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Optisch-elektronischer Wandler zur Herleitung elektrischer Signale
aus gespeicherten Informationen zugeordneten Dickenunterschieden eines verformbaren,
vorzugsweise thermoplastischen Speichermediums In der Datenverarbeitungstechnik,
aber auch bei der Bildübertragung und auf anderen Gebieten der Nachrichtentechnik,
sind häufig große Informationsmengen schnell aufzuzeichnen bzw. wiederzugeben. Zur
Speicherung großer Datenmengen haben sich bandförmige Aufzeichnungsträger, z. B.
Magnetbänder, weitgehend durchgesetzt. Die Aufzeichnungsdichte und damit auch die
Speicherkapazität werden bei magnetischer Aufzeichnung begrenzt durch die magnetische
Streuung auf Grund der verhältnismäßig großen Abmessungen der magnetischen Aufzeichnungs-
und Leseköpfe. Eine weitere wesentliche Steigerung der Aufzeichnungsdichte dieser
in ihrer Entwicklung nahezu abgeschlossenen Geräte ist nicht mehr zu erwarten.
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Es ist auch ein elektronenoptisches Aufzeichnungsverfahren bekanntgeworden,
das mittels einer Elektronenstrahlsonde einen besonders feinen Zugriff zum Speichermedium
und damit eine hohe Speicherdichte ermöglicht. Eine Speicherdichte von 250Informationselementen
je Millimeter oder von 62 500 Informationselementen je Quadratmillimeter wurde erreicht.
Die Aufzeichnung erfolgt durch elektrostatisches Aufladen einer bis ins Erweichungsgebiet
erwärmten thermoplastisch verformbaren Speicherschicht, die sich an den aufgeladenen
Stellen unter der Wirkung der elektrostatischen Kräfte verformt und nach dem Abkühlen
die als Verformungen aufgezeichneten Informationen speichert. Durch Erhitzen großer
Bereiche der zuvor entladenen Speicherschicht lassen sich die gespeicherten Informationen
löschen, die Oberfläche der Speicherschicht gleicht sich wieder aus und läßt sich
danach von neuem verformen. Die Wiedergewinnung der gespeicherten Informationen
erfolgt auf optischem Wege. Das aus dem Speicher optisch herausgelesene Bild kann
anschließend mit üblichen elektronenoptischen Mitteln in elektrische Lesesignale
umgewandelt werden.
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Bei diesem Aufzeichnungsverfahren ist die Speicherdichte im wesentlichen
durch das verwendete optische Leseverfahren begrenzt. Dieses sei daher näher beschrieben.
Als Informationsträger wird eine durchsichtige Folie verwendet. In ihr ist die binäre
Information als mäanderförmige Verformung der Folienoberfläche gespeichert. Das
durch die Folie hindurchgehende Licht einer linienförmigen Lichtquelle wird bei
senkrechtem Einfall durch Brechung und Beugung nur an den verformten Stellen der
Folienoberfiäche abgelenkt und danach mit üblichen optischen Mitteln wieder zu einem
Bild der Lichtquelle vereinigt. Das nicht abgelenkte, also an den nicht verformten
Stellen durch die Folie hindurchgegangene Licht wird mittels einer geeignet geformten
Schlierenblende abgefangen (»Schlierenverfahren«). Daher werden nur die verformten
Stellen der Speicherfolie abgebildet. Auf diese Weise wird die reliefartige Oberfläche
der Speicherfolie in Helligkeitsunterschiede des Bildes umgewandelt.
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Dieses Leseverfahren ist in hohem Maße störanfällig. Eine zufällige
Störung der Oberfläche der Speicherfolie kann nämlich fälschlich wie eine gespeicherte
Information ausgewertet werden. Des weiteren ist die Auflösung verhältnismäßig gering.
Von Nachteil ist auch, daß die Schlierenblende selbst den Strahlengang stört, weil
sie die Lichtstrahlen zusätzlich ablenkt.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen optisch-elektronischen Wandler
zur Herleitung elektrischer Signale aus den gespeicherten Informationen zugeordneten
Dickenunterschieden eines verformbaren Speichermediums, vorzugsweise zum Lesen der
in einem dickenmodulierten thermoplastischen Speichermedium binärcodiert gespeicherten
Informationselemente. Erfindungsgemäß wird einem der auszuwertenden Stelle des Speichermediums
zugeordneten Lichtstrahlenbündel mittels einer an sich bekannten Phasenkontrastanordnung
eine über seine Phasenlage von der Dicke des Speichermediums abhängige Intensität
gegeben und danach mittels eines elektrisch-optischen Wandlers ein von der Intensität
des Lichtstrahlenbündels abhängiges elektrisches Lesesignal erzeugt.
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Bei der neuen Anordnung wird also mittels eines an sich bekannten
Phasenkontrastverfahrens die gespeicherte Information im durchgehenden bzw. im reflektierten
Licht aus der Speicherfolie gelesen. Phasenkontrastverfahren werten die verschieden
langen Phasenlaufzeiten an der betrachteten Stelle und in
ihrer
Umgebung in bekannter Weise, z. B. nach dem Zernikeschen Verfahren aus. Dabei werden
zwei durch die gleiche Stelle der Speicherschicht hindurchgehende Lichtstrahlen
miteinander zur Interferenz gebracht: der nicht gebeugte Strahl, dessen Phasenlaufzeit
zusätzlich mittels eines Phasenplättchens verzögert wird, und ein abgebeugter Strahl.
Zur Interferenz gelangt also das Beugungsspektrum nullter Ordnung und ein Beugungsspektrum
höherer, z. B. erster Ordnung. Dadurch entsteht im Bildpunkt eine Helligkeit, die
über die Phasenlaufzeit von der Speicherschichtdicke abhängt.
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Gegenüber dem Schierenverfahren, welches das durch die verformte Oberfläche
der Speicherschicht, aber leider auch das durch die störende Schlierenblende abgelenkte
Licht zur Abbildung benutzt, zeichnet sich das Phasenkontrastverfahren, bei welchem
das gesamte Licht, ob gebeugt oder nicht, zur Interferenz kommt und damit zur Abbildung
beiträgt, durch größere Exaktheit und Zuverlässigkeit aus. Schon aus diesem Grunde
ist es dem Schlierenverfahren überlegen: davon wird ja auch in der Technik des Mikroskopbaus
ausgiebig Gebrauch gemacht.
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Aber auch bei diesem Leseverfahren können zufällige Störungen der
Speicherschichtoberfläche fälschlich wie Informationen ausgewertet werden. Außerdem
müssen wegen der Intensitätsschwankungen der Lichtquelle hohe Anforderungen an die
Auswerteelektronik Qestellt werden.
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Um die Auswertsicherheit des Leseverfahrens noch weiter zu steigern,
wird in Weiterbildung der Erfindung eine Verbesserung des Phasenkontrastverfahrens
vorgeschlagen. Erfindungsgemäß wird das ursprüngliche Lichtstrahlenbündel in zwei
vorzugsweise gleich starke Anteile zerlegt, beispielsweise mittels eines halbdurchlässigen
Spiegels, durch getrennte Phasenkontrastanordnungen geleitet und danach in getrennten
optischelektrischen Wandlern in komplementäre elektrische Signale umgesetzt, die
gemeinsam einem Differenzverstärker zugeführt werden, dem die elektronischen Auswerteanordnungen
nachgeschaltet sind. Die komplementäre Arbeitsweise der beiden Phasenkontrastanordnungen
läßt sich dadurch sicherstellen, daß der nicht gebeugte Lichtstrahl in der einen
Phasenkontrastanordnung zusätzlich um eine halbe Wellenlänge verzögert wird. Die
erfindungsgemäße Anordnung arbeitet besonders so vorteilhaft mit Durchlicht und
insbesondere in Verbindung mit an sich bekannten Lichtpunktabtastern und Fotozellen.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung zu einem Ausführungsbeispiel
erläutert.
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Die Figur zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung
nach dem Phasenkontrastverfahren.
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Die Speicherschicht i ist mäanderförmig dickenmoduliert. Die
Lichtquelle 2 bei einer Durchlichtanordnung bzw. 4 bei einer Auflichtanordnung
erzeugt vorzugsweise monochromatisches Licht. Es wird mittels des Kondensors 3 bzw.
5 auf die Speicherschicht geworfen. Das Durchlicht trifft senkrecht auf die
Speicherschicht auf, das Auflicht schräg, doch ist in der schematischen Darstellung
die Schräge übertrieben dargestellt und entspricht nicht den wirklichen Verhältnissen
gemäß dem Reflexionsgesetz.
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Eine nicht verformte Oberfläche verläßt nur der nicht gebeugte Lichtstrahl
6, an einer verformten Oberfläche entsteht außerdem der gebeugte Strahl
7. Der halbdurchlässige Spiegel 8 läßt den Strahl 6 zur Hälfte als
Strahl 9 und den Strahl 7 zur Hälfte als Strahl 10 hindurchtreten und reflektiert
den Strahl 6 zur Hälfte als Strahl 11 und den Strahl 7 zur Hälfte als Strahl 12.
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Die Strahlen 9 und 10 gelangen zu einer Phasenkontrastanordnung
13, die Strahlen 11 und 12 zur komplementär zu 13 arbeitenden
Phasenkontrastanordnung 14. Die nicht gebeugten Strahlen 9 bzw.
11 werden jeweils durch ein Phasenplättchen 15 bzw. 16 in Laufzeit
einstellbar verzögert. Der Lichtstrahl 11 wird durch ein zusätzliches Phasenplättchen
17 zusätzlich um eine halbe Wellenlänge verzögert, dadurch ergibt sich die gegenüber
13 komplementäre Wirkungsweise der Phasenkontrastanordnung 14. In den beiden
Phasenkontrastanordnungen werden die nicht gebeugten Lichtstrahlen auch geschwächt,
und zwar auf die Intensität des gebeugten Lichtstrahles.
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Die verzögerten und geschwächten Lichtstrahlen 18
bzw.
20 werden mit den gebeugten Lichtstrahlen 19
bzw. 21 zur Interferenz
gebracht. Die Phasenkontrastanordnungen können so eingestellt werden, daß den verformten
Stellen der Speicherschichtoberfläche Helligkeitsmaxima im Interferenzbild auf der
Fotozelle 22 und dem Helligkeitsminima im Interferenzbild auf der Fotozelle 23 zugeordnet
sind. Daher entstehen in den Fotozellen 22 und 23 komplementäre elektrische Signale.
Sie werden den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers 24 zugeleitet. Dieser
gibt ein großes Ausgangssignal an die nachgeschaltete Auswerteeinrichtung 25 ab,
wenn die beiden Eingangssignale sich genügend stark voneinander unterscheiden, d.
h. wenn sowohl das Helligkeitsmaximum als auch das Helligkeitsminimum zur gleichen
Zeit deutlich genug ausgebildet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt: Ein Hell- und
ein Dunkelfeldbild der verformten Oberfläche werden miteinander verglichen. Die
Fotozelle 22
sieht die Struktur hell auf dunklem Grund, die Fotozelle 23 dunkel
auf hellem Grund; zwischen diesen beiden Bildern besteht also der größtmögliche
Unterschied. Durch dieses Differenzverfahren läßt sich ein wesentlich besseres Nutz-Stör-Verhältnis
erreichen als durch eine Hell- bzw. Dunkelfeldmethode allein. Der Differenzverstärker
unterdrückt die gleichphasigen Störsignale, wie sie durch die Änderung der Intensität
der Lichtquelle, durchUngleichmäßigkeiten der Schlicht usw. hervorgehoben werden.
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Die vorgeschlagene Methode kann im Prinzip bzw. in ähnlicher Form
beispielsweise auch auf das Schierenverfahren angewandt werden, indem dort komplementäre
Blenden, wie Draht- und Spalt- oder auch Kreis- und Lochblende, verwendet werden.
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Die Erfindung wurde an Hand eines speziellen Ausführungsbeispiels
erläutert. Selbstverständlich sind darüber hinausgehend mannigfache Ausgestaltungen,
Weiterbildungen, Kombinationen mit Bekanntem u. dgl. denkbar.