DE1574490B2 - Ablenkanordnung für Lichtstrahlen bei einem optischen Datenspeichersystem - Google Patents
Ablenkanordnung für Lichtstrahlen bei einem optischen DatenspeichersystemInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ablenkanordnung für Lichtstrahlen bei einem optischen Datenspeichersystem
nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Elektronische Datenverarbeitungsanlagen größeren Umfangs benötigen entsprechend große Speicher.
Konventionelle Großspeicher wie magnetische Plattenspeicher oder magnetische Bandspeicher erfordern
entweder verhältnismäßig viel Platz, oder aber die mittlere Zugriffszeit wird so groß, daß ihre Verwendung
als Primärspeicher unwirtschaftlich wird, so daß sie nur als Sekundär- und Tertiärspeicher in Betracht
kommen. Wenngleich die Anforderungen an die mittlere Zugriffszeit bei Sekundärspeichern verhältnismäßig
gering sein können, da die Datenübertragung in den Primärspeicher innerhalb der Totzeiten
der Gesamtanlage erfolgen kann, so ist doch eine Verkürzung dieser Zugriffszeiten erwünscht.
Ebenfalls erwünscht ist eine Verminderung des Raumbedarfs solcher großer Speicher.
In diesem Zusammenhang sind Vorschläge gemacht worden, die Verfärbung bestimmter Aufzeichnungssubstanzen
zumeist organischer Natur unter dem Einfluß energiereicher Strahlen zur Datenaufzeichnung
auszunutzen.
Diese Verfärbungsreaktion erfordert eine verhältnismäßig hohe Strahlungsenergie oder bei geringeren
Energien eine entsprechend längere Einwirkungsdauer. Jedoch liegen die heute beispielsweise mit
energiereichen Laserstrahlen erzielbaren Aufzeichnungsdaten bei solchen Werten, daß diese Art der
Speicherung als durchaus technisch einsatzfähig bezeichnet werden kann.
Es ist vorgeschlagen worden, die Speicher mit den genannten Substanzen in der Art von Filmbändern
aufzubauen. Das bedeutet, daß auf einen langen zugfesten Träger die Aufzeichnungssubstanz aufgebracht
Bei dieser Art des Speicheraufuaues treten folgende
Nachteile in Erscheinung.
Zunächst einmal ist die mittlere Zugriffszeit wie bei den Magnetbändern verhältnismäßig groß, zum
anderen ist eine genaue Bandführung bei den erforderlichen hohen Bandgeschwindigkeiten äußerst
schwierig. Diese genaue Bandführung ist insbesondere deshalb erforderlich, weil die Bestrahlung mit
Laserlicht zu im Verhältnis zu den Dimensionen der Bandfläche sehr schmalen Lichtspuren führt, um die
Datendichte zu steigern, weil aber andererseits die Aufzeichnungsspur beim Lesen exakt getroffen werden
muß.
Aus der Magneitecnnik ist das Prinzip der rotierenden
Trommel, die auf ihrer Mantelfläche die Datenaufzeichnungen trägt, seit langem bekannt. Bei
dieser Technik ist die Mantelfläche also mit der magnetisierbaren Schicht bedeckt. Die Aufzeichnungsspuren sind nebeneinander auf dem Umfang der
Trommel angeordnet, und pro Spur ist ein Magnetkopf vorgesehen.
Die Speicherkapazität eines solchen magnetischen Trommelspeichers ist bestimmt durch die Zahl der
Spuren, die Größe des Umfangs und die Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel.
Die Zugriffszeit ist im wesentlichen durch die Umdrehungsgeschwindigkeit
der Trommel bestimmt.
Solche Trommelspeicher haben wegen ihrer geringen Kapazität und den verhältnismäßig großen Zugriffszeiten
bei den heutigen Datenverarbeitungsanlagen praktisch keine Bedeutung mehr. Ein weiterer
Grund, von dieser Technik abzugehen, lag darin, daß es Schwierigkeiten bereitet, bei einer verhältnismäßig
schnell rotierenden Trommel die Magnetköpfe so zu lagern, daß der Kontakt mit der magnetischen
Schicht über die Gesamtlänge jeder Spur gleich bleibt.
