DE1622477B2 - Optischer Speicher - Google Patents
Optischer SpeicherInfo
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Description
Bei datenverarbeitenden Maschinen werden vielfach sogenannte Festwertspeicher verwendet, die bei
sehr kurzen Zugriffszeiten und einfachem Aufbau in der Lage sind, große Mengen von Informationen auf
relativ kleinem Raum zu speichern. Als besonders vorteilhaft in bezug auf Speicherdichte, Zugriffszeit
und Kostenfaktor haben sich die in letzter Zeit bekanntgewordenen optischen Speicher erwiesen.
In einem derartigen Speicher wird beispielsweise eine undurchsichtige Karte verwendet, in der die Information durch das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Lochungen dargestellt ist. Zum Auslesen bestimmter Daten wird ein Lichtstrahl auf den betreffenden Teil der Karte gerichtet, der bei Vorliegen einer Lochung diese durchsetzt und eine dahinter angeordnete Photozelle betätigt. Bei einer anderen Art von optischen Speichern werden belichtete und entwickelte lichtempfindliche Schichten verwendet, in denen die Information mit einer viel größeren Dichte gespeichert werden kann als bei den obengenannten Speichern. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform derartiger Speicher wird der Lichtstrahl durch einen sogenannten Lichtpunktgenerator erzeugt, der aus einer Elektronenstrahlröhre besteht. Es wurde auch schon vorgeschlagen, den abtastenden Lichtstrahl mit Hilfe einer elektrolumineszenten Matrix zu erzeugen.
In einem derartigen Speicher wird beispielsweise eine undurchsichtige Karte verwendet, in der die Information durch das Vorhandensein oder das Nichtvorhandensein von Lochungen dargestellt ist. Zum Auslesen bestimmter Daten wird ein Lichtstrahl auf den betreffenden Teil der Karte gerichtet, der bei Vorliegen einer Lochung diese durchsetzt und eine dahinter angeordnete Photozelle betätigt. Bei einer anderen Art von optischen Speichern werden belichtete und entwickelte lichtempfindliche Schichten verwendet, in denen die Information mit einer viel größeren Dichte gespeichert werden kann als bei den obengenannten Speichern. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform derartiger Speicher wird der Lichtstrahl durch einen sogenannten Lichtpunktgenerator erzeugt, der aus einer Elektronenstrahlröhre besteht. Es wurde auch schon vorgeschlagen, den abtastenden Lichtstrahl mit Hilfe einer elektrolumineszenten Matrix zu erzeugen.
Die zuletzt beschriebenen Speicher haben zwar eine sehr kurze Zugriffszeit und eine relativ hohe Speicherdichte,
wegen der bei größer werdender Speicherdichte immer mehr störenden Streuungs- und Beugungserscheinungen
sind sie jedoch als echte Massenspeicher nur bedingt verwendbar.
Um diese Nachteile zu beseitigen, wurde auch schon vorgeschlagen, die Speicherdichte bei Speichern
der oben angegebenen Art durch die Verwendung von farbphotographischen Techniken dadurch zu erhöhen,
daß durch Einsatz mehrerer Wellenlängen in jedem Speicherplatz mehrere Bits aufgezeichnet werden
konnten. Die Anzahl der Farben, die man selbst bei Verwendung modernster farbphotographischer
Verfahren zu diesem Zwecke verwenden kann, ist aber relativ klein, da bei Verwendung der bekannten
farbphotographischen Verfahren in der Praxis zur Verfugung stehenden Farben ein sehr breites Absorptionsspektrum
aufweisen. Die Kapazität eines optischen Speichers läßt sich auf diese Weise daher
höchstens um den Faktor 3 bis 4 erhöhen.
Auf dem Gebiete der Farbphotographie sind im Laufe der Zeit eine ganze Reihe von Verfahren bekanntgeworden,
von denen sich jedoch nur wenige in der Praxis durchsetzen konnten. Eines der bekanntgewordenen
Verfahren, das sich jedoch wegen der beträchtlichen ihm anhaftenden Mangel in der
Praxis nicht durchsetzen konnte und auch relativ wenig bekanntgeworden ist, ist das sogenannte Lippmann-Verfahren,
bei dem die Farbaufzeichnung mittels stehender Wellen erfolgt. Eine Lippmann-Photographie
besteht im wesentlichen aus einer relativ lichtdurchlässigen Schicht aus Gelatine, die parallel
zueinander verlaufende dünne Schichten aus reflektierendem Material enthält. Diese Schichten werden
durch die Wirkung von stehenden Lichtwellen in der ursprünglich lichtempfindlichen Schicht durch Reflexion
des einfallenden Lichtes an einer hinter der Schicht befindlichen reflektierenden Fläche erzeugt.
Das so belichtete Material zeigt nach geeigneter Entwicklung und Fixierung im reflektierten Licht Farbeffekte.
Wegen der Umständlichkeit dieses Verfahrens und der starken Richtungsabhängigkeit der wiedergegebenen
Farben konnte es keine praktische Bedeutung erlangen.
Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, die Kapazität und Speicherdichte der bisher bekannten
optischen Speicher um Größenordnungen zu erhöhen, ohne die Zugriffszeit oder die Fehlerhäufigkeit
zu verschlechtern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den in den Ansprüchen 1 bis 12 beschriebenen optischen
Speicher gelöst.
Es hat sich nämlich gezeigt, daß die nach dem Lippmann-Verfahren gespeicherten Informationen
unter beim Betrieb von optischen Speichern relativ leicht einzuhaltenden Randbedingungen als Spektralfarben
sehr geringer Bandbreite ausgelesen werden können, so daß durch die Anwendung dieses Verfahrens
die Kapazität im Vergleich zu mit konventionellen farbphotographischen Verfahren arbeitenden optischen
Speichern um mehr als eine Zehnerpotenz erhöht werden kann. Es gibt eine größere Anzahl von
lichtempfindlichen Substanzen, die zur Erzeugung der oben angegebenen periodisch auftretenden, gleiche
Entfernung voneinander aufweisenden lichtstreuenden oder reflektierenden Flächen durch die Einwirkung
von stehenden Lichtwellen einer oder mehrerer monochromatischer Frequenzen geeignet sind. Als
besonders vorteilhaft haben sich Diazo-Verbindungen, Alkali-Halogenide und Silber-Halogenid-Verbindungen
erwiesen.
Die Erfindung wird anschließend an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die perspektivische Darstellung einer optisch auslesbaren Speichereinheit,
Fi g. 2 die schematische Darstellung der Draufsicht
einer optisch auslesbaren Speichereinheit,
F i g. 3 eine stark vergrößerte Schnittansicht eines Ausschnittes aus einer optisch auslesbaren Speichereinheit,
Fig. 4 die schematische Darstellung einer optimalen Anzeige beim Vorliegen von 25 gespeicherten
anharmonischen Frequenzen,
F i g. 5 die schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Einschreiben von Information in eine optisch
auslesbare Speichereinheit,
Fig. 6 die Schnittansicht einer besonders vorteilhaften
Maske zur Verwendung im Zusammenhan" mit der in Fi g. 5 dargestellten Vorrichtung zum Einschreiben
von Information in eine Speichereinheit, F i g. 7 eine Vorderansicht der in F i g. 6 dargestellten
Maske,
F i g. 8 ein Diagramm des Verlaufs der polarisierenden Eigenschaften remanenter elektrooptischer
Substanzen als Funktion des angelegten elektrischen Feldes,
F i g. 9 bis 13 schematische Darstellung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung,
F i g. 14 ein Diagramm von acht aus einem optisch auslesbaren Versuchsspeicher ausgelesenen anharmonischen
Frequenzen.
In den F i g. 1 und 2 wird eine optisch auslesbare Speichereinheit 10 dargestellt, die aus einer durchsichtigen
Trägerplatte 20 und einer durchsichtigen lichtempfindlichen Schicht 22 besteht. Die lichtempfindliche
Schicht 22 wird durch eine Schutzschicht 24 eingeschlossen und geschützt, deren Brechungsindex
dem Brechungsindex der Schicht 22 praktisch gleich ist. Eine reflektierende Schicht 32
vervollständigt die Speichereinheit und liegt im vorliegenden Ausführungsbeispiel an der der lichtempfindlichen
Schicht 22 gegenüberliegenden Seite der Trägerplatte 20. Die lichtempfindliche Schicht 22 ist
in eine Vielzahl von einzelnen Speicherbereichen 26 unterteilbar, beispielsweise durch Bereiche 28, die
nicht zur Speicherung von Informationen bestimmt sind und eine derartige Größe aufweisen, daß eine
Interferenz des Lichtes oder ein Übersprechen zwischen den einzelnen Speicherbereichen während des
Einlesens oder des Auslesens nicht eintritt.
Gemäß F i g. 3 wird an Hand einer stark vergrößerten schematischen Darstellung eines Schnitts
durch die Speichereinheit 10 der Aufzeichnungsprozeß veranschaulicht. Eine Information enthaltende
Maske 30 liegt über der unbelichteten lichtempfindlichen Schicht 22. Einfallendes Licht, das die anharmonischen,
d. h.. keine gemeinsamen Harmonisehen enthaltenden, kohärenten monochromatischen
Frequenzen /0, Z1 und /2 enthält, wird durch die als
Filter ausgebildeten Öffnungen 33 der Maske 30 der lichtempfindlichen Schicht 22 zugeführt, in der Speicherbereiche
26 α und 26 b eingezeichnet sind. Im Speicherbereich 26 α wird durch die Maske 30 nur
die Frequenz /, durchgelassen, während im Speicherbereich 26 b alle drei Frequenzen /fl, Z1 und /, durchgelassen
werden. In allen Fällen durchsetzt das einfallende Licht die lichtempfindliche Schicht 22 und
und wird an der reflektierenden Schicht 32 auf dem gleichen Wege zurückgeworfen, so daß in dieser
Schicht stehende Wellen entstehen. Im Bereich der Wellenbäuche der stehenden Welle 38 innerhalb des
Speicherbereiches 26 α findet eine starke Belichtung der lichtempfindlichen Schicht statt, während diese in
den Bereichen der Knoten der stehenden Welle kaum belichtet wird. Für senkrecht in die lichtempfindliche
Schicht 22 einfallendes Licht und unter Berücksichtigung eines Brechungsindexes η dieser Schicht beträgt
der gegenseitige Abstand der stark belichteten Bereiche eine halbe Wellenlänge des einfallenden
Lichtes.
Tm Speicherbereich 26 b können alle drei Frequenzen
/„, Z1 und f.-, die öffnung 33 durchsetzen. Daher
6S entsteht für jede der genannten Frequenzen durch
Reflexion an der reflektierenden Schicht 32 je eine stehende Welle, so daß die Belichtung der lichtempfindlichen
Schicht 22 in Halbwellenlängcnabständen
für jede der genannten Frequenzen erfolgt. Die Maske 30 und die reflektierende Schicht 32 werden
anschließend entfernt und die lichtempfindliche Schicