DE4323554A1 - Verfahren zur Herstellung redundanter holografischer Informationsspeicher zur rotativen Rekonstruktion der Hologramme und deren Abbildung auf flächenhaften Bildsensoren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung redundanter holografischer Informationsspeicher zur rotativen Rekonstruktion der Hologramme und deren Abbildung auf flächenhaften Bildsensoren

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung holografischer Informationsspeicher mit analogen und/oder maschinenlesbaren Informationen in verschiedenen Materialien/Substraten, wobei die im Hologramm gespeicherten Informationen so aufgezeichnet werden, daß sie sich durch Drehung des Hologramms in der Hologrammfläche voneinander getrennt rekonstruierten und darstellen lassen.
Die Hologrammaufzeichnung erfolgt als Fourierhologramm, um eine hohe Redundanz der gespeicherten Information zu erhalten.
Insbesondere soll durch diese Aufzeichnung gewährleistet sein, daß unbewußte Störungen, Kratzer, Verschmutzungen usw. sich nicht nachteilig auf die Rekonstruktion der Hologramme und der darin gespeicherten Informationen auswirkt.
Desgleichen sollen bewußt aufgebrachte Informationen z. B. durch Druck, Galvanoplastik, Laserbeschriftung, Implantation von CHIPS oder anderen zusätzlichen Elementen sich ebenfalls nicht störend auf die Rekonstruktion der Hologramm-Information sowie deren Lesbarkeit auswirken.
Mit diesem so ausgeführten holografischen Informationsspeicher lassen sich neue Anwendungen im Bereich z. B. Ziffernblatt, Typenschild, Ausweiskarten usw. realisieren.
Es ist bekannt, daß sich Hologramme zur Datenspeicherung eignen. Erste holografische Retrievalsysteme wurden in der Praxis bereits realisiert. Dabei macht man sich die enormen Datenspeicherkapazitäten von Hologrammen zunutze. Diese werden durch die hohe Ortsauflösung der verwendeten holografischen Aufzeichnungsmaterialien, der dabei verwendeten Wellenlänge des Laserlichts und der Art der holografischen Aufzeichnung erreicht.
Gegenüber herkömmlichen fotografischen und digitalen Informationsspeicher (Foto/CHIP) lassen sich dreidimensionale Objekte unmittelbar in einem Hologramm speichern. Dieses ist mit keiner anderen Aufzeichnungstechnik möglich.
Dennoch haben sich holografische Datenspeicher noch nicht im Markt durchsetzen können. Die Gründe liegen in der aufwendigen und teuren Hologramm-Aufzeichnungs- und Rekonstruktionstechnik und der Ausführung als reiner Lesespeicher.
Im Rahmen der weiteren Entwicklung von optischen Datenspeicher und neuen Schreib/Lese-Materialien, kompakten, miniaturisierten Lasern sowie hochauflösenden Bildsensoren ist mit einer zunehmenden Bedeutung holografischer Informationsspeichersysteme zu rechnen.
Mit den heute vorhandenen Produktionstechniken wie die Prägeholografie, CD-Spritzgußtechnik sowie die Laser-Scantechnik ist eine kostengünstige Massenherstellung von Hologrammen möglich. Bisher wurden diese Techniken jedoch fast ausschließlich zur Herstellung von Weißlicht-Hologrammen mit dreidimensionalen Bildinformationen verwendet.
Eine holografische Datenspeicherung ist aufgrund der dabei verwendeten dünnen Materialien und der dabei gegebenen nicht ausreichenden mechanischen Formbeständigkeit nur sehr eingeschränkt möglich. Die gespeicherte Information wird bei der Rekonstruktion so verzehrt, daß eine zuverlässige Rekonstruktion und maschinelle Auslesung nicht möglich ist.
Wird das Hologramm jedoch als optisch stabiles Element ausgeführt, so kann man die folgenden Vorteile der holografischen Informationsspeicherung voll ausschöpfen:
  • - Speicherung von analogen und maschinenlesbaren Informationen
  • - Speicherung von dreidimensionalen und flächenhaften Informationen
  • - Informationsadressierung durch Winkelkodierung
  • - Hohe Redundanz der gespeicherten Information
  • - Große Störunempfindlichkeit
  • - Dokumentenspeichersicherheit
  • - Optisch berührungslose Informations-Rekonstruktion
  • - Keine Spannungsversorgung erforderlich
Eine optisch stabile Ausführung kann durch die Übertragung des Fotoresisthologramms durch galvanoplastische Abformung in eine metallische Nachbildung erreicht werden. Diese Ausführung hat den zusätzlichen Vorteil, daß sie bereits metallisch spiegelnd ist und die gespeicherte holografische Information in dem Transmissionshologramm mit einem aufgeweiteten Laserstrahl wie bei einem Reflexionshologramm rekonstruiert werden kann.
Die durch die galvanoplastische Abformung hergestellte metallische Nachbildung bietet sich auch für die Weiterverarbeitung bei der Spritzgußtechnik an. Ähnlich wie bei der Compact-Disk-(CD)-Herstellung wird die holografische Information von dieser metallischen Nachbildung (Prägestempel) in den eingespritzten Kunststoff wie z. B. Macrolon, Polycarbonat als Oberflächenreliefstruktur übertragen. Dabei lassen sich Werkzeuge für die Herstellung von z. B. Plastikkarten, Typenschilder, Etiketten, Miniatur-Disks mit integrierten holografischen Informationen ausführen und durch Spritzgußtechnik in großen Stückzahlen mit der benötigten optischen und mechanischen Qualität herstellen.
Im Rahmen der Ziffernblattherstellung findet nach der Beschreibung in der Patentschrift Nr. EP 287746 (Verfahren zur Herstellung einer dekorativen Oberflächenstruktur mit einem Hologramm oder einem Beugungsmuster) diese Methode bereits Anwendung zur dekorativen Gestaltung von Ziffernblättern.
Die zugrundeliegende Erfindung ermöglicht es, die beschriebene Vervielfältigungstechnik für die Herstellung der holografischen Informationsspeicher zu nutzen und als eine der vielen in Betracht kommenden Ausführungsformen die nach dieser Methode hergestellten Ziffernblätter als holografische Informationsspeicher auszugestalten. Dadurch erhalten die Ziffernblätter von Uhren völlig neue Funktionen.
Neben den reinen bisherigen Zeitinformations- und Dekorationselementen lassen sich gemäß dieser Erfindung analoge und maschinenlesbare Informationen in einem Ziffernblatt speichern, mit Laserlicht rekonstruieren und auf einer lichtempfindlichen Kamera, z. B. CCD-Kamera, VIDEO-Kamera abbilden (Fig. 3).
Als Informationen lassen sich z. B. die Beschreibung der kompletten Uhr, die dazugehörige technische Dokumentation, wie z. B. eine Auflistung der Ersatzteile, deren Bestellnummern usw. speichern. Weiterhin lassen sich eine Echtheitskennung sowie weitere für den Uhrenhersteller wichtige Daten unsichtbar in dem so hergestellten Ziffernblatt speichern.
Die jeweiligen Informationen werden von einer Filmvorlage/negativ und/oder transmissiven Flüssigkeitskristall-Anzeigen (Fig. 1-1/1-2) übernommen und als Objektinformation im Hologramm (Fig. 1-6) gespeichert. Um eine hohe Informationstrennung zu erreichen, werden die Filmvorlagen/negative unter definierten Winkeln zueinander angeordnet und gemeinsam als Fourierhologramm (Fig. 1 u. Fig. 2) aufgezeichnet.
Diese örtliche versetzte Anordnung (Fig. 2-1 bis 2-4) ermöglicht eine einfache Trennung der Informationen durch Drehung des Hologramms bzw. Ziffernblatts bzw. Uhr im Rekonstruktionsstrahl. Dadurch wird immer nur die unter diesem Winkel aufgezeichnete Information auf dem lichtempfindlichen Kamera-Sensor abgebildet und auf einem an die Kamera angeschlossenen VIDEO-Monitor dargestellt. (Fig. 3-3). Durch das Drehen des Ziffernblatts kann man quasi im Hologramm von Informationsseite zur nächsten Informationsseite optisch berührungslos "blättern".
Der gespeicherte Informationsumfang richtet sich nach dem Auflösungsvermögen der verwendeten Filmvorlagen, der holografischen Aufzeichnung, der Größe der Hologrammfläche sowie der Anzahl der Pixel der verwendeten Kamera und der verwendeten Zeichengröße. Diese lassen sich für die jeweilige Anwendung durch Anpassen der vorher beschriebenen Parameter optimieren.
Das Fourierhologramm ist so ausgeführt, daß der größte Teil des Ziffernblattes durch die üblichen Zeitinformations- und Dekorationselemente, Schriften, Namen usw. abgedeckt sein kann (Fig. 4), ohne daß die Rekonstruktion der holografischen Information und deren Lesbarkeit beeinträchtigt wird (Fig. 1).
Durch die Erfindung wird damit ermöglicht, die Ziffernblattfläche zusätzlich als Informationsspeicher zu verwenden, ohne die bisherige Ziffernblatt-Ausführungsformen einzuschränken (Fig. 4).
In einer ersten Ausführungsform ist daran gedacht, als Informationen, die für den Uhrenhersteller und den Uhrenfachhandel benötigten wichtigen technischen Daten/Beschreibungen im Ziffernblatt zu speichern, um diese gleich mit dem jeweiligen Uhrentyp mitzuliefern.
Weiterhin sollen Informationen enthalten sein, die die Echtheit der Uhr dokumentieren. Diese Echtheitsinformation soll ebenfalls optisch ausgelesen werden können. Hierbei können z. B. verschiedenste Informationen, Kodierungen, Funktionen Verwendung finden (Fig. 4-4).
Neben der Ausführung als metallische Nachbildung durch galvanoplastische Verfahren können diese auch als Informationsträger/Werkzeug für Ziffernblätter dienen, die in Spritzgußtechnik hergestellt werden. In der Regel ist hierfür ein "Negativ" des Mutterprägestempels herzustellen. Die in Spritzgußtechnik erzeugte Plastikkarte wird einseitig bedampft, z. B. verspiegelt oder mit einer dieelektrischen Schicht besputtert (Fig. 4-5), so daß eine Rekonstruktion der Transmissionshologramme in Reflexion möglich ist. Wichtig ist, daß die Gesamtstärke und das verwendete Substratmaterial eine genügend gute optische und mechanische Qualität besitzt, um eine unverzerrte Rekonstruktion der gespeicherten Information zu ermöglichen.
Eine andere Ausführungsform ist eine Ausweiskarte. Diese kann in der bekannten Spritzgußtechnik von der metallischen Nachbildung des Hologramms in den benötigten Formaten hergestellt werden (Fig. 5).
Solche Ausweiskarten können neben der zusätzlichen holografischen Datenspeicherung weitere Merkmale beinhalten, die gegen Kopieren und Fälschen der Ausweiskarten schützen. Diese können analoge, maschinenlesbare Informationen und Kodierungen sowie optische Funktionen sein (Fig. 5-3). Weiterhin können diese Ausweiskarten z. B. im Tamper-Druckverfahren bedruckt werden, ohne daß die Rekonstruktion der holografisch gespeicherten Information beeinträchtigt wird (Fig. 5-4).
Dabei können die aufgedruckten Informationen oder Teile davon mit den holografisch gespeicherten Informationen in Korrespondenz stehen. Diese Informationskorrespondenz kann gleichzeitig auch als Verschlüsselung bzw. Kodierung dienen - z. B. kann die im Hologramm gespeicherte alpha-numerische Information auf dem Ausweis als maschinenlesbarer Kode (z. B. Barkode) aufgedruckt sein. Die Echtheit kann dann über die Übereinstimmung zwischen holografischer unsichtbarer Information und aufgedruckter maschinenlesbarer Information festgestellt werden (Fig. 7).
Die aufgedruckten Informationen können alpha-numerische, maschinenlesbare Zeichen, sowie grafische und fotografische Bilder sein (Fig. 7-1).
Neben der individuellen Ausführung mittels Drucktechniken kann auch eine Individualisierung mit Laser-Beschriftungssystemen erfolgen. Dabei wird mit dem fokussierten Laserstrahl vorzugsweise die spiegelnde Bedampfung (Fig. 5-2/5-7) derart entfernt, daß die Karten an diesen Stellen transparent (Fig. 5-7) wird und die Information deutlich erkennbar und lesbar erscheint. Anstelle einer metallischen Bedampfung kann auch eine Besputterung mit einem geeigneten Dielektrikum erfolgen.
Durch die Kombination der verschiedenen Druck-, Laserbeschriftungs- und holografischer Speicherungstechniken wird eine sehr hohe Fälschungssicherheit erzielt. Durch die Zugrundelegung des Informationskorrespondenz-Prinzips bei der Verknüpfung identischer Informationen mit den verschiedenen aufgeführten Techniken auf einem Trägermaterial kann eine hohe Fälschungs- und Kopiersicherheit erreicht werden. Der gerätetechnische Aufwand und das dafür benötigte Fachwissen sind weitere wichtige Elemente, die Fälschungen extrem erschweren.
Als weitere Ausführungsform soll das Typenschild erwähnt werden (Fig. 6). Die Herstellung erfolgt analog der Ausweiskarte, lediglich die Formate entsprechen den üblichen Formaten von Typenschildern. Die holografisch gespeicherten Informationen enthalten vorzugsweise technische und logistische Daten für Marketing- und Service-Zwecke.
Die aufgedruckte Information kann alpha-numerisch, grafisch oder maschinenlesbar sein (Fig. 6-4).
Als weiterer mechanischer Schutz können diese Ausweiskarten mit einem Schutzlack und/oder Schutzfolie versehen werden (Fig. 6-1).
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist die Rekonstruktion der holografisch gespeicherten Information. Anders als bei digitalen Daten, die sequentiell ausgelesen und weiterverarbeitet werden, kann die gesamte auf dem lichtempfindlichen Sensor abgebildete Information als VIDEO-Signal übertragen und auf einem VIDEO-Monitor dargestellt werden (Fig. 3).
Trotz enormer Speicherdichte ist durch die analoge Aufzeichnung der Information und der Speicherung in einem Fourierhologramm keine aufwendige Positionierung für den Leseprozeß erforderlich (Fig. 3-4). Im Gegensatz zur reinen Laserkarte wird kein fokussierter Laserstrahl benötigt.
Es ist ein weiterer großer Vorteil dieser Erfindung, daß für den Leseprozeß ein aufgeweiteter Laserstrahl ausreicht (Fig. 3). Für eine vollständige Rekonstruktion ist aufgrund der Ausführung als Fourierhologramm sowie der damit vorhandenen hohen Datenredundanz nicht einmal die vollständige Ausleuchtung des verwendeten Datenträgers erforderlich.
Hieraus resultiert trotz einer anspruchslosen mechanischen Positionierungseinrichtung eine hohe Lesesicherheit. Bei Erreichen des jeweils durch die Aufnahmegeometrie vorgegebenen Rekonstruktionswinkels (Fig. 1/Fig. 2), erscheint die dazugehörige Information vollständig auf dem VIDEO-Monitor (Fig. 3-5).

Claims (31)

1. Holografischer Informationsspeicher zur Speicherung von analogen sowie maschinenlesbaren Informationen in für die verschiedensten Anwendungen geeigneten Substrate, wobei die im Hologramm gespeicherten Informationen so aufgezeichnet werden, daß sie sich durch Drehung des Hologramms in der Hologrammfläche voneinander getrennt rekonstruieren und darstellen lassen.
2. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei dem die analogen sowie wie maschinenlesbaren Informationen als Fourierhologramm aufgezeichnet werden, um eine hohe Redundanz der in den jeweiligen Substraten gespeicherten Informationen zu erzielen.
3. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 2, bei dem die Rekonstruktion und Lesbarkeit der im Hologramm gespeicherten Informationen durch zusätzlich auf dem Hologramm aufgebrachte Informationen oder durch den Gebrauch entstehende Störungen, wie Kratzer, Verschmutzung aufgrund der hohen Datenredundanz nicht beeinträchtigt wird.
4. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 3, bei dem es sich bei den zusätzlich auf das Hologramm aufgebrachten Informationen um lesbare sowie dekorative bzw. kombinierte Informationen handelt.
5. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 4, bei dem die holografisch gespeicherten Informationen die Lesbarkeit bzw. Erkennbarkeit der zusätzlich aufgebrachten Information nicht beeinträchtigen.
6. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei dem die für die jeweilige Anwendung zur Verfügung stehende Substratfläche zum einen für die holografische Informationsspeicherung sowie für die Aufbringung weiterer lesbarer und/oder dekorativer Informationen verwendet werden kann.
7. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei dem die Rekonstruktion der holografischen Informationen mittels Laserlicht erfolgt.
8. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 6, bei dem die zusätzlich aufgebrachten Informationen und/oder Dekorationen mit inkohärentem Licht gelesen und erkannt werden können.
9. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei dem zwischen den im Hologramm gespeicherten und zusätzlich aufgebrachten Informationen eine Informationskorrespondenz besteht.
10. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei dem sich die rekonstruierte holografische Information auf einem Bildsensor abbilden und auf einem angeschlossenen Monitor darstellen läßt.
11. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, der neben analogen und dekorativen Informationen auch verschlüsselte Informationen beinhalten kann, mit denen eine eindeutige, kopier- und fälschungssichere Identifizierung möglich ist.
12. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei dem sich die im Hologramm gespeicherten Informationen auch noch bei einer Abdeckung des Hologramms durch zusätzliche Informationen von bis zu 90% der zur Verfügung stehenden Fläche vollständige rekonstruieren und lesen lassen.
13. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei dem je nach Anwendungszweck und geforderte Auflösung verschiedene zur Verfügung stehende holografische Aufzeichnungsmaterialien verwendet werden können.
14. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei dem sich je nach Anwendungszweck die im Laserlichthologramm gespeicherten Informationen in ein Fotoresisthologramm sowie durch Galvanotechnik in eine metallische Nachbildung (Prägehologramm) übertragen lassen.
15. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 14, bei dem die metallische Nachbildung direkt als Hologramm-Substrat oder als Mastervorlage für eine weitere Herstellung von Prägehologrammen durch thermoplastische Verformung von Kunststoff-Folien/Heißprägefolien oder durch Spritzgußtechnik verwendet werden kann.
16. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 15, bei dem die Verwendung bzw. Übertragung auf verschiedenen Substrate nicht zu einer Beeinträchtigung der optischen Übertragungsqualität führt.
17. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei dem je nach geforderter Informationsauflösung, Speicherdichte, Rekonstruktionsqualität und Anwendung die hierfür geeigneten Substrate verwendet werden.
18. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei dem das Hologramm vorzugsweise in Reflexion ausgelesen werden kann.
19. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei denen Transmissionshologramme durch zusätzliche spiegelnde Beschichtungen so ausgeführt werden, daß sie in Reflexion ausgelesen werden können.
20. Holografische Informationsspeicher nach Anspruch 1, bei denen die für die holografische Aufzeichnung benötigten Vorlagen/Filme unter definierten Winkeln so angeordnet werden, daß eine optimale Informationsspeicherung und -trennung sowie ein optimaler Signal/Rauschabstand erreicht wird.
21. Holografischer Informationsspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 20, bei dem die Kombination aus holografisch gespeicherten Informationen und zusätzlich aufgebrachten Informationen/Dekorationen als galvanoplastisch hergestelltes Ziffernblatt ausgeführt ist.
22. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 21, bei dem zusätzlich eine verschlüsselte holografische Information im Ziffernblatt gespeichert ist, welche zur Echtheitserkennung dient.
23. Holografischer Informationsspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 20, bei dem der Informationsträger durch Spritzgußtechnik von einer metallischen Nachbildung des Fotoresisthologramms in Form einer Plastikkarte, Miniatur-Disk, Typenschild oder Etikett ausgeführt ist und als produktbezogene Dokumentation/Beschreibung/Identifizierung dient.
24. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 23, bei denen der Informationsträger als Ausweiskarte ausgeführt ist.
25. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 24, bei dem auf der Ausweiskarte eine Kombination von Laserlicht- und Weißlichthologrammen und/oder optische Beugungsgitter durch galvanoplastische Rekombinationstechnik angebracht sind. Diese können durch die vorher beschriebene Spritzgußtechnik und/oder die Replikation in eine Kunststoff-Folie/Heißprägefolie hergestellt und anschließend auf ein anderes Substrat auflaminiert werden.
26. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 23, bei denen Teilflächen unmetallisiert bleiben, um eine Kombination mit Transmissionshologrammen und/oder transmissiven optischen Gittern zu ermöglichen.
27. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 23, bei denen die metallische Verspiegelung entsprechend der aufgedruckten Masken und/oder Informationen wieder demetallisiert werden, so daß die Verspiegelung ebenfalls als weitere Informationsfläche verwendet und mit den anderen Informationen kombiniert werden kann.
28. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 23, bei denen neben der winkelversetzten Anordnung der einzelnen Informationsflächen eine Kombination mit einer matrixartigen Anordnung gewählt wird, um neben der rotativen Auslesung auch eine translative Auslesung zu ermöglichen.
29. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 23, bei denen die Weißlichthologramme und/oder optische Gitter sowie Informationen in der metallischen Verspiegelung durch Weißlichtquellen und monochromatische Lichtquellen detektiert und ausgelesen werden können.
30. Holografischer Informationsspeicher nach Anspruch 23, bei denen anstelle einer metallischen Bedampfung eine dieelektrische Beschichtung durchgeführt wird, um so die Transparenz des verwendeten Materials ausnutzen und erhalten zu können.
31. Holografischer Informationsspeicher nach den vorhergenannten Ansprüchen, bei denen die holografische Reliefstruktur durch einen Lack oder eine Folie zusätzlich geschützt wird.
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