruktion des Hologramms auf dem Sensor beschreibt. Ein Hologramm-Parameter ist somit eine aus einem Hologramm ermittelte Information. Beispielsweise können bei einem im Computer berechneten und anschließend in einen holographischen Träger geschriebenen Hologramm, bei der Berechnung Markerstrukturen in das Hologramm eingefügt werden. Solche Markerstrukturen sind in einer bestimmten geometrischen Konstellation angeordnet. Die Markerstrukturen werden in der Rekonstruktion des Hologramms wieder dargestellt, sind dann also Teil einer örtlichen Intensitätsverteilung. Die Anordnung der Markerstrukturen untereinander ist in der Rekonstruktion des Hologramms üblicherweise verändert gegenüber der Anordnung die zuvor im Computer gewählt wurde. Die Veränderung resultiert z. B. aus einer Biegung des Hologramms. Ein Bildverarbeitungsalgorithmus kann anhand eines Vergleiches der vorbekannten bestimmten geometrischen Konstellation der Markerstrukturen mit der Anordnung der Markerstrukturen in der Rekonstruktion des Hologramms u. a. die Rotation, die Verzerrung, die Größe, die Verschiebung oder den Mittelpunkt einer Rekonstruktion des Hologramms auf dem Sensor ermitteln. Auch der Mittelpunkt der Rekonstruktion des Hologramms auf dem Sensor kann durch einen Hologramm-Parameter beschrieben sein.A hologram parameter is to be understood as any information that describes an alignment, a rotation, a distortion, a size or a displacement of a reconstruction of the hologram on the sensor. A hologram parameter is thus information determined from a hologram. For example, in the case of a hologram calculated in the computer and then written into a holographic carrier, marker structures can be inserted into the hologram during the calculation. Such marker structures are arranged in a specific geometric constellation. The marker structures are shown again in the reconstruction of the hologram and are then part of a local intensity distribution. The arrangement of the marker structures among one another is usually changed in the reconstruction of the hologram compared to the arrangement that was previously selected in the computer. The change results z. B. from a bend in the hologram. An image processing algorithm can, on the basis of a comparison of the previously known specific geometric constellation of the marker structures with the arrangement of the marker structures in the reconstruction of the hologram, among other things. determine the rotation, the distortion, the size, the displacement or the center of a reconstruction of the hologram on the sensor. The center of the reconstruction of the hologram on the sensor can also be described by a hologram parameter.
Unter einer Lichtquelle zum Ausleuchten eines Hologramms, soll jede Lichtquelle verstanden werden, die Licht aussendet und sich dazu eignet, die in einem Hologramm abgelegten Informationen auszulesen. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine schmalbandige emittierende Lichtquelle. Dabei soll unter schmalbandig verstanden werden, dass das emittierte Licht aus einem begrenzten und kleinen Wellenlängenbereich stammt, beispielsweise aus einem Wellenlängenbereich Δλ, der 50 nm beträgt, was Licht entspricht, dessen größte enthaltene Wellenlänge λ und dessen kleinste enthaltene Wellenlänge λ 50 nm voneinander beabstandet sind. Besonders bevorzugt ist die Lichtquelle eine Laserlichtquelle. Ebenso eignen sich auch lichtemittierende Dioden - LEDs, da auch LEDs schmalbandiges Licht emittieren können. Eine Laserlichtquelle kann auch eine Laser-Diode sein. Die spektrale Verteilung des aus der Lichtquelle austretenden Lichts wird als Emissionsspektralbereich aufgefasst. Zudem kann die schmalbandige Lichtquelle auch mehrere Laserlichtquellen oder mehrere LEDs umfassen oder eine Kombination aus einer schmalbandigen Laserlichtquelle und einer oder mehreren LEDs sein.A light source for illuminating a hologram is to be understood as any light source that emits light and is suitable for reading out the information stored in a hologram. This is preferably a narrow-band emitting light source. Narrowband is to be understood as meaning that the emitted light comes from a limited and small wavelength range, for example from a wavelength range Δλ which is 50 nm, which corresponds to light whose largest contained wavelength λ and whose smallest contained wavelength λ are 50 nm apart . The light source is particularly preferably a laser light source. Light-emitting diode LEDs are also suitable, since LEDs can also emit narrow-band light. A laser light source can also be a laser diode. The spectral distribution of the light emerging from the light source is understood as the emission spectral range. In addition, the narrow-band light source can also comprise several laser light sources or several LEDs or a combination of a narrow-band laser light source and one or more LEDs.
Unter einem Filterelement soll ein Element verstanden werden, welches hindurchtretendes Licht dämpft. Ein Filterelement kann vorzugsweise ein Graufilter oder ein Polarisationsfilter oder ein Farbfilter sein. Ein Filterelement kann auch eine Kombination aus einem Graufilter und/oder einem Polarisationsfilter und/oder einem Farbfilter sein. Unter einer Dämpfung soll im Sinne dieser Anmeldung das Verhältnis der aus einem Filterelement austretenden photometrischen Strahlungsstärke, zu der in dasselbe Filterelement eintretenden photometrischen Strahlungsstärke verstanden werden. Die Dämpfung ist ein einheitenloser Zahlenwert, der häufig als dekadischer oder natürlicher Logarithmus angegeben wird. Häufig wird sie auch mit der Hilfseinheit Dezibel - dB angegeben. Insofern steht der Begriff Dämpfung für einen Dämpfungswert. Die Dämpfung ist eine typische Kennzahl für die abschwächende Wirkung von Filterelementen. Die Dämpfung wird üblicherweise durch eine teilweise Absorption des Lichts in einem Filterelement erzielt. Diese Definition gilt insbesondere für Filterelemente, deren Dämpfung nicht von der Wellenlänge des Lichts abhängt, z. B. Graufilter oder Polarisationsfilter. Für Filterelemente, deren Dämpfung von der Wellenlänge des Lichts abhängt, z. B. Farbfilter, wird unter der Dämpfung das Verhältnis der aus einem Filterelement austretenden spektralen Strahlungsstärke zu der in dasselbe Filterelement eintretenden spektralen Strahlungsstärke in dem Emissionsspektralbereich der schmalbandigen Lichtquelle zur Ausleuchtung des Hologramms verstanden.A filter element should be understood to mean an element which attenuates light passing through. A filter element can preferably be a gray filter or a polarization filter or a color filter. A filter element can also be a combination of a gray filter and / or a polarization filter and / or a color filter. In the context of this application, damping is to be understood as the ratio of the photometric radiation intensity exiting a filter element to the photometric radiation intensity entering the same filter element. The attenuation is a numerical value without a unit, which is often given as a decadic or natural logarithm. Often it is also given with the auxiliary unit decibel - dB. In this respect, the term damping stands for a damping value. The attenuation is a typical figure for the weakening effect of filter elements. The attenuation is usually achieved by partially absorbing the light in a filter element. This definition applies in particular to filter elements whose attenuation does not depend on the wavelength of the light, e.g. B. gray filter or polarization filter. For filter elements whose attenuation depends on the wavelength of the light, e.g. B. color filter, the attenuation is understood to mean the ratio of the spectral radiation intensity exiting a filter element to the spectral radiation intensity entering the same filter element in the emission spectral range of the narrow-band light source for illuminating the hologram.
Graufilter im Sinne dieser Erfindung dämpfen die Intensität des einfallenden Lichts spektral breitbandig, d. h. dass die Dämpfung nicht wellenlängenabhängig ist, sondern jede Wellenlänge annähernd gleich stark beim Hindurchtretenden durch das Filterelement gedämpft wird. Nachdem das einfallende Licht durch den Graufilter hindurchgetreten ist, beträgt dessen Intensität nur noch ein Bruchteil des einfallenden Lichts. Graufilter stehen mit verschiedenen Dämpfungen zur Verfügung. Ein Filterelement kann auch ein Polarisationsfilter sein, insbesondere zwei gekreuzte Polarisationsfilter. Polarisationsfilter absorbieren Licht in Abhängigkeit einer Schwingungsebene in der das Licht schwingt. Werden in einem Filterelement zwei Polarisationsfilter nacheinander angeordnet, sodass Licht durch beide Polarisationsfilter hindurchtritt, lässt sich durch Verdrehen eines Polarisationsfilters gegenüber dem anderen die Dämpfung des Filterelements in weiten Grenzen einstellen. Auch Polarisationsfilter dämpfen die Strahlungsintensität des einfallenden Lichts spektral breitbandig.Gray filters in the context of this invention attenuate the intensity of the incident light in a spectrally broadband manner, i. H. that the attenuation is not dependent on the wavelength, but rather that each wavelength is attenuated to the same extent as it passes through the filter element. After the incident light has passed through the neutral density filter, its intensity is only a fraction of the incident light. Neutral density filters are available with various attenuations. A filter element can also be a polarization filter, in particular two crossed polarization filters. Polarization filters absorb light depending on an oscillation plane in which the light oscillates. If two polarization filters are arranged one after the other in a filter element so that light passes through both polarization filters, the attenuation of the filter element can be set within wide limits by rotating one polarization filter in relation to the other. Polarization filters also attenuate the radiation intensity of the incident light over a broad spectrum.
