WO2007115717A2 - Method for reading out a computer-generated hologram - Google Patents

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WO2007115717A2
WO2007115717A2 PCT/EP2007/002935 EP2007002935W WO2007115717A2 WO 2007115717 A2 WO2007115717 A2 WO 2007115717A2 EP 2007002935 W EP2007002935 W EP 2007002935W WO 2007115717 A2 WO2007115717 A2 WO 2007115717A2
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Stefan BORGSMÜLLER
Matthias Gerspach
Steffen Noehte
Kay Schulte-Wieking
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Tesa Scribos Gmbh
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    • G03H2223/14—Diffuser, e.g. lens array, random phase mask

Definitions

  • the invention relates to a method for reading out a computer-generated hologram and to a device for reading out a computer-generated hologram.
  • Computer-generated holograms consist of one or more layers of dot matrices or point distributions which, when illuminated with a preferably coherent light beam, lead to a reconstruction of the information encoded in the hologram.
  • the point distribution can be calculated here as an amplitude hologram, phase hologram or as a Kinoform Fresnel or Fourier hologram or another computer-calculated holographic form.
  • these are first calculated and then written with a suitable writing device by point-wise introduction of energy into a storage medium.
  • the resolution of the resulting dot matrix can, as already mentioned, be in the range below 1 ⁇ m.
  • holograms with a high resolution can be written in a small space, the information of which can only be read out by illuminating with a light beam and reconstructing the diffraction image.
  • the size of the holograms can be between less than 1 mm 2 and several 1 cm 2 .
  • holograms can be generated in series, which include, for example, serial numbers or production parameters. Such holograms can therefore be used in particular as security features or in the logistics for product tracking on packaging, credit cards, tickets or the like.
  • the security features of the hologram can be read out and the authenticity and individuality of the security feature can be checked in a simple manner.
  • the computer-generated holograms described above can be combined with directly visible information (microprint, microimages).
  • the mentioned microimages and micro-scripts themselves can be written independently of computer-generated holograms.
  • the dot distributions can also be generated as dot matrix holograms, wherein in each case individual small surface sections are generated as different diffraction structures of the dot matrix hologram.
  • DOE diffractive optical element
  • a laser beam in the visible wavelength range is usually meant.
  • the present invention is not limited to the application of visible light.
  • the invention can be applied to electromagnetic radiation in a wide wavelength range.
  • a plurality of writing devices for writing computer-generated holograms are known from the prior art, which write in planar storage media the optical structures of the holgrams.
  • These writing devices use a laser beam which sequentially scans every single point of the dot matrix and optionally introduces light energy into the storage medium or not.
  • a plurality of reading devices are known, which are suitable for illuminating the hologram surface by means of a light beam and a suitable optical system to make the reconstruction visible or electronically representable and evaluable by means of recording means.
  • a suitable optical system to make the reconstruction visible or electronically representable and evaluable by means of recording means.
  • the present invention relates to the reading of transmission holograms inscribed on a storage medium, the surface of which is illuminated by a reading beam of a light source.
  • the diffracted by the structure of the hologram light field is detected in the beam direction behind the storage medium, wherein in a simple embodiment, a person simply looks into the beam and the reconstruction of the hologram is imaged on the retina of the person.
  • the present invention is therefore based on the technical problem of specifying a particularly simple and inexpensive method in which the observing person is sufficiently protected against excessive light intensities.
  • the above-mentioned technical problem is solved according to the invention by a method for reading a computer-generated hologram, in which a laser beam a reading beam is generated, is scattered by means of a lens the reading beam and that the surface of the hologram with only a part of the scattered Reading beam is illuminated.
  • the intensity of the laser light which strikes the hologram surface is reduced because a part, preferably a larger part of the laser light, is scattered out of the beam path by the diffusing screen and only one, preferably smaller part of the laser light is scattered the hologram surface hits.
  • the light field of the reconstruction is then sufficiently weak that a person can observe the reconstruction with the naked eye and without further optics in transmission without further protective measures.
  • the light has a frequency spectrum that is substantially larger, preferably at least 50 times larger, than the frequency spectrum of a laser.
  • a light is preferably generated by a light emitting diode (LED).
