DE1524795A1 - Verfahren zum Auslesen magnetisch gespeicherter Informationen und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Auslesen magnetisch gespeicherter Informationen und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

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DE1524795A1 DE19671524795 DE1524795A DE1524795A1 DE 1524795 A1 DE1524795 A1 DE 1524795A1 DE 19671524795 DE19671524795 DE 19671524795 DE 1524795 A DE1524795 A DE 1524795A DE 1524795 A1 DE1524795 A1 DE 1524795A1
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Description

PATENTANWALT DIPL.-ING. H. E. BÖHMER
703 BDBLINGEN SINDELFINGER STRASSE 49 FERNSPRECHER (O7O3I) 6613040
Anmelderin :
Amtl. Aktenzeichen :
Aktenzeichen d. Anmelderin
Böblingen, 16. Juni 1967 si-ha
International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y. 10 504 Neuanmeldung
Docket 7967
Verfahren zum Auslesen magnetisch gespeicherter Informationen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich auf ein Verfahren zum Auslesen magnetisch gespeicherter Informationen und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bei dem ein elektro-optischer Effekt ausgenutzt wird. Es sind Wandler bekannt, welche Gebrauch machen von der beim Kerr-Effekt auftretenden Lichtpolarisation, wobei das von einer magnetisieren Oberfläche reflektierte Licht zugrunde gelegt wird. Ein Nachteil dieses Vergehens besteht darin, daß beim Auslesen sehr hoch konzentrierter Informationen der Lichtstrahl sehr genau fokussiert und ausgerichtet werden muss und daß das reflektierte Licht mit grosser Präzision auf den Detektor gerichtet werden muss, wenn eine korrekte Reproduktion der magnetisch gespeicherten Information erfolgen soll. Ein Lichtpolarisationseffekt grösserer Intensität,der bisher noch nicht praktisch
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zur Reproduktion von magnetisch gespeicherter Information benutzt wurde, ist der Faraday-Effekt.
Dieser Faraday-Effekt bewirkt die Polarisation eines Lichtstrahlenganges, der ein transparenteSi aus einer ferromagneticchen Substanz bestehendes Medium in Gegenwart eines magnetischen Feldes durchsetzt. Die vorliegende Erfindung benutzt demnach den Faraday-Effekt zur Realisierung einer Wandler-Vorrichtung, welche alle Vorteile ähnlicher mit Licht betriebener Vorrichtungen besitzt, während dahingegen die Mangel, die gewöhnlich hierbei auftreten, weitgehend vermieden werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Auslesen von magnetisch gespeicherten Informationen anzugeben, Wobei unter Zugrundelegung eines elektrooptischen Effektes keinerlei magnetische Kopplung mit dem Informationsträger auftritt, wie dies z. B. bei den bekannten mit Magnetköpfen arbeitenden Vorrichtungen der Fall ist.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, daß ein in einer ersten Polarisationsvorrichtung teilweise polarisierter Lichtstrahlengang eine in unmittelbarer Nähe des Informationsträgers angeordnete dünne transparente Schicht eines ferromagnetischen Materials durchsetzt und nach einer weiteren Drehung seines Polarisationsvektors in einer zweiten Polarisationsvorrichtung einem Lichtdetektor zugeführt wird und daß die gesamte konstante Drehung des Polarisations vektor s so gewählt wird, daß ein erster magnetischer Zustand des Informationsträgers kein oder nur ein
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geringfügiges, der entgegengesetzte magnetische Zustand des Informationsträgers dahingegen ein starkes elektrisches Aus gangs signal des Lichtdetektor s bewirkt.
Da, wie leicht zu ersehen, die den Film beeinflussende Magnetisierung unabhängig von der Geschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums ist, ist das von dem Lichtdetektor abgegebene Signal ebenfalls unabhängig von einer solchen Bewegung. Daher kann auch eine statische Anzeige des Zustandes *
der abgetasteten Bereiche des Speichermediums erfolgen, andererseits ist
aber auch eine dynamische Abtastung entlang einer Spur des Auf zeichnung smediurns möglich, wie dies bisher z.B. bei der Benutzung des Hall-Effektes zum Auslesen von magnetisch gespeicherten Informationen der Fall ist.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung besitzt ein hohes Auflösungsvermögen der elektrischen Reproduktion von magnetisch gespeicherten Signalen, ohne daß hierzu eine komplizierte Lichtfokussierung nötig wäre; auch sind keine besonderen Maßnahmen erforderlich, um Störungen zwischen reflektierten} und durchlas S enem Licht zu verhindern. Es sei angemerkt, daß der Faraday-Effekt eine höhere Empfindlichkeit besitzt* als dies für den Kerr-Effekt der Fall ist. Daher sind die erhaltenen Signale leichter zu verarbeiten, wodurch eine höhere Wiedergabetreue als bei der Benutzung des Kerr-Effektes erhalten werden kann.
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Die Vorrichtung ähnelt in ihr er Anwendung in gewisser Hinsicht ziemlich stark den bekannten mit Magnetköpfen arbeitenden Reproduktionsvorrichtungen, welchefleine induktive Kopplung zwischen dem Magnetkopf und dem Speichermedium zugrunde liegt. Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann daher relativ einfach bei der Reproduzierung von magnetbandgespeicherten Informationen benutzt werden, die in konventioneller Weise erstellt wurden; beispielsweise zur Reproduzierung käuflich erhältlicher Magnetbänder.
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Es sei weiterhin erwähnt, daß durch Ausrüstung herkömmlicher Wiedergabe geräte mit dem Umsetzer nach der vorliegenden Erfindung sich eine Verbesserung sowohl der Wiedergabequalität als auch des Auflösungsvermögens im Vergleich zu dem ursprünglichen Wiedegabegerät erzielen lässt und daß bei einer derartigen Umrüstung nur geringfügige Teile des ursprünglichen Gerätes unbrauchbar sind und keine weitere Verwendung finden.
Die schematisch in Fig. 1 skizzierte Wandlervorrichtung nach der Erfindung weist zunächst eine Abfühlvorrichtung für magnetische Tonaufzeichnungen auf, welche aus einem transparenten, magnetisch permeablen Film 1 besteht, der auf einem geeigneten Substrat IA aus Glas oder aus Quarz auf einem anderen transparenten nichtmagnetischen Material aufgebracht ist. Der Film 1 besteht aus einem magnetisch empfindlichen Material, beispielsweise aus Permaloy (80 % Ni und 20 % Fe). Am Eingang und Ausgang des Strahlengange β sind die Prismen 2 und 3 mit Polarisationswirkung vorgesehen, die beiderseits des Films 1 bzw. des diesen tragenden Substrats IA angeordnet sind.
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Von einer Lichtquelle 5 wird monochromatisches paralleles Licht geliefert, welches das Substrat sowie das auf diesen, aufgebrachten Film normal zur Filmebene durchstrahlt. Dieses Licht fällt weiter auf einen Empfänger, der aus einer Photozelle, einer Photodiode oder einen Phototransistor besteht. Es dürfte sich verstehen, daß für viele Anwendungen auch Spiegel anstelle der Prismen benutzt werden können. Das Licht 4 fällt unter einen "Winkel, - von etwa 56 auf das Prisma 2 auf, wobei dieser Winkel mit der Normalen zur Prismenoberfläche gebildet wird. Dieser Winkel wird maenchmal auch *
Br ewster-Winkel genannt. Das das Prisma 2 verlassende Licht 7 ist daher in eindeutiger Weise linear polarisiert und durchläuft den transparenten Film 1, in welchem er eine zusätzliche Polarisation infolge des Faraday-Effektes erfährt, was immer dann geschieht, wenn die Kante 8 des Filmes sich in unmittelbarer Nähe der Oberfläche eines magnetischen Sp ei eher mediums befindet, beispielsweise in der Nähe der Oberfläche des Magnetbandes 10. Das Licht trifft weiterhin auf das Prisma 3 auf und zwar wiederum unter dem Brewster-Winkel. Der auffallende polarisierte Lichtstrahl 11 wird daher durch das Pris-
ma mehr oder weniger reflektiert oder absorbiert, was von dem jeweiligen Grad der Drehung des Polarisationsvektors aus der Einfallsebene abhängt. Die rückwärtige Oberfläche 12 des Prismas 3 kann mit einer lichtabsorbierenden schwarzen Farbe behandelt werden um etwa durchgelassenes Licht unschädlich zu machen.
Befindet sich die Kante des Films 1 in der Nähe einer Umkehrstelle des mag-Docket 7967
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■■',..■ . -6- : ■ ■
netischen Flusses, z.B. einer Bitgrenze auf dem Magnetband 10, so wird ein Teilbereich des Filmes I nicht linear in die magnetische Sättigung getrieben, was dem einen oder dem anderen stabilen Zustand der Hysteresekurve entspricht. Welcher Zustand wirklich realisiert wird, hängt von der auf dem Magnetband vorliegenden magnetischen Polarität ab. Wie näher in der Fig. 3 dargestellt, erfährt das den Film durchsetzende Licht infolge des Faraday-Effektes eine Drehung seines Polarisationsvektors PV in einer Richtung -R oder in der entgegengesetzten Richtung +R in Abhängigkeit von der auf dem Film vorliegenden magnetischen Polarität. Aus dem Vorstehenden geht unmittelbar hervors daß eine Photozelle, die ohne besondere zusätzliche Justiermaßnahmen bei 6 angebracht ist, gleiche Anzeigen für beide Vektoren +R und -R liefert, da beide Vektoren die gleiche absolute Verschiebung relativ zur Einfalls ebene des Prismas 3 besitzen, die ihrerseits der Zeichenebene entspricht (Fig. 1).
Es ist daher nötig, die relativen Lagen der +R und -R Verschiebungen etwas zu modifizieren, was dadurch geschieht, daß eine zusätzliche konstante Drehung des Polarisations vektor s oder der Einfällsebene oder beider eingeführt wird. Eine solche Drehung sollte von ausreichender Grosse sein, -■:. damit sowohl die -S-R als auch -R Vektoren in dem gleichen über 90 reichenden
■■■/-.
Drehungsbereich relativ zur Einfällsebene erscheinen. Hierdurch wird sichergestellt, daß die photoelektrische Anzeige lediglich, dem im Film 1 bewirkten Faraday-Effekt proportional'ist. Nach Wunsch kann die'Bedeckung der
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rückwärtigen Oberfläche 12 des Prismas 3 entfernt werden und ein weiterer, nicht gezeigter Lichtdetektor kann zur Registrierung des durch das Prisma 3 hindurchgelassenen Lichtes 13A benutzt werden. In diesem Falle kann die Differenz zwischen den elektrischen Ausgängen des Lichtdetektors 6 und des nichtgezeigten Detektors als elektrisches Äquivalent für die auf dem Magnetband 10 gespeicherte Information zugrunde gelegt werden. '
Auf Grund des Hystereseeffektes tendiert der Film 1 dahin, seinen magnetischen Zustand beizubehalten, während die Kante an Punkten der Flussumkehr auf dem Magnetband vorbeiläuft oder während kurzzeitig der magnetische Fluss stationär gehalten wird. Infolgedessen ist das erhaltene elektrische Signal unabhängig von der Geschwindigkeit der Bewegung des Magnetbandes 10 und gleichfalls weitgehend unabhängig von der Flussumkehrdichte auf dem. Magnetband.
Es wurde abgeschätzt, daß bei dein heutigen Stand der Technik der Aufbringung danner Schichten und der verfügbaren Lichtdetektoren Speicherdichten von .' einer 400 000 Bits/cm mit Hilfe einer Anordnung nach Fig. 1 hinreichend aufgelöst und reproduzierbar abgetastet werden können.
Ein Verfahren, weiches dazu benutzt werden kann, den Polarisations vektor PV in eine geeignete relative Orientierung zu drehen, besteht darin, das Prisma" um eine vertikale Achse 4 zu drehen oder eine äquivalente Konstruktion des
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Prismas zu wählen, derart, daß das Licht, das durch die Information auf dem Magnetband in einem Drehsinn -f R polarisiert wurde, die Photozelle 6 nur geringfügig beeinflusst, während das Licht, welches in entgegengerichtetem Sinne -R gedreht wurde, die Photozelle 6 sehr viel starker beeinflusst. Eb wurde festgestellt, daß ein NiFe-Film, der beispielsweise eine Picke von 1500 A E aufweist und auf ein Substrat IA aus Glas oder Quarz aufeebracht ist, in der einen oder in der anderen Richtimg in die Sättigung magnetisiert werden kann und da3 hierzu lediglich eine magnetische Koerzitivkraft in der Grössenordnung von etwa G, 5 Oerstedt benötigt wird und dai eis Drehwinkel für das Prisma 3 existiert, bei dem kein Licht an der Stelle der Photozelle 6 empfangen wird bei Vorliegen des einen stabilen SAttiguagseueftuades des Filmes. Es wurde ferner festgestellt» · daß das Licht, welches dem Detektor 6 zugeleitet wird, für des entgegengesetzten Magnetisierwigasustmßd des Filmes einen diskreten und unterschiedlichen Wechsel de fron dem Detektor gelieferten Ausgangssignals bewirkt.
' Eine Alternative besteht darin, dl* Konstruktion ©dear die Qrieaf£«¥uag <·*,
ersten Prismas 2 zu andern,. um <&«& Pola?£sat£onsvektor tuas eififc» f e«lj|aet«ii Winkel bexüglich der Einfaileeken· d·· Prisma» 3 s& drehen.
; Eine weitere Möglichkeit ist in. Fif „ (s geneigt und besteht darin, ein 1/4- Wellenlängen-Plättchen 15 in den Lichtweg zu bringen,, wodurch eine konstante Drehung des Polaiisationevektorβ bewirkt wird, so d*3 bei Vorliegen del einem
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magnetischen Sättigungszustandes des Films 1 ζ. B. entsprechend der +R-Drehung kein Licht den Detektor 6 erreichen kann. In diesem Falle wird für den entgegengesetzten Zustand des Films 1 entsprechend der Drehung -R eine diskrete maximale Änderung des Detektor aus gangs signals beobachtet werden.
Es versteht sich, daß für einen empfindlichen Film 1 Störungen durch aus sere
magnetische Streufelder durch eine geeignete Abschirmung verhindert werden ä
sollten, was durch die Bezugsziffer 16 angedeutet ist. Es wurde festgestellt, daß ein intensiverer differentieller Faraday-Effekt erzielt wird, wenn der Film in einem anderen als einem rechten Winkel relativ zum einfallenden Licht 7 und zu der Tangente auf die Oberfläche des Magnetbandes 10 angeordnet wird.
Zufriedenstellende Resultate können erreicht werden, indem Film 1 mit Substrat IA (Fig. 2) in einem Winkel H von 60 oder 45 gegen die Richtung des durchsetzenden Lichtes 7 orientiert werden. Der Film 1 in Fig. 1 bzw. Ϊ in Fig. 2 ist empfindlich gegenüber magnetischen Aufzeichnungskomponenten parallel zur Wellenfront des den Film durchsetzenden Lichtes. Ein für den Faraday-Effekt geeignetes Wandlermedium 30, welches empfindlich ist für · Komponenten des magnetischen Vektors des Aufzeichnungsmaterials, welche in Richtung der durchsetzenden Lichtstrahlen verlaufen, ist in Fig. 4 gezeigt.
Hierfür geeignetes Material stellen beispielsweise Kristalle aus Gadolinium-
Eisengranat dar. Zur Zeit verfügbare Granate besitzen eine Dicke von 2, 5 . lOcrr
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, und weisen eine Winkeldifferenz in der Grössenordnung von 15 des infolge des Faraday-Effektes polarisierten durchgehenden Lichtes auf. Aufzeichnungsdichten von 400 Bit/ein werden leicht von derartigen Kristallen aufgelöst, bzw. reproduzierbar abgefühlt. Da diese Kristalle in keiner Weise nichtlinearen Hystereseeffekten unterliegen, sondern ein breitbandiges Frequenzverhalten aufweisen, so kann die durch den Faraday-Effekt bewirkte Polarisation derartiger Kristalle leicht den Änderungen von linearen magnetischen k Aufzeichnungen folgen und diese ohne Verfälschung wiedergeben, d.h. somit Aufgaben erfüllen, wie sie bei der Wiedergabe von Schalleffekten oder auch von Fernsehbildern benötigt werden. Obwohl im allgemeinen das Auflösungsvermögen derartiger Kristalle nicht so günstig liegt, wie dies für die Filme für die Umsetzung binärer Signale der Fall ist, so können sie doch dort benutzt werden, wo die Filme z. B, wegen ihrer Nichtlinearität unbrauchbar sind.
Zur Verhinderung von Streureflexionen des Lichtes sollten die unteren Oberflächen der Prismen 2 und 3 mit Mchtabsorbierender Farbe bedeckt werden.
Wie in Fig. 5 gezeigt, kann ein Mehr spur system unter Benutzung von Filmen
aur Signalumwandlung benutzt werden, wobei jede einzelne Spur etwa der ': einer Anordnung der Figuren 1 und 2 entspricht.
Hiersu" sind auf Glas- oder Quarzuoterlagen-aufgebrachte streifenfärmige ferromagnetische-Filme 31, 32, 33 und 34 über den zugehörigen Spuxen des
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Aufseicknusigflträgere bzw. Magnetbandes 3IA, 32A1 33A und 34A angebracht. Die Zwischenräume 31B, 32B und 33B zwischen den Streifen entsprechen den Spuren 31C, 32C, 33C auf dem Aufzeichnungsträger 36 und können zur Unterdrückung von unerwünschten Übersprechen infolge Reflexion von Streulicht mit schwarzer Farbe bedeckt werden. Die Lichtdetektoren 3ID, 32D, 33D und -34B können in passenden Abständen gegenüber dem Ausgangsprisma 38 angeordnet werden und je nach Bedarf sind auch noch weitere Lichtdetektoren. SIE» 32E, 33E und 34 Kur Aufnahme dec das Prisma 38 durchsetzenden Liehtee «ur Differentialdetektion entsprechend der Differenz zwischen den elektr i* ehest Aus gangs signai«ii P und £ vorgesehen. -Einit- Wellenplattchen 39 wird EU? Drehung des Polariitatiosisvektor» innerhalb einer jeden Lichtnpur um einen, konstanten Betrag benutzt, wie bereite oben, erwähnt wurde. Es ist für des Fachmann klar» daS der Aufzeichnungsträger nicht auf bandförmige Magnetbitoder begrenzt ist» sondern daß auch Magnettrommeln oder plastic ehe · Baader benutzt werden k*nn«&. ;. . - ~ ^

Claims (9)

P ATE NTAN SPRÜCHE
1. Verfahren zum Auslesen von magnetisch gespeicherten Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß ein in einer ersten Polarisationsvorrichtung teilweise polarisierter Lichtstrahlengang eine in unmittelbarer Nähe des Informationsträgers angeordnete dünne transparente Schicht eines ferromagnetischen Materials durchsetzt und nach einer weiteren Drehung seines Polarisationsvektors in einer zweiten Polarisationsvorrichtung einem Lichtdetektor zugeführt wird und daß die gesamte konstante Drehung des Polarisationsvektors so gewählt wird, daß ein erster magnetischer Zustand des Informationsträgers kein oder nur ein geringfügiges, der entgegengesetzte magnetische Zustand des. Informationsträgers dahingegen ein starkes elektrisches Auegangssignal des Lichtdetektors bewirkt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Polarisationsvorrichtung
' das Umlenk- Prisma (2), als zweite Polarisations vorrichtung das
Umlenk-Prisma (3) vorgesehen ist, an denen der Strahlengang jeweils unter dem Brewster-Winkel reflektiert wird und dass zum Auslesen binärer Informationen der zwischen den reflektierenden Flächen beider Prismen liegende Teil des Strahlenganges eine auf den Träger (IA) aufgebrachte dünne Schicht (1) aus Permalloy in zu dessen Oberfläche normaler, zur Fortbewegungsrichtung des dicht an einer Kante
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des Films (1) bzw. Träger (IA) vorbeigeführten Informationsträgers paralleler Richtung durchsetzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung des Strahlenganges mit Hilfe von Spiegeln durchgeführt ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Strahlengang mit der normalen auf die Ebene der dünnen Schicht (l) einen Winkel von 30 bis 45 bildet.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante zusätzliche Drehung des Polarisationsvektors des Lichtstrahlenganges durch eine Drehung eines oder beider Umlenkprismen realisiert ist.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante zusätzliche Drehung des Polarisationsvektors des Lichtstrahlenganges durch eine spezielle Konstruktion der UmIenk-Prismen realisiert ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante zusätzliche Drehung des Polarisationsvektors
des Lichtstrahlenganges durch Einfügung eines Plättchen aus optischaktivem Material in den Strahlengang realisiert ist. Docket 7967
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8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb einer Gesamtvorrichtung nach Anspruch 2 zum Auslesen einer stätigen Information eine dünne Schicht (1) aus Gadolinium-Eisen-Granat vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8,- dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleichzeitig auszulesende Spuren vorgesehen sind.
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Ί5.
Le e r s e ε t e
DE19671524795 1966-06-20 1967-06-16 Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden auslesen von magnetisch gespeicherten informationen Withdrawn DE1524795B2 (de)

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