Farbfilter im Sinne dieser Erfindung weisen eine Dämpfung auf, die von der Wellenlänge des durch ein Farbfilter hindurchtretenden Lichts abhängt und die Farbfilter somit einen Spektralbereich aufweisen. Unter einem Spektralbereich eines Farbfilters soll im Rahmen dieser Beschreibung ein Transmissionsspektralbereich eines Farbfilters verstanden werden. Während Licht eines beschränkten Spektralbereichs nahezu ohne Verluste durch einen Farbfilter hindurchtritt, wird Licht aus anderen Spektralbereichen stark gedämpft. Unter einem Spektralbereich wird ein Wellenlängenbereich verstanden. Bei Farbfiltern ist die Dämpfung also eine Funktion der Wellenlänge. Farbfilter sind beispielsweise eingefärbte Gläser oder eingefärbte Folien. Farbfilter lassen sich aber auch anders realisieren.For the purposes of this invention, color filters have an attenuation that depends on the wavelength of the light passing through a color filter and the color filters thus have a spectral range. In the context of this description, a spectral range of a color filter should be understood to mean a transmission spectral range of a color filter. While light from a limited spectral range passes through a color filter with almost no loss, light from other spectral ranges is strongly attenuated. A spectral range is understood to mean a wavelength range. In the case of color filters, the attenuation is therefore a function of the wavelength. Color filters are, for example, colored glasses or colored foils. However, color filters can also be implemented differently.
Unter einem Sensor ist ein optischer Sensor zu verstehen, der auf einer Sensorfläche, also im Wesentlichen der photoempfindlichen Fläche des Sensors, erzeugte örtliche Intensitätsverteilungen in Datensignale umwandelt. Bei dem Sensor handelt es sich vorzugsweise um einen Active-Pixel-Sensor (CMOS-Sensor) oder einen CCD-Bildsensor. Solche Sensoren sind besonders geeignet, da sie häufig eine große Anzahl an Sensorpixeln aufweisen, die auf einer Sensorfläche verteilt sind. Dadurch kann die Auflösung der örtlichen Intensitätsverteilung erhöht werden. Dies kann vorteilhaft sein, da dadurch die Verarbeitung in einer Bildverarbeitungsvorrichtung verbessert werden kann.A sensor is to be understood as an optical sensor which converts local intensity distributions generated on a sensor surface, ie essentially the photosensitive surface of the sensor, into data signals. The sensor is preferably an active pixel sensor (CMOS sensor) or a CCD image sensor. Such sensors are particularly suitable because they often have a large number of sensor pixels that are distributed on a sensor surface. This allows the resolution of the local intensity distribution to be increased. This can be advantageous because it can improve processing in an image processing apparatus.
Sensoren weisen einen begrenzten Dynamikumfang auf. Dieser Dynamikumfang stellt das Verhältnis bzw. den Kontrast zwischen einer maximal detektierbaren Strahlungsintensität zu einer minimalen detektierbare Strahlungsintensität dar. Wird die minimal detektierbare Strahlungsintensität unterschritten, kann ein Lichtsignal nicht mehr detektiert werden. Wird die maximal detektierbaren Strahlungsintensität überschritten, gerät der Sensor, bzw. geraten die Sensorpixel, in Sättigung, was zur Folge hat, dass ein Datensignal seinen Maximalwert annimmt. Sofern ganze Bereiche, bzw. mehrere Pixel, einen Maximalwert annehmen, können in diesen Bereichen keine Variationen in einer örtlichen Intensitätsverteilung mehr detektiert werden. Dadurch können dann aber in dem Hologramm holographisch abgelegte Informationen nicht mehr ermittelt werden. Somit sollten örtliche Intensitätsverteilungen, die auf einem Sensor erzeugt werden, möglichst immer innerhalb des Dynamikumfangs eines Sensors liegen.Sensors have a limited dynamic range. This dynamic range represents the ratio or the contrast between a maximum detectable radiation intensity and a minimum detectable radiation intensity. If the minimum detectable radiation intensity is not reached, a light signal can no longer be detected. If the maximum detectable radiation intensity is exceeded, the sensor or the sensor pixels come into saturation, with the result that a data signal assumes its maximum value. If whole areas or several pixels assume a maximum value, no variations in a local intensity distribution can be detected in these areas. As a result, however, information stored holographically in the hologram can no longer be determined. Thus, local intensity distributions that are generated on a sensor should, if possible, always lie within the dynamic range of a sensor.
Bei einer Bildverarbeitungsvorrichtung kann es sich um ein Computersystem handeln, oder ein anderes Datenverarbeitungssystem, welches dazu geeignet ist, Bildverarbeitungen durchzuführen, bzw. Datensignale eines Sensors zu verarbeiten. Eine Bildverarbeitungsvorrichtung kann auch durch ein Microcomputer, ein eingebettetes System oder durch ein Mikroprozessorsystem realisiert werden. Dies hat den Vorteil, dass die Auslesevorrichtung, einschließlich der Bildverarbeitungsvorrichtung, in ein System integriert werden kann, beispielsweise in ein stationäres System oder in ein tragbares System, wie z. B. ein Handscanner.An image processing device can be a computer system or another data processing system which is suitable for performing image processing or for processing data signals from a sensor. An image processing apparatus can also be implemented by a microcomputer, an embedded system, or a microprocessor system. This has the advantage that the read-out device, including the image processing device, can be integrated into a system, for example into a stationary system or into a portable system, such as e.g. B. a hand scanner.
Durch die schmalbandige Lichtquelle der Auslesevorrichtung wird das Hologramm, aus dem die holographisch abgelegten Informationen ausgelesen werden sollen, ausgeleuchtet und das Licht an dessen holographischen Strukturen gebeugt. Durch die Beugung ändert sich der Emissionsspektralbereich des am Hologramm gebeugten Lichts nicht. Durch das erste bzw. zweite Filterelement wird das gebeugte Licht dann gefiltert und eine Rekonstruktion des Hologramms auf dem Sensor erzeugt. Dazu ist bzw. sind das erste bzw. erste und zweite Filterelement derart im Strahlengang des am Hologramm gebeugten Lichts angeordnet, dass das gebeugte Licht zu einem Großteil durch das Filterelement hindurch tritt. Dies geschieht mittels unterschiedlicher Filterelemente, wodurch sich auf dem Sensor wenigstens ein erster Bereich ausbildet, in dem die Rekonstruktion des Hologramms mit einer ersten örtlichen Intensitätsverteilung rekonstruiert wird und wenigstens ein zweiter Bereich ausbildet, in dem die Rekonstruktion des Hologramms mit einer zweiten örtlichen Intensitätsverteilung rekonstruiert wird. Die sich auf dem Sensor ausbildenden Bereiche müssen keine zusammenhängenden Bereiche sein. Vielmehr können sie auch in Folge einer Filterung durch eine Vielzahl von einzelnen Filterteilelementen erzeugt sein. Ein Filterelement umfasst dann eine Vielzahl von Filterteilelementen. Die Fläche eines einzelnen Filterteilelements ist kleiner oder zumindest gleich der Fläche eines Filterelements; die Filtereigenschaften verschiedener Filterteilelemente, die von einem Filterelement umfasst sind, unterscheiden sich nicht oder nur geringfügig untereinander. Generell kann ein Filterelement beliebig viele Filterteilelemente umfassen. Es kann bevorzugt sein, dass die Fläche eines Filterelements im Wesentlichen der Hälfte der Sensorfläche entspricht, besonders bevorzugt entspricht die Fläche eines Filterelements im Wesentlichen einem Drittel der Sensorfläche. Die Fläche eines Filterelements kann im Wesentlichen auch einem Viertel der Sensorfläche entsprechen.The hologram, from which the holographically stored information is to be read, is illuminated by the narrow-band light source of the read-out device and the light is diffracted at its holographic structures. The diffraction does not change the emission spectral range of the light diffracted on the hologram. The diffracted light is then filtered by the first or second filter element and a reconstruction of the hologram is generated on the sensor. For this purpose, the first or first and second filter element is or are arranged in the beam path of the light diffracted at the hologram in such a way that the diffracted light largely passes through the filter element. This is done by means of different Filter elements, whereby at least a first area is formed on the sensor in which the reconstruction of the hologram is reconstructed with a first local intensity distribution and at least a second area is formed in which the reconstruction of the hologram is reconstructed with a second local intensity distribution. The areas formed on the sensor do not have to be contiguous areas. Rather, they can also be produced as a result of filtering by a large number of individual filter sub-elements. A filter element then comprises a multiplicity of filter sub-elements. The area of an individual filter sub-element is smaller than or at least equal to the area of a filter element; the filter properties of various sub-filter elements that are comprised by a filter element do not differ from one another or only slightly differ from one another. In general, a filter element can comprise any number of sub-filter elements. It can be preferred that the area of a filter element corresponds essentially to half of the sensor area, particularly preferably the area of a filter element corresponds to essentially one third of the sensor area. The area of a filter element can essentially also correspond to a quarter of the sensor area.
Auch die Anordnung der Filterteilelemente kann in weiten Grenzen variiert werden. Besonders bevorzugt ist es, dass Filterteilelemente verschiedener Filterelemente schachbrettartig oder mosaikartig angeordnet sind oder dass einzelne Sensorpixel einzelne Filterteilelemente aufweisen oder Sensorpixel nur durch wenigstens ein Filterteilelement gefiltertes Licht detektieren. Besonders bevorzugt sind eine Vielzahl von Filterteilelementen so angeordnet, dass sie einen Bayer-Filter bilden. Hierbei werden durch die Vielzahl von Filterteilelemente drei Farbfilterelemente realisiert. Es können auch streifenartige Anordnungen der Bereiche bevorzugt sein, bei denen sich wenigstens ein erstes und ein zweites Filterelement abwechseln.The arrangement of the partial filter elements can also be varied within wide limits. It is particularly preferred that filter sub-elements of different filter elements are arranged in a checkerboard or mosaic-like manner or that individual sensor pixels have individual filter sub-elements or sensor pixels only detect light filtered by at least one filter sub-element. A multiplicity of partial filter elements are particularly preferably arranged in such a way that they form a Bayer filter. Here, three color filter elements are implemented through the large number of sub-filter elements. Strip-like arrangements of the areas in which at least a first and a second filter element alternate can also be preferred.
In Abhängigkeit der Dämpfung eines Filterelements unterscheiden sich die sich auf dem Sensor ausbildenden örtlichen Intensitätsverteilungen stark in der Intensität. So kann beispielhaft in dem ersten Bereich die Rekonstruktion des Hologramms mit einer hohen Dämpfung, z. B. 99%, erzeugt werden und das gebeugte Licht nullter Ordnung so stark gedämpft werden, dass der Dynamikumfang des Sensors nicht durch die große Intensität des gebeugten Lichts nullter Ordnung überschritten wird. In dem zweiten Bereich wird die Rekonstruktion des Hologramms mit einer geringeren Dämpfung, z. B. 20%, erzeugt, wobei in einzelnen Bereichen des Sensors der Dynamikumfang des Sensors überschritten wird. In der so entstehenden zweiten örtlichen Intensitätsverteilung ist vorzugsweise der intensitätsschwache Anteil der Rekonstruktion, der unter erster oder einer höheren Ordnung an dem Hologramm gebeugt wird, dann in seiner Intensität reduziert. Dadurch, dass das zweite Filterelement das schmalbandige Licht der schmalbandigen Lichtquelle nur geringfügig dämpft, wird die Intensität des unter nullter Ordnung gebeugten Lichts ebenfalls reduziert, wodurch die Bereiche auf dem Sensor in denen Sättigung auftritt ebenfalls reduziert werden. Dadurch vergrößert sich auf dem Sensor der örtliche Bereich, in dem Datenstrukturen und/oder Markerstrukturen detektiert werden können. Somit können Datenstrukturen und/oder Markerstrukturen bei Bedarf auch „heller“ ausgelegt werden, da der Sensor nicht mehr oder nicht mehr so stark in Sättigung gerät, also die gesättigten Bereiche auf dem Sensor einen geringeren Teil der Sensorfläche einnehmen. Dadurch können Datenstrukturen und/oder Markerstrukturen genauer und zuverlässiger ausgelesen werden.Depending on the attenuation of a filter element, the local intensity distributions formed on the sensor differ greatly in intensity. For example, in the first area, the reconstruction of the hologram can be performed with a high level of attenuation, e.g. B. 99%, and the diffracted light of the zeroth order are attenuated so much that the dynamic range of the sensor is not exceeded by the great intensity of the diffracted light of the zeroth order. In the second area, the reconstruction of the hologram is carried out with less attenuation, e.g. B. 20% generated, the dynamic range of the sensor being exceeded in individual areas of the sensor. In the second local intensity distribution that arises in this way, the low-intensity portion of the reconstruction that is diffracted under the first or a higher order on the hologram is then preferably reduced in intensity. Because the second filter element only slightly attenuates the narrow-band light of the narrow-band light source, the intensity of the light diffracted below the zero order is also reduced, whereby the areas on the sensor in which saturation occurs are also reduced. This enlarges the local area on the sensor in which data structures and / or marker structures can be detected. In this way, data structures and / or marker structures can also be designed to be “brighter” if required, since the sensor is no longer saturated, or is no longer saturated, i.e. the saturated areas on the sensor take up a smaller part of the sensor surface. As a result, data structures and / or marker structures can be read out more precisely and more reliably.
Es ist besonders bevorzugt, dass das erste Filterelement derart ausgebildet ist, dass die erste örtliche Intensitätsverteilung eine geringere Intensität aufweist als die zweite örtliche Intensitätsverteilung. Es ist also bevorzugt, dass die erste und die zweite Dämpfung verschieden sind, insbesondere, dass die erste Dämpfung größer ist als die zweite Dämpfung. Dies hat zur Folge, dass in dem ersten Bereich des Sensors der intensitätsstarke Anteil, der also unter nullter Ordnung gebeugt ist, stark gedämpft ist. Dadurch wird erreicht, dass die Rekonstruktion des Hologramms in diesem Bereich den Dynamikumfang des Sensors nicht überschreitet und der Sensor nicht in Sättigung gerät. Dies wiederum erleichtert die weitere Verarbeitung des ersten Datensignals und das Ermitteln von Hologramm-Parametern. Dabei soll unter einer Verarbeitung jegliche digitale oder analoge Nutzung des Datensignals verstanden werden. Insbesondere kann unter einer Verarbeitung eine digitale Bildverarbeitung verstanden werden.It is particularly preferred that the first filter element is designed in such a way that the first local intensity distribution has a lower intensity than the second local intensity distribution. It is therefore preferred that the first and second attenuation are different, in particular that the first attenuation is greater than the second attenuation. This has the consequence that in the first area of the sensor the high-intensity portion, which is bent below the zero order, is strongly attenuated. This ensures that the reconstruction of the hologram in this area does not exceed the dynamic range of the sensor and the sensor does not become saturated. This in turn facilitates the further processing of the first data signal and the determination of hologram parameters. Processing should be understood to mean any digital or analog use of the data signal. In particular, processing can be understood to mean digital image processing.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem die Bildverarbeitungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, um aus dem ersten Datensignal einen ersten Hologramm-Parameter zu ermitteln, der einen Mittelpunkt der Rekonstruktion des Hologramms beschreibt. Durch diese Weiterbildung kann der Mittelpunkt des unter nullter Ordnung gebeugten Lichts in der ersten örtlichen Intensitätsverteilung zuverlässig ermittelt werden, da erreicht wird, dass der Sensor durch das unter nullter Ordnung gebeugte Licht weniger stark oder gar nicht in Sättigung gerät. Dadurch variiert die örtliche Intensitätsverteilung in diesem Bereich mehr, was die Verarbeitung, beispielsweise durch einen Bildverarbeitungsalgorithmus erleichtert. Es kann bevorzugt sein, dass der Mittelpunkt der Rekonstruktion als eine Position auf dem Sensor beschrieben ist.The readout device can advantageously be developed in that the image processing device is designed to determine from the first data signal a first hologram parameter which describes a center point of the reconstruction of the hologram. This development allows the center of the light diffracted below the zero order to be reliably determined in the first local intensity distribution, since it is achieved that the sensor is less saturated or not at all due to the light diffracted below the zero order. As a result, the local intensity distribution varies more in this area, which simplifies processing, for example by means of an image processing algorithm. It can be preferred that the center of the reconstruction is described as a position on the sensor.
Zudem sind in dieser ersten örtlichen Intensitätsverteilung die Lichtanteile, die unter einer ersten oder höheren Ordnung gebeugt werden, deutlich dunkler, was sich ebenfalls positiv auf die Verarbeitung des ersten Datensignals auswirkt. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, da eine Verarbeitung, beispielsweise ein Bildverarbeitungsalgorithmus, weniger oder gar nicht durch diese Lichtanteile beeinflusst bzw. gestört wird.In addition, in this first local intensity distribution, the light components that are under a first or higher order are diffracted significantly darker, which also has a positive effect on the processing of the first data signal. This is particularly the case because processing, for example an image processing algorithm, is influenced or disrupted less or not at all by these light components.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem das erste Filterelement ein erstes Farbfilter ist und einen ersten Spektralbereich aufweist und das zweite Filterelement ein zweites Farbfilter ist und einen zweiten Spektralbereich aufweist, wobei der erste und zweite Spektralbereich verschieden sind. Unter Spektralbereichen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung Wellenlängenbereiche im Spektrum des Lichtes zu verstehen. Im Sinne dieser Erfindung soll unter einem Spektralbereich eines Farbfilters ein Transmissionsspektralbereich des Farbfilters verstanden werden und unter einem Emissionsspektralbereich einen Emissionsspektralbereich der Lichtquelle. Ein Spektralbereich weist in der Regel ein Maximum bei einer Zentralwellenlänge auf. Überraschend hat sich gezeigt, dass sich Farbfilter in der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung besonders vorteilhaft einsetzen lassen. Dies liegt zunächst nicht auf der Hand, da die Lichtquelle Licht in einem schmalen Emissionsspektralbereich emittiert, mit anderen Worten „einfarbig“ ist. Somit ist davon auszugehen, dass Licht aus der schmalbandigen Lichtquelle nur dann nicht oder nur geringfügig durch einen Farbfilter gedämpft wird, wenn der Farbfilter und die schmalbandige Lichtquelle die gleiche Farbe haben, beispielsweise Licht aus einem roten Wellenlängenbereich nicht durch einen roten Farbfilter gedämpft wird. Es wurde jedoch gefunden, dass ein Farbfilter verschiedene Farben unterschiedlich stark dämpft, wobei Licht, welches nicht der Farbe des Farbfilters entspricht, also Licht mit einer Wellenlänge, die weit von einer Zentralwellenlänge eines Farbfilter entfernt ist, zwar stark gedämpft wird, aber nicht vollständig herausgefiltert wird. Unter einer Zentralwellenlänge soll eine Wellenlänge in einem Spektralbereich verstanden werden, die am geringsten durch einen Farbfilter gedämpft wird. Licht aus einer schmalbandigen Lichtquelle mit einem bestimmten Emissionsspektralbereich kann daher durch verschiedenfarbige Farbfilter unterschiedlich stark gedämpft werden. Beispielsweise wird Licht einer in einem roten Wellenlängenbereich emittierenden Lichtquelle durch ein Farbfilter mit einer Zentralwellenlänge aus dem blauen Wellenlängenbereich wesentlich stärker gedämpft, als durch ein Farbfilter mit einer Zentralwellenlänge aus dem roten Wellenlängenbereich. Somit können durch verschiedene Farbfilter, verschiedene Dämpfungen für Licht einer Lichtquelle mit einem spezifischen Emissionsspektralbereich erzeugt werden. Wie sich überraschendgezeigt hat, eignen sich in Farbkameras eingesetzte Farbfilter besonders gut, um die für das Auslesen von Hologrammen benötigten verschiedenen Dämpfungen einer schmalbandigen Lichtquelle zu erhalten.The readout device can advantageously be developed in that the first filter element is a first color filter and has a first spectral range and the second filter element is a second color filter and has a second spectral range, the first and second spectral ranges being different. In the context of the present invention, spectral ranges are to be understood as meaning wavelength ranges in the spectrum of light. In the context of this invention, a spectral range of a color filter should be understood to mean a transmission spectral range of the color filter, and an emission spectral range should be understood to mean an emission spectral range of the light source. A spectral range usually has a maximum at a central wavelength. Surprisingly, it has been shown that color filters can be used particularly advantageously in the read-out device according to the invention. This is not initially obvious, since the light source emits light in a narrow emission spectral range, in other words it is “monochrome”. It can therefore be assumed that light from the narrow-band light source is only not or only slightly attenuated by a color filter if the color filter and the narrow-band light source have the same color, for example light from a red wavelength range is not attenuated by a red color filter. However, it has been found that a color filter attenuates different colors to different degrees, with light that does not correspond to the color of the color filter, i.e. light with a wavelength that is far from a central wavelength of a color filter, is strongly attenuated, but not completely filtered out will. A central wavelength should be understood to mean a wavelength in a spectral range that is least attenuated by a color filter. Light from a narrow-band light source with a certain emission spectral range can therefore be attenuated to different degrees by color filters of different colors. For example, light from a light source emitting in a red wavelength range is attenuated much more strongly by a color filter with a central wavelength from the blue wavelength range than by a color filter with a central wavelength from the red wavelength range. Different color filters can thus be used to generate different attenuations for light from a light source with a specific emission spectral range. As has surprisingly been shown, color filters used in color cameras are particularly suitable for obtaining the various attenuations of a narrow-band light source required for reading out holograms.
Es kann besonders bevorzugt sein, dass der erste Spektralbereich und ein Emissionsspektralbereich der Lichtquelle eine erste spektrale Schnittfläche bilden und der zweite Spektralbereich und der Emissionsspektralbereich der schmalbandigen Lichtquelle eine zweite spektrale Schnittfläche bilden und die erste spektrale Schnittfläche kleiner ist als die zweite spektrale Schnittfläche. Dabei soll unter einer spektralen Schnittfläche diejenige Fläche verstanden werden, in der sich zwei Spektralbereiche überschneiden. Je kleiner die sich ergebende spektrale Schnittfläche ist, desto größer ist die Dämpfung des Lichts durch einen Farbfilter. Umgekehrt gilt, je größer die sich ergebende Fläche ist, desto kleiner ist die Dämpfung des Lichts durch einen Farbfilter.It can be particularly preferred that the first spectral range and an emission spectral range of the light source form a first spectral intersection and the second spectral range and the emission spectral range of the narrow-band light source form a second spectral intersection and the first spectral intersection is smaller than the second spectral intersection. A spectral intersection should be understood to mean that area in which two spectral ranges overlap. The smaller the resulting spectral sectional area, the greater the attenuation of the light by a color filter. Conversely, the larger the resulting area, the smaller the attenuation of the light by a color filter.