Aus der deutschen Patentschrift 1 004 836 und der USA-Patentschrift 1 751 584 sind auch schon optische
Abtastverfahren bekannt, bei denen Druckschriften oder Bilder während des Abtastvorgangs auf trommelartigen
Trägern angeordnet sind, die vor den Abtastorganen rotieren. Es handelt sich jedoch dabei
nicht um Trommelspeicher im eigentlichen Sinn, da die gespeicherten Daten sich nicht auf der Trommel
selbst, sondern auf einem anders gestalteten Speichermedium befinden.
Aus der französischen Patentschrift 1 421 798 ist weiterhin ein als Festwertspeicher verwendbarer
Trommelspeicher bekannt, bei dem die Speicherung durch Belichtung einer lichtempfindlichen Schicht erfolgt,
die nach Belichtung entwickelt und fixiert werden muß. Schreib- und Lesevorgang werden bei diesem
Speicher mit unterschiedlichen Mitteln durchgeführt. Die Lesevorrichtung enthält für jede Speicherspur
eine eigene Linsenkombination mit zugeordnetem Lichtempfänger. Trotz des beträchtlichen Aufwandes
ist nur eine verhältnismäßig geringe Speicherdichte erzielbar.
Aus der deutschen Patentschrift 209 320 ist ein Verfahren zur elektrischen Fernübertragung von Bildern
bekannt, bei dem zur Ablenkung eines ein Bild Punkt für Punkt seriell abtastenden Lichtstrahls eine
Hintereinanderschaltung von zwei identischen Drehspiegelsystemen vorgesehen ist, deren Drehachsen
orthogonal aufeinanderstellen. Mit einem derartigen Speichersystems, das in vorteilhafter Weise von der erAblenksystem
ist eine schnelle wahlfreie Adressierung findungsgemäßen Ablenkanordnung Gebrauch macht,
eines Speicherplatzes bei einem Trommelspeicher Als Lichtquelle dient ein Laser 5, der zwei ausnicht
möglich. . gehende Lichtstrahlen 6, 7 aussendet. Jeder dieser
An und fur sich ist insbesondre hinsichtlich der 5 Lichtstrahlen 6, 7 kann durch einen elektrooptischen
damit erreichbaren kurzen Zugnffszeit für die Ab- Modulator 8 bzw. 9 im Takt des Datenflusses mo-
lenkung eines Lichtstrahls auf Speicherplätze eines duliert werden. Die zu speichernden Daten können
optischen Datenspeichers ein digitales, elektrooptisches umschaltbar in einem der beiden Modulatoren einge-
LichtablepVsystem besonders gut geeignet. Ein der- speist werden.
artiges Lichtablenksystem ist beispielsweise in IBM io Nach dem Durchgang durch die Modulatoren 8
Journal (Januar 1964), S. 64 bis 67, beschrieben. Bei bzw. 9 durchlaufen die Lichtstrahlen 6,7 ein digitales
einer sehr großen Anzahl von anzusteuernden Ab- elektrooptisches Lichtablenksystem 10 mit vier Ablenkpositionen
ist jedoch ein vielstufiges Ablenk- lenkstufen. Ein solches digitales Lichtablenksvstem
system erforderlich, das zu aufwendig ist und einen ist beispielsweise aus IBM J. Res Dev., 8 (1964), 64,
großen Raumbedarf hat. ,5 w. Kulcke, T. J. Haris, K. Kosanke, E. Max,
Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, eine A Fast Digital-Indexed Light Deflector oder aus
einen geringen Aufwand und Raumbedarf erfordernde Bell Syst. Techn. J., 43 (1964), 821, T. J. Nelson,
Ablenkanordnung für Lichtstrahlen bei einem opti- Digital Light Deflection bekannt. Jedoch lassen sich
ichen Datenspeichersystem gemäß dem Gattungs- auch andere Lösungen, beispielsweise Spiegelvor-
fcegriff des Hauptanspruchs anzugeben, die einen 20 richtungen, einsetzen.
