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Die
Erfindung betrifft ein Packband, das eine Polymerfolie aufweist
und als holographischer Datenträger
verwendet werden kann.
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Packbänder, die
eine Polymerfolie enthalten, deren Unterseite in der Regel mit einer
Klebeschicht versehen ist, werden beim Verpacken von Gegenständen in
großem
Umfang benutzt. Häufig
ist die Polymerfolie durch eine Gewebeeinlage verstärkt. Ein
derartiges Packband kann z.B. um einen Karton gewickelt werden,
um den Karton zu verschließen und
gegebenenfalls auch abzudichten oder zu verstärken.
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Für logistische
Zwecke werden derzeit neben herkömmlichen
Transportpapieren vor allem Barcodes verwendet. Dabei wird z.B.
ein Etikett mit einem eindimensionalen oder zweidimensionalen Barcode
auf ein Paket geklebt. Der Barcode enthält z.B. eine Referenznummer,
der mit Hilfe der elektronischen Datenverarbeitung weitere Informationen
zugeordnet werden können.
Die direkte Speicherkapazität
von Barcodes ist aber sehr begrenzt. In naher Zukunft ist auch mit
dem Einsatz von Transpondern für
logisti sche Zwecke zu rechnen. Transponder haben den Vorteil, dass
sie ohne freie optische Sicht detektiert werden können. Ihre
Speicherkapazität
ist dagegen gering, und die Kosten für einen Masseneinsatz sind
derzeit noch zu noch.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit
zu schaffen, um einen Gegenstand, insbesondere einen verpackten Gegenstand
bzw. dessen Verpackung, mit einer größeren Menge an Information
zu versehen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Packband mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein
Packband, das eine Polymerfolie aufweist, als holographischer Datenträger angewendet,
wobei das Packband zum Speichern von holographischer Information
eingerichtet ist. Vorzugsweise wird das Packband zum Verpacken von
Gegenständen
benutzt. Andere Anwendungen, z.B. als Etikett, sind aber ebenfalls
denkbar. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Packband
eine Klebeschicht auf, damit es selbstklebend an einem Gegenstand
anhaftet. Es kann auch weitere Komponenten haben, z.B. eine Gewebeeinlage als
Verstärkung.
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Da
das Packband zum Speichern von holographischer Information eingerichtet
ist, kann es große
Datenmengen aufnehmen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Barcodes können daher
einem Gegenstand auf direkte Weise größere Mengen an Information
zugeordnet werden. Beispiele dafür
sind bei einem Paket, das unter Benutzung des Packbands verpackt
ist, die Lieferadresse, der Absender, Transportpapiere, aber auch
z.B. Sicherheitsdatenblätter, Handbücher und ähnliches.
So ermöglicht
es die Erfindung, Gegenstände
auf schnelle und kostengünstige
Weise unter Einsparung von Arbeitsschritten zu verpacken und mit
Informationen für
logistische Zwecke, aber auch mit zusätzlichen Informationen zu versehen.
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Die
holographische Information wird vorzugsweise in Form von maschinenlesbaren
Datenseiten gespeichert, wie weiter unten näher erläutert. Bei der Verwendung des
Packbands kann zunächst ein
Gegenstand unter Benutzung des Packbands verpackt werden, und anschließend wird
holographische Information in das Packband eingegeben. Alternativ
kann zunächst
holographische Information in das Packband eingegeben werden, z.B.
nach dem Abwickeln von einer Vorratsrolle in einer für diesen Zweck
vorgesehenen Schreibeinrichtung, und anschließend wird der Gegenstand unter
Benutzung des Packbands verpackt. Mischformen sind ebenfalls denkbar,
bei denen holographische Information vor und nach dem Verpacken
des Gegenstands in das Packband eingeschrieben wird. Bei derartigen
Anwendungen lassen sich herkömmliche
Verpackungsmaschinen benutzen. Lediglich zum Eingeben der holographischen
Information ist eine zusätzliche Schreibeinrichtung
erforderlich. Derartige Schreibeinrichtungen, die z.B. einen Laserlithografen
aufweisen, haben ein relativ kleines Volumen, so dass eine vorhandene
Verpackungsmaschine mit vertretbarem Aufwand nachgerüstet werden
kann. Die in das Packband einzugebende Information lässt sich
ohne Probleme spezifisch auf den gegebenen zu verpackenden Gegenstand
abstimmen.
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Geeignete
Materialien für
die Polymerfolie sind z.B. Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyester, Polyethylenterephthalat
(PET), Polyethylennaphthalat, Polymethylpenten (PMP; auch Poly-2-methylpenten)
sowie Polyimid. Die Polymerfolie hat vorzugsweise eine Stärke, wie
sie bei herkömmlichen
Packbändern üblich ist
und für
die gewünschte
Festigkeit erforderlich. wenn nur eine Anzahl begrenzter Bereiche
des Packbands zum Speichern von holographischer Information eingerichtet
ist (siehe unten), können
derartige Bereiche eine eigene Polymerfolie haben, die erheblich
dünner
ist als die Tragstruktur des Packbands; in diesem Fall ist es auch
denkbar, dass die Tragstruktur des Packbands selbst gar keine Polymerfolie
aufweist.
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Die
Polymerfolie kann vertreckt sein und ist vorzugsweise biaxial verstreckt,
z.B. indem sie bei der Herstellung innerhalb ihrer Ebene in zwei
senkrecht aufeinander stehenden Richtungen vorgespannt wird. Dies
erhöht
in der Regel die Festigkeit der Polymerfolie. Ferner ist bei einer
verstreckten Polymerfolie im Folienmaterial eine hohe Energiedichte gespeichert.
Durch lokale Erwärmung
unter Deposition einer verhältnismäßig geringen
Energiemenge pro Flächeneinheit,
z.B. mit Hilfe eines Schreibstrahls einer Schreibeinrichtung, kann
eine relativ starke Materialänderung
mit einer Veränderung
der lokalen Eigenschaften der Polymerfolie erzielt werden.
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Verstreckte
Polymerfolien eignen sich daher besonders für eine vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung. Dabei ist die Polymerfolie lokal durch Erwärmung veränderbar
und zum Speichern von holographischer Information über die
lokalen Eigenschaften der Polymerfolie eingerichtet. Es gibt verschiedene Möglichkeiten
zum Ausnutzen dieses Effekts.
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Bei
einer Möglichkeit
ist die Brechzahl der Polymerfolie lokal durch Erwärmung veränderbar, wobei
optische Phaseninformation über
die lokale optische Weglänge
in der Polymerfolie abspeicherbar ist und es vorgesehen ist, die
Polymerfolie beim Auslesen von Information in Transmission zu durchstrahlen.
In der Polymerfolie lässt
sich also lokal, d. h. in einem zum Speichern einer Informationseinheit vorgesehenen
Bereich, Phaseninformation ablegen, indem in diesem Bereich die
Brechzahl durch Erwärmung
(z.B. mit Hilfe eines Schreibstrahls einer Schreibeinrichtung) verändert wird.
Die lokale Änderung
der Brechzahl bewirkt eine Änderung
der optischen Weglänge
der beim Auslesen von Information aus der Polymerfolie verwendeten
Strahlung (die die Polymerfolie in Transmission durchstrahlt). Die
optische Weglänge
ist nämlich
das Produkt aus der geometrischen Weglänge und der Brechzahl; über eine Änderung
der Brechzahl lässt
sich also die lokalen Phasenlage der beim Auslesen von Information
eingesetzten Strahlung beeinflussen, d.h. die gewünschte holographische
Information als Phaseninformation abspeichern. Ein auf diese Weise
in der Polymerfolie des Packbands erzeugtes Hologramm ist demnach
ein refraktives Phasenhologramm.
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Bei
einer anderen Möglichkeit
ist die Oberflächenstruktur
der Polymerfolie lokal durch Erwärmung veränderbar,
wobei holographische Information über die lokale Oberflächenstruktur
der Polymerfolie abspeicherbar ist. In diesem Fall lässt sich
also die Oberflächenstruktur
oder Topographie der Polyerfolie lokal verändern, indem z.B. ein als Schreibstrahl
dienender Laserstrahl auf die Polymerfolie, vorzugsweise deren Oberflächenzone,
fokussiert wird, so dass die Lichtenergie dort absorbiert und in
Wärmeenergie umgewandelt
wird. Insbesondere, wenn der Laserstrahl kurzzeitig (gepulst) eingestrahlt
wird, bleibt die zu der lokalen Änderung
der Oberflächenstruktur
führende
Materialveränderung
in der Polymerfolie aufgrund der allgemein schlechten Wärmeleitfähigkeit des
Poylmers auf ein sehr enges Volumen begrenzt. Wenn die holograpische
Information Punkt für
Punkt in die Polymerfolie des Packbands eingegeben wird, wobei der
einem Punkt zugeordnete Bereich typischerweise lineare seitliche
Abmessungen in der Größenordnung
von 0,5 μm
bis 1 μm
hat, ändert
sich das Höhenprofil
der Polymerfolie typischerweise um 50 nm bis 500 nm, was im Einzelnen
von den Eigenschaften und Betriebsbedingungen des Schreibstrahls
sowie den Eigenschaften des Packbands abhängt. Das Punktraster, d.h.
der Mittenabstand zwischen zwei Punkten ("Pits"),
liegt typischerweise im Bereich von 1 μm bis 2 μm. Generell gilt, dass kürzere Lichtwellenlängen des
Schreibstrahls ein engeres Punktraster zulassen.
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Der
Polymerfolie kann ein Absorberfarbstoff zugeordnet sein, der dazu
eingerichtet ist, einen zum Eingeben von Information dienenden Schreibstrahl zumindest
teilweise zu absorbieren und die dabei erzeugte Wärme zumindest
teilweise lokal an die Polymerfolie abzugeben. Ein derartiger Absorberfarbstoff ermöglicht eine
zur Änderung
der lokalen Eigenschaften der Polymerfolie (z.B. der Änderung
der lokalen Brechzahl oder der lokalen Oberflächenstruktur) ausreichende
lokale Erwärmung
der Polymerfolie bei relativ geringer Intensität des Schreibstrahls. Der Absorberfarbstoff
kann in dem Material der Polymerfolie enthalten sein. Er kann aber
auch in einer separaten Absorberschicht angeordnet sein, die vorzugsweise
ein Bindemittel aufweist; Mischformen sind ebenfalls denkbar. So
kann die Absorberschicht z.B. eine dünne Schicht (z.B. einer Dicke
von 0,5 μm
bis 5 μm)
aus einem optisch transparenten Polymer aufweisen (z.B. aus Polymethylmethacrylat
(PMMA) oder, bei Anwendungen für
höhere
Temperaturen, aus Polymethylpenten, Polyetheretherketon (PEEK) oder
Polyetherimid), das als Matrix oder Bindemittel für die Moleküle des Absorberfarbstoffs
dient. Das Absorptionsmaximum des Absorberfarbstoffs sollte mit
der Lichtwellenlänge
des verwendeten Schreibstrahls zusammenfallen, um eine effiziente
Absorption zu erzielen. Für
eine Lichtwellenlänge
von 532 nm eines von einem Laser erzeugten Schreibstrahls sind z.B.
Farbstoffe aus der Sudanrot-Familie (Diazofarbstoffe) oder (für besonders
polare Kunststoffe) Eosinscharlach geeignet. Für die gebräuchlichen Laserdioden mit einer
Lichtwellenlänge
von 650 bis 660 nm oder 685 nm sind grüne Farbstoffe, z.B. aus der
Styryl-Familie (die als Laserfarbstoffe gebräuchlich sind), besser geeignet.
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Bei
einer alternativen Ausgestaltung trägt die Polymerfolie eine Farbstoffschicht
mit einem durch Belichtung veränderbaren
Farbstoff. Dabei ist die holographische Information über das
lokale Absorptionsvermögen
in der Farbstoffschicht abspeicherbar. Beim Auslesen von Information
wird die Farbstoffschicht durchstrahlt, wobei das infolge von Veränderungen
in dem Farbstoff lokal variierende Absorptionsvermögen in der
Farbstoffschicht die Strahlung beeinflusst, was die Rekonstruktion
eines holographischen Bildes ermöglicht.
Der lokale Bereich zum Speichern einer Informationseinheit hat typischerweise
lineare Abmessungen (d.h. z.B. eine Seitenlänge oder einen Durchmesser)
in der Größenordnung
von 0,5 μm
bis 1 μm,
aber auch andere Größen sind
möglich.
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Vorzugsweise
werden die Moleküle
des Farbstoffs bei Belichtung mit Strahlung, die zum Eingeben von
holographischer Information dient, ausgebleicht oder zerstört. Unter "Ausbleichen" versteht man die
Schädigung
des chromophoren Systems eines Farbstoffmoleküls durch Anregung mit intensivem
Licht geeigneter Wellenlänge,
ohne dabei das Grundgerüst
des Farbstoffmoleküls
zu zerstören. Das
Farbstoffmolekül
verliert dabei seine Farbeigenschaften und wird bei ausreichender
Belichtung für das
zum Bleichen verwendete Licht optisch transparent. Wird dagegen
auch das Grundgerüst
eines Farbstoffmoleküls
zerstört,
spricht man bei der durch die Belichtung bewirkten Veränderung
von "Zerstörung" des Farbstoffs.
Das zum Belichten, also zum Eingeben von Information, verwendete
Licht muss nicht im sichtbaren Wellenlängenbereich liegen.
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Die
Farbstoffschicht weist vorzugsweise eine Polymermatrix auf, in die
Farbstoffmoleküle
eingebettet sind. Vorzugsweise sind die Farbstoffmoleküle homogen
in der Farbstoffschicht oder einem Teil der Farbstoffschicht verteilt.
Als Materialien für
die Polymermatrix bieten sich Polymere oder Copolymere, wie z.B.
Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimide, Polyetherimide, Polymethylpenten,
Polycarbonat, cycloolefinische Copolymere oder Polyetheretherketon (PEEK),
an. Beim Herstellen des Packbands kann eine Polymermatrix, die Farbstoff
enthält,
z.B. durch Aufrakeln auf die als Träger dienende Polymerfolie oder
auf eine zuvor auf die Polymerfolie aufgebrachte Reflexionsschicht
(siehe unten) aufgetragen werden.
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Als
Farbstoff sind leicht ausbleichbare Farbstoffe besonders geeignet,
wie z.B. Azo- und Diazofarbstoffe (z.B. die Sudanrot-Familie). So lässt sich bei
Farbstoffen aus der Sudanrot-Familie Information mit einem Schreibstrahl
einer Lichtwellenlänge
von 532 nm eingeben. Vorzugsweise sind derartige Farbstoffe jedoch
nicht so instabil gegen Belichtung, dass bereits duch Umgebungslicht
(Sonne, künstliche
Beleuchtung) ein Bleichvorgang einsetzt. Wenn der Schreibstrahl
mit einem Laser erzeugt wird, lassen sich deutlich höhere Intensitäten in der
Farbstoffschicht erzielen als bei Belichtung durch Umgebungslicht,
so dass Farbstoffe zur Verfügung
stehen, die für
die gewünschte
Anwendung zumindest weitgehend unempfindlich gegen Umgebungslicht
sind. Der Farbstoff muss also nicht lichtempflindlich sein, ganz
im Gegensatz zu einem photographischen Film. Soll der Farbstoff
dagegen nicht ausgebleicht, sondern mit höherer Laserleistung zerstört werden,
kann man auf eine Vielzahl von Farbstoffen zurückgreifen. Vorzugsweise ist
dabei das Absorptionsmaximum des jeweiligen Farbstoffs an die Wellenlänge des
als Schreibstrahls verwendeten Lasers angepasst. Weitere geeignete
Farbstoffe sind Polymethinfarbstoffe, Arylmethinfarbstoffe, Aza
[18] annulen-Farbstoffe sowie Triphenylmethanfarbstoffe.
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Da
es möglich
sein soll, die Hologramme des Packbands, d.h. die in das Packband
eingegebene holographische Information, auch dann auszulesen, wenn
das Packband z.B. auf ein Paket aufgeklebt ist, ist es vorteilhaft,
wenn das Packband eine Reflexionsschicht aufweist, die dazu eingerichtet
ist, zum Auslesen von holograpischer Information dienendes Licht
zu reflektieren. Das Licht wird dabei auf das Packband gerichtet
und von der Reflexionsschicht zurückgeworfen, wobei es von den
zum Speichern von holographischer Information bewirkten Veränderungen
an dem Packband moduliert wird. Das reflektierte Licht kann dann
in einer günstigen
geometrischen Anordnung erfasst werden, um ein holographisches Bild
der holographischen Information zu rekonstruieren. An welcher Stelle
des Packbands, bezogen auf dessen Querschnitt, die Reflexionsschicht am
vorteilhaftesten angeordnet ist, hängt von dem Effekt ab, der
zum Speichern von holographischer Information genutzt wird. Der
Leseprozess kann aber auch ohne zusätzliche Reflexionsschicht erfolgen, was
je nach Anwendungsfall sogar zu besseren Ergebnissen führen kann.
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Wenn
optische Phaseninformation über
die lokale optische Weglänge
in der Polymerfolie abgespeichert wird, ist es vorgesehen, die Polymerfolie beim
Auslesen von Information vorzugsweise in Transmission zu durchstrahlen.
In diesem Falle befindet sich die Reflexionsschicht vorzugsweise
zwischen der Polymerfolie und einer Klebeschicht. Wenn holographische
Information über
die lokale Oberflächenstruktur
der Polymerfolie abgespeichert wird, kann die Reflexionsschicht
ebenfalls zwischen der Polymerfolie und einer Klebeschicht angeordnet sein;
in diesem Falle wird die Oberflächenstruktur
der Polymerfolie beim Auslesen von Information zweimal durchstrahlt.
Alternativ kann die Reflexionsschicht an der Oberfläche der
Polymerfolie angeordnet sein, deren lokale Struktur beim Eingeben
der holographischen Information verändert wird, also vorzugsweise an
der Oberseite der Polymerfolie. Wenn eine Farbstoffschicht zum Einsatz
kommt, die beim Auslesen von Information in Transmission durchstrahlt
wird, befindet sich die Reflexionsschicht z.B. zwischen der Polymerfolie
und der Farbstoffschicht oder zwischen einer Klebeschicht und der
Polymerfolie.
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Die
zu speichernde holographische Information kann in das Packband eingegeben
werden, indem in einem Hologramm eines Speicherobjekts enthaltene
holographische Information als zweidimensionale Anordnung berechnet
wird und ein Schreibstrahl einer Schreibeinrichtung, vorzugsweise
eines Laserlithographen, auf das Packband gerichtet und entsprechend
der zweidimensionalen Anordnung so angesteuert wird, dass die lokalen
Eigenschaften des Packbands gemäß der holographischen
Information eingestellt werden. Da die physikalischen Vorgänge bei
der Streuung von Licht an einem Speicherobjekt bekannt sind, kann
z.B. ein herkömmlicher
Aufbau zum Erzeugen eines Hologramms (bei dem kohärentes Licht
von einem Laser, das von einem Objekt (Speicherobjekt) gestreut
wird, mit einem kohärenten Referenzstrahl
zur Interferenz gebracht wird und das dabei entstehende Interferenzmuster
als Hologramm aufgenommen wird) mit Hilfe eines Computerprogramms
simuliert und das Interferenzmuster bzw. die Modulation der lokalen
Eigenschaften des Packbands als zweidimensionale Anordnung (zweidimensionaler
Array) berechnet werden.
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Wie
weiter oben bereits erläutert,
sind Beispiele für
die lokalen Eigenschaften des Packbands, die gemäß der holographischen Information
eingestellt werden, die lokale Brechzahl der Polymerfolie, die lokale
Oberflächenstruktur
der Polymerfolie sowie das lokale Absorptionsvermögen einer
von der Polymerfolie getragenen Farbstoffschicht.
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Die
Auflösung
eines geeigneten Laserlithographen beträgt typischerweise etwa 50 000
dpi (dots per inch). Damit kann die Polymerfolie bzw. eine von der
Polymerfolie getragene Farbstoff schicht lokal in Bereichen oder
Pits einer Größe von etwa
0,5 μm bis 1 μm verändert werden.
Die Schreibgeschwindigkeit und andere Details hängen unter anderem von den Parametern
des Schreiblasers (Laserleistung, Lichtwellenlänge) und der Belichtungsdauer
sowie von den Eigenschaften der Polymerfolie, der Farbstoffschicht
oder eines etwaigen Absorberfarbstoffs ab.
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Die
holographische Information wird also vorzugsweise in Form von Pits
vorgegebener Größe eingegeben;
der Begriff "Pit" ist hier allgemeiner
im Sinne eines veränderten
Bereichs zu verstehen und nicht eingeschränkt auf seine ursprüngliche
Bedeutung (Loch oder Vertiefung). Dabei kann in einem Pit die holographische
Information in binär
kodierter Form gespeichert werden. Das heißt, im Bereich eines gegebenen
Pits nehmen die lokalen Eigenschaften des Packbands nur eine von
zwei möglichen Grundformen
(Grundwerten) an. Diese Grundformen unterscheiden sich vorzugsweise
deutlich, damit in der Praxis vorkommende Zwischenformen, die nahe bei
der einen oder der anderen Grundform liegen, eindeutig der einen
oder der anderen Grundform zugeordnet werden können, um die Information zuverlässig und
eindeutig zu speichern.
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Alternativ
kann in einem Pit die holographische Information in kontinuierlich
kodierter Form gespeichert werden, wobei die lokalen Eigenschaften des
Packbands in dem Pit gemäß einem
Wert aus einem vorgegebenen Wertebereich eingestellt werden. Wenn
z.B. die lokale Oberflächenstruktur
der Polymerfolie eingestellt werden soll, wird also die lokale maximale
Höhenänderung
der Oberflächenstruktur in
dem Pit aus einem vorgegebenen Wertebereich ausgewählt. Dies
bedeutet, dass in einem gegebenen Pit die Oberflächenstruktur der Polymerfolie
Zwischenformen zwischen zwei Grundformen annehmen kann, so dass
die maximale Höhenänderung
der vorliegenden Zwischenform einen Wert aus einem vorgegebenen
Wertebereich annimmt, dessen Grenzen durch die maximalen Höhenänderungen
der beiden Grundformen gegeben sind. In diesem Fall lässt sich
die Information also "in
Graustufen" abspeichern,
so dass jedem Pit der Informationsgehalt von mehr als einem Bit
zukommt. Entsprechendes gilt für die
Einstellung der lokalen Brechzahl der Polymerfolie oder des lokalen
Absorptionsvermögens
in der Farbstoffschicht.
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Zum
Auslesen von holographischer Information aus dem Packband kann Licht,
vorzugsweise kohärentes
Licht (z.B. von einem Laser), großflächig auf das Packband gerichtet
werden. Dabei wird das Licht von den lokal variierenden Eigenschaften
des Packbands (z.B. der Brechzahl oder der Oberflächenstruktur
der Polymerfolie oder dem Absorptionsvermögen der Farbstoffschicht) moduliert.
Nach Reflexion an dem Packband, also vorzugsweise nach Reflexion
an einer Reflexionsschicht, wird als Rekonstruktion der in dem von
dem Licht erfassten Bereich enthaltenen holographischen Information
ein holographisches Bild in einem Abstand zu dem Packband erfasst,
z.B. mit einem CCD-Sensor, der mit einer Datenverarbeitungseinrichtung
verbunden ist.
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Unter
dem Begriff "großflächig" ist eine Fläche zu verstehen,
die deutlich größer ist
als die Fläche
eines Pits. In diesem Sinne ist z.B. eine Fläche von 1 mm2 großflächig. Für das Schema,
nach dem Information abgelegt und ausgelesen wird, gibt es viele
verschiedene Möglichkeiten.
Es ist denkbar, ein Hologramm an dem Packband auf einmal auszulesen,
indem die gesamte Fläche
des als Hologramm eingerichteten Bereichs des Packbands auf einmal bestrahlt
wird. Insbesondere bei größeren Flächen ist es
jedoch vorteilhaft, die zu speichernde Information auf eine Anzahl
oder Vielzahl von Einzelbereichen aufzuteilen (z.B. mit einer jeweiligen
Fläche
von 1 mm2) und die Information lediglich
aus einem vorgegebenen Einzelbereich auf einmal auszulesen.
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Beim
Auslesen von Information kommt es durch die lokal variierenden Eigenschaften
des Packbands zu Laufzeitunterschieden der von verschiedenen Punkten
ausgehenden Lichtwellen, also im Wesentlichen zu einer periodischen
Phasenmodulation (was insbesondere bei einer lokalen Einstellung
der Brechzahl oder der Oberflächenstruktur
der Polymerfolie gilt) oder zu einer Amplitudenmodulation (insbesondere
bei einem lokal variierenden Absorp tionsvermögen einer Farbstoffschicht).
Der von dem Licht erfasste Bereich des Packbands wirkt so wie ein
Beugungsgitter, das einfallendes Licht in einer definierten Art
und Weise ablenkt. Das abgelenkte Licht formt ein Bild des Speicherobjekts,
das die Rekonstruktion von gespeicherter holographischer Information
darstellt.
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Grundsätzlich lässt sich
mit dem Packband holographische Information von unterschiedlichen Arten
von Speicherobjekten nutzen. So kann z.B. die in Bildern, wie z.B.
Fotografien, Logos, Schriften, usw., enthaltene Information gespeichert
und ausgelesen werden. Besonders vorteilhaft ist jedoch das Speichern
maschinenlesbarer Daten, da so z.B. die eingangs erwähnten Daten,
wie Lieferadresse, Absender, Transportpapiere, Sicherheitsdatenblätter, Handbücher und ähnliches,
abgelegt werden können.
Dies erfolgt beispielsweise in Form sogenannter Datenseiten, wobei
die in einem Hologramm eines graphischen Bitmusters (das die Dateninformation darstellt)
enthaltene holographische Information wie erläutert in das Packband eingegeben
wird. Beim Auslesen entsteht ein holographisches Bild dieses graphischen
Bitmusters. Die darin enthaltene Information kann z.B. mit Hilfe
eines genau justierten CCD-Sensors erfasst und über zugehörige Auswertesoftware verarbeitet
werden. Für
die Wiedergabe von Bildern, bei denen es nicht auf eine hohe Genauigkeit
ankommt, reicht im Prinzip bereits eine einfache Mattscheibe oder
z.B. eine Kamera mit einem LCD-Bildschirm. Bei der holographischen
Speicherung maschinenlesbarer Daten ist es vorteilhaft, dass die
Information nicht sequentiell ausgelesen werden muss, sondern dass
ein ganzer Datensatz auf einmal erfasst werden kann, wie erläutert. Sollte
die Oberfläche
des Packbands beschädigt
sein, so führt
dies im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Datenspeicher nicht zu einem Datenverlust, sondern lediglich zu
einer Verschlechterung der Auflösung
des beim Auslesen der Information rekonstruierten holographischen Bildes,
was in der Regel unproblematisch ist.
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Es
ist nicht erforderlich, dass das gesamte Packband zum Speichern
von holographischer Information eingerichtet ist. Für die erläuterten
Zwecke reicht es in der Regel aus, wenn das Packband lediglich eine
Anzahl begrenzter Bereiche hat, die jeweils zum Speichern von holographischer
Information eingerichtet sind. Mit einer derartigen Ausführung lassen
sich unter Umständen
Kosten sparen, denn es kann ein herkömmliches, kostengünstiges
Packband als Ausgangsmaterial benutzt werden, das nur in den begrenzten
Bereichen aufwendiger gestaltet ist, um das Einschreiben und Auslesen
von holographischer Information zu ermöglichen. Solche begrenzten
Bereiche lassen sich zum Beispiel schaffen, indem ein Absorberfarbstoff
mit Hilfe eines Druckverfahrens auf ein Packband aus verstreckter
Polypropylen-, Polyvinylchlorid- oder Polyesterfolie aufgebracht
wird.
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Es
ist auch denkbar, dass die begrenzten Bereiche jeweils ein eigenes
Stück Polymerfolie
aufweisen, auf das gegebenenfalls zusätzliche Schichten wie eine
Absorberschicht, eine Farbstoffschicht oder eine Reflexionsschicht
aufgebracht sind, um das Speichern von holographischer Information
zum Beispiel nach einer der oben näher erläuterten Möglichkeiten zu erlauben. Derart
ausgestaltete begrenzte Bereiche können auf die Tragstruktur des
Packbands (die eine Polymerfolie aufweisen kann, aber nicht muss)
z.B. aufgeklebt oder aufgeschweißt sein. Es wird jedoch bevorzugt,
als Polymerfolie eine gemeinsame Polymerfolie für das gesamte Packband vorzusehen,
etwa eine Polymerfolie, die gleichzeitig die tragende Struktur des
Packbands darstellt. Auf dieser Polymerfolie lassen sich dann z.B.
durch Aufbringen der genannten zusätzlichen Schichten nur in den begrenzten
Bereichen Zonen bereitstellen, in denen die Möglichkeit zum Speichern holographischer
Information gegeben ist.
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Vorzugsweise
sind die begrenzten Bereiche in vorgegebenen Abständen auf
dem Packband angeordnet. Dies erleichtert das Eingeben und Auslesen
von holographischer Information in automatisierten Anlagen. Die
begrenzten Bereiche können
beispielsweise kreisförmig
mit einem Durchmesser von 6 mm sein und gegenseitige Mittenabstände in Längsrichtung
des Packbands von 40 mm haben.
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Wenn
holographische Information wieder von dem Packband gelöscht werden
soll, werden die betreffenden Hologramme vorzugsweise mit einem starken
Schreibstrahl zerstört.
In diesem Fall steht der zerstörte
Bereich nicht mehr für
das Speichern neuer Information zur Verfügung, was jedoch in der Regel
unerheblich ist, da wegen der großen Speicherdichte, die Hologramme
bieten, meist noch unbenutzte Zonen auf dem Packband vorhanden sind, in
die sich holographische Information eingeben lässt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Die
Zeichnungen zeigen in
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1 eine
schematische Darstellung, die veranschaulicht, wie in ein Packband
holographische Information eingeschrieben wird, bevor das Packband
um ein Paket geklebt wird,
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2 eine
schematische Darstellung, die veranschaulicht, wie holographische
Information in ein Packband eingegeben wird, das bereits um ein Paket
geklebt ist,
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3 eine
schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einem zum Speichern
von holographischer Information eingerichteten Bereich des Packbands,
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4 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen zum Speichern von holographischer Information eingerichteten
Bereich des Packbands, in dem holographische Information über die
lokale optische Weglänge
in einer Polymerfolie abspeicherbar ist,
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5 einen
Längsschnitt
gemäß 4,
wobei die Vorgänge
beim Auslesen von Information in schematischer Weise veranschaulicht
sind,
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6 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen zum Speichern von holographischer Information eingerichteten
Bereich des Packbands, in dem holographische Information über die
lokale Oberflächenstruktur
einer Polymerfolie abspeicherbar ist, wobei mit Hilfe eines Schreibstrahls
Information eingegeben wird,
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7 einen
Längsschnitt
gemäß 6, nachdem
zum Eingeben der Information die Oberflächenstruktur lokal verändert worden
ist,
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8 einen
Längsschnitt
gemäß 7,
wobei die Vorgänge
beim Auslesen von Information in schematischer Weise veranschaulicht
sind,
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9 einen
schematischen Längsschnitt durch
einen zum Speichern von holographischer Information eingerichteten
Bereich des Packbands, in dem holographische Information über das
lokale Absorptionsvermögen
in einer Farbstoffschicht abspeicherbar ist, und
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10 einen
Längsschnitt
gemäß 9, wobei
die Vorgänge
beim Auslesen von Information in schematischer Weise veranschaulicht
sind.
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In
den 1 und 2 ist in schematischer Weise
veranschaulicht, wie ein Paket unter Benutzung eines Packbands verpackt
wird und dabei in das Packband, das als holographischer Datenträger dient,
holographische Information eingegeben wird. Diese Information kann
für logistische
Zwecke vorgesehen sein und z.B. die Lieferadresse und den Absender
sowie die Transportpapiere für
das Paket enthalten. Da holographische Datenträger eine hohe Speicherkapazität haben,
lassen sich im Prinzip auch weitere Daten in Form von Hologrammen
auf dem Packband speichern. Beispiele hierfür sind Sicherheitsdatenblätter, Handbücher und ähnliches,
also Daten, die zu dem Inhalt des Pakets in Beziehung stehen. Darüber hinaus
lassen sich auch andere Dateninhalte in holographischer Form auf
dem Packband ablegen.
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In 1 wird
ein Paket 1 auf einem Laufband 2 transportiert.
Ein Packband 3 ("Carton Sealing
Tape", CST) wird über dem
Laufband 2 und entgegen dessen Laufrichtung mit Hilfe einer
herkömmlichen
Verpackungsvorrichtung herangeführt. Das
Packband 3 ist zum Speichern von holographischer Information
eingerichtet, wie weiter unten näher
erläutert. Über dem
Packband 3 befindet sich eine Schreibeinrichtung 4,
die einen Laserstrahl als Schreibstrahl 5 verwendet, um
holographische Information in das Packband 3 einzugeben.
Im Ausführungsbeispiel
ist die Schreibeinrichtung 4 ein Laserlithograph. Anschließend durchläuft das
Packband 3 Umlenkrollen 6 und wird auf das Paket 1 aufgebracht.
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Das
Packband 3 ist an seiner Unterseite mit einer Klebeschicht
versehen, so dass es an dem Paket 1, das im Ausführungsbeispiel
eine Kartonverpackung aufweist, anhaftet und das Paket 1 verschließt und abdichtet.
Diese Schritte werden auf einer herkömmlichen Anlage durchgeführt. Neu
hinzugekommen ist lediglich die Schreibeinrichtung 4, die
aufgrund ihrer relativ geringen Größe problemlos an einer vorhandenen
Anlage installiert werden kann.
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2 zeigt
eine Variante des Verfahrensablaufs. Hierbei wird ein Paket 1' auf einem Laufband 2' bewegt. Das
Paket 1' ist
bereits mit einem Packband 3' verschlossen. Über dem
Paket 1' (also
an einer Stelle, unter der sich das Paket 1' hindurchbewegt) ist eine Schreibeinrichtung 4' mit einem Schreibstrahl 5' angeordnet,
die vorzugsweise als Laserlithograph ausgeführt ist. Hier wird die holographische
Information also in das Packband 3' eingegeben, nachdem der in dem
Paket 1' befindliche
Gegenstand unter Benutzung des Packbands 3' verpackt worden ist.
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Es
ist auch denkbar, einen Teil der holographischen Information in
das Packband 3 bzw. 3' einzuschreiben, bevor es auf das
Paket 1 bzw. 1' aufgeklebt
wird, und einen Teil der holographischen Information danach.
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Im
Ausführungsbeispiel
weist das Packband 3 bzw. 3' eine Polymerfolie mit einer Dicke
von 35 μm aus
biaxial verstrecktem Polypropylen auf. An der Unterseite der Polymerfolie
befindet sich die Klebeschicht, die 20 μm dick ist und aus funktionalisiertem Poly(meth)acrylat
besteht. Das Speichern der holographischen Information erfolgt im
Ausführungsbeispiel
nach der anhand der 9 und 10 erläuterten
Methode, wobei die Oberseite des gesamten Packbands zum Speichern
von holographischer Information eingerichtet ist. Daher ist auf
die Oberseite der Polymerfolie eine semitransparente Reflexionsschicht
aus Aluminium (etwa 10 bis 20 nm dick) aufgebracht, und darüber befinden
sich eine Farbstoffschicht und eine Schutzschicht.
-
Das
Packband kann auch andere Materialien oder Dimensionen haben oder
zusätzliche
Komponenten aufweisen, z.B. eine zur Verstärkung dienende Gewebeeinlage.
Eine derartige Gewebeeinlage ist vorzugsweise unterhalb einer Polymerlage
angeordnet und kann dabei auch in zusätzliches Polymer eingebettet
sein. Weitere Komponenten des Packbands sind gegebenenfalls zum
Speichern von holographischer Information erforderliche Komponenten (siehe
unten).
-
Bei
anderen Ausführungsformen
des Packbands sind lediglich begrenzte Bereiche vorgesehen, die
in vorgegebenen Abständen
zueinander angeordnet und jeweils zum Speichern von holographischer
Information eingerichtet sind, während
das Packband in den dazwischenliegenden Zonen als einfaches Packband
ohne die Möglichkeit
zur holographischen Datenspeicherung gestaltet ist. Derartige begrenzte
Bereiche können
z.B. jeweils Durchmesser von 5 mm und Abstände von 50 mm zueinander haben.
Sie können
beispielsweise jeweils ein Stück
Polymerfolie aufweisen, eine der im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen
haben und auf ein herkömmliches
Packband aufgeklebt oder aufgeschweißt sein.
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Im
Folgenden werden verschiedene Möglichkeiten
zum Speichern von holographischer Information mit Hilfe eines Packbands
anhand von Beispielen näher
erläutert.
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3 ist
eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einem zum
Speichern von holographischer Information eingerichteten Bereich 11 eines
Packbands, in den Information eingegeben ist. Im Ausführungsbeispiel
ist der Bereich 11 (im folgenden als "Speicherbereich" bezeichnet) ein begrenzter Bereich
mit einem eigenen Träger
in Form eines quadratischen Stücks
Polymerfolie von 8 mm Seitenlänge
und ist zusammen mit gleichartig aufgebauten begrenzten Bereichen
(Speicherbereichen) auf ein herkömmliches
Packband aus Polyester aufgeklebt. Alternativ kann aber auch das
gesamte Packband die anhand der 3 bis 5 erläuterte Schichtenfolge
aufweisen, so dass das gesamte Packband zum Speichern von holographischer
Information eingerichtet ist; eine derartige Variante ist unter
Umständen
sogar kostengünstiger.
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Der
Speicherbereich 11 weist eine als Speicherschicht eingerichtete
Polymerfolie 12 auf, die gleichzeitig als Träger dient
(und bei der oben erwähnten
Variante die Tragstruktur des Packbands bildet) und im Ausführungsbeispiel
aus biaxial orientiertem Polypropylen (BOPP) besteht und eine Dicke von
35 μm hat.
Die Brechzahl von bipolar orientiertem Polypropylen lässt sich
lokal durch Erwärmung verändern, was
zum Speichern von Information ausgenutzt werden kann, wie weiter
oben erläutert.
Vorzugsweise hat die Polymerfolie 12 eine Dicke im Bereich
zwischen 10 μm
und 100 μm,
aber andere Dicken sind ebenfalls möglich. Beispiele für weitere vorteilhafte
Materialien für
die Polymerfolie 12 sind weiter oben angeführt.
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In
dem Speicherbereich 11 ist Information in Form von Pits 14 abgelegt.
In dem Bereich eines Pits 14 hat die Polymerfolie 12 eine
andere Brechzahl als in den Zonen zwischen den Pits 14.
Der Begriff "Pit" ist hier im Sinne
eines geänderten
Bereichs zu verstehen, also allgemeiner als in seiner ursprünglichen Bedeutung
("Loch"). Dabei kann in
einem Pit die Information in binär
kodierter Form gespeichert sein, indem die Brechzahl nur zwei verschiedene
Werte annimmt (wobei einer der beiden Werte auch mit der Brechzahl
in der Polymerfolie 12 in den Zonen zwischen den Pits 14 übereinstimmen
kann). Es ist auch möglich,
in einem Pit 14 die Information in kontinuierlich kodierter
Form zu speichern, wobei die Brechzahl innerhalb des Pits 14 einen
beliebig ausgewählten Wert
aus einem vorgegebenen Wertebereich einnehmen kann. Anschaulich
gesprochen, ist bei Speicherung in binär kodierter Form ein Pit "schwarz" oder "weiß", während es
bei Speicherung in kontinuierlich kodierter Form auch alle dazwischenliegenden
Grauwerte (Abstufungen der Amplitude oder Phase) annehmen kann.
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Im
Ausführungsbeispiel
hat ein Pit 14 einen Durchmesser von etwa 0,8 μm. Andere
Formen als kreisrunde Pits 14 sind ebenfalls möglich, z.B.
quadratische oder rechteckige Pits, aber auch andere Größen. Vorzugsweise
beträgt
die typische Abmessung eines Pits etwa 0,5 μm bis 2,0 μm. Die 3 ist also
eine stark vergrößerte Darstellung
und zeigt lediglich einen Ausschnitt aus dem Speicherbereich 11.
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In 4 ist
ein Ausschnitt aus dem Speicherbereich 11 in schematischem
Längsschnitt dargestellt,
und zwar nicht maßstabsgetreu.
Es ist zu erkennen, dass sich ein Pit 14 nicht über die
volle Dicke der Polymerfolie 12 erstreckt. In der Praxis
ist aufgrund des Schreibverfahrens zum Eingeben von Information,
bei dem die Polymerfolie 12 im Bereich eines Pits 14 erwärmt wird,
die Übergangszone
im unteren Bereich eines Pits 14 zu dem unteren Bereich
der Polymerfolie 12 kontinuierlich, d.h. die Brechzahl ändert sich
in dieser Zone allmählich
und nicht so scharf abgegrenzt, wie in 4 gezeigt.
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Unter
(d.h. hinter) der Polymerfolie 12 befindet sich eine Reflexionsschicht 16,
die im Ausführungsbeispiel
aus Aluminium besteht. Die Reflexionsschicht 16 kann auch
dann ihre Funktion erfüllen, wenn
sie wesentlich dünner
ist als die Polymerfolie 12.
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Auf
die Oberseite der Polymerfolie 12 ist eine Absorberschicht 18 aufgetragen.
Im Ausführungsbeispiel
weist die Absorberschicht 18 den Absorberfarbstoff Sudanrot 7B auf,
dessen Moleküle
in eine Matrix aus einem optisch transparenten Polymer, und zwar Polymethylmethacrylat
(PMMA), eingebettet sind. Die Absorberschicht 18 hat im
Ausführungsbeispiel eine
Dicke von 0,5 μm.
Sudanrot 7B absorbiert besonders gut Licht im Wellenlängenbereich
um 532 nm; diese Wellenlänge
ist für
einen Schreibstrahl eines Laserlithographen zum Eingeben von Information
in den Speicherbereich 11 geeignet. Beispiele für andere
Materialien der Absorberschicht 18 sind weiter oben angegeben.
So eignen sich grüne
Farbstoffe, z.B. aus der Styryl-Familie, besonders für Lichtwellenlängen von
635 nm oder 650 bis 660 nm oder 685 nm, bei denen die Laserdioden
derzeitiger DVD-Geräte
arbeiten; derartige Laserdioden können direkt moduliert werden,
was die Pulserzeugung wesentlich vereinfacht und verbilligt. In
Zukunft könnte auch
der Bereich von 380 bis 420 nm interessant sein, wenn entsprechende
blaue Laserdioden kommerziell und preisgünstig zu haben sind. Hierfür sind dann
vorzugsweise gelbe Absorberfarbstoffe einzusetzen, wie zum Beispiel
mit schwachen Donoren und Akzeptoren substituierte Stilbene, donorsubstituierte
Nitrobenzole oder Coumarinfarbstoffe.
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Die
Absorberschicht 18 hat eine bevorzugte optische Dichte
im Bereich von 0,2 bis 1,0; andere Werte sind jedoch ebenfalls denkbar.
Die optische Dichte ist ein Maß für die Absorption,
hier bezogen auf die Lichtwellenlänge eines Schreibstrahls. Definiert
ist die optische Dichte als negativer dekadischer Logarithmus der
Transmission durch die Absorberschicht, was mit dem Produkt des
Extinktionskoeffizienten bei der verwendeten Wellenlänge des
Schreibstrahls, der Konzentration des Absorberfarbstoffs in der
Absorberschicht 18 und der Dicke der Absorberschicht 18 übereinstimmt.
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Die
Absorberschicht 18 erleichtert das Eingeben von Information
in den Speicherbereich 11. Denn wenn ein Schreibstrahl
auf den Bereich eines Pits 14 fokussiert wird, wird er
zumindest teilweise in der Absorberschicht 18 absorbiert.
Die dabei frei werdende Wärme überträgt sich
weitgehend auf die Polymerfolie 12 und bewirkt so eine
lokale Änderung
der Brechzahl in der Polymerfolie 12 im Bereich des Pits 14.
Es ist jedoch möglich,
bei Verwendung sehr kurzer Laserpulse ganz auf den Absorberfarbstoff
zu verzichten.
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Um
in den Speicherbereich 11 Information einzugeben, wird
zunächst
in einem Hologramm eines Speicherobjekts enthaltene Phaseninformation als
zweidimensionale Anordnung berechnet. Dies kann als Simulation eines
klassischen Aufbaus zum Erzeugen eines fotographisch erfassten Hologramms
durchgeführt
werden, bei dem kohärentes Licht
von einem Laser nach Streuung an dem Speicherobjekt mit einem kohärenten Referenzstrahl
zur Interferenz gebracht und das dabei entstehende Interferenzmuster
als Hologramm aufgenommen wird. Die zweidimensionale Anordnung (zweidimensionaler
Array) enthält
dann die Information, die zum Ansteuern des Schreibstrahls eines
Laserlithographen erforderlich ist. Im Ausführungsbeispiel besitzt der Laserlithograph
eine Auflösung
von etwa 50 000 dpi (d.h. etwa 0,5 μm). Der Schreibstrahl des Laserlithographen
wird im gepulsten Betrieb (typische Pulsdauer von etwa 1 μs bis 10 μs bei einer
Strahlleistung von etwa 1 mW bis 10 mW zum Eingeben eines Pits 14) über die
Oberseite des Speicherbereichs 11 geführt, um die gewünschte Information
sequentiell in den Speicherbereich 11 (oder einen vorgewählten Bereich
des Speicherbereichs 11) einzugeben. Dabei erwärmt der
Schreibstrahl die Absorberschicht 18 entsprechend dem zweidimensionalen
Array und erzeugt so die Pits 14, wie oben erläutert.
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In 5 ist
in schematischer Weise veranschaulicht, wie die in dem Speicherbereich 11 gespeicherte
Information ausgelesen werden kann. Dazu wird kohärentes Licht
von einem Laser (vorzugsweise einer Wellenlänge, die von der Absorberschicht 18 nur
gering absorbiert wird) auf die Oberseite des Speicherbereichs 11 gerichtet.
Der Übersichtlichkeit
halber ist von diesem vorzugsweise parallel einfallenden kohärenten Licht
in 5 nur ein kleiner Ausschnitt dargestellt, der
mit 20 bezeichnet ist (einfallender Lesestrahl). In der
Praxis ist das kohärente
Licht großflächig auf
die Polymerfolie 12 gerichtet und überdeckt einen Bereich von
z.B. 1 mm2. Denn zur Rekonstruktion der
abgespeicherten Information muss das von vielen Pits 14 ausgehende Licht
erfasst werden. Die Intensität
des einfallenden Lesestrahls 20 ist zu schwach, um die
Brechzahl in der Polymerfolie 12 und somit die abgespeicherte
Information zu verändern.
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Der
einfallende Lesestrahl 20, der aus praktischen Gründen unter
einem Winkel auf die Oberfläche
des Speicherbereichs 11 auftrifft, wird an der Grenzfläche 22 zwischen
der Polymerfolie 12 und der Reflexionsschicht 16 reflektiert,
so dass ein reflektierter Lesestrahl 24 von der Grenzfläche 22 ausgeht und
dabei die Pits 14 durchdringt. Da die lokale Brechzahl
der Polymerfolie 12 je nach Pit 14 unterschiedlich
ist, wird die lokale optische Weglänge variiert, so dass es zu
Phasenverschiebungen kommt. Dies hat zur Folge, dass von dem Speicherbereich 11 nach
Art eines Beugungsgitters Kugelwellen 26 ausgehen, die
die gespeicherte Phaseninformation enthalten. In einigem Abstand
von dem Speicherbereich 11 kann mit einem Detektor ein
holographisches Bild erfasst werden, das durch Interferenz der Kugelwellen 26 zustande
kommt.
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Der
für den
Detektor erforderliche Aufwand und die Weiterverarbeitung des erfassten
holographischen Bilds hängen
von der Art des Speicherobjekts ab, wie weiter oben bereits erläutert. Für die Wiedergabe
von maschinenlesbaren Daten (Datenseiten) eignet sich besonders
ein mit einer Datenverarbeitungseinrichtung verbundener CCD-Sensor,
während
für eine
reine Bildwiedergabe auch ein einfacherer Detektor sinnvoll ist,
insbesondere dann, wenn die Bilddaten nicht weiterverarbeitet werden
sollen.
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Der
Speicherbereich 11 kann außer den in 4 erkennbaren
Schichten zusätzliche
Lagen aufweisen, z.B. oberhalb der Absorberschicht 18 eine transparente
Schutzschicht. Unterhalb der Reflexionsschicht 16 befindet
sich im Ausführungsbeispiel eine
Klebeschicht, mit der der Speicherbereich 11 auf das herkömmliche
Packband geklebt ist.
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Wenn
z.B. ein im sichtbaren Licht unsichtbarer Absorberfarbstoff (der
z.B. im Infraroten absorbiert) oder aber kein Absorberfarbstoff
verwendet wird oder wenn eine Absorberschicht nach dem Eingeben
von Information in den Speicherbereich abgewaschen wird, lässt sich
der Speicherbereich weitgehend transparent und sehr unauffällig gestalten.
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Anhand
der 6 bis 8 wird eine weitere Möglichkeit
für das
Speichern von holographischer Information mittels eines Packbands
erläutert.
Im Ausführungsbeispiel
sind wiederum begrenzte Bereiche oder Speicherbereiche, die in vorgegebenen
Abständen
auf einem herkömmlichen
Packband befestigt sind, zum Speichern der Information vorgesehen. Alternativ
kann aber auch wieder das gesamte Packband die anhand der 6 bis 8 erläuterte Schichtenfolge
aufweisen, so dass das gesamte Packband zum Speichern von holographischer
Information eingerichtet ist, ähnlich
wie in dem zuvor beschriebenen Beispiel.
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In 6 ist
ein Ausschnitt aus dem hier mit 31 bezeichneten Speicherbereich
in schematischer Längsschnittansicht
dargestellt. Der Speicherbereich 31 weist eine als Speicherschicht
eingerichtete Polymerfolie 32 auf, die im Ausführungsbeispiel
aus biaxial orientiertem Polypropylen (BOPP) besteht und eine Dicke
von 50 μm
hat. An der Unterseite der Polymerfolie 32 befindet sich
eine 100 nm dicke Reflexionsschicht 33 aus Aluminium. Störende Interferenzeffekte
in Folge von Reflexionen an der Oberseite der Polymerfolie 32 und
der Reflexionsschicht 33 können gegebenenfalls durch geeignete
Maßnahmen
vermieden werden. Wenn das gesamte Packband zum Speichern von holographischer
Information eingerichtet ist, kann die Polymerfolie gleichzeitig als
Tragstruktur dienen, und unter der Reflexionsschicht ist vorzugsweise
eine Klebeschicht angeordnet.
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In
dem Material der Polymerfolie 32 ist ein Absorberfarbstoff
enthalten, der Licht eines Schreibstrahls absorbiert und in Wärme umwandelt.
Im Ausführungsbeispiel
ist als Absorberfarbstoff Sudanrot 7B verwendet, das besonders
gut Licht im Wellen längenbereich
um 532 nm absorbiert; diese Wellenlänge ist für einen Schreibstrahl eines
Laserlithographen zum Eingeben von Information in den Speicherbereich 31 geeignet.
Beispiele für
andere Absorberfarbstoffe sind bereits weiter oben angegeben. Alternativ kann
der Absorberfarbstoff auch in einer separaten Schicht vorliegen, ähnlich der
Absorberschicht 18 aus dem Beispiel gemäß den 3 bis 5;
in diesem Fall hat die Absorberschicht eine bevorzugte optische
Dichte (siehe oben) im Bereich von 0,2 bis 1,0, wobei andere Werte
aber ebenfalls möglich
sind. Wenn der Absorberfarbstoff über die gesamte Polymerfolie
verteilt ist, empfiehlt sich ein größerer wert für die optische
Dichte, damit in der beim Schreibvorgang besonders zu erwärmenden
Oberflächenzone der
Polymerfolie genügend
Absorberfarbstoff vorhanden ist.
-
Der
Absorberfarbstoff erleichtert das Eingeben von Information in den
Speicherbereich 31. Denn wenn ein Schreibstrahl 34 zum
Beispiel mit Hilfe einer Linse 35 auf die Polymerfolie 32 fokussiert
wird, und zwar vorzugsweise in deren Oberflächenzone, so wird die Lichtenergie
des Schreibstrahls 34 besonders effizient in Wärme umgewandelt.
In 6 sind zwei Schreibstrahlen 34 und zwei
Linsen 35 eingezeichnet, um das Einschreiben von Information
an zwei verschiedenen Stellen der Polymerfolie 32 zu veranschaulichen.
In der Praxis fährt
der Schreibstrahl 34 jedoch vorzugsweise sequentiell über die Oberfläche der
Polymerfolie 32. Zum Eingeben der Information eignet sich
zum Beispiel ein Laserlithograph mit einer Auflösung von etwa 50 000 dpi (d.h. etwa
0,5 μm).
Der Schreibstrahl des Laserlithographen wird im gepulsten Betrieb
(typische Pulsdauer von etwa 1 μs
bis etwa 10 μs
bei einer Strahlleistung von etwa 1 mW bis etwa 10 mW zum Belichten
bzw. Erwärmen
einer Stelle) über
die Oberseite der Polymerfolie 32 geführt, also in der Regel in zwei
Raumrichtungen, um die gewünschte
Information sequentiell in den Speicherbereich 31 (oder
einen vorgewählten
Bereich des Speicherbereichs 31) einzugeben.
-
7 zeigt
das Ergebnis der Einwirkung des gepulsten Schreibstrahls 34.
Wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit
des Materials der Polymerfolie 32 kommt es in einem eng
begrenzten Volumen zu einer signifikanten Temperaturerhöhung, bei
der sich die Oberflächenstruktur
der Polymerfolie 32 lokal verändert. Auf diese Weise entsteht
ein Pit 36, d.h. der lokale Bereich, in dem Information
abgelegt ist. Zu jedem Pit 36 gehört eine zentrale Vertiefung 38,
die von einer peripheren Aufwerfung 39 umgeben ist. Der
Niveauunterschied zwischen dem tiefsten Punkt der Vertiefung 38 und
dem höchsten
Punkt der Aufwerfung 39, d.h. die lokale maximale Höhenänderung der
Oberflächenstruktur
in dem Pit 36, ist in 7 mit H
bezeichnet. H liegt typischerweise im Bereich von 50 nm bis 500
nm. Der Abstand zwischen den Zentren zweier benachbarter Pits 36,
d.h. das Punktraster R, liegt vorzugsweise im Bereich von 1 μm bis 2 μm. Im Ausführungsbeispiel
hat ein Pit 36 einen Durchmesser von etwa 0,8 μm. Andere
Formen als kreisrunde Pits 36 sind ebenfalls möglich. Vorzugsweise
beträgt
die typische Abmessung eines Pits etwa 0,5 μm bis 1,0 μm. In Aufsicht sieht die Polymerfolie 32 mit
den Pits 36 ähnlich
aus wie die Darstellung in 3.
-
In
einem Pit 36 kann die Information in binär kodierter
Form gespeichert sein, indem H nur zwei verschiedene Werte annimmt
(wobei einer der beiden Werte vorzugsweise 0 ist). Es ist auch möglich, in
einem Pit 36 die Information in kontinuierlich kodierter
Form zu speichern, wobei H für
ein gegebenes Pit 36 einen beliebig ausgewählten Wert
aus einem vorgegebenen Wertebereich einnehmen kann.
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Um
in den Speicherbereich 31 Information einzugeben, wird
zunächst
in einem Hologramm eines Speicherobjekts enthaltene holographische
Information als zweidimensionale Anordnung berechnet. Dies kann
zum Beispiel als Simulation eines klassischen Aufbaus zum Erzeugen
eines fotographisch erfassten Hologramms durchgeführt werden, bei
dem kohärentes
Licht von einem Laser, das von dem Speicherobjekt gestreut wird,
mit einem kohärenten
Referenzstrahl zur Interferenz gebracht und das dabei entstehende
Modu lationsmuster als Hologramm aufgenommen wird. Die zweidimensionale Anordnung
(zweidimensionaler Array) enthält
dann die Information, die zum Ansteuern des Schreibstrahls eines
weiter oben bereits erläuterten
Laserlithographen erforderlich ist. Wenn der Schreibstrahl des Laserlithographen
im gepulsten Betrieb über
die Oberseite des Speicherbereichs 31 geführt wird,
erwärmt
er die Polymerfolie 32 entsprechend dem zweidimensionalen
Array. Dabei werden die Pits 36 erzeugt, wie oben gesehen.
-
In 8 ist
in schematischer Weise veranschaulicht, wie die in dem Speicherbereich 31 gespeicherte
Information ausgelesen werden kann. Dazu wird kohärentes Licht
von einem Laser (vorzugsweise einer Wellenlänge, die von dem Absorberfarbstoff
in der Polymerfolie 32 nicht oder nur geringfügig absorbiert
wird) auf die Oberseite des Speicherbereichs 31 gerichtet.
(Alternativ kann auch eine sehr helle LED eingesetzt werden, die
unter Umständen sogar
zu günstigeren
Ergebnissen führt,
vor allem im Hinblick auf eine Verminderung von sogenanntem Speckles-Rauschen.)
Der Übersichtlichkeit
halber ist von diesem vorzugsweise parallel einfallenden kohärenten Licht
(einfallender Lesestrahl) in 8 nur ein kleiner
Ausschnitt dargestellt, nämlich
die mit 42 und 43 bezeichneten einfallenden Lichtwellen.
In der Praxis ist das kohärente
Licht großflächig auf
die Polymerfolie 32 gerichtet und überdeckt einen Bereich von
zum Beispiel 1 mm2. Denn zur Rekonstruktion der
abgespeicherten Information muss das von vielen Pits 36 ausgehende
Licht erfasst werden. Die Intensität des einfallenden Lesestrahls
ist zu schwach, um die Oberflächenstruktur
der Polymerfolie 32 und somit die abgespeicherte Information
zu verändern.
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Die
Lichtwellen 42 und 43 haben zueinander eine feste
Phase Φ.
Sie fallen aus praktischen Gründen
unter einem Winkel auf die Oberseite der Polymerfolie 32,
durchdringen die Polymerfolie 32 und werden an der Reflexionsschicht 33 reflektiert,
so dass reflektierte Lichtwellen 44 und 45 von
der Reflexionsschicht 33 ausgehen und wiederum die Polymerfolie 32 durchdringen.
Da die lokale Oberflächenstruktur
der Polymerfolie 32 über
die Pits 36 variiert, kommt es zu einer Phasenverschiebung,
und die reflektierten Lichtwellen 44 und 45 treten
mit einer Phase ψ aus,
wie in 8 veranschaulicht. Dies hat zur Folge, dass von
dem Speicherbereich 31 nach Art eines Beugungsgitters Lichtwellen
in viele Richtungen ausgehen, in denen Phaseninformation enthalten
ist. In einigem Abstand von dem Speicherbereich 31 kann
mit einem Detektor ein holographisches Bild erfasst werden, das
durch Interferenz dieser Lichtwellen zustande kommt und eine Rekonstruktion
der gespeicherten Information darstellt.
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Die 9 und 10 veranschaulichen eine
weitere Möglichkeit
für das
Speichern von holographischer Information mittels eines Packbands. Diesmal
ist im Ausführungsbeispiel
das gesamte Packband zum Speichern von holographischer Information
eingerichtet.
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In 9 ist
ein Ausschnitt aus dem mit 51 bezeichneten Packband in
schematischem Längsschnitt
dargestellt, und zwar nicht maßstabsgetreu; holographische
Information ist bereits eingegeben. Das Packband 51 weist
eine Tragstruktur 52 aus einer 40 μm dicken
Polymerfolie aus verstrecktem Polyvinychlorid auf, an dessen Unterseite
sich eine 25 μm
dicke oder etwas dünnere
Acrylatkleberschicht befindet (die in 9 nicht
eingezeichnet ist). Auf die Oberseite der Tragstruktur 52 ist
eine Reflexionsschicht 54 aus Aluminium von 100 nm Dicke
aufgebracht.
-
Über der
Reflexionsschicht 54 ist eine Polymermatrix angeordnet,
in die Farbstoffmoleküle
eingebettet sind, wodurch eine Farbstoffschicht 56 ausgebildet
ist. Im Ausführungsbeispiel
besteht die Polymermatrix aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und hat
eine Dicke von 1 μm.
Andere Dicken sind ebenfalls möglich.
Als Farbstoff dient im Ausführungsbeispiel
Sudanrot in einer derartigen Konzentration, dass sich über die
Dicke der Farbstoffschicht 56 eine optische Dichte von
0,8 ergibt, sofern der Farbstoff in der Farbstoffschicht 56 nicht
durch Belichtung verändert
ist. Bevorzugte Werte für
die optische Dichte liegen im Bereich von 0, 2 bis 1,0; andere Werte
sind jedoch ebenfalls denkbar. Auf die Oberseite der Farbstoffschicht 56 ist
eine Schutzschicht 57 aufgetragen.
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In
dem Packband 51 ist Information in Form von Pits 58 abgelegt,
wobei der Begriff "Pit" wie zuvor im Sinne
eines lokalisierten veränderten
Bereichs zu verstehen ist. In dem Bereich eines Pits 58 ist
das Absorptionsvermögen
in der Farbstoffschicht 56 anders als in den Zonen zwischen
den Pits 58. Dabei kann in einem Pit 58 die Information
in binär
kodierter Form gespeichert sein, indem das Absorptionsvermögen nur
zwei verschiedene Werte annimmt (wobei einer der beiden Werte auch
mit dem Absorptionsvermögen
in der Farbstoffschicht 56 in den Zonen zwischen den Pits 58 übereinstimmen
kann). Es ist auch möglich,
in einem Pit 58 die Information in kontinuierlich kodierter
Form zu speichern, wobei das Absorptionsvermögen innerhalb des Pits 58 einen
beliebig ausgewählten
Wert aus einem vorgegebenen Wertebereich annehmen kann.
-
Im
Ausführungsbeispiel
hat ein Pit 58 einen Durchmesser von etwa 0,8 μm. Andere
Formen als kreisrunde Pits 58 sind ebenfalls möglich, z.B.
quadratische oder rechteckige Pits, aber auch andere Größen. Vorzugsweise
beträgt
die typische Abmessung eines Pits etwa 0,5 μm bis 1,0 μm.
-
Es
ist zu erkennen, dass sich im Ausführungsbeispiel ein Pit 58 nicht über die
volle Dicke der Farbstoffschicht 56 erstreckt. In der Praxis
ist aufgrund des Schreibverfahrens zum Eingeben von Information,
bei dem der Farbstoff in der Farbstoffschicht 56 im Bereich
eines Pits 58 mit Hilfe eines fokussierten Schreibstrahls
verändert
wird, die Übergangszone
im unteren Bereich eines Pits 58 zu dem unteren Bereich
der Farbstoffschicht 56 kontinuierlich, d.h. das Absorptionsvermögen ändert sich
in dieser Zone allmählich
und nicht so scharf abgegrenzt, wie in 9 gezeigt. Ähnliches
gilt für
die seitlichen Ränder
eines Pits 58. Vorzugsweise sind der Abstand der unteren
Bereiche der Pits 58 zu der Reflexionsschicht 54 sowie
die Dicke der Farbstoffschicht 56 so eingerichtet, dass
beim Auslesen der hologra phischen Information störende Interferenz- und Überlagerungseffekte
vermieden werden.
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Im
Ausführungsbeispiel
wird beim Herstellen des Packbands 51 zunächst die
Reflexionsschicht 54 aus Aluminium auf die Tragstruktur 52 aufgedampft, dann
die Polymermatrix mit dem Farbstoff der Farbstoffschicht 56 mit
einer Rasterwalze aufgetragen und zum Schluss die Schutzschicht 57 auflaminiert.
-
Um
in das Packband 51 Information einzugeben, wird – ähnlich wie
zuvor – zunächst in
einem Hologramm eines Speicherobjekts enthaltene holographische
Information als zweidimensionale Anordnung berechnet (Amplitudenmodulation).
Dies kann zum Beispiel als Simulation eines klassischen Aufbaus
zum Erzeugen eines fotographisch erfassten Hologramms durchgeführt werden,
bei dem kohärentes
Licht von einem Laser nach Streuung an dem Speicherobjekt mit einem
kohärenten
Referenzstrahl zur Interferenz gebracht und das dabei entstehende Interferenzmuster
als Hologramm aufgenommen wird. Die zweidimensionale Anordnung (zweidimensionaler
Array) enthält
dann die Information, die zum Ansteuern des Schreibstrahls eines
Laserlithographen erforderlich ist. Im Ausführungsbeispiel besitzt der
Laserlithograph eine Auflösung
von etwa 50 000 dpi (d.h. etwa 0,5 μm). Der Schreibstrahl des Laserlithographen
wird im gepulsten Betrieb (typische Pulsdauer von etwa 1 μs bis 10 μs bei einer
Strahlleistung von etwa 1 mW bis 10 mW zum Eingeben eines Pits 58) über die
Farbstoffschicht 56 des Packbands 51 geführt, um
die gewünschte
Information sequentiell in das Packband 51 (oder einen
vorgewählten
Bereich des Packbands 51) einzugeben. Dabei verändert der
Schreibstrahl den Farbstoff in der Farbstoffschicht 56 entsprechend
dem zweidimensionalen Array und erzeugt so die Pits 58,
wie oben erläutert.
-
In 10 ist
in schematischer Weise veranschaulicht, wie die in dem Packband 51 gespeicherte Information
ausgelesen werden kann. Dazu wird kohärentes Licht von einem Laser
(vorzugsweise einer Wellenlänge,
die von dem Farbstoff der Farbstoffschicht 56 signifikant
absorbiert wird) auf die Oberseite des Packbands 51 gerichtet.
Der Übersichtlichkeit
halber ist von diesem vorzugsweise parallel einfallenden kohärenten Licht
in 10 nur ein kleiner Ausschnitt dargestellt, der
mit 60 bezeichnet ist (einfallender Lesestrahl). In der
Praxis ist das kohärente Licht
großflächig auf
die Farbstoffschicht 56 gerichtet und überdeckt einen Bereich von
z.B. 1 mm2. Denn zur Rekonstruktion der
abgespeicherten Information muss das von vielen Pits 58 ausgehende
Licht erfasst werden. Die Intensität des einfallenden Lesestrahls 60 ist
zu schwach, um den Farbstoff in der Farbstoffschicht 56 und
somit die abgespeicherte Information zu verändern.
-
Der
einfallende Lesestrahl 60, der aus praktischen Gründen unter
einem Winkel auf die Oberfläche
des Packbands 51 auftrifft, durchstrahlt die Farbstoffschicht 56 und
wird an der Grenzfläche 62 zwischen
der Farbstoffschicht 56 und der Reflexionsschicht 54 reflektiert,
so dass ein reflektierter Lesestrahl 64 von der Grenzfläche 62 ausgeht.
Dabei werden die Pits 58 mit ihrem unterschiedlichen lokalen Absorptionsvermögen durchdrungen,
was eine Amplitudenmodulation mit periodisch unterschiedlicher Lichtabsorption
bewirkt. Der einfallende Lesestrahl 60 wird so in einer
definierten Art und Weise abgelenkt, mit der Folge, dass von dem
Packband 51 nach Art eines Beugungsgitters Kugelwellen 66 ausgehen, die
die gespeicherte holographische Information wiedergeben. In einigem
Abstand von dem Packband 51 kann mit einem Detektor ein
holographisches Bild erfasst werden, das durch Interferenz der Kugelwellen 66 zustande
kommt. Auch an der Grenzfläche
des Packbands 51 gegen Luft wird der Lesestrahl reflektiert
und gegebenenfalls moduliert (der Übersichtlichkeit halber nicht
in 10 eingezeichnet), allerdings deutlich schwächer. Dennoch
sollte durch geeignete Wahl der Materialien und Schichtdicken sichergestellt
werden, dass es nicht zu störenden
Interferenzen zwischen den verschiedenen reflektierten Strahlen
kommt.
-
Wenn
ein im sichtbaren Licht unsichtbarer Farbstoff verwendet wird (der
z.B. im Infraroten absorbiert), lässt sich das Packband weitgehend
transparent und sehr unauffällig
gestalten.
-
Neben
den hier anhand von Beispielen erläuterten Möglichkeiten zum Speichern holographischer Daten
mittels eines Packbands lässt
sich ein Packband grundsätzlich
auch im Zusammenhang mit anderen holographischen Speichertechniken
verwenden.