Darüber hinaus kann bevorzugt sein, dass sich der erste und der zweite Spektralbereich teilweise überschneiden. Es kann darüber hinaus in besonderem Maße bevorzugt sein, dass das zweite Filterelement den Spektralbereich der schmalbandigen Lichtquelle ungedämpft transmittiert, also, das an dem Hologramm gebeugte Licht nicht durch das Filterelement gedämpft wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass durch das zweite Filterelement keine Farbfilterung erfolgt, da es z. B. aus Quarzglas ist. Dies kann aber auch dadurch erreicht werden, dass kein zweites Filterelement eingesetzt wird.In addition, it can be preferred that the first and the second spectral range partially overlap. In addition, it can be particularly preferred that the second filter element transmits the spectral range of the narrow-band light source without being attenuated, that is to say that the light diffracted at the hologram is not attenuated by the filter element. This can be achieved, for example, in that no color filtering takes place through the second filter element, since there is e.g. B. is made of quartz glass. However, this can also be achieved by not using a second filter element.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem die Auslesevorrichtung ein drittes Filterelement umfasst, wobei das dritte Filterelement dazu ausgebildet ist, Licht mit einer dritten Dämpfung zu dämpfen, um eine dritte örtliche Intensitätsverteilung zu erzeugen, und der Sensor einen dritten Bereich umfasst, wobei der Sensor ausgebildet ist, um zusätzlich eine dritte örtliche Intensitätsverteilung zu detektieren, um zusätzlich ein drittes Datensignal zu erzeugen, wobei, das dritte Filterelement derart angeordnet ist, dass, wenn die schmalbandige Lichtquelle das Hologramm ausleuchtet und die Rekonstruktion erzeugt wird, der Sensor in dem dritten Bereich die Rekonstruktion mit der dritten örtlichen Intensitätsverteilung detektiert, und die Bildverarbeitungsvorrichtung aus dem dritten Datensignal einen zweiten Hologramm-Parameter ermittelt. Wird ein drittes Filterelement in der Auslesevorrichtung verwendet, lässt sich eine dritte Rekonstruktion in einem dritten Bereich auf dem Sensor erzeugen. Diese Rekonstruktion weist vorzugsweise eine andere örtliche Intensitätsverteilung auf als die erste und zweite Rekonstruktion. Dies hat den Vorteil, dass durch eine dritte örtliche Intensitätsverteilung, die Ermittlung eines zweiten Hologramm-Parameters durch eine Verarbeitung bzw. Bildverarbeitung erleichtert werden kann. Beispielsweise kann der erste Hologramm-Parameter den Mittelpunkt der Rekonstruktion auf dem Sensor beschreiben, während durch das dritte Filterelement Markerstrukturen auf dem Sensor abgebildet werden, während Datenstrukturen stark gedämpft werden, um so einen zweiten Hologramm-Parameter zu ermitteln, aus dem Informationen über die Verzerrung der Rekonstruktion ermitteln lassen, beispielsweise durch eine Bildverarbeitungsvorrichtung. Dabei werden die Datenstrukturen, die nur sehr geringe Intensitäten aufweisen, durch das Filterelement weitestgehend unterdrückt, da deren örtliche Intensitätsverteilung soweit gedämpft wird, dass sie beispielsweise unterhalb des Rauschpegels des Sensors liegt. Vorzugsweise umfasst der zweite Hologramm-Parameter Informationen über die Markerstrukturen, vorzugsweise umfasst der zweite Hologramm-Parameter Informationen über die Positionen der Markerstrukturen auf dem Sensor. Diese Positionen können beispielsweise als Pixel-Koordinaten, die auf den Mittelpunkt der Rekonstruktion bezogen sind sein oder Abstände zwischen einzelnen Punkten der Markerstrukturen in Form von Anzahl an Pixeln in dem zweiten Hologramm-Parameter umfasst sein. Es kann bevorzugt sein, dass der zweite Hologramm-Parameter Informationen über die Deformation bzw. Verzerrung der Rekonstruktion des Hologramms und/oder die Rotation der Rekonstruktion des Hologramms enthält. Diese Informationen erleichtern eine Weiterverarbeitung in einer Bildverarbeitungsvorrichtung.The readout device can advantageously be developed in that the readout device comprises a third filter element, the third filter element being designed to attenuate light with a third attenuation in order to generate a third local intensity distribution, and the sensor comprising a third area, the sensor is designed to additionally detect a third local intensity distribution in order to additionally generate a third data signal, the third filter element being arranged such that when the narrow-band light source illuminates the hologram and the reconstruction is generated, the sensor in the third area the reconstruction with the third local intensity distribution is detected, and the image processing device determines a second hologram parameter from the third data signal. If a third filter element is used in the readout device, a third reconstruction can be generated in a third area on the sensor. This reconstruction preferably has a different local intensity distribution than the first and second reconstruction. This has the advantage that a third local intensity distribution can facilitate the determination of a second hologram parameter through processing or image processing. For example, the first hologram Parameters describe the center of the reconstruction on the sensor, while marker structures are mapped onto the sensor by the third filter element, while data structures are strongly attenuated in order to determine a second hologram parameter from which information about the distortion of the reconstruction can be determined, for example by an image processing device. The data structures that have only very low intensities are largely suppressed by the filter element, since their local intensity distribution is attenuated to such an extent that it is, for example, below the noise level of the sensor. The second hologram parameter preferably includes information about the marker structures; the second hologram parameter preferably includes information about the positions of the marker structures on the sensor. These positions can be included in the second hologram parameter in the form of the number of pixels, for example, as pixel coordinates which are related to the center point of the reconstruction, or distances between individual points of the marker structures in the form of the number of pixels. It can be preferred that the second hologram parameter contains information about the deformation or distortion of the reconstruction of the hologram and / or the rotation of the reconstruction of the hologram. This information facilitates further processing in an image processing device.
Demgemäß kann die Auslesevorrichtung vorteilhaft weitergebildet werden, indem der erste Hologramm-Parameter die Position eines Mittelpunkts der Rekonstruktion auf dem Sensor beschreibt. Darüber hinaus kann die Auslesevorrichtung vorteilhaft weitergebildet werden, indem der zweite Hologramm-Parameter eine Rotation und/oder Deformation der Rekonstruktion beschreibt.Accordingly, the readout device can advantageously be developed in that the first hologram parameter describes the position of a center point of the reconstruction on the sensor. In addition, the read-out device can advantageously be developed in that the second hologram parameter describes a rotation and / or deformation of the reconstruction.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem die dritte Dämpfung kleiner ist als die erste Dämpfung und die dritte Dämpfung größer ist als die zweite Dämpfung. Dadurch, dass die Rekonstruktion, die in einem dritten Bereich auf dem Sensor erzeugt wird eine von der ersten und zweiten örtlichen Intensitätsverteilung abweichende Intensitätsverteilung aufweist, wird erreicht, dass das Auslesen eines zweiten Hologramm-Parameters vereinfacht wird.The readout device can advantageously be developed in that the third attenuation is smaller than the first attenuation and the third attenuation is greater than the second attenuation. The fact that the reconstruction that is generated in a third area on the sensor has an intensity distribution that deviates from the first and second local intensity distribution means that the reading out of a second hologram parameter is simplified.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem das dritte Filterelement ein drittes Farbfilter ist und einen dritten Spektralbereich aufweist, wobei der dritte Spektralbereich verschieden ist von dem ersten und zweiten Spektralbereich. Der Spektralbereich des dritten Filterelements überschneidet sich vorzugsweise mit dem ersten und zweiten Spektralbereich des ersten und zweiten Filterelements. Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass der dritte Spektralbereich und der Emissionsspektralbereich der schmalbandigen Lichtquelle eine dritte spektrale Schnittfläche bilden und dass die erste spektrale Schnittfläche kleiner ist als die dritte spektrale Schnittfläche und die zweite spektrale Schnittfläche größer ist als die dritte spektrale Schnittfläche. Dies bedeutet, dass das dritte Farbfilter eine Dämpfung aufweist, die größer ist als die erste Dämpfung aber kleiner ist als die zweite Dämpfung.The readout device can advantageously be developed in that the third filter element is a third color filter and has a third spectral range, the third spectral range being different from the first and second spectral ranges. The spectral range of the third filter element preferably overlaps with the first and second spectral range of the first and second filter element. In addition, it can be preferred that the third spectral range and the emission spectral range of the narrow-band light source form a third spectral intersection and that the first spectral intersection is smaller than the third spectral intersection and the second spectral intersection is larger than the third spectral intersection. This means that the third color filter has an attenuation which is greater than the first attenuation but is smaller than the second attenuation.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem der erste Spektralbereich eine erste Zentralwellenlänge aufweist, der zweite Spektralbereich eine zweite Zentralwellenlänge aufweist und der dritte Spektralbereich eine dritte Zentralwellenlänge aufweist, wobei die dritte Zentralwellenlänge kleiner ist als die zweite Zentralwellenlänge und wobei die dritte Zentralwellenlänge größer ist als die erste Zentralwellenlänge. Es ist bevorzugt, dass der dritte Spektralbereich unterschiedlich von dem ersten und zweiten Spektralbereich ist, insbesondere ist es bevorzugt, dass die erste und zweite Zentralwellenlänge unterschiedlich sind und die Zentralwellenlänge des dritten Spektralbereiches zwischen der Zentralwellenlänge des ersten und des zweiten Spektralbereiches angeordnet ist.The readout device can advantageously be developed in that the first spectral range has a first central wavelength, the second spectral range has a second central wavelength and the third spectral range has a third central wavelength, the third central wavelength being smaller than the second central wavelength and the third central wavelength being greater than the first central wavelength. It is preferred that the third spectral range is different from the first and second spectral range, in particular it is preferred that the first and second central wavelengths are different and the central wavelength of the third spectral range is arranged between the central wavelength of the first and second spectral ranges.
