DE2358871C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur holographisch- optischen Verschlüsselung von Informationen, bei der zur Aufnahme des Hologramms im Strahlengang der Objektwelle oder der Bezugswel­ le ein unter Zuhilfenahme elektrischer Mittel erzeugtes Streufil­ ter angeordnet ist. Solche Anordnungen sind beispielsweise durch die Literaturstelle "IBM Techn. Disclosure Bulletin" Vol. 10, No. 3, Aug. 1967, Seite 277, bekannt.

Ein solches Streufilter stellt praktisch einen optischen Transfor­ mator dar, der das Licht der ankommenden Welle beim Durchgang statistisch streut. Die auf diese Weise verschlüsselte Wellenfront wird dann in der üblichen Weise auf einer Photoplatte holographisch gespeichert.

Die in Fig. 1 dargestellte bekannte Verschlüsselungseinrichtung besteht aus einem Laser 1, dessen Parallelstrahl in einer Optik 2 aufgeweitet und anschließend mittels eines Strahlteilers 3 in zwei Teilstrahlen aufgespalten wird. Der durch den Strahlteiler 3 hindurchtretende Teilstrahl durchsetzt das transparente Objekt 4. Die auf diese Weise entstandene Objektwelle OW wird beim Durchgang durch die Streuscheibe 5 in der genannten Weise transformiert bzw. verschlüsselt und anschließend in der das spätere Hologramm H dar­ stellenden Photoplatte zusammen mit der schräg von unten zugeführ­ ten Bezugswelle BW in Form eines Interferenzfeldes gespeichert. Die Bezugswelle BW ergibt sich praktisch aus dem am Strahlteiler 3 reflektierten Anteil des Laserstrahls, der nach einer weiteren Um­ lenkung am Spiegel 6 auf die Photoplatte eingestrahlt wird. Wie Fig. 1 erkennen läßt, kann die Streuscheibe 5, entsprechend der in unterbrochener Linie angedeutenden Streuscheibe 5′, auch im Strahlengang der Bezugswelle BW angeordnet sein.

Bei der Wiedergabe eines auf diese Weise holographisch gespeicher­ ten verschlüsselten Objekts wird das ursprüngliche Objekt durch Einstrahlung der Bezugswelle BW auf das Hologramm dann einwand­ frei rekonstruiert, wenn die bei der Aufnahme gegebene räumli­ che Zuordnung von Photoplatte und Streuscheibe 5 auch bei der Wiedergabe eingehalten werden und außerdem die Bezugswelle BW - in unterbrochener Linie in Fig. 1 angegeben - die umgekehrte Aus­ breitungsrichtung wie bei der Aufnahme hat. In diesem Falle ent­ steht dann am Ort des transparenten Objekts 4 bei der Aufnahme das reelle entschlüsselte Bild des Objekts. Entsprechendes gilt für die Wiedergabe des Hologramms, wenn bei der Aufnahme die Streuscheibe 5′ im Strahlengang der Bezugswelle BW angeordnet war. Es entsteht dann ein virtuelles Bild des Objekts.

Aus dem vorstehenden wird deutlich, daß die bei der Aufnahme ver­ wendete Schlüsselscheibe auch bei der Wiedergabe vorhanden sein muß, wenn das Bild des verschlüsselten Objekts einwandfrei re­ konstruiert werden soll. Befinden sich die Verschlüsselungseinrich­ tung und die Entschlüsselungseinrichtung an verschiedenen Orten, so ist es nötig, nicht nur das verschlüsselte Hologramm, sondern auch den Schlüssel in Gestalt einer Streuscheibe oder eines Schlüs­ selhologramms an den Ort, an dem sich die Verschlüsselungseinrichtung befindet, zu übersenden. Aus Gründen der Sicherstellung der Geheimhal­ tung ist dies unerwünscht, weil es sich dabei um eine recht umständ­ liche Übermittlung des Schlüssels handelt und auch der Schlüssel bei der Übermittlung relativ leicht abhanden kommen kann.

In der obengenannten Literaturstelle wird darauf hingewiesen, daß das den Schlüssel darstellende Streufilter am Ort der Entschlüsse­ lungseinrichtung zunächst nicht existent zu sein braucht, wenn von der Möglichkeit seiner Erzeugung mittels eines Rechners Gebrauch gemacht wird. In diesem Falle ist es lediglich notwendig, für den Rechner am Ort der Entschlüsselungseinrichtung das Herstellungs­ programm in Form eines Codesignals vom Ort der Verschlüsselungs­ einrichtung zu übermitteln. Da das Flächenmuster vom Rechner in Abhängigkeit der Sequenzen eines Codes nach Art eines Rasters, also nicht gleichzeitig erzeugt werden kann, muß es zunächst auf einen optischen Träger in einem speicherfähigen Medium festgehal­ ten werden, beispielsweise in Form eines Schlüsselhologramms. Ab­ gesehen vom hohen Aufwand eines solchen rechnererzeugten Schlüs­ selhologramms läßt sich auf diese Weise eine Änderung des Schlüs­ sels im Sinne eines Schlüsselprogrammablaufs nur durch die Her­ stellung einer Vielzahl von verschiedenen Schlüsselhologrammen verwirklichen, was umständlich und zeitraubend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Anordnung zur holographisch-optischen Verschlüsselung der einleitend beschrie­ benen Art eine weitere Lösung anzugeben, die unter Gewährleistung des bei einem Streufilter gegebenen hohen Verschlüsselungsgrades neben einer einfachen Schlüsselübermittlung bei relativ geringem technischen Aufwand einen raschen Schlüsselwechsel ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Streufilter eine in ihrem Streuverhalten wenigstens mittelbar elektrisch kontinuierlich steuerbare Zelle ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich der Schlüs­ sel, wie ihn die genannte Streuscheibe darstellt, auch mit Hilfe eines elektro-optischen Wandlers realisieren läßt. Ein solcher elektro-optischer Wandler gibt die Möglichkeit, die gewünschte diffuse Streuung der hindurchtretenden Objekt- oder Bezugswelle mit Hilfe elektrischer Signale mittelbar oder unmittelbar im Sin­ ne einer kontinuierlichen Steuerung zu erzeugen. Dies bedeutet, daß der Schlüssel schnell geändert werden kann und zwar bei einer Übertragung der Schlüsselinformation vom Ort der Verschlüsselungs­ einrichtung zum Ort der Entschlüsselungseinrichtung in einfacher Weise und Form.

Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist die steuerbare Zelle als Ultraschall-Küvette ausgeführt, deren flüssiges Medium einem Schallwellenfeld ausgesetzt ist, das durch räumlich an ver­ schiedenen Orten vorgesehenen Ultraschallgebern, Wellenreflekto­ ren und/oder Wellenabsorbern erzeugt ist. Da die geometrischen Orte für die Ultraschallgeber und die Wellenreflektoren bzw. Wellenab­ sorber in vielfältiger Weise variiert werden können, und auch die Anzahl der Ultraschallgeber, Wellenreflektoren und Wellenabsorber in relativ weiten Grenzen frei wählbar ist, können praktisch viele verschiedene und beliebig komplizierte Schlüssel mit einer solchen Vorrichtung hergestellt werden.

Die Vielfältigkeit wird auch noch dadurch erhöht, daß die Erregung der Ultraschallgeber in vorteilhafter Weise mittels in ihrer Fre­ quenz steuerbaren elektrischen Wechselgrößen vorgenommen werden kann.

Eine zusätzliche Möglichkeit für die Gestaltung des Schlüssels ist dadurch gegeben, daß das flüssige Medium der Ultraschall- Küvette, beispielsweise ein nematischer, den ADP-Effekt auf­ weisender Flüssigkristall, elektro-optische Eigenschaften auf­ weist, und über auf einander gegenüberliegenden Seiten der Küvette angebrachten Elektroden mit einem Gleichfeld oder Wechselfeld veränderbarer Stärke und gegebenenfalls veränder­ barer Frequenz beaufschlagt wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht die steuerbare Zelle im wesentlichen aus einem von einem Energie­ strahl durch Abtastung örtlich in seiner Transparenz und/oder seiner optischen Dichte veränderbaren reversiblen Speicher­ material.

Bei dieser weiteren Ausführungsform kann der Energiestrahl zweckmäßig ein elektrisch in seiner Richtung und Intensität steuerbarer Elektronenstrahl sein.

Für zahlreiche Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, wenn der Energiestrahl ein elektrisch in seiner Richtung und Intensität steuerbarer Laserstrahl ist.

Als reversible Speichermaterialien eignen sich neben bestimm­ ten Halbleitermaterialien und thermoplastischen Materialien insbesondere Fotochromglas.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie­ len soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert wer­ den. In der Zeichnung bedeutet

Fig. 1 die bereits erläuterte schematische Darstellung einer optisch-holographisch verschlüsselten Aufnahme eines Objekts,

Fig. 2 eine erste Ausführungsform in schematischer Darstellung nach der Erfindung,

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform in schematischer Dar­ stellung nach der Erfindung,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform in schematischer Dar­ stellung nach der Erfindung.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine Ultraschall-Schlüsselscheibe. Sie besteht aus einer Ultraschall-Küvette 7, die mit einem nicht näher dar­ gestellten flüssigen transparenten Medium 12 angefüllt ist. Wie Fig. 2 erkennen läßt, sind auf drei Seiten dieser Küvette und in deren Ebenen verschiebbare Ultraschallgeber 8 a, 8 b und 8 c angeordnet. Diese Ultraschallgeber sind jeweils mit einem Ultraschallwellengenerator G verbunden, über die die Ultraschallgeber auf elektrischem Wege angeregt werden. Die Generatoren sind wiederum über Steuereingänge mit der Steuer­ einrichtung St 1 verbunden. Über die Steuersignale der Steuer­ einrichtung St 1 können die Ultraschallwellengeneratoren G hinsichtlich der Frequenz der sie abgebenden elektrischen Schwingungen in vorgegebenen Grenzen gesteuert werden.