  • LED light emitting diode
  • the reconstruction of the hologram can be observed by a person without further optics in transmission.
  • a special eye protection is not necessary because of the low energy density of the light.
  • FIG. 1 shows the structure of a first device according to the invention for reading a computer-generated transmission hologram with a laser and a lens
  • FIG. 2 shows a representation of a reconstruction produced by means of the device shown in FIG. 1, FIG.
  • FIG 3 shows the structure of a second device according to the invention for reading out a computer-generated transmission hologram with a monochromatic LED (light-emitting diode),
  • FIG. 4 shows a representation of a reconstruction produced by means of the device shown in FIG. 3 when using a blue light-emitting diode
  • FIG. 5 shows a representation of a reconstruction produced by means of the apparatus shown in FIG. 3 when using a green light emitting diode
  • Fig. 6 is an illustration of a reconstruction using the device shown in Fig. 1 when using a white light emitting diode.
  • Fig. 1 shows the optical structure of a first device according to the invention. With the aid of a laser 2, a laser beam 4 is generated, which is scattered by means of an arranged in the beam path lens 6 in a certain angular range. As a result, the power of the laser light is distributed over a larger area of space.
  • a storage medium 8 with a computer-generated hologram 10 mounted thereon is only detected by a small part of the laser power due to the scattering of the laser light.
  • a person need not make a special protection of the eye and can observe the reconstruction, even if the laser beam 4 in itself has a much too high intensity to observe it directly with the eye.
  • commercially available lasers with output powers of up to 10 mW can also be used.
  • Fig. 2 shows a reproduction of a hologram containing the numerical sequence 12345 as information. Despite the scatter, a clear reconstruction can be observed.
  • FIG. 3 shows the construction of a second device according to the invention.
  • a light-emitting diode 11 generates a light beam with which a computer-generated hologram 10 arranged on a storage medium 9 is illuminated.
  • the light field thus generated in transmission can be observed directly by a naked-eye observer 8, because even without an intermediate hologram, the output power of the light beam is not too large to be observed directly with the eye. Due to the greater spectral distribution of the light generated by a light emitting diode but it comes to different diffraction direction for different frequencies of light, so to a. chromatic aberration. This is illustrated by FIGS. 4 to 6.
  • a hologram also containing the information of the number sequence 12345 is first illuminated with a blue light-emitting diode. The resulting reconstruction is shown along with the zeroth order (light spot in the lower half of the image as a reference) as orientation in FIG.
  • Fig. 5 shows the reconstruction of the same hologram when illuminated with a green LED, wherein in comparison to FIG. 4, an enlargement is proportional to the increase of the wavelength and thus a shift of the reconstruction relative to the zeroth order upwards.
  • Fig. 6 shows the reconstruction of the same hologram when illuminated with a white light emitting diode.
  • the reconstruction of the 12345 series is heavily blurred due to chromatic aberration.
  • Figs. 4 to 6 The effect of the chromatic aberration shown in Figs. 4 to 6 is exaggerated.
  • a single colored light emitting diode has a much narrower frequency spectrum than the distance between the colors blue (FIG. 4) and green (FIG. 5).
  • the frequency distribution is smaller, but nevertheless significantly larger than in the case of a laser, this leads to a smearing of the reconstruction due to the chromatic aberration, which is disadvantageous in particular with small details of the reconstruction.
  • the chromatic aberration is greater, the greater the diffraction angle, ie the greater the distance from the zeroth order, this can be taken into account in the calculation of the computer-generated hologram in that the information to be reconstructed is contained only in a region of the reconstruction which does not exceed a certain distance to the zeroth order. This further reduces the smearing resulting from the chromatic aberration.

Abstract

The invention relates to a method for reading out a computer-generated hologram (10). According to said method, a reading beam (4) is generated by means of a laser (2). The method according to the invention is characterized in that a diffuser screen (6) is used to diffuse the reading beam (4) and the surface of the hologram (10) is illuminated only with a part of the diffused reading beam (4).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Auslesen eines computergenerierten Hologramms Method and apparatus for reading a computer generated hologram
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslesen eines computergenerierten Hologramms sowie eine Vorrichtung zum Auslesen eines computergenerierten Hologramms.The invention relates to a method for reading out a computer-generated hologram and to a device for reading out a computer-generated hologram.
Computergenerierte Hologramme bestehen aus einer oder mehreren Schichten von Punktematrizen bzw. Punkteverteilungen, die bei einer Beleuchtung mit einem vorzugsweise kohärenten Lichtstrahl zu einer Rekonstruktion der in dem Hologramm einkodierten Informationen führen. Die Punkteverteilung kann dabei als Amplitudenhologramm, Phasenhologramm oder als Kinoform Fresnell- oder Fourierhologramm oder einer anderen computerberechneten holographischen Form berechnet sein. Zur Herstellung von computergenerierten Hologrammen werden diese zuerst berechnet und anschließend mit einer geeigneten Schreibvorrichtung durch punktweises Einbringen von Energie in ein Speichermedium eingeschrieben. Die Auflösung der dabei entstehenden Punktematrix kann, wie bereits angesprochen, im Bereich bis unterhalb von 1 μm liegen. Somit können auf engem Raum Hologramme mit einer hohen Auflösung geschrieben werden, deren Information erst durch Beleuchten mit einem Lichtstrahl und Rekonstruieren des Beugungsbildes ausgelesen werden können. Die Größe der Hologramme kann dabei zwischen weniger 1 mm2 und mehreren 1 cm2 betragen.Computer-generated holograms consist of one or more layers of dot matrices or point distributions which, when illuminated with a preferably coherent light beam, lead to a reconstruction of the information encoded in the hologram. The point distribution can be calculated here as an amplitude hologram, phase hologram or as a Kinoform Fresnel or Fourier hologram or another computer-calculated holographic form. For the production of computer-generated holograms, these are first calculated and then written with a suitable writing device by point-wise introduction of energy into a storage medium. The resolution of the resulting dot matrix can, as already mentioned, be in the range below 1 μm. Thus, holograms with a high resolution can be written in a small space, the information of which can only be read out by illuminating with a light beam and reconstructing the diffraction image. The size of the holograms can be between less than 1 mm 2 and several 1 cm 2 .
Ein großer Vorteil der computergenerierten Hologramme liegt darin, dass jedes Holgramm ohne großen Aufwand individuell berechnet werden kann. Somit können in Serie Hologramme erzeugt werden, die beispielsweise fortlaufende Nummern oder Produktionsparameter beinhalten. Derartige Hologramme können daher insbesondere als Sicherheitsmerkmale oder in der Logistik zur Produktverfolgung auf Verpackungen, Kreditkarten, Eintrittskarten oder ähnlichem eingesetzt werden. Mit einer geeigneten Auslesevorrichtung können die Sicherheitsmerkmale des Hologramms ausgelesen und die Authentizität und Individualität des Sicherheitsmerkmals kann in einfacher Weise überprüft werden.A big advantage of the computer-generated holograms is that every hologram can be easily created can be calculated individually. Thus, holograms can be generated in series, which include, for example, serial numbers or production parameters. Such holograms can therefore be used in particular as security features or in the logistics for product tracking on packaging, credit cards, tickets or the like. With a suitable read-out device, the security features of the hologram can be read out and the authenticity and individuality of the security feature can be checked in a simple manner.
Die zuvor beschriebenen computergenerierten Hologramme können mit einer direkt sichtbaren Information kombiniert werden (Mikroschrift , Mikrobilder) . Daneben können mit einer eingangs genannten Mikrostrukturierung auch die erwähnten Mikrobilder und Mikroschriften selber unabhängig von computergenerierten Hologrammen eingeschrieben werden. Die Punkteverteilungen können auch als Dotmatrixhologramme erzeugt werden, wobei jeweils einzelne kleine Flächenabschnitte als unterschiedliche Beugungsstrukturen des Dotmatrixhologramms erzeugt werden. Daneben ist es auch möglich, mit der Mikrostrukturierung ein diffraktives optisches Element (DOE) an sich zu erzeugen.The computer-generated holograms described above can be combined with directly visible information (microprint, microimages). In addition, with a microstructuring mentioned above, the mentioned microimages and micro-scripts themselves can be written independently of computer-generated holograms. The dot distributions can also be generated as dot matrix holograms, wherein in each case individual small surface sections are generated as different diffraction structures of the dot matrix hologram. In addition, it is also possible with the microstructuring to produce a diffractive optical element (DOE) per se.