Es kann besonders bevorzugt sein, dass der Emissionsspektralbereich der schmalbandigen Lichtquelle im Wesentlichen Wellenlängen aus dem roten Spektralbereich umfasst, und dass der erste Spektralbereich des ersten Farbfilters im Wesentlichen Licht aus dem blauen Wellenlängenbereich umfasst, da solch ein Farbfilter Licht aus dem roten Wellenlängenbereich besonders effizient dämpft. Es ist dann besonders bevorzugt, dass der zweite Spektralbereich des zweiten Farbfilters im Wesentlichen Licht aus dem roten Wellenlängenbereich umfasst, da solch ein Farbfilter Licht aus dem roten Wellenlängenbereich besonders wenig dämpft. Weiterhin ist es besonders bevorzugt, dass der dritte Spektralbereich im Wesentlichen Licht aus dem grünen Wellenlängenbereich umfasst.It can be particularly preferred that the emission spectral range of the narrow-band light source essentially comprises wavelengths from the red spectral range, and that the first spectral range of the first color filter essentially comprises light from the blue wavelength range, since such a color filter attenuates light from the red wavelength range particularly efficiently . It is then particularly preferred that the second spectral range of the second color filter essentially comprises light from the red wavelength range, since such a color filter attenuates light from the red wavelength range particularly little. Furthermore, it is particularly preferred that the third spectral range essentially comprises light from the green wavelength range.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem das erste Filterelement, das zweite Filterelement und das dritte Filterelement Farbfilter sind und zusammeneinen Bayer-Filter bilden. Ein Bayer-Filter ist ein spezieller strukturierter Farbfilter, bei dem drei Farbfilter auf einer lichtempfindlichen Sensorfläche des Sensors angeordnet sind oder kurz vor dieser angeordnet sind. Solch eine Anordnung wird manchmal auch Bayer-Sensor oder Bayer-Mosaik-Sensor genannt, umfasst dann aber auch den Sensor. Die Anordnung der Farbfilterelemente in der Form eines Bayer-Filters ist vorteilhaft, da durch die spezielle Anordnung der Farbfilter eine möglichst hohe Auflösung des optischen Sensors ermöglicht wird, wodurch die Verarbeitung der Datensignale verbessert wird und sowohl die in dem Hologramm holographisch abgelegten Informationen als auch der erste und zweite Hologramm-Parameter genauer ermittelt werden können. Die drei Farbfilter eines Bayer-Filters weisen jeweils breite Spektralbereiche auf, die sich jeweils voneinander unterscheiden und deren Zentralwellenlängen jeweils voneinander unterschiedlich sind. Ein Standard-Bayer-Filter umfasst einen roten Farbfilter, einen grünen Farbfilter und einen blauen Farbfilter, wobei meist 50 % der Sensorfläche durch einen grünen Farbfilter abgedeckt sind und je 25 % durch einen roten und blauen Farbfilter abgedeckte sind. Die drei Spektralbereiche eines Bayer-Filters bilden zudem vorteilhafte spektrale Schnittflächen. Aus diesen Gründen können Bayer-Filter besonders vorteilhaft in der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung eingesetzt werden.The readout device can advantageously be developed in that the first filter element, the second filter element and the third filter element are color filters and together form a Bayer filter. A Bayer filter is a special structured color filter in which three color filters are arranged on a light-sensitive sensor surface of the sensor or are arranged just in front of it. Such an arrangement is sometimes also called Bayer sensor or Bayer mosaic sensor, but then also includes the sensor. The arrangement of the color filter elements in the form of a Bayer filter is advantageous because the special arrangement of the color filters enables the highest possible resolution of the optical sensor, which improves the processing of the data signals and both the information holographically stored in the hologram and the first and second hologram parameters can also be determined more precisely. The three color filters of a Bayer filter each have broad spectral ranges which differ from one another and whose central wavelengths are different from one another. A standard Bayer filter comprises a red color filter, a green color filter and a blue color filter, with 50% of the sensor surface being usually covered by a green color filter and 25% each being covered by a red and blue color filter. The three spectral ranges of a Bayer filter also form advantageous spectral intersections. For these reasons Bayer filters can be used particularly advantageously in the readout device according to the invention.
Die Auslesevorrichtung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem die Auslesevorrichtung eine Farbkamera umfasst, und das erste Farbfilter, das zweite Farbfilter und das dritte Farbfilter und der Sensor von der Farbkamera umfasst sind. Dies ist besonders vorteilhaft, da eine Farbkamera bereits ein erstes Filterelement, welches dem blauen Farbkanal einer Farbkamera entspricht, ein zweites Filterelement, welches dem roten Farbkanal einer Farbkamera entspricht und ein drittes Filterelement, welches dem grünen Farbkanal einer Farbkamera entspricht, umfasst. Es können aber ausdrücklich auch andere Entsprechungen vorliegen. Bei einer Farbkamera kann es sich auch um ein Kameramodul handeln, welches beispielsweise in mobilen Geräten wie Notebooks, Mobiltelefonen oder Tablets eingesetzt wird. Zudem umfassen Farbkameras einen Sensor. Zudem ist vorteilhaft, dass eine Vielzahl an spezifischen Farbkameras bereitsteht. So existieren beispielsweise spezialisierte Farbkameras, die besonders platzsparend konstruiert sind oder aber Farbkameras, die besonders energiesparend ausgeführt sind. Der Einsatz von Farbkameras in der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung ermöglicht dadurch eine flexible Dimensionierung und dadurch eine besonders effiziente Anpassung bzw. Modifikation der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung an unterschiedlichen Anwendungen.The readout device can advantageously be developed in that the readout device comprises a color camera and the first color filter, the second color filter and the third color filter and the sensor are included in the color camera. This is particularly advantageous because a color camera already includes a first filter element, which corresponds to the blue color channel of a color camera, a second filter element, which corresponds to the red color channel of a color camera, and a third filter element, which corresponds to the green color channel of a color camera. However, there can also be expressly other equivalents. A color camera can also be a camera module that is used, for example, in mobile devices such as notebooks, cell phones or tablets. Color cameras also include a sensor. It is also advantageous that a large number of specific color cameras are available. For example, there are specialized color cameras that are designed to be particularly space-saving, or color cameras that are designed to be particularly energy-saving. The use of color cameras in the read-out device according to the invention thereby enables flexible dimensioning and thus a particularly efficient adaptation or modification of the read-out device according to the invention to different applications.
Somit umfasst die Auslesevorrichtung zum Ermitteln von in einem Hologramm holographisch abgelegten Informationen und zum Ermitteln wenigstens eines Hologramm-Parameters des Hologramms, umfassend eine schmalbandige Lichtquelle, ausgebildet, um ein Hologramm auszuleuchten, um eine Rekonstruktion des Hologramms zu erzeugen, und umfassend eine Farbkamera, umfassend ein erstes Filterelement und ein zweites Filterelement, wobei das erste Filterelement dazu ausgebildet ist, Licht mit einer ersten Dämpfung zu dämpfen, um eine erste örtliche Intensitätsverteilung zu erzeugen, und das zweite Filterelement dazu ausgebildet ist, Licht mit einer zweiten Dämpfung zu dämpfen, um eine zweite örtliche Intensitätsverteilung zu erzeugen, und umfassend einen Sensor, mit einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich, wobei der Sensor ausgebildet ist, um die erste und zweite örtliche Intensitätsverteilung zu detektieren, um ein erstes und zweites Datensignal zu erzeugen, und eine Bildverarbeitungsvorrichtung, ausgebildet, um das erste und zweite Datensignal zu verarbeiten, und das erste Filterelement und das zweite Filterelement derart angeordnet sind, dass wenn eine schmalbandige Lichtquelle ein Hologramm ausleuchtet und eine Rekonstruktion des Hologramms erzeugt wird, der Sensor in dem ersten Bereich die Rekonstruktion mit der ersten örtlichen Intensitätsverteilung detektiert, und der Sensor in dem zweiten Bereich die Rekonstruktion mit der zweiten örtlichen Intensitätsverteilung detektiert, und die Bildverarbeitungsvorrichtung aus dem ersten Datensignal einen ersten Hologramm-Parameter ermittelt und aus dem zweiten Datensignal die in dem Hologramm holographisch abgelegten Informationen ermittelt.Thus, the read-out device for determining information stored holographically in a hologram and for determining at least one hologram parameter of the hologram, comprising a narrow-band light source, designed to illuminate a hologram in order to generate a reconstruction of the hologram, and comprising a color camera, comprising a first filter element and a second filter element, wherein the first filter element is designed to attenuate light with a first attenuation in order to generate a first local intensity distribution, and the second filter element is designed to attenuate light with a second attenuation to produce a to generate a second local intensity distribution, and comprising a sensor having a first area and a second area, the sensor being designed to detect the first and second local intensity distributions in order to generate a first and second data signal, and an image processing device ng, designed to process the first and second data signals, and the first filter element and the second filter element are arranged in such a way that when a narrow-band light source illuminates a hologram and a reconstruction of the hologram is generated, the sensor in the first area carries out the reconstruction the first local intensity distribution is detected, and the sensor in the second area detects the reconstruction with the second local intensity distribution, and the image processing device determines a first hologram parameter from the first data signal and determines the information holographically stored in the hologram from the second data signal.