Neben den auf verschiedenen Seiten der Ultraschall-Küvette 7 angeordneten verstellbaren Ultraschallgebern 8 a bis 8 c sind noch auf verschiedenen Seiten ebenfalls verschiebbar ange­ ordnete Wellenabsorber 9 a und 9 b und ein Wellenreflektor 10 vorhanden. Die hierdurch erzeugten fortlaufenden Wellen und die stehende Welle überlagern sich in dem in unterbrochener Linie angedeuteten Kernraum 11 der Ultraschall-Küvette 7. Dieser Kernraum bildet die eigentliche Schlüsselscheibe für die die Küvette durchsetzende Objekt- bzw. Bezugswelle nach Fig. 1. Die Objekt- bzw. Bezugswelle sind durch den ange­ gebenen von links unten nach rechts oben weisenden Pfeil an­ gedeutet. Die Wirkung einer solchen Schlüsselscheibe beruht auf der physikalischen Erscheinung der Beugung eines auf eine fortlaufende oder stehende Ultraschallwelle auftreffenden Licht­ strahls. Die Beugungserscheinung des Lichtstrahls entspricht dabei den Beugungserscheinungen, die ein Lichtstrahl bei einem optischen Strichgitter erfährt. Kreuzen sich, wie das beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 angedeutet ist, drei Ultra­ schallwellen unter verschiedenen Winkeln, so wird eine Beugung entsprechend einem dreidimensionalen räumlichen Gitter erhal­ ten. Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene willkürliche räumliche Anordnung der Schallgeber sowie der Wellenreflektoren bzw. Wellenabsorber wie auch die Variation der Frequenz der die Ultraschallgeber steuernden Generatoren lassen sich be­ liebig komplizierte, durchgehende Wellenfronten transfor­ mierende Strukturen erzeugen.

Es ist festzustellen, daß die Anzahl der Ultraschallgeber und die Anzahl der Wellenreflektoren und/oder Wellenabsorber in weiten Grenzen und in beliebiger räumlicher Anordnung vorge­ sehen werden können. Eine Variation läßt sich auch durch Ver­ wendung verschiedener flüssiger Medien vornehmen.

Die Fig. 3 zeigt eine zusätzliche Möglichkeit der Variation eines in die Ultraschall-Küvette eingefüllten Mediums 12, das hierbei elektro-optische Eigenschaften aufweist. Zu die­ sem Zweck sind paarweise auf einander gegenüberliegenden Sei­ ten an der Küvette Elektrodenpaare 13 a/13 b und 14 a/14 b vor­ gesehen, die jeweils mit einem Generator G′ für Gleich- oder Wechselspannungen verbunden sind. Die Generatoren für Gleich­ oder Wechselspannung weisen jeweils einen Steuereingang auf, über den sie mit der Steuereinrichtung St 2 verbunden sind. Mittels der Steuersignale der Steuereinrichtung St 2 können die Ausgangsgrößen der Generatoren G′ hinsichtlich ihrer Amplitude, und sofern es sich um Wechselspannungsgeneratoren handelt, zusätzlich hinsichtlich ihrer Frequenz gesteuert werden. Das auf diese Weise in zwei aufeinander senkrechten Ebenen mit einem Gleich- bzw. Wechselfeld beaufschlagte Medium 12 ändert in Abhängigkeit der auftretenden Feldstärke bzw. in Abhängigkeit der Änderung der Feldstärke seinen Bre­ chungsindex. In Verbindung mit dem Schallwellenfeld, wie es beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 angedeutet ist, läßt sich auf diese Weise eine zusätzliche Modifikation der Transfor­ mation der Wellenfronten eines hindurchtretenden Lichtstrahles herbeiführen. In Fig. 3 ist mit Rücksicht auf die Übersichtlich­ keit davon abgesehen worden, die das Schallwellenfeld erzeu­ genden Einrichtungen anzugeben.

Der Verschlüsselungsgrad einer solchen Schlüsselscheibe entspricht der Vielfältigkeit der erzeugbaren Ultraschallstrukturen und ist bestimmt durch die Anzahl der Ultraschallgeber, die Viel­ zahl der möglichen geometrischen Orte dieser Ultraschallgeber, die Art der Wellenausbreitung (ebene Wellen oder Kugelwellen), die Anzahl der Wellenreflektoren und/oder Wellenabsorber, die Frequenzvariationsmöglichkeit der Ultraschallwellengeneratoren sowie die Variationsmöglichkeiten des Mediums.

Eine weitere Möglichkeit, eine für Verschlüsselungszwecke vor­ zusehende Streuscheibe mit Hilfe eines elektro-optischen Wandlers zu realisieren, zeigt Fig. 4. Hier besteht die Zelle im wesentlichen aus einer Elektronenröhrenanordnung 15 mit Elektronenröhre 16. Die Elektronenröhre 16 weist kopfseitig in Richtung der durch Pfeile wiederum angegebenen Objekt- oder Bezugswelle zwei hintereinander angeordnete Fenster 17 auf. Zwischen den beiden Fenstern 17 ist ein vom Elektronenstrahl 18 durch Abtastung örtlich in seiner Transparenz und/oder seiner optischen Dichte veränderbares reversibles Speichermaterial 19 vorgesehen, das beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 eine Fotochrom-Glasplatte ist. Mit Hilfe des Elektronenstrahls 18 wird über die von der Steuereinrichtung St 3 gesteuerte Vertikal­ ablenkung V, Horizontalablenkung H und die Intensitätsregelung I ein Schwärzungsmuster in die Fotochrom-Glasplatte eingeschrie­ ben, das wiederum beliebig kompliziert sein kann und somit die Anforderung auch an hohe Verschlüsselungsgrade erfüllt. Das eingeschriebene Muster kann beispielsweise mit einer Fremd­ lichtquelle rasch gelöscht und mittels des Elektronenstrahls neu geschrieben werden.

Anstelle von Fotochrom-Glas kann das reversible Speicher­ material, wie das bei Eidophorröhren beispielsweise der Fall ist, eine thermoplastische oder photoplastische Folie oder eine Ölschicht sein. Auch eignen sich hierfür gewisse Halb­ leitermaterialien in Schichtform. Durch die Richtung und die Intensität des Elektronenstrahls kann in einer solchen Folie ein topographisches Relief erzeugt werden, das die gewünschten optischen Eigenschaften einer Streuscheibe aufweist.

Anstelle eines Elektronenstrahls können derartige reversiblen Speichermaterialien auch mittels eines energiereichen kohären­ ten Lichtstrahls, wie ihn ein Laser erzeugt, bearbeitet werden. Für diesen Zweck ist es lediglich erforderlich, daß dem in seiner Intensität modulierbaren Laser ein zweidimensionaler Lichtablenker nachgeschaltet ist. Auch hier kann die Löschung rasch mittels einer geeigneten Hilfslichtquelle oder aber, sofern der Laser in seiner Frequenz in geeigneter Weise um­ schaltbar ist, durch den Laser selbst herbeigeführt werden.

Claims (8)

1. Anordnung zur holographisch-optischen Verschlüsselung von Informa­ tionen, bei der zur Aufnahme des Hologramms im Strahlengang der Objektwelle oder der Bezugswelle ein unter Zuhilfenahme elektri­ scher Mittel erzeugtes Streufilter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Streufilter eine in ihrem Streuverhalten wenigstens mittelbar elektrisch kontinuierlich steuerbare Zelle ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die steuerbare Zelle eine Ultraschall-Küvette (7) ist, deren flüssiges Medium (12) einem Schallwellen­ feld ausgesetzt ist, das durch räumlich an verschiedenen Orten vorgesehene Ultraschallgeber (8 a, ib, 8 c) Wellen­ reflektoren (10) und/oder Wellenabsorber (9 a, 9 b) erzeugt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erregung der Ultraschallgeber (8 a, 8 b, 8 c) mittels in ihrer Frequenz steuerbaren elektrischen Wechselgrößen vorgenommen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das flüssige Medium (12) der Ultra­ schall-Küvette, beispielsweise ein nematischer, den DAP- Effekt aufweisender Flüssigkristall, elektro-optische Eigen­ schaften aufweist und über auf einander gegenüberliegenden Seiten der Küvette angeschaltete Elektroden (13 a, 13 b, 14 a, 14 b) mit einem Gleichfeld oder Wechselfeld veränder­ barer Stärke und gegebenenfalls veränderbarer Frequenz beaufschlagt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die steuerbare Zelle im wesentlichen aus einer von einem Energiestrahl durch Abtastung örtlich in seiner Transparenz und/oder seiner optischen Dichte veränderbaren reversiblen Speichermaterial (19) besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Energiestrahl ein elektrisch in seiner Richtung und Intensität steuerbarer Elektronenstrahl (18) ist.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Energiestrahl ein elektrisch in seiner Richtung und Intensität steuerbarer Laserstrahl ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das reversible Speicher­ material (19) Fotochromglas ist.