DE10137832A1 - Digital hologram read-out apparatus with improved picture quality - Google Patents

Digital hologram read-out apparatus with improved picture quality

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Abstract

The apparatus is intended for read-out of digital holograms stored in a memory medium and comprises a radiation source (2) generating a read-out beam from electromagnetic radiation. In the beam path of the read-out beam is located the memory medium (5).A recipient (8) picks-up the picture generated by the hologram. There are elements changing coherence properties of the read-out beam. A control (14) provides time modulation of the radiation source. Independent claims are included for a read-out method.

Description

Die Erfindung betrifft die Nutzung von digitalen Holo­ grammen als individuelles Merkmal. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Lesegerät für diese Hologramme, das sich durch eine verbesserte Qualität der reproduzierten Bilder auszeichnet.The invention relates to the use of digital holo gram as an individual characteristic. In particular concerns the invention of a reader for these holograms, the reproduced by improved quality Honors images.

Allgemein sind Lesegeräte für Hologramme vielfältig be­ schrieben. Viele beziehen sich auf konventionell belich­ tete Hologramme, einige beschäftigen sich jedoch auch mit Computer Generierten Hologrammen (CGH). Folgende Druck­ schriften des Standes der Technik beschäftigen sich mit dem Thema Lesegeräte für holographische Informationen.In general, readers for holograms are diverse wrote. Many refer to conventional lighting holograms, but some also deal with Computer generated holograms (CGH). Following pressure Prior art documents deal with the topic of readers for holographic information.

US 5,422,744: Holographischer Barcode (klassische Zwei­ strahlholographie) mit einfachem Lesegerät.US 5,422,744: holographic barcode (classic two beam holography) with a simple reader.

US 5,565,667: Holographischer Barcode mit Lesegeräten und Verfahren, um die Lesesicherheit zu erhöhen.US 5,565,667: holographic barcode with readers and Procedures to increase reading security.

US 4,126,373: Hologramm auf einer Karte, das mit klassi­ scher Zweistrahlholographie belichtet wird und als Objekt die auf die Karte gedruckte Information speichert. Schwerpunkt liegt hier auf dem Material der Karte bzw. des Hologrammbereiches.US 4,126,373: hologram on a card, the classi two-beam holography is exposed and as an object which stores information printed on the card. The focus here is on the material of the map or of the hologram area.

US 5,623,347: Lesegerätes mit CCD Kamera, bei dem es um datentragende Hologramme geht, die jedoch auf Zweistrahl­ holographie beruhen. US 5,623,347: reader with CCD camera, which is about data-bearing holograms, but on two beams holography based.  

US 6,001,510: Fast Fourier Transfom Computer Generierte Hologramme (FFT-CGHs) von Teilchenspuren, die auf Karten gespeichert werden. Dazu ist auch ein Lesegerät beschrie­ ben.US 6,001,510: Fast Fourier Transfom Computer Generated Holograms (FFT-CGHs) of particle traces on cards get saved. A reader is also described for this ben.

Allgemeine Artikel über CGHs und Sicherheitsanwendungen:
General articles on CGHs and security applications:

  • - "Computer generated holograms and diffraction gratings in optical security applications" Pawel Stepien, SPIE Proc. Vol. 3973 (2000).- "Computer generated holograms and diffraction gratings in optical security applications "Pawel Stepien, SPIE Proc. Vol. 3973 (2000).
  • - Holopack Holoprint GuideBook-Second Edition: Allge­ meine Erwähnung von verschiedenen maschinenlesbaren DOVIDs (Diffractiv Optical Variable Image Device).- Holopack Holoprint GuideBook-Second Edition: General my mention of various machine readable DOVIDs (Diffractiv Optical Variable Image Device).
  • - Holopack Holoprint Guideßook 1995: Artikel von David Pizanelli ab. Seite 195. Hier wird auch von maschinen­ lesbaren Hologrammen gesprochen.- Holopack Holoprint Guideßook 1995: Article by David Pizanelli. Page 195. Here also from machines readable holograms.

Die zuvor beschrieben Lesegeräte haben alle das Problem, dass ihre Performance durch den sogenannten Speckeleffekt beeinträchtigt ist. Speckel wird dadurch hervorgerufen, dass kohärentes Licht durch eine zufällige Phasenmaske moduliert wird. Dies ist ein allgemeines Problem von ko­ härenter Abbildung bzw. Reproduktion und hängt natürlich auch von Qualität des optischen Systems und ganz speziell des Hologramms (Auflösung, Pitstruktur, Modulationstiefe) ab.The readers described above all have the problem that their performance through the so-called speckle effect is impaired. Speckle is caused by that coherent light through a random phase mask is modulated. This is a common problem of ko harder imaging or reproduction and of course depends also of the quality of the optical system and very special the hologram (resolution, pit structure, modulation depth) from.

Insbesondere bei individuellen Hologrammen, die Punkt für Punkt oder mit einem Laserschuß durch einen Raum-Licht- Modulator (SLM - Spatial Light Modulator, also ein Dis­ play im weitesten Sinne) geschrieben werden, ist prinzi­ piell das Phasenrauschen im Hologramm größer als bei her­ kömmlichen Hologrammen. Especially for individual holograms, the point for Point or with a laser shot through a room light Modulator (SLM - Spatial Light Modulator, i.e. a dis play in the broadest sense) is prince The phase noise in the hologram is larger than in conventional holograms.  

Grundlegende Arbeiten zur Speckelreduktion in der opti­ schen Datenverarbeitung gehen auf Goodman zurück ("Noise in coherent optical information processing", J. W. Good­ man; Kopie in Anlage). Hier wird Speckel unter statisti­ schen Gesichtspunkten untersucht. Es zeigte sich, dass das Rauschen in seiner Amplitude Gauß-verteilt ist, einen Kontrast von bis zu 100% aufweist, d. h. ein eigentlich heller Fleck wird schwarz, und in seiner Korngröße von der Auflösung des optischen Systems bestimmt ist. Da in den meisten holographischen Lesegeräten die Größe des Ho­ logramms die Auflösung des Systems begrenzt, haben nach­ trägliche optische Mittel, wie Vergrößerungen oder Ände­ rung des Reproduktionsmaßstabs, keinen Einfluß auf das Verhältnis von Rauschbild zu gewünschter Information.Basic work on speckle reduction in opti Data processing goes back to Goodman ("Noise in coherent optical information processing ", J.W. Good you; Copy attached). Here is Speckel under statisti aspects. It turned out that that Noise is Gaussian in amplitude, one Contrast up to 100%, d. H. one actually light spot turns black, and in its grain size of the resolution of the optical system is determined. There in most holographic readers the size of the Ho have limited the resolution of the system inert optical means, such as enlargements or changes reproduction scale, no influence on the Ratio of noise picture to desired information.

Der Erfindung liegt nun das technische Problem zugrunde, die Rauschunterdrückung bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lesegeräten zu verbessern.The invention is now based on the technical problem the noise suppression in the prior art to improve known readers.

Das zuvor aufgezeigte technische Problem kann durch ver­ schiedene, an sich unabhängige Vorrichtungen und Verfah­ ren gelöst werden. Diese werden im folgenden angeführt, wobei diese in Kombination miteinander wie auch einzelnd angewendet werden können, um das technische Problem zu lösen.The technical problem shown above can be verified by ver different, independent devices and procedures be resolved. These are listed below these in combination with each other as well as individually can be applied to the technical problem to solve.

Das technische Problem kann zunächst durch eine Verringe­ rung des Phasenrauschens auf dem Hologramm gelöst werden.The technical problem can initially be reduced phase noise can be resolved on the hologram.

Das technische Problem wird weiterhin durch eine Verände­ rung der Kohärenzeigenschaft der auslesenden Lichtquelle gelöst. Die Änderung der Kohärenzeigenschaften läßt sich in ihrer Wirkung auch so beschreiben, dass dafür gesorgt werden muß, dass unkorrelierte Wellen erzeugt bzw. über­ lagert werden müssen, um Speckel zu reduzieren. Die Redu­ zierung läßt sich prinzipiell auf folgende verschiedene, unabhängige Weisen erreichen:The technical problem continues through a change tion of the coherence property of the reading light source solved. The change in the coherence properties can be describe in their effect so that it is taken care of must be that uncorrelated waves generated or over  must be stored to reduce speckles. The Redu ornamentation can in principle be based on the following different achieve independent ways:

Zeitlich:
Sowohl das Auge eines Betrachters als auch ma­ schinelle Bildsensoren haben zeitliche Auflösungsgrenzen. Wird das Speckeltrauschen schneller als diese zeitlichen Auflösungsgrenzen variiert, dann werden die einzelnen Speckelmuster zeitlich gemittelt.time:
Both a viewer's eye and machine image sensors have temporal resolution limits. If the speckle noise is varied faster than these temporal resolution limits, then the individual speckle patterns are averaged over time.

Dieses Prinzip kann folgendermaßen realisiert werden. Ei­ ne zusätzliche Zufallsphasenmaske ist in der Hologramm­ ebene angeordnet, die zeitlich variiert wird, also bei­ spielsweise bewegt wird. Ebenso kann eine Zufallsphasen­ maske direkt vor dem Hologramm hin und her bewegt oder gedreht werden. Als Zufallsphasenmaske kann eine diffuse Maske oder ein mit einer gleichmäßigen Punkteverteilung belichtetes Material eingesetzt werden.This principle can be implemented as follows. egg ne additional random phase mask is in the hologram level arranged, which is varied in time, i.e. at for example, is moved. Likewise, a random phase mask moved back and forth directly in front of the hologram or be rotated. A diffuse mask can be used as a random phase mask Mask or one with an even distribution of points exposed material can be used.

Eine andere bevorzugte Möglichkeit besteht darin, den Auslesestrahl zu modulieren. Dieses kann durch auf be­ stimmte Art geformte Blenden durchgeführt werden, die mittels geeigneter Optik in die Hologrammebene abgebildet werden. Diese Blenden sind dergestalt, dass das Hologramm nicht komplett beleuchtet wird, sondern beispielsweise nur zu 50-90%, insbesondere 60-80%, vorzugsweise 70-80%. Die Formen der Blenden sind dabei unterschiedlich, so dass von Blende zu Blende immer andere Teilbereiche des Hologramms ausgeleuchtet werden. Weisen zudem die Blenden rechtwinklige Einhüllende mit gleichen Abmessungen wie das Hologramm auf, so leidet das reproduzierte Bild nicht zu sehr unter Auflösungsproblemen. Werden die unter­ schiedlichen Blenden in schnellet Reihenfolge gewechselt, so überlagern sich unterschiedliche Ausprägungen des Speckelmusters zeitlich, so dass eine zeitliche Mittelung erreicht wird.Another preferred option is to use the Modulate the readout beam. This can be done on certain kind of shaped bezels that are made mapped into the hologram level using suitable optics become. These bezels are such that the hologram is not completely illuminated, but for example only 50-90%, especially 60-80%, preferably 70-80%. The shapes of the panels are different, so that from aperture to aperture always different parts of the Hologram are illuminated. Also show the bezels rectangular envelope with the same dimensions as the hologram, the reproduced image does not suffer too much under resolution problems. Will the under different apertures changed in quick order, so different forms of the overlap  Speckelpatters temporally, so that a temporal averaging is achieved.

Dagegen kann auch eine Blende mechanisch in verschiedenen Positionen gefahren werden, um die zeitlich veränderte Ausleuchtung des Hologramms zu realisieren.In contrast, an aperture can be mechanically different Positions are moved to the time-changed Realize illumination of the hologram.

Für eine zeitliche Speckelunterdrückung können auch mul­ timode gekoppelte Dioden zum Auslesen verwendet werden. Damit wird zwar nicht die Kohärenz verringert und es än­ dert sich die Phasenfront auch nicht zeitlich, sondern bleibt stabil. Bei einer leichten Frequenzshift kommt es dann dennoch zu einer Mittelung des Speckelrauschens. Daneben verändert sich die Austrittslichtverteilung der Multimodefaser, wenn diese räumlich veränderlich geführt wird. Somit kann durch ein Bewegen der Faser eine Mitte­ lung über die Zeit erreicht werden.For temporal speckle suppression, mul timode coupled diodes can be used for reading. This does not reduce the coherence and it changes the phase front does not change in time, but rather remains stable. With a slight frequency shift it happens then averaging the speckle noise. In addition, the exit light distribution changes Multimode fiber, if these are spatially changeable becomes. Thus, moving the fiber can create a center be achieved over time.

Wie weiter unten beschrieben wird, kann das Speckelrau­ schen auch durch eine gleichzeitige Überlagerung ver­ schiedener Polarisationen verringert werden. Ebenso lässt sich die Polarisation des Laserstrahls auch schnell vari­ ieren, um die sich mitverändernden Speckelmuster dann zeitlich zu mitteln. Dieses kann in bevorzugter Weise mit einem sich drehenden Polarisator, beispielsweise einer Folie, einem polarisierenden Strahlteilerwürfel oder ähn­ lichem oder mit einem elektrooptischen Polaristaionsdre­ her erreicht werden.As described below, the speckle can also through a simultaneous overlay different polarizations can be reduced. Likewise lets the polarization of the laser beam also varies rapidly to the changing speckle pattern then to average over time. This can be done in a preferred manner a rotating polarizer, for example one Foil, a polarizing beam splitter cube or the like Lich or with an electro-optic Polaristaionsdre be reached here.

Örtlich:
Die unterschiedlichen räumlichen Abschnitte des Hologramms werden mit unterschiedlichen Lichtquellen aus­ gelesen. Dadurch ergibt sich jeweils eine komplette Re­ konstruktion des gewünschten Bildes und durch eine Über­ lagerung von unkorrelierten Speckelmustern der einzelnen rekonstruierten Hologramme mittelt sich das Speckelrau­ schen statistisch raus.Locally:
The different spatial sections of the hologram are read out with different light sources. This results in a complete reconstruction of the desired image and by overlaying uncorrelated speckle patterns of the individual reconstructed holograms, the Speckelrau's average is statistically determined.

Dazu können in vorteilhafter Weise Teile des Hologramms mit nicht korrelierenden Wellen, seien es Wellen aus un­ terschiedlichen Quellen oder mit unterschiedlicher Pola­ risation, beleuchtet werden. Dies ist durch die Abbildung einer bzw. mehrerer entsprechender Blenden mit verschie­ denen Lesestrahlen auf die Hologrammebene möglich. Eine bevorzugte Vorgehensweise besteht darin, eine Blende aus zueinander senkrecht stehende Polarisationsfolien herzu­ stellen, so dass ein erster Teil mit bspw. circa 50% der Blendenöffnung mit einer ersten Polarisationsrichtung und der zweite verbleibende Teil mit einer zweiten Polarisa­ tionsrichtung bedeckt sind. Die erste und zweite Polari­ sationsrichtungen sind dabei bevorzugt um 90% gegeneinan­ der versetzt angeordnet. Die Blende kann dann mit einem zu beiden Polarisationsrichtungen um 45° gedrehten Strahl beleuchtet werden, um beide Polarisationsrichtungen gleichmäßig zu beleuchten. Darüber hinaus können mehr als zwei Abschnitte der Blendenöffnung mit jeweils unter­ schiedlichen Polarisationsrichtungen versehen sein.Parts of the hologram can advantageously be used for this purpose with non-correlating waves, be it waves from un different sources or with different pola rization, be illuminated. This is through the picture one or more corresponding panels with various which reading beams on the hologram level possible. A preferred practice is to make an aperture mutually perpendicular polarizing foils so that a first part with about 50% of the Aperture with a first direction of polarization and the second remaining part with a second Polarisa direction are covered. The first and second polar tion directions are preferably 90% against each other the staggered. The aperture can then be used with a beam rotated by 45 ° to both polarization directions be illuminated to both polarization directions to illuminate evenly. In addition, more than two sections of the aperture, each under different directions of polarization.