Wenn im Folgenden das Schreiben oder Auslesen mit einem Lichtstrahl beschrieben wird, ist in der Regel ein Laserstrahl im sichtbaren Wellenlängenbereich gemeint. Dennoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Anwendung sichtbaren Lichtes beschränkt. Im Prinzip kann die Erfindung mit elektromagnetischer Strahlung in einem weiten Wellenlängenbereich angewendet werden. Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren eine Mehrzahl von Schreibvorrichtungen zum Schreiben von computergenerierten Hologrammen bekannt, die in ebenen Speichermedien die optischen Strukturen der Holgramme einschreiben. Beispielhaft wird dazu auf die Druckschriften WO 02/079881, WO 02/079883, WO 02/084404, WO 02/084405 und WO 03/012549 hingewiesen. Diese Schreibvorrichtungen verwenden einen Laserstrahl, der nacheinander jeden einzelnen Punkt der Punktematrix abscannt und wahlweise Lichtenergie in das Speichermedium einbringt oder nicht.When writing or reading with a light beam is described below, a laser beam in the visible wavelength range is usually meant. However, the present invention is not limited to the application of visible light. In principle, the invention can be applied to electromagnetic radiation in a wide wavelength range. Furthermore, a plurality of writing devices for writing computer-generated holograms are known from the prior art, which write in planar storage media the optical structures of the holgrams. For example, reference is made to the publications WO 02/079881, WO 02/079883, WO 02/084404, WO 02/084405 and WO 03/012549. These writing devices use a laser beam which sequentially scans every single point of the dot matrix and optionally introduces light energy into the storage medium or not.
Ebenso sind eine Mehrzahl von Lesevorrichtungen bekannt, die geeignet sind, durch Beleuchten der Hologrammfläche mittels eines Lichtstrahls und einer geeigneten Optik die Rekonstruktion sichtbar oder mittels Aufnahmemitteln elektronisch darstellbar und auswertbar zu machen. Beispielhaft wird dabei auf die Druckschriften DE 101 37 832, WO 02/084588 und WO 2005/111913 verwiesen.Likewise, a plurality of reading devices are known, which are suitable for illuminating the hologram surface by means of a light beam and a suitable optical system to make the reconstruction visible or electronically representable and evaluable by means of recording means. By way of example, reference is made to the publications DE 101 37 832, WO 02/084588 and WO 2005/111913.
Die vorliegende Erfindung betrifft das Auslesen von auf einem Speichermedium eingeschriebenen Transmissionshologrammen, deren Fläche mit einem Lesestrahl einer Lichtquelle beleuchtet wird. Das von der Struktur des Hologramms gebeugte Lichtfeld wird in Strahlrichtung hinter dem Speichermedium erfasst, wobei bei einer einfachen Ausgestaltung eine Person einfach in den Strahl hineinschaut und die Rekonstruktion des Hologramms auf der Netzhaut der Person abgebildet wird.The present invention relates to the reading of transmission holograms inscribed on a storage medium, the surface of which is illuminated by a reading beam of a light source. The diffracted by the structure of the hologram light field is detected in the beam direction behind the storage medium, wherein in a simple embodiment, a person simply looks into the beam and the reconstruction of the hologram is imaged on the retina of the person.
Dabei stellt sich aber immer wieder das Problem, dass das menschliche Auge ausreichend vor einer zu großen Lichtintensität, insbesondere bei der Verwendung von Lasern geschützt werden muss. - A -However, there is always the problem that the human eye must be sufficiently protected from excessive light intensity, especially when using lasers. - A -
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein besonders einfaches und preiswertes Verfahren anzugeben, bei dem die beobachtende Person hinreichend vor zu großen Lichtintensitäten geschützt wird.The present invention is therefore based on the technical problem of specifying a particularly simple and inexpensive method in which the observing person is sufficiently protected against excessive light intensities.
Das zuvor aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Auslesen eines computergenerierten Hologramms, bei dem mit einem Laser ein Lesestrahl erzeugt wird, dadurch gelöst, dass mit Hilfe einer Streuscheibe der Lesestrahl gestreut wird und dass die Fläche des Hologramms nur mit einem Teil des gestreuten Lesestrahls beleuchtet wird.The above-mentioned technical problem is solved according to the invention by a method for reading a computer-generated hologram, in which a laser beam a reading beam is generated, is scattered by means of a lens the reading beam and that the surface of the hologram with only a part of the scattered Reading beam is illuminated.
Durch das Streuen mittels der Streuscheibe wird die Intensität des Laserlichtes, das auf die Hologrammfläche trifft, verringert, weil ein Teil, vorzugsweise ein größere Teil des Laserlichtes durch die Streuscheibe aus dem Strahlengang heraus gestreut wird und nur noch ein, vorzugsweise kleiner Teil des Laserlichtes auf die Hologrammfläche auftrifft. Durch die indirekte Betrachtung über eine Streuscheibe ist dann das Lichtfeld der Rekonstruktion ausreichend schwach, damit eine Person ohne weitere Schutzmaßnahmen die Rekonstruktion mit bloßem Auge und ohne weitere Optik in Transmission beobachten kann.As a result of the scattering by means of the diffusing screen, the intensity of the laser light which strikes the hologram surface is reduced because a part, preferably a larger part of the laser light, is scattered out of the beam path by the diffusing screen and only one, preferably smaller part of the laser light is scattered the hologram surface hits. By indirect observation through a diffuser the light field of the reconstruction is then sufficiently weak that a person can observe the reconstruction with the naked eye and without further optics in transmission without further protective measures.
In bevorzugter Weise können sogar Laser mit einer Leistung von bis zu 10 mW verwendet werden, die an sich nicht dafür geeignet sind, den damit erzeugten Laserstrahl mit bloßem Auge direkt zu betrachten. Das oben aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß ebenfalls durch ein Verfahren zum Auslesen eines computergenerierten Hologramms, bei dem mit einer Lichtquelle ein Lesestrahl erzeugt wird, dadurch gelöst, dass mit Hilfe der Lichtquelle ein Lichtstrahl mit einem nicht-kohärenten Licht erzeugt wird und dass die Fläche des Hologramms nur mit dem nichtkohärenten Licht des Lesestrahls zumindest teilweise beleuchtet wird.In a preferred manner even lasers with a power of up to 10 mW can be used, which per se are not suitable for directly viewing the laser beam generated thereby with the naked eye. The above-mentioned technical problem is also solved according to the invention by a method for reading a computer-generated hologram, in which a light source a reading beam is generated, that by means of the light source, a light beam with a non-coherent light is generated and that the surface of the Hologram is at least partially illuminated only with the non-coherent light of the reading beam.
Durch die fehlende Kohärenz kommt es zwar immer noch zu der für die Rekonstruktion notwendigen Beugung an der Struktur des Hologramms, jedoch ist die spektrale Energiedichte des Lesestrahls nicht mehr so hoch wie bei einem Laser. Der Grund liegt in der vergrößerten Frequenzverteilung des Lichts gegenüber dem Laserlicht, die bei gleicher oder geringerer Leistung zu einer geringeren Leistungsdichte führt.The lack of coherence still leads to the diffraction necessary for the reconstruction of the structure of the hologram, however, the spectral energy density of the reading beam is not as high as in a laser. The reason lies in the increased frequency distribution of the light compared to the laser light, which leads to a lower power density with the same or lower power.
In bevorzugter Weise weist das Licht ein Frequenzspektrum auf, das wesentlich größer, vorzugsweise mindestens 50 mal größer, als das Frequenzspektrum eines Lasers ist. Ein solches Licht wird vorzugsweise durch eine lichtemittierende Diode (LED) erzeugt. Somit können preiswerte Lichtquellen wie Leuchtdioden dazu verwendet werden, um Hologramme auslesen zu können.Preferably, the light has a frequency spectrum that is substantially larger, preferably at least 50 times larger, than the frequency spectrum of a laser. Such a light is preferably generated by a light emitting diode (LED). Thus, inexpensive light sources such as LEDs can be used to read holograms can.
Somit kann die Rekonstruktion des Hologramms von einer Person ohne weitere Optik in Transmission beobachtet werden. Ein besonderer Augenschutz ist wegen der geringen Energiedichte des Lichtes nicht erforderlich.Thus, the reconstruction of the hologram can be observed by a person without further optics in transmission. A special eye protection is not necessary because of the low energy density of the light.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen der verwendeten Vorrichtungen und anhand von Beispielen von Rekonstruktionen näher erläutert, wozu auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigenIn the following the invention with reference to embodiments of the devices used and with reference to examples of reconstructions, for which reference is made to the accompanying drawings. In the drawing show
Fig. 1 den Aufbau einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Auslesen eines computergenerierten Transmissionshologramms mit einem Laser und einer Streuscheibe,1 shows the structure of a first device according to the invention for reading a computer-generated transmission hologram with a laser and a lens,
Fig. 2 eine Darstellung einer mittels der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung erzeugten Rekonstruktion,FIG. 2 shows a representation of a reconstruction produced by means of the device shown in FIG. 1, FIG.
Fig. 3 den Aufbau einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Auslesen eines computergenerierten Transmissionshologramms mit einer monochromatischen LED (Leuchtdiode) ,3 shows the structure of a second device according to the invention for reading out a computer-generated transmission hologram with a monochromatic LED (light-emitting diode),
Fig. 4 eine Darstellung einer mittels der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung erzeugten Rekonstruktion bei Verwendung einer blauen Leuchtdiode,4 shows a representation of a reconstruction produced by means of the device shown in FIG. 3 when using a blue light-emitting diode,
Fig. 5 eine Darstellung einer mittels der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung erzeugten Rekonstruktion bei Verwendung einer grünen Leuchtdiode und5 shows a representation of a reconstruction produced by means of the apparatus shown in FIG. 3 when using a green light emitting diode and
Fig. 6 eine Darstellung einer mittels der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung erzeugten Rekonstruktion bei Verwendung einer weißen Leuchtdiode . Fig. 1 zeigt den optischen Aufbau einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mit Hilfe eines Lasers 2 wird ein Laserstrahl 4 erzeugt, der mittels einer im Strahlengang angeordneten Streuscheibe 6 in einen bestimmten Winkelbereich gestreut wird. Dadurch wird die Leistung des Laserlichtes auf einen größeren Raumbereich verteilt .Fig. 6 is an illustration of a reconstruction using the device shown in Fig. 1 when using a white light emitting diode. Fig. 1 shows the optical structure of a first device according to the invention. With the aid of a laser 2, a laser beam 4 is generated, which is scattered by means of an arranged in the beam path lens 6 in a certain angular range. As a result, the power of the laser light is distributed over a larger area of space.
Ein Speichermedium 8 mit einem darauf angebrachten bzw. eingeschriebenen computergenerierten Hologramm 10 wird aufgrund der Streuung des Laserlichtes nur von einem - geringen - Teil der Laserleistung erfasst. Somit braucht eine Person nicht einen besonderen Schutz des Auges vornehmen und kann die Rekonstruktion beobachten, auch wenn der Laserstrahl 4 an sich eine viel zu große Intensität hat, um ihn direkt mit dem Auge zu beobachten. Somit können auch handelsübliche Laser mit Ausgangsleistungen von bis zu 10 mW verwendet werden.A storage medium 8 with a computer-generated hologram 10 mounted thereon is only detected by a small part of the laser power due to the scattering of the laser light. Thus, a person need not make a special protection of the eye and can observe the reconstruction, even if the laser beam 4 in itself has a much too high intensity to observe it directly with the eye. Thus, commercially available lasers with output powers of up to 10 mW can also be used.
Fig. 2 zeigt eine Reproduktion eines die Zahlenfolge 12345 als Information enthaltenen Hologramms. Trotz der Streuung ist eine klare Rekonstruktion zu beobachten.Fig. 2 shows a reproduction of a hologram containing the numerical sequence 12345 as information. Despite the scatter, a clear reconstruction can be observed.
Fig. 3 zeigt den Aufbau einer zweiten erfindungsgemäßen Vorrichtung r Eine Leuchtdiode 11 erzeugt einen Lichtstrahl, mit dem ein auf einem Speichermedium 9 angeordnetes computergeneriertes Hologramm 10 beleuchtet wird. Das dadurch in Transmission erzeugte Lichtfeld kann direkt von einem Beobachter mit bloßem Auge 8 beobachtet werden, denn die Ausgangsleistung des Lichtstrahls ist auch ohne zwischengeschaltetes Hologramm nicht zu groß, um direkt mit dem Auge beobachtet zu werden. Durch die größere spektrale Verteilung des von einer Leuchtdiode erzeugten Lichtes kommt es aber zu unterschiedlichen Beugungsrichtung für unterschiedliche Frequenzen des Lichtes, also zu einer. chromatischen Aberration. Dieses wird durch die Fig. 4 bis 6 verdeutlicht .FIG. 3 shows the construction of a second device according to the invention. A light-emitting diode 11 generates a light beam with which a computer-generated hologram 10 arranged on a storage medium 9 is illuminated. The light field thus generated in transmission can be observed directly by a naked-eye observer 8, because even without an intermediate hologram, the output power of the light beam is not too large to be observed directly with the eye. Due to the greater spectral distribution of the light generated by a light emitting diode but it comes to different diffraction direction for different frequencies of light, so to a. chromatic aberration. This is illustrated by FIGS. 4 to 6.
Ein ebenfalls die Information der Zahlenfolge 12345 enthaltenes Hologramm wird zunächst mit einer blauen Leuchtdiode beleuchtet. Die sich daraus ergebende Rekonstruktion ist zusammen mit der nullten Ordnung (heller Fleck in der unteren Bildhälfte als Bezugspunkt) als Orientierung in Fig. 4 dargestellt.A hologram also containing the information of the number sequence 12345 is first illuminated with a blue light-emitting diode. The resulting reconstruction is shown along with the zeroth order (light spot in the lower half of the image as a reference) as orientation in FIG.
Fig. 5 zeigt die Rekonstruktion desselben Hologramms bei Beleuchtung mit einer grünen Leuchtdiode, wobei im Vergleich zur Fig. 4 eine Vergrößerung proportional zur Vergrößerung der Wellenlänge und damit eine Verschiebung der Rekonstruktion relativ zur nullten Ordnung nach oben erfolgt .Fig. 5 shows the reconstruction of the same hologram when illuminated with a green LED, wherein in comparison to FIG. 4, an enlargement is proportional to the increase of the wavelength and thus a shift of the reconstruction relative to the zeroth order upwards.
Fig. 6 zeigt dann die Rekonstruktion desselben Hologramms bei Beleuchtung mit einer weißen Leuchtdiode. Die Rekonstruktion der Zahlenfolge 12345 ist aufgrund der chromatischen Aberration stark verschmiert.Fig. 6 then shows the reconstruction of the same hologram when illuminated with a white light emitting diode. The reconstruction of the 12345 series is heavily blurred due to chromatic aberration.
Der Effekt der in den Fig. 4 bis 6 dargestellten chromatischen Aberration ist übertrieben dargestellt. Eine einzelne farbige Leuchtdiode hat ein viel schmalbandigeres Frequenzspektrum, als der Abstand zwischen den Farben blau (Fig. 4) und grün (Fig. 5) aufweist . Ist also die Frequenzverteilung geringer, aber dennoch deutlich größer als bei einem Laser, führt dieses aufgrund der chromatischen Aberration zu einer Verschmierung der Rekonstruktion, die insbesondere bei kleinen Details der Rekonstruktion nachteilig ist. Da wiederum die chromatische Aberration umso größer ist, je größer der Beugungswinkel ist, also je größer der Abstand von der nullten Ordnung, kann bei der Berechnung des computergenerierten Hologramms dieses dadurch berücksichtig werden, dass die zu rekonstruierende Information nur in einem Bereich der Rekonstruktion enthalten ist, der einen bestimmten Abstand zur nullten Ordnung nicht überschreitet. Dadurch werden die durch die chromatische Aberration entstehenden Verschmierungen weiter reduziert.The effect of the chromatic aberration shown in Figs. 4 to 6 is exaggerated. A single colored light emitting diode has a much narrower frequency spectrum than the distance between the colors blue (FIG. 4) and green (FIG. 5). Thus, if the frequency distribution is smaller, but nevertheless significantly larger than in the case of a laser, this leads to a smearing of the reconstruction due to the chromatic aberration, which is disadvantageous in particular with small details of the reconstruction. Since, in turn, the chromatic aberration is greater, the greater the diffraction angle, ie the greater the distance from the zeroth order, this can be taken into account in the calculation of the computer-generated hologram in that the information to be reconstructed is contained only in a region of the reconstruction which does not exceed a certain distance to the zeroth order. This further reduces the smearing resulting from the chromatic aberration.
Ein weiterer Grund für die Verschmierung der Rekonstruktion, die ebenfalls winkelabhängig ist, besteht darin, dass die Leuchtdiode eine größere Ausdehnung der lichterzeugenden Fläche im Vergleich zu einer eher punktförmigen Laserquelle aufweist. Dadurch wird eine schlechtere Ortsauflösung des Lesestrahls bei der Verwendung einer Leuchtdiode im Vergleich zu einer Laserdiode in Kauf genommen. Die schlechtere Ortsauflösung kann bei der Berechnung des Hologramms in gleicher Weise, wie zuvor beschrieben worden ist, berücksichtigt werden, indem nur ein beschränkter Bereich der Rekonstruktionsfläche verwendet wird. Another reason for the smearing of the reconstruction, which is also dependent on the angle, is that the light-emitting diode has a larger extent of the light-generating surface compared to a more point-like laser source. As a result, a poorer spatial resolution of the reading beam when using a light emitting diode in comparison to a laser diode is accepted. The worse spatial resolution can be taken into account in the calculation of the hologram in the same way as described above, by using only a limited area of the reconstruction surface.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1. Verfahren zum Auslesen eines computergenerierten Hologramms, bei dem mit einem Laser ein Lesestrahls erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer Streuscheibe der Lesestrahl gestreut wird und dass die Fläche des Hologramms nur mit einem Teil des gestreuten Lesestrahls beleuchtet wird.1. A method for reading a computer-generated hologram, wherein a laser is generated with a reading beam, characterized in that with the aid of a diffuser the reading beam is scattered and that the surface of the hologram is illuminated with only a part of the scattered reading beam.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Rekonstruktion des Hologramms von einer Person ohne weitere Optik in Transmission beobachtet wird.2. The method of claim 1, wherein the reconstruction of the hologram is observed by a person without further optics in transmission.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein Laser mit einer Leistung von bis zu 10 mW verwendet wird.3. The method of claim 1 or 2, wherein a laser is used with a power of up to 10 mW.
4. Verfahren zum Auslesen eines computergenerierten Hologramms, bei dem mit einer Lichtquelle ein Lesestrahl erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Lichtquelle ein Lichtstrahl mit einem nicht-kohärenten Licht erzeugt wird und dass die Fläche des Hologramms nur mit dem nichtkohärenten Licht des Lesestrahls zumindest teilweise beleuchtet wird. 4. A method for reading a computer-generated hologram, wherein a light source with a reading beam is generated, characterized in that by means of the light source, a light beam with a non-coherent light is generated and that the surface of the hologram with only the non-coherent light of the reading beam at least partially illuminated.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Licht ein Frequenzspektrum aufweist, das größer, vorzugsweise wesentlich größer, vorzugsweise mindestens 50 mal größer, als das Frequenzspektrum eines Lasers ist.5. The method of claim 4, wherein the light has a frequency spectrum which is larger, preferably substantially larger, preferably at least 50 times larger than the frequency spectrum of a laser.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem als Lichtquelle eine lichtemittierende Diode (LED) verwendet wird.6. The method according to claim 4 or 5, wherein a light emitting diode (LED) is used as the light source.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem die Rekonstruktion des Hologramms von einer Person ohne weitere Optik in Transmission beobachtet wird.7. The method of claim 4, 5 or 6, wherein the reconstruction of the hologram is observed by a person without further optics in transmission.
8. Verfahren zur Berechnung der Rekonstruktion des Hologramms in der Form, dass die Rekonstruktion nahe beider Nullten Ordnung liegt und somit nur eine geringe chromatische Aufspaltung erfährt. 8. Method for calculating the reconstruction of the hologram in the form that the reconstruction is close to both zero order and thus undergoes little chromatic splitting.
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