wahlfreien Zugriff zu in großer Dichte angeordneten Im vorliegenden Fall umfasse das Lichtablenk-
Speicberplätzen bei geringer Zugriffszeit ermöglicht. system 10 vier Ablenkstufen. Damit läßt sich je nach
Eine Lösung dieses Problems besteht erfindungsgemäß Ansteuerung des Lichtablenksystems jeder der beiden
tus den im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführ- Lichtstrahlen auf eine von 24 = 16 Stellungen bzw.
gen Merkmalen. 25 Richtungen positionieren. Die Gesamtzahl der damit
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Ablenk- zur Verfügung stehenden optischen Kanäle ist also
anordnung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter 32, was der Anzahl der Spurscharen Sp auf der
Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Trommel nach F i g. 1 entspricht. Jeweils einer dieser
Fig. 1 zeigt die rotierende Trommel 1. Die Trom- optischen Kanäle bzw. eine der Spurscharen ist Trämel
rotiert mit z. B. 24000 Umdrehungen pro Mi- 30 ger des zu speichernden Datenflusses. Die Umschal-BUte
um ihre Längsachse. Dabei ist sie aus zwei Tei- tung von einem Kanal auf den anderen mittels des
len aufgebaut. Ein innerer Kern 2 weist die Gestalt Lichtablenksystems kann sehr schnei! erfolgen, bei-
»ines Doppelkegels oder eines Doppelkegelstumpfes spielsweise in 10 |is oder bei entsprechendem Aufauf
(beide Einxelkegel berühren sich mit ihren Grund- wand in noch kürzerer Zeit.
flächen). Die Oberfläche dieses Doppelkegels ist ver- 35 Nach dem Durchgang durch das Lichtablenksystem
tpiegelt. Der äußere Teil ist als Hohlform 3 ausgebil- wird der Laserstrahl über die im i^samnienhang mit
det. die, auf den Doppelkegel aufgesetzt, mit diesem Fig. 1 erwähnten Umlenkspiegel Uspl bis Usp32
den zylinderförmigen Gesamttrommelkörper bildet. dem Trommelspeicher zugeführt.
Diese Hohlform 3 besteht aus durchsichtigem Mate- Im folgenden soll noch auf einige Einzelheiten be-
rial (Glas, Plexiglas o. ä.). Auf der Mantelfläche sind 4.0 züglich der verwendeten Elemente sowie auf die bei
Eueinander parallele Spurscharen 5p (bei einer Höhe einer speziellen Ausbildung des Datenspeichersystems
des Trommelkörpers von z. B. 66 mm z. B. 32 Spur- erreichbare Speicherkapazität und Zugriftszeit ein-
scharenSpl bis 5p32) angeordnet. Jeder dieser Spur- gegangen werden.
scharen 5p ist ein Nachrichtenkanal zugeordnet, jede Als Laser 5 kommt vorzugsweise ein solcher in
Spurschar enthält z. B. 175 Einzelspuren. Das die 45 Betracht, der im Ultraviolettbereich arbeitet, beiVerfärbung
der lichtempfindlichen Substanz bewir- spielsweise Argon-, Krypton- oder Neonlaser. Es
kende Lichtbündel wird von einer Linse gebündelt handelt sich hierbei um Ionengaslaser, mit deren
und durch einen kleinen Umlenkspiegel Usp umge- Hilfe ein verhältnismäßig hoher Lichtpegel erreicht
lenkt, daß es auf die lichtempfindliche Fläche des werden kann. Ferner ist es möglich, diese Laser mit
Speicherkörpers fokussiert ist. 50 unterschiedlichen Wellenlängen entsprechend den
Zweckmäßigerweise wird für jede Spurschar Sp ein Emissionslinien zu betreiben.
Umlenkspiegel Usp vorgesehen, der dann für die Ein- Als Modulatoren 8, 9 stehen elektrooptische Kri-
stellung des Lichtbündels auf die Einzelspuren der stalle zur Verfügung. Die zur Ansteuerung dieser
Spurschar verantwortlich ist. Kristalle erforderlichen Spannungen liegen verhält-
AIs Umlenkspiegel Usp wird in vorteilhafter Weise 55 nismäßig hoch und sind der Lichtwellenlänge proein
Galvanometerspiegel vorgesehen, wie er beispiels- portional. Deshalb ist die Verwendung von im UV-weise
bei Lichtstrahloszillographen Verwendung fin- Bereich liegendem Laserlicht besonders vorteilhaft,
det. Sein Auslenkwinkel kann mit einem eingespeisten Die Galvanometerspiegel, die als Umlenkspiegel
Strom eingestellt werden. Usp Verwendung finden sollen, ermöglichen einen
Unter der Annahme einer Lichtwellenlänge von 60 Auslenkwinkelbereich von z. B. 2,5° oder mehr und
0,351 μ (kontinuierlicher Argon- bzw. Krypton-UV- eine Grenzfrequenz von beispielsweise 2 kHz oder
Ionenglaslaser) und einem Lichtbündeldurchmesser mehr. Bei den genannten Daten (Abstand des Um-
von 1,6 mm auf dem Umlenkspiegel erhält man bei lenkspiegels von der Speicherschicht 20 mm, Licht-
einem Abstand von 20 mm zwischen Umlenkspule wellenlänge 0,351 μ, Brennfleckdurchmesser 3 μ) und
und Speicherschicht einen Brennfleckdurchmesser 65 einem Auslenkwinkelbereich des Spiegels von 2,5°
von etwa 3 μ. Der Schärfentiefebereich des Fokus (d. h. Lichtablenkbereich 5°) ergibt sich eine Höhe
liegt dabei bei der Größenordnung 30 bis 50 μ. der Spurschar von 1,75 mm. Unter der Annahme
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Gesamt- eines Abstandes von 2 mm zwischen jeder einzelnen
Spurschar ergibt sich die Gesamthöhe des Trommelspeichers zu etwa 66 mm.
In der Einzelspur wird für die Speicherpunkte (Durchmesser 3 μ) ein Abstand von 3,5 μ gewählt.
Auf diese Weise können in einer Spur auf einer Trommel von 70mm Durchmesser . -i^ = 6,25· 10^
Bits gespeichert werden.
Die Speicherkapazität ergibt sich daraus wie folgt:
6,25 ■ 104 Bits pro Einzelspur;
6,25 · 104 · 175 = 1,095 · 107 Bits pro Spurschar; 1,095 ■ 107 · 32 = 3,5 ■ 108 Bits auf einer Trommel 1.
6,25 · 104 · 175 = 1,095 · 107 Bits pro Spurschar; 1,095 ■ 107 · 32 = 3,5 ■ 108 Bits auf einer Trommel 1.
Die Schreib- bzw. Lesegeschwindigkeit ist durch die Rotationsgeschwindigkeit (hier 24 000 U/min) und
die Bitzahl pro Einzelspur festgelegt zu
6,25 · 104 · 400 = 2,5 · 107 Bits/sec.
Die Zugriffszeit τ setzt sich aus drei Anteilen zusammen: T = Tr„t + Tprur + TSplirs(.|1!lr.
Dabei ist der Anteil THp„r?,.h.,r, der benötigt wird,
um im Lichtablenksystem auf die gewünschte Spurschar zu schalten, bei z. B. 10 \is vernachlässigbar
gegen die beiden anderen Anteile. rSl,ur ist die Zeit,
die benötigt wird, um den Umlenkspiegel auf die gewünschte Einzelspur einer Spurschar einzustellen.
Bei einer angenommenen Grenzfrequenz des Umlenkspiegels von 2 kHz liegt diese Zeit bei etwa
0,5 ms. Den größten Beitrag liefert die Auffindung der Daten in einer Einzelspur auf Grund der Rotation
der Trommel. Für eine volle Umdrehung werden 2,5 ms benötigt. Im Mittel beträgt dieser Anteil
demnach 1,25 ms.
Insgesamt läßt sich über die Zugriffszeit somit aussagen, daß sie maximal etwa 3 ms, im Mittel
<2ms beträgt.
Im folgenden sei noch auf den Schreib- und Leseprozeß eingegangen.