Wellenlängen:
Das gleiche Hologramm wird mit leicht un­ terschiedlichen Lichtwellenlängen ausgelesen, so dass das Rauschen ohne zu große Verringerung der Bildqualität re­ duziert wird. Der Wellenlängenunterschied darf dabei nicht so groß sein, dass die erzeugte Bildauflösung redu­ ziert wird. Denn der Ort des beispielsweise in erster Beugungsordnung erzeugte Hologramms variiert mit der Wel­ lenlänge des eletromagnetischen Strahls.Wavelengths:
The same hologram is read out with slightly different light wavelengths, so that the noise is reduced without too great a reduction in the image quality. The difference in wavelength must not be so great that the image resolution generated is reduced. This is because the location of the hologram generated, for example, in the first diffraction order varies with the wavelength of the electromagnetic beam.

Es sind spezielle Laserdioden bekannt, die selbstständig gepulst Laserlicht abstrahlen, also andauernd an und aus gehen. Dieses Ein- und Ausschalten hat den Effekt, dass innerhalb der Diode kein Gleichgewichtszustand erreicht wird und damit viele longitudinale Lasermoden existieren können. Die Laserdiode läuft sozusagen auf vielen Wellen­ längen gleichzeitig. Die vielen Wellenlängen lesen nun das Hologramm aus und produzieren gleichzeitig jede für sich stochastisch verteiltes Speckelrauschen mit von ein­ ander unabhängigen Verteilungen, die in der Summe, also in der Überlagerung während der gesamten Aufnahmezeit, wieder inkohärent überlagert werden und damit einen deut­ lich verminderten Kontrast zeigen.Special laser diodes are known that operate independently pulsed emit laser light, i.e. continuously on and off  go. This switching on and off has the effect that no equilibrium state reached within the diode and there are many longitudinal laser modes can. The laser diode runs on many waves, so to speak length at the same time. The many wavelengths are now reading the hologram and simultaneously produce each for stochastically distributed speckle noise with a other independent distributions that in total, that is in the overlay during the entire recording time, again incoherently superimposed and thus a clear show reduced contrast.

Eine andere Möglichkeit besteht in der äußeren Modulation von Laserdioden. Dazu wird der Ansteuerstrom der Laser­ diode moduliert, typischerweise mit einer Frequenz zwi­ schen 250 und 500 MHz. In bevorzugter Weise läßt eine ef­ fektive Modulation die Diode ausgehen und speist während der zweiten Halbwelle des periodischen Ansteuersignals mehr Strom als der maximal zulässige cw-Wert ein. Dadurch laufen die Dioden auf mehreren longitudinalen Moden mit verschiedenen Wellenlängen und das Speckelrauschen wird wie oben beschrieben reduziert. Ein weiterer Vorteil die­ ser zweiten Lösung besteht darin, dass man die gesamte Bandbreite der Dioden zur Verfügung hat. Dies ist spezi­ ell sinnvoll für Hologramme mit einem geringeren Beu­ gungswirkungsgrad. Für die zuvor beschrieben Ausgestal­ tung lassen sich günstige Highpowerdioden (bis 50 mW, cw), wie sie in DVD-Recordern zum Einsatz kommen, verwen­ den.Another possibility is external modulation of laser diodes. This is the driving current of the laser diode modulates, typically with a frequency between between 250 and 500 MHz. Preferably, an ef fective modulation the diode goes out and feeds during the second half-wave of the periodic drive signal more current than the maximum permissible drag coefficient. Thereby the diodes run in several longitudinal modes different wavelengths and the speckle noise reduced as described above. Another advantage The second solution is that the entire Bandwidth of the diodes is available. This is speci This makes sense for holograms with a lower Beu supply efficiency. For the previously described configuration inexpensive high-power diodes (up to 50 mW, cw), as they are used in DVD recorders the.

Polarisation:
Die dem Speckelrauschen zugrundeliegenden Streuphänomene sind polarisationsabhängig. Somit zeigt ein Hologramm, das mit Lichtwellen mit unterschiedlichen Polarisationen ausgelesen wird, ein unterschiedliches Streumuster. Da senkrecht zueinander polarisierte Wellen nicht interferieren, also nicht korrelieren, läßt sich so das Rauschen verringern.Polarization:
The scattering phenomena underlying the speckle noise are polarization-dependent. A hologram that is read out with light waves with different polarizations thus shows a different scatter pattern. Since waves polarized perpendicular to one another do not interfere, that is to say do not correlate, the noise can be reduced in this way.

Es geht also darum Wellen zu überlagern, die aufgrund ih­ rer unterschiedlichen Polarisation nicht korrelieren. Dies ist z. B. durch die Verwendung von zwei gleichen La­ serdioden möglich, die so eingebaut werden, dass ihre Po­ larisationsrichtungen senkrecht aufeinander stehen. In bevorzugter Weise kann dazu eine Lichtquelle eingesetzt werden, deren Strahl geteilt, die Polarisation eines Teilstrahls gedreht und beide Teile wieder zusammenge­ führt werden.So it’s about superimposing waves that different polarization do not correlate. This is e.g. B. by using two of the same La serdiodes possible, which are installed so that their Po Larization directions are perpendicular to each other. In a light source can preferably be used for this whose beam is divided, the polarization of a Partial beam rotated and both parts together again leads.