Die zuvor genannten Ausführungsformen und Ausgestaltungen der Auslesevorrichtung sind ausdrücklich auch mit dieser Ausführungsform kompatibel, bei der die Filterelemente und der Sensor von einer Farbkamera umfasst sind. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Auslesevorrichtung ein drittes Filterelement umfasst, wobei das dritte Filterelement dazu ausgebildet ist, Licht mit einer dritten Dämpfung zu dämpfen, um eine dritte örtliche Intensitätsverteilung zu erzeugen, und der Sensor einen dritten Bereich umfasst, wobei der Sensor ausgebildet ist, um zusätzlich die dritte örtliche Intensitätsverteilung zu detektieren, um zusätzlich ein drittes Datensignal zu erzeugen, wobei, das dritte Filterelement derart angeordnet ist, dass, wenn die schmalbandige Lichtquelle das Hologramm ausleuchtet und die Rekonstruktion erzeugt wird, der Sensor in dem dritten Bereich die Rekonstruktion mit der dritten örtlichen Intensitätsverteilung detektiert, und die Bildverarbeitungsvorrichtung aus dem dritten Datensignal einen zweiten Hologramm-Parameter ermittelt.The aforementioned embodiments and configurations of the readout device are expressly also compatible with this embodiment in which the filter elements and the sensor are comprised by a color camera. In particular, it is provided that the readout device comprises a third filter element, the third filter element being designed to attenuate light with a third attenuation in order to generate a third local intensity distribution, and the sensor comprising a third area, the sensor being designed , in order to additionally detect the third local intensity distribution in order to additionally generate a third data signal, the third filter element being arranged in such a way that, when the narrow-band light source illuminates the hologram and the reconstruction is generated, the sensor in the third area carries out the reconstruction is detected with the third local intensity distribution, and the image processing device determines a second hologram parameter from the third data signal.
Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Ermitteln von in einem Hologramm holographisch abgelegten Informationen und zum Ermitteln wenigstens eines Hologramm-Parameters des Hologramms mit einer Auslesevorrichtung, umfassend die Schritte:
- a) Erzeugen einer Rekonstruktion des Hologramms durch Ausleuchten des Hologramms mittels einer schmalbandigen Lichtquelle und Fourier-transformieren des durch das Ausleuchten des Hologramms erzeugten gebeugten und reflektierten Lichts mittels eines optischen Elements,
- b) Filterung der Rekonstruktion des Hologramms mittels eines ersten Filterelements und eines zweiten Filterelements
- - wobei das erste Filterelement eine erste Dämpfung aufweist, wodurch in einem ersten Bereich auf einem Sensor eine erste örtliche Intensitätsverteilung erzeugt wird, und
- - wobei das zweite Filterelement eine zweite Dämpfung aufweist, wodurch in einem zweiten Bereich auf dem Sensor eine zweite örtliche Intensitätsverteilung erzeugt wird,
- c) Detektieren der ersten örtlichen Intensitätsverteilung in dem ersten Bereich und Erzeugen eines ersten Datensignals durch einen Sensor und Detektieren der zweiten örtlichen Intensitätsverteilung in dem zweiten Bereich und Erzeugen eines zweiten Datensignals durch einen Sensor, und
- d) Ermitteln eines ersten Hologramm-Parameters durch Verarbeiten des ersten Datensignals in einer Bildverarbeitungsvorrichtung und Ermitteln der in dem Hologramm holographisch abgelegten Informationen durch Verarbeiten des zweiten Datensignals in der Bildverarbeitungsvorrichtung.
- a) generating a reconstruction of the hologram by illuminating the hologram by means of a narrow-band light source and Fourier transforming the diffracted and reflected light generated by illuminating the hologram by means of an optical element,
- b) Filtering the reconstruction of the hologram by means of a first filter element and a second filter element
- - wherein the first filter element has a first attenuation, whereby a first local intensity distribution is generated in a first area on a sensor, and
- - wherein the second filter element has a second attenuation, whereby a second local intensity distribution is generated in a second area on the sensor,
- c) detecting the first local intensity distribution in the first area and generating a first data signal by a sensor and detecting the second local intensity distribution in the second area and generating a second data signal by a sensor, and
- d) determining a first hologram parameter by processing the first data signal in an image processing device and determining the information holographically stored in the hologram by processing the second data signal in the image processing device.
Zu den Vorteilen und Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die vorangegangen Ausführungen der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung verwiesen.Regarding the advantages and properties of the method according to the invention, reference is made to the preceding explanations of the read-out device according to the invention.
Das Verfahren kann weitergebildet werden, indem der erste Hologramm-Parameter die Position eines Mittelpunktes der Rekonstruktion auf dem Sensor beschreibt. Zu den Vorteilen und Eigenschaften dieser Weiterbildung des Verfahrens sei auf die vorangegangen Ausführungen der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung verwiesen. Demgemäß ist die Bildverarbeitungsvorrichtung auch dazu ausgebildet, um aus dem ersten Datensignal eine Position des Mittelpunkts der Rekonstruktion auf dem Sensor zu ermitteln.The method can be developed in that the first hologram parameter describes the position of a center point of the reconstruction on the sensor. Regarding the advantages and properties of this further development of the method, reference is made to the preceding explanations of the read-out device according to the invention. Accordingly, the image processing device is also designed to determine a position of the center of the reconstruction on the sensor from the first data signal.
Das Verfahren kann weitergebildet werden, indem die Rekonstruktion durch ein drittes Filterelement gefiltert wird, wobei das dritte Filterelement eine dritte Dämpfung aufweist, wodurch eine dritte örtliche Intensitätsverteilung in dem dritten Bereich erzeugt wird, durch den Sensor zusätzlich eine dritte örtliche Intensitätsverteilung detektiert wird und ein zweiter Hologramm-Parameter durch Verarbeiten des dritten Datensignals in der Bildverarbeitungsvorrichtung ermittelt wird. Zu den Vorteilen und Eigenschaften dieser Weiterbildung des Verfahrens sei auf die vorangegangen Ausführungen der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung verwiesen.The method can be further developed in that the reconstruction is filtered through a third filter element, the third filter element having a third attenuation, whereby a third local intensity distribution is generated in the third area, a third local intensity distribution is additionally detected by the sensor and a second one Hologram parameter is determined by processing the third data signal in the image processing device. Regarding the advantages and properties of this further development of the method, reference is made to the preceding explanations of the read-out device according to the invention.
Das Verfahren kann weitergebildet werden, indem der erste oder zweite Hologramm-Parameter die Position eines Mittelpunkts der Rekonstruktion auf dem Sensor beschreibt. Zu den Vorteilen und Eigenschaften dieser Weiterbildung des Verfahrens sei auf die vorangegangen Ausführungen der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung verwiesen. Demgemäß ist die Bildverarbeitungsvorrichtung auch dazu ausgebildet, um aus dem ersten oder dem zweiten Hologramm-Parameter den Mittelpunkt der Rekonstruktion auf dem Sensor zu ermitteln.The method can be developed in that the first or second hologram parameter describes the position of a center point of the reconstruction on the sensor. Regarding the advantages and properties of this further development of the method, reference is made to the preceding explanations of the read-out device according to the invention. Accordingly, the image processing device is also designed to determine the center of the reconstruction on the sensor from the first or the second hologram parameter.
Das Verfahren kann weitergebildet werden, indem der zweite Hologramm-Parameter eine Rotation und/oder Deformation der Rekonstruktion beschreibt. Zudem kann der erste Hologramm-Parameter eine Rotation und/oder Deformation der Rekonstruktion beschreiben. Zu den Vorteilen und Eigenschaften dieser Weiterbildung des Verfahrens sei auf die vorangegangen Ausführungen der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung verwiesen. Demgemäß ist die Bildverarbeitungsvorrichtung auch dazu ausgebildet, um aus dem dritten Datensignal eine Rotation und/oder Deformation der Rekonstruktion zu ermitteln.The method can be developed in that the second hologram parameter describes a rotation and / or deformation of the reconstruction. In addition, the first hologram parameter can describe a rotation and / or deformation of the reconstruction. Regarding the advantages and properties of this further development of the method, reference is made to the preceding explanations of the read-out device according to the invention. Accordingly, the image processing device is also designed to determine a rotation and / or deformation of the reconstruction from the third data signal.
Das Verfahren kann weitergebildet werden, indem der zweite Hologramm-Parameter unter Verwendung des ersten Hologramm-Parameters ermittelt wird oder der zweite Hologramm-Parameter unter Verwendung des ersten ermittelt wird.The method can be developed in that the second hologram parameter is determined using the first hologram parameter or the second hologram parameter is determined using the first.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Hologramm-Parameter einen Mittelpunkt der Rekonstruktion beschreibt und bei der Verarbeitung des dritten Datensignals die Bildverarbeitungsvorrichtung diesen ersten Hologramm-Parameter bei der Ermittlung des zweiten Hologramm-Parameters verwendet. Wenn der zweite Hologramm-Parameter aus Markerstrukturen ermittelt wird, können diese Markerstrukturen durch eine Bildverarbeitungsvorrichtung einfacher in dem dritten Datensignal detektiert werden, wenn die Position des Mittelpunkts der Rekonstruktion auf dem Sensor bereits bekannt ist und bei der Verarbeitung in der Bildverarbeitungsvorrichtung berücksichtigt werden kann. So können bei der Verarbeitung beispielsweise Bereiche eingegrenzt werden in denen Markerstrukturen erwartet werden können oder die Plausibilität der Datensignale kann überprüft werden. Generell lässt sich die Position der Markerstrukturen somit exakter und zuverlässiger ermitteln. Ebenso können aus dem so ermittelten ersten und zweiten Hologramm-Parameter aus einem zweiten Datensignal die holographisch abgelegten Informationen zuverlässiger gelesen werden. Dies wird ermöglicht, da durch den ersten Hologramm-Parameter der Bereich eingeschränkt werden kann, in dem Datenstrukturen erkannt werden können und durch den zweiten Hologramm-Parameter Informationen, über die Rotation und/oder die Deformation bzw. Verzerrung der geometrischen Anordnung von Datenstrukturen ermittelt werden können. Somit wird durch die Kombination der Hologramm-Parameter das Auslesen von in einem Hologramm abgelegten Informationen verbessert und zuverlässiger. Demgemäß ist die Bildverarbeitungsvorrichtung auch dazu ausgebildet, um den zweiten Hologramm-Parameter unter Verwendung des ersten Hologramm-Parameters zu ermitteln. Zu weiteren Vorteilen und Eigenschaften dieser Weiterbildung des Verfahrens sei auf die vorangegangen Ausführungen der erfindungsgemäßen Auslesevorrichtung verwiesen.It is particularly advantageous if the first hologram parameter describes a center point of the reconstruction and, when processing the third data signal, the image processing device uses this first hologram parameter when determining the second hologram parameter. If the second hologram parameter is determined from marker structures, these marker structures can be more easily detected in the third data signal by an image processing device if the position of the center of the reconstruction on the sensor is already known and can be taken into account during processing in the image processing device. During processing, for example, areas can be limited in which marker structures can be expected or the plausibility of the data signals can be checked. In general, the position of the marker structures can thus be determined more precisely and more reliably. Likewise, the holographically stored information can be read more reliably from the first and second hologram parameters determined in this way from a second data signal. This is made possible because the area in which data structures can be recognized can be restricted by the first hologram parameter and information about the rotation and / or the deformation or distortion of the geometric arrangement of data structures is determined can. Thus, the combination of the hologram parameters enables reading of files stored in a hologram Information improved and more reliable. Accordingly, the image processing device is also designed to determine the second hologram parameter using the first hologram parameter. For further advantages and properties of this development of the method, reference is made to the preceding explanations of the read-out device according to the invention.
Desweiteren wird eine Vorrichtung zur Verwendung von Verbrauchsgütern angegeben, umfassend die beschriebene Auslesevorrichtung. Solch eine Vorrichtung kann jede Vorrichtung sein, die es erfordert in einem Hologramm abgelegte Informationen auszulesen und dies mittels der im Vorangegangenen beschriebenen Auslesevorrichtung realisiert. Dabei wird das im vorangegangenen beschriebene Verfahren ausgeführt. Bevorzugt ist es, dass die erfindungsgemäße Auslesevorrichtung von einem Drucker oder einem Staubsauger oder einem Kaffeeautomaten umfasst wird, und die Auslesevorrichtung auf Verbrauchsgütern, z. B. auf deren Verpackung, holographisch abgelegte Informationen ausliest. Verbrauchsgüter können beispielsweise Druckerpatronen, Staubsaugerbeutel oder Kaffeekapseln sein.Furthermore, a device for the use of consumables is specified, comprising the read-out device described. Such a device can be any device which requires information stored in a hologram to be read out and this is implemented by means of the read-out device described above. In doing so, the method described above is carried out. It is preferred that the read-out device according to the invention is comprised of a printer or a vacuum cleaner or a coffee machine, and the read-out device on consumer goods, e.g. B. on their packaging, reads holographically stored information. Consumables can be, for example, printer cartridges, vacuum cleaner bags or coffee capsules.
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. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt einen möglichen schematischen Aufbau der Auslesevorrichtung zum Ermitteln von in einem Hologramm abgelegten Informationen. -
2 a) - b) zeigen schematisch ein Hologramm b) sowie die Rekonstruktion ohne Filterung a). -
3 a) -d ) zeigen schematisch verschiedene örtliche Intensitätsverteilungen der Rekonstruktion aus2 (a) die durch drei verschiedene Filterelemente gefiltert wurden (2 b) -d )) und eine vierte schematische örtliche Intensitätsverteilung, die nicht durch einen Filterelement gefiltert wurde (3 a) ). -
4 zeigt eine schematische Darstellung von Transmissionsspektren eines ersten Filterelements (B ), eines zweiten Filterelements (R ) und eines dritten Filterelements (G ), sowie einen Emissionsspektralbereich einer Lichtquelle (E ). -
5 zeigt einen Teil eines Sensors mit einem Bayer-Filter mit drei unterschiedlichen Filterelementen.
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1 shows a possible schematic structure of the read-out device for determining information stored in a hologram. -
2 a) - b) show schematically a hologram b) and the reconstruction without filtering a). -
3 a) -d ) show schematically different local intensity distributions of the reconstruction2 (a) that have been filtered through three different filter elements (2 B) -d )) and a fourth schematic local intensity distribution that was not filtered by a filter element (3 a) ). -
4th shows a schematic representation of transmission spectra of a first filter element (B. ), a second filter element (R. ) and a third filter element (G ), as well as an emission spectral range of a light source (E. ). -
5 shows part of a sensor with a Bayer filter with three different filter elements.
Durch die schmalbandige Lichtquelle
Das reflektierte und gebeugte Licht
Der Sensor
Diese örtliche Intensitätsverteilung wird vor dem auftreffen auf der Sensorfläche des Sensors
Die Sensorpixel des Sensors
Die Bildverarbeitungsvorrichtung
Die
In
In
In
Die im vorangegangen genannten Spektralbereich sind exemplarisch gewählt und sollen dazu dienen die Funktionsweise und Vorteile der beschriebenen Vorrichtung und des Verfahren zu veranschaulichen und sind keinesfalls als eine Einschränkung zu sehen. Filterelemente mit anderen Spektralbereichen oder mit anderen Dämpfungen können ebenfalls geeignet sein.The spectral ranges mentioned above are selected as examples and are intended to illustrate the functionality and advantages of the device and method described and are in no way to be seen as a restriction. Filter elements with other spectral ranges or with other attenuations can also be suitable.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- schmalbandige Lichtquellenarrow-band light source
- 1.11.1
- schmalbandiges Lichtnarrow band light
- 22
- reflektiertes und gebeugtes Lichtreflected and diffracted light
- 33rd
- optisches Elementoptical element
- 44th
- Sensorsensor
- 55
- Hologrammhologram
- 66th
- FilterelementFilter element
- 6.16.1
- erstes Filterteilelementfirst sub-filter element
- 6.26.2
- zweites Filterteilelementsecond sub-filter element
- 6.36.3
- drittes Filterteilelementthird filter sub-element
- 7.17.1
- erstes Datensignalfirst data signal
- 7.27.2
- zweites Datensignalsecond data signal
- 7.37.3
- drittes Datensignalthird data signal
- 88th
- Rekonstruktion (bildliche Darstellung)Reconstruction (pictorial representation)
- 99
- BildverarbeitungsvorrichtungImage processing device
- 1010
- Rekonstruktion (schematische Darstellung)Reconstruction (schematic representation)
- 10'10 '
- erste örtliche Intensitätsverteilungfirst local intensity distribution
- 10''10 ''
- zweite örtliche Intensitätsverteilungsecond local intensity distribution
- 10'''10 '' '
- dritte örtliche Intensitätsverteilungthird local intensity distribution
- 1111
- DatenstrukturenData structures
- 1212th
- MarkerstrukturenMarker structures
- 1313th
- Zentrum der RekonstruktionCenter of reconstruction
- 1414th
- Sättigungsbereich Saturation range
- H1H1
- erster Hologramm-Parameterfirst hologram parameter
- H2H2
- zweiter Hologramm-Parametersecond hologram parameter
- II.
- Information / Nutzinformation Information / useful information
- BB.
- erster Spektralbereichfirst spectral range
- RR.
- zweiter Spektralbereichsecond spectral range
- GG
- dritter Spektralbereichthird spectral range
- EE.
- EmissionsspektralbereichEmission spectral range
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