Die zu speichernden Daten werden dem einen der beiden Lichtstrahlen 6. 7, die aus dem Laser austreten,
beispielsweise dem Lichtstrahl 6, in einem der Modulatoren, beispielsweise in dem Modulator 8 aufmoduliert,
während der andere Modulator 9 den zweiten Lichtstrahl 7 ausgeschaltet hält. In dem digitalen
Lichtablenksystem 10 wird der modulierte Strahl dem Kanal 1 zugewiesen. Der erste Umlenkspiegel
Usp 1 positioniert ihn auf die erste Einzelspur der ersten Spurschar Sp 1. Nach einer Umdrehung
der Trommel 1, d. h., wenn die erste Einzelspur gefüllt ist, schaltet der Modulator 8 den ersten Lichtstrahl
6 aus, und der andere Modulator 9 übergibt die Speicherinformation dem zweiten Lichtstrahl 7,
der über das Lichtablenksystem 10 dem Kanal 17 zugewiesen und über den siebzehnten Umlenkspiegel
Usp 17 auf die erste Einzelspur der siebzehnten Spurschar 5p 17 positioniert wird.
Während diese Einzelspur gefüllt wird, stellt sich der erste Umlenkspiegel Uspl auf die zweite Einzelspur
der ersten Spurschar Sp 1 ein; diese Einzelspur kann nach Auffüllen der ersten Einzelspur der siebzehnten
Spurschar Sp 17 und entsprechender Umschaltung der Modulatoren und des Lichtablenksystems
mit den Daten gefüllt werden.
Sind auf diese Weise die Spurscharen 1 und 17 gefüllt, so wird durch das digitale Ablenksystem K
auf die Spurscharen 2 und 18 geschaltet und hiei entsprechend verfahren.
Als Aufzeichnungssubstanz stehen verschiedeiu
Stoffe zur Verfügung. Es soll sich um Stoffe handeln die gegenüber den aufzeichnenden Strahlen eine ausreichend
hohe Empfindlichkeit aufweisen. Die auftretende Verfärbung ist je nach der Auswahl des
Stoffes irreversibel oder reversibel. Solche Stoffe sind
ίο teils vorgeschlagen worden, teils bereits bekannt, ζ. Β
aus der USA.-Patentschrift 3 299 079.
Es lassen sich zwei Ausleseverfahren denken, beispielsweise ein solches, bei dem durch den Ausleseprozeß
die Speicherinformation zerstört wird, wenn nämlich zur Abtastung Licht der gleichen Wellenlänge
wie beim Schreibprozeß verwendet wird, oder aber in vorteilhafter Weise ein zerstörungsfreier Ausleseprozeß,
bei dem zum Abtasten der Information Licht einer Wellenlänge verwendet wird, die nicht
verfärbte Anteile der Speicherschicht ihrerseits nicht verfärbt, vorzugsweise Licht einer größeren Wellenlänge
als beim Schreibprozeß.
Der Ausleseprozeß kann in zum Schreibprozeß analoger Weise vorgenommen werden, indem das
zum Lesen dienende Licht über die gleiche Apparatur über den abzufragenden Teil des Speichers positioniert
wird wie beim Schreibprozeß. An den Stellen, wo entsprechend der Speichcrinformation Verfärbung
eingetreten ist. wird der Lesestrahl nicht oder nur teilweise, an den übrigen Stellen ungehindert
in das Innere der aus durchsichtigem Material aufgebauten Trommel eindringen und an der verspiegelten
Oberfläche, die wie beschrieben die beiden Teile de« Trommel körpers trennt, abgelenkt werden.
Je nach Neigung dieser verspiegelten Fläche gegenüber der Richtung des auftrcficndcn Lichtstrahles
wird dieser abgelenkt. Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel 45°, so daß der Strahl um 90
abgelenkt wird und an der Stirnfläche der Trommel 1 austritt. Beiden Stirnflächen der Trommel gegenüber
sind Lichtempfänger 11. 12 angeordnet, die eine so
große Aufnahmefläche aufweisen, daß sämtliche über den Radius der Stirnfläche austretenden Lichtstrahlen
von ihr aufgenommen werden können. Die Lichtempfänger 11. 12 setzen die Lichtsignale in
elektrische Signale um. die den eingespeicherten Daten entsprechend und zur weiteren Datenverarbeitung
ausgenutzt werden können.