Nachträgliche Bildverarbeitung:
Eine weitere unabhängige Methode besteht darin, dass Verfahren der Bildverarbei­ tung eingesetzt werden, um nachträglich unter Annahmen der spektralen Verteilung der Rauschspektren eine Bild­ verbesserung zu erlangen.Subsequent image processing:
Another independent method is that methods of image processing are used to subsequently achieve an image improvement based on the assumption of the spectral distribution of the noise spectra.

Leuchtdioden:
Die Kohärenz der auslesenden Lichtquelle wird durch den Ersatz von Laserdioden durch Leuchtdioden ebenfalls weiter verringert. Auch wenn die Strahlqualität und somit die Qualität des rekonstruierten Hologramms nachlassen, kann jedoch durch die Unterdrückung des Spec­ kelrauschens der nachteilige Effekt des Einsatzes der Leuchtdioden zumindest teilweise aufheben.LEDs:
The coherence of the reading light source is also further reduced by the replacement of laser diodes with light-emitting diodes. Even if the beam quality and thus the quality of the reconstructed hologram deteriorate, suppression of the specular noise can at least partially cancel out the disadvantageous effect of the use of the light-emitting diodes.

Mehrere Laserdioden:
Genauso ist es möglich, mehrere La­ serdioden mit Laserstrahlen mit leicht unterschiedlichen Wellenlängen zum Auslesen der Hologramme zu verwenden. Wenn die Ausleseoptiken geeignet justiert sind, ist es möglich, einzeln kohärent ausgelesene Bilder inkohärent zu überlagern und damit das Rauschen zu vermindern. Ins­ besondere reichen zwei oder drei verschiedene Wellenlän­ gen aus. In bevorzugter Weise können dazu gleiche Dioden­ typen eingesetzt werden, die herstellungsbedingt Laser­ strahlen mit leicht verschiedenen Wellenlängen erzeugen.Multiple laser diodes:
It is also possible to use several laser diodes with laser beams with slightly different wavelengths to read out the holograms. If the reading optics are suitably adjusted, it is possible to overlay individually coherently read out images and thus reduce the noise. In particular, two or three different wavelengths are sufficient. In a preferred manner, the same types of diodes can be used, which, due to the production process, produce lasers with slightly different wavelengths.

Kombinationen:
Eine Mischung aus zeitlicher Nicht- Korrelation und Wellenlängen-Nicht-Korrelation kann durch ein thermisches Durchstimmen einer Laserdiode erreicht werden. Bekannter Weise ändert eine Laserdiode ihre Emis­ sionswellenlänge in Abhängigkeit von der Temperatur. Die­ se Temperatur kann nun durch einen überhöhten Laserstrom in einer langsameren Pulsfolge durchgefahren werden oder auch durch periodisches äußeres Aufwärmen mit beliebigen Wärmequellen. Bevorzugt sind hier natürlich Quellen, die gezielt auf die Lichtquelle gerichtet sind, wie Infra­ rot(IR)-Dioden. Denkbar ist auch ein Piezokühler, der ab­ wechselnd Wärme zu und abführt.combinations:
A mixture of temporal non-correlation and wavelength non-correlation can be achieved by thermal tuning of a laser diode. As is known, a laser diode changes its emission wavelength depending on the temperature. This temperature can now be passed through an excessive laser current in a slower pulse sequence or by periodic external heating with any heat sources. Of course, sources that are aimed specifically at the light source, such as infrared (IR) diodes, are preferred here. A piezo cooler is also conceivable, which alternately supplies and removes heat.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert, wozu auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigenIn the following the invention based on execution examples explained in more detail, for which purpose the attached Drawing is referenced. Show in the drawing

Fig. 1-5 Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung zum Aus­ lesen eines in einem Speichermedium gespeicher­ ten Hologramms und Fig. 1-5 embodiments of a device for reading out a stored in a storage medium hologram and

Fig. 6 eine Ausführungsform einer räumlichen Blende zur Variation der Kohärenzeigenschaft des Lese­ strahls. Fig. 6 shows an embodiment of a spatial aperture for varying the coherence property of the reading beam.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für ein mögliches Lesegerät 1a zum Auslesen von Reflexionshologrammen 5a. Eine selbst­ pulsierende oder extern über einen Modulator 14 HF­ moduliert Laserdiode 2a ist als Lichtquelle vorgesehen. Fig. 1 shows an example of a possible reader 1 a for reading reflection holograms 5 a. A self-pulsating or externally modulated by a modulator 14 HF laser diode 2 a is provided as a light source.

Der Modulator 14 dient einem Ein- und Ausschalten der La­ serdiode 2a, so dass diese gepulst läuft und somit nicht einer Gleichgewichtszustand erreicht. Die Laserdiode 2a läüft dann auf verschiedenen Moden, insbesondere Longitu­ dinalmoden, mit unterschiedlichen Wellenlängen.The modulator 14 is a switching on and off of La serdiode 2 a, so that these runs pulsed and thus does not reach a state of equilibrium. The laser diode 2 a then runs on different modes, in particular Longitu dinalmoden, with different wavelengths.

Ebenso kann eine thermisch durchstimmbare Laserdiode ein­ gesetzt werden. Weiterhin sind eine Kollimationsoptik 3 und ein Umlenkspiegel 4 vorgesehen, wobei der dargestell­ te Lichtweg nur exemplarisch ist und in verschiedener Weise ausgestaltet werden kann. Der Laserstrahl der La­ serdiode 2a wird auf das Reflexionhologramm 5a gelenkt, das auf einem Träger 6, beispielsweise einer Karte, einem Etikett oder einer Verpackung angebracht ist. Der gebeugt reflektierte Strahl 7 enthält dann die reproduzierte In­ formation des Reflexionshologramms und kann über ein Wie­ dergabemittel 8, also eine Mattglasscheibe oder einen Bildaufnehmer wiedergegeben bzw. aufgenommen werden.A thermally tunable laser diode can also be used. Furthermore, a collimation optics 3 and a deflecting mirror 4 are provided, the illustrated light path is only exemplary and can be designed in various ways. The laser beam of the laser diode 2 a is directed onto the reflection hologram 5 a, which is attached to a carrier 6 , for example a card, a label or a packaging. The diffracted reflected beam 7 then contains the reproduced information of the reflection hologram and can be reproduced or recorded via a reproduction means 8 , ie a matt glass pane or an image recorder.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Lesegerät 1b, das zum Lesen ei­ nes Transmissionshologramms 5b geeignet ist. Dabei be­ zeichnen gleiche Bezugszeichen in Fig. 2 Elemente, die mit Bezug auf Fig. 1 bereits beschrieben worden sind. Fig. 2 shows another reader 1 b, which is suitable for reading egg nes transmission hologram 5 b. Be the same reference numerals in Fig. 2 elements that have already been described with reference to Fig. 1.

Darüber hinaus können weitere, nicht dargestellte Optiken in den Auslesestrahlengang, bzw. in den Strahlengang der rekonstruierten Welle 7 eingebracht werden. Insbesondere kann eine Fouriertransformationslinse vorgesehen sein, so dass das Hologramm mit einem kollimierten Strahl ausgele­ sen wird.In addition, further optics, not shown, can be introduced into the read-out beam path or into the beam path of the reconstructed shaft 7 . In particular, a Fourier transformation lens can be provided so that the hologram is read out with a collimated beam.

Fig. 3 zeigt ein Lesegerät 1c, bei dem bereits mit Bezug auf die Fig. 1 und 2 erläuterte Elemente mit gleichen Be­ zugszeichen versehen sind. Das Lesegerät 1c arbeitet mit einer normalen Laserdiode 2c, deren Laserstrahl in eine Multimodefaser 9 eingekoppelt ist. Mit einem Aktuator 10 wird die Faser 9 während des Auslesens bewegt, wodurch sich die Phasenlage des aus der Faser 9 austretenden La­ serstrahls ändert. Der Laserstrahl weist also verschiede­ ne Moden auf, wodurch ein zeitlich veränderliches Spec­ kelmuster auf der auszulesenden Information erzeugt wird. Durch zeitliche Mittelung wird das holographisch erzeugte Bild verbessert. Fig. 3 shows a reader 1 c, in which elements already explained with reference to FIGS . 1 and 2 are provided with the same reference numerals. The reader 1 c works with a normal laser diode 2 c, the laser beam of which is coupled into a multimode fiber 9 . With an actuator 10 , the fiber 9 is moved during the reading, whereby the phase position of the laser beam emerging from the fiber 9 changes. The laser beam thus has different modes, whereby a time-varying spec kelmuster is generated on the information to be read. The holographically generated image is improved by time averaging.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Lesegerät 1d, das sich dadurch von den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen unterscheidet, dass eine Zufallsphasenmaske 11 im Strah­ lengang vorgesehen ist. Die Zufallsphasenmaske 11 wird in unmittelbarer Nähe des auszulesenden Hologramms 5a be­ wegt, wie mit dem Doppelpfeil in Fig. 4 dargestellt ist. Auf diese Weise wird dem Phasenrauschen des Hologramms eine zeitlich veränderliche Komponente hinzugefügt, was mit einem zeitlich veränderlichen Speckelrauschen in der Rekonstruktionsebene verbunden ist. Die Art der Bewegung der Phasenmaske ist nicht entscheidend, bevorzugt sind Dreh- oder Linearbewegungen. Fig. 4 shows a further reader 1 d, which differs from the previously described embodiments in that a random phase mask 11 is provided in the beam path. The random phase mask 11 is moved in the immediate vicinity of the hologram 5 a to be read, as shown by the double arrow in FIG. 4. In this way, a time-varying component is added to the phase noise of the hologram, which is associated with a time-varying speckle noise in the reconstruction plane. The type of movement of the phase mask is not critical; rotary or linear movements are preferred.

Fig. 5 stellt ein Lesegerät 1e dar, das mit einer zusätz­ lichen veränderlichen Blende 12 ausgestattet ist. Das Ab­ bild der Blende 12 entsteht mittels einer Optik 13 in der Hologrammebene, so dass nur ca. 70-80% des Hologramms be­ leuchtet wird. Durch mechanisches Verschieben der Blende 12 entsprechend dem Doppelpfeil in Fig. 5 läßt sich nun der rekonstruierte Ausschnitt des Hologramms zeitlich verändern. Damit ist wiederum ein zeitlich veränderliches Speckelmuster verknüpft, das über eine zeitliche Mitte­ lung zur Signalverbesserung führt. Fig. 5 shows a reader 1 e, which is equipped with an additional variable aperture 12 union. The image of the aperture 12 is created by means of an optic 13 in the hologram level, so that only about 70-80% of the hologram is illuminated. The reconstructed section of the hologram can now be changed in time by mechanically moving the diaphragm 12 in accordance with the double arrow in FIG. 5. This in turn is linked to a speckle pattern that changes over time, which leads to signal improvement over averaging over time.

Fig. 6 zeigt das kreuzförmige Bild einer Blende für eine Position relativ zu dem als Quadrat dargestellten Holo­ gramms. Durch ein Bewegen der Blende in zwei verschiedene Richtungen entsprechend der Doppelpfeile in der oberen linken Ecke der Darstellung werden zeitlich nacheinander verschiedene Bereiche des Hologramms beleuchtet, so dass durch zeitliche Mittelung der reproduzierten Hologramme das Speckelrauschen verringert wird. Fig. 6 shows the cross-shaped image of an aperture for a position relative to the holo grams shown as a square. By moving the diaphragm in two different directions according to the double arrows in the upper left corner of the illustration, different areas of the hologram are illuminated successively, so that the averaging of the reproduced holograms reduces the speckle noise.

Die Blende 12 gemäß Fig. 5 kann auch in unmittelbarer Nä­ he zum Hologramm angeordnet sein. Des weiteren kann die Blende 12 durch eine elektro-optisch veränderliche Blende in Form eines Raum-Licht-Modulators (SLM) ausgebildet sein, womit mechanische Vorteile verbunden sind, da keine bewegten Teile vorhanden sind.The diaphragm 12 of FIG. 5 can be arranged to he hologram in the immediate Nä. Furthermore, the diaphragm 12 can be formed by an electro-optically variable diaphragm in the form of a room light modulator (SLM), which is associated with mechanical advantages since there are no moving parts.

Claims (31)

1. Verfahren zum Auslesen eines in einem Speichermedium gespeicherten Holgramms,
bei dem das im Material des Speichermediums einge­ schriebene Hologramm mit einem Lesestrahl aus kohä­ renter elektromagnetischer Strahlung beleuchtet wird und
bei dem das vom Hologramm erzeugte Bild mit Aufnah­ memitteln aufgenommen und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Kohärenzeigenschaft des Lesestrahls vari­ iert wird.1. Method for reading out a hologram stored in a storage medium,
in which the hologram written in the material of the storage medium is illuminated with a reading beam from coherent electromagnetic radiation and
in which the image generated by the hologram is recorded and evaluated using recording means, characterized in that
that the coherence property of the reading beam is varied. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kohärenzeigenschaft des Lesestrahls zeitlich variiert wird.2. The method according to claim 1, where the coherence property of the reading beam is varied in time. 3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Kohärenzeigenschaft des Lesestrahls schneller als zeitliche Auflösung der Aufnahmemittel verändert wird.3. The method according to claim 2, where the coherence property of the reading beam faster than temporal resolution of the means of reception is changed. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem eine Zufallsphasenmaske im Strahlengang des Lesestrahls in einer Richtung quer zur Ausbreitungs­ richtung des Lesestrahls bewegt wird.4. The method according to claim 2 or 3, where a random phase mask in the beam path of the Reading beam in a direction transverse to the propagation direction of the reading beam is moved. 5. Verfahren nach 2 oder 3, bei dem eine Blende im Strahlengang des Lesestrahls bewegt wird, wobei die Blendenöffnung die Abmessun­ gen des Lesestrahls auf eine Fläche kleiner als die vom Hologramm eingenommene Fläche reduziert.5. method according to 2 or 3, with an aperture in the beam path of the reading beam is moved, the aperture opening the dimensions  to the reading beam to an area smaller than that area occupied by the hologram reduced. 6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Lesestrahl mit Hilfe von multimode ge­ koppelten Laserdioden erzeugt wird.6. The method according to claim 2 or 3, where the reading beam with the help of multimode ge coupled laser diodes is generated. 7. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem der Lesestrahl zumindest abschnittsweise mit einer Multimodefaser geleitet wird, deren räumliche Anordnung zeitlich verändert wird.7. The method according to claim 2 or 3, in which the reading beam at least in sections a multimode fiber is routed, the spatial Arrangement is changed over time. 8. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Polarisation des Lesestrahls zeitlich verändert wird.8. The method according to claim 2 or 3, where the polarization of the reading beam is temporal is changed. 9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kohärenzeigenschaft des Lesestrahls ört­ lich variiert wird.9. The method according to claim 1, where the coherence property of the reading beam local is varied. 10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem mindestens zwei verschiedene räumliche Ab­ schnitte des Hologramms mit unterschiedlichen Lese­ strahlen beleuchtet werden.10. The method according to claim 9, where at least two different spatial Ab cuts of the hologram with different reading rays are illuminated. 11. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Lesestrahlen von unterschiedlichen Strahlungsquellen erzeugt werden.11. The method according to claim 9, where the reading beams of different Radiation sources are generated. 12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Lesestrahlen unterschiedliche Polarisa­ tionen erzeugt werden. 12. The method according to claim 1, where the reading beams are different Polarisa ions are generated.   13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kohärenzeigenschaft des Lesestrahls durch Verwendung von mindestens zwei unterschiedli­ chen Wellenlängen variiert wird.13. The method according to claim 1, where the coherence property of the reading beam by using at least two different Chen wavelengths is varied. 14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Lesestrahl mit Hilfe einer Laserdiode erzeugt wird, die selbstständig gepulst Laserstrah­ len erzeugt.14. The method according to claim 13, where the reading beam with the help of a laser diode is generated, the independently pulsed laser beam len creates. 15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Lesestrahl von einer Laserdiode erzeugt wird, die durch einen zeitlich veränderlichen An­ steuerstrom moduliert wird.15. The method according to claim 13, where the reading beam is generated by a laser diode is that by a time-varying An control current is modulated. 16. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Lesestrahl durch eine Überlagerung von mindestens zwei verschiedenen Teilstrahlen mit un­ terschiedlichen Wellenlängen erzeugt wird.16. The method according to claim 13, where the reading beam is overlaid by at least two different partial beams with un different wavelengths is generated. 17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kohärenzeigenschaft des Lesestrahls durch Verwendung von mindestens zwei unterschiedli­ chen Polarisationen variiert wird.17. The method according to claim 1, where the coherence property of the reading beam by using at least two different Chen polarizations is varied. 18. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kohärenzeigenschaft des Lesestrahls durch Verwendung von Leuchtdioden als Lichtquellen variiert wird.18. The method according to claim 1, where the coherence property of the reading beam by using light emitting diodes as light sources is varied. 19. Vorrichtung zum Auslesen eines in einem Speicherme­ dium gespeicherten Hologramms,
mit einer Strahlungsquelle (2) zum Erzeugen eines Lesestrahls aus elektromagnetischer Strahlung,
mit dem im Strahlengang des Lesestrahls angeordneten Speichermedium (5),
mit Aufnahmemitteln (8) zum Aufnehmen des vom Holo­ gramm erzeugten Bildes,
dadurch gekennzeichnet,
dass Mittel zum Verändern der Kohärenzeigenschaften des Lesestrahls vorgesehen sind.19. Device for reading out a hologram stored in a storage medium,
with a radiation source ( 2 ) for generating a reading beam from electromagnetic radiation,
with the storage medium ( 5 ) arranged in the beam path of the reading beam,
with recording means ( 8 ) for recording the image generated by the hologram,
characterized,
that means are provided for changing the coherence properties of the reading beam. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dass eine Steuervorrichtung (14) für ein zeitliches Modulieren der Strahlungsquelle (2) vorgesehen sind.20. The device according to claim 19, that a control device ( 14 ) for a temporal modulation of the radiation source ( 2 ) are provided. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dass die Strahlungsquelle (2) eine selbstpulsierende Laserdiode ist.21. The apparatus of claim 20, that the radiation source ( 2 ) is a self-pulsating laser diode. 22. Vorrichtung nach Anspruch 19, dass die Strahlungsquelle (2) in Form von multimode gekoppelten Laserdioden ausgebildet ist.22. The apparatus of claim 19, that the radiation source ( 2 ) is designed in the form of multimode coupled laser diodes. 23. Vorrichtung nach Anspruch 19, dass eine Multimodefaser (9) zum Leiten des Lese­ strahls vorgesehen ist.23. The device according to claim 19, that a multimode fiber ( 9 ) is provided for guiding the read beam. 24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dass ein Aktuator (10) zum Bewegen der Multimodefa­ ser (9) vorgesehen ist.24. The device according to claim 23, that an actuator ( 10 ) for moving the multimode fiber ( 9 ) is provided. 25. Vorrichtung nach Anspruch 19, dass eine Zufallsphasenmaske (11) im Strahlengang des Lesestrahls angeordnet ist. 25. The device according to claim 19, that a random phase mask ( 11 ) is arranged in the beam path of the reading beam. 26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dass die Zufallsphasenmaske (11) benachbart zum Speichermedium (5) angeordnet ist.26. The apparatus of claim 25, that the random phase mask ( 11 ) is arranged adjacent to the storage medium ( 5 ). 27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dass die Zufallsphasenmaske (11) quer zur Ausbrei­ tungsrichtung des Lesestrahls bewegt wird.27. The apparatus of claim 25 or 26, that the random phase mask ( 11 ) is moved transversely to the direction of propagation of the reading beam. 28. Vorrichtung nach Anspruch 19, dass eine Blende (12) im Strahlengang des Lese­ strahls angeordnet ist.28. The device according to claim 19, that an aperture ( 12 ) is arranged in the beam path of the reading beam. 29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dass die Öffnung der Blende (12) kleinere Abmessun­ gen als der Querschnitt des Lesestrahls aufweist.29. The device according to claim 28, that the opening of the diaphragm ( 12 ) has smaller dimensions than the cross section of the reading beam. 30. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 30, dass die Blende als räumlicher Strahlmodulator aus­ gebildet ist.30. The device according to claim 28 or 30, that the aperture out as a spatial beam modulator is formed. 31. Vorrichtung nach Anspruch 19, dass ein zeitlich veränderlicher Polarisator im Strahlengang des Lesestrahls angeordnet ist.31. The device according to claim 19, that a time-varying polarizer in the Beam path of the reading beam is arranged.
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