Die Bauteile 1, Usp. 11 und 12 sind in Fig. 2 in
dem Block 13 zusammengefaßt.
Da die Lichtempfänger 11,12. wie ausgeführt, eine
verhältnismäßig große Fläche aufweisen, liefern sie keine Information über die Adresse der ausgelesenen
Daten. Diese kann jedoch aus der Einstellung der Umlenkspiegel Usp und des digitalen Lichtablenksyslems
10 gewonnen werden. Es ist auch möglich, die Lichtempfänger so auszubilden, daß sie etwa
durch eine entsprechende Rasterung Adreßinformationen liefern können.
In vorteilhafter Weise ist, wie angegeben, die Oberfläche des Kernes 2 als Doppelkegelfläche ausgebildet,
so daß die Speicherinformationen der Hälfte der Spurscharen 5p dem einen, die der anderen Hälfte
der Spurscharen 5p dem anderen Lichtempfänger zugeführt werden, was zu einer Aufteilung des von diesen
gelieferten elektrischen Datenflusses analog zur Aufteilung des zu speichernden Datenflusses auf die
beiden aufzeichnenden Lichtstrahlen fi 7
Wird die Trommel vergrößert, so führt das zu einer Vergrößerung der Speicherkapazität, wobei allerdings
die Übergaberate des Systems entsprechend heraufgesetzt wird.
Die Zugriffszeit des Systems kann durch eine höhere Rotationsgeschwindigkeit der Trommel verringert
werden. Allerdings wird, gleichbleibender Durchmesser der Trommel vorausgesetzt, entweder
bei gleicher Speicherkapazität die Obergaberate erhöht oder bei gleicher Übergaberate die Speicherkapazität
vermindert.
Eine Erhöhung der Speicherkapazität auf das 2"fache kann erreicht werden, indem das digitale
Lichtablcnksystem 10 um /i Stufen erweitert ν ird und
statt des einen Trommelspeichers 2" Trommelspeicher mit dem dazugehörigen Umlenkspiegel Usp vorgesehen
werden.
In diesem Zusammenhang sei auf einen erheblichen Vorteil des erfindungsgemäßen Datenspeichersystems
hingewiesen, der in dem geringeren Raumbedarf gegenüber in den sonstigen Eigenschaften vergleichbaren
Magnetplattenspeichern zu sehen ist.
Dieser Vorteil macht sich besonders bei der letztgenannten
Erweiterung der Speicherkapazität durch Anordnung mehrerer Trommelspeicher stark bemerkbar,
da der Raumbedarf jeweils nur um das Volumen dieser zusätzlichen Trommeln samt Umlcnkspiegeln
steigt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
509507/283
Claims (2)
1. Ablenkanordnung für Lichtstrahlen bei einem optischen Datenspeichersystem mit großer
Speicherkapazität und kurzer Zugriffszeit, bei dem eine als Datenträger vorgesehene Aufzeichnungssubstanz
auf die Mantelfläche einer in Umdrehungen versetzbaren Trommel aufgebracht ist und bei dem die Daten in Umfangslinier der
Trommel darstellende Einzelspuren gespeichert werden, bei dem die Aufzeichnungssubstanz für
das Einschreiben und Auslesen von Daten mit Strahlung mindestens einer Lichtquelle beaufschlagt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ablenkung der Strahlung auf auswählbare Bereiche der Aufzeichnungssubstanz ein
an sich bekanntes mehrstufiges digitales elektrooptisches Lichtablenksystem (10) sowie bewegliche
Umlenkspiegel (Usp) derart hintereinandergeschaltet sind, daß jeder der Stufen des digitalen
Lichtablenksystems (10) und mehreren zu einer Spurschar (Sp) zusammengefaßten Einzelspuren
ein derartiger beweglicher Umlenkspiegel (Usp) zugeordnet ist.
2. Ablenkanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkspiegel
(Usp) als Galvanometerspiegel ausgebildet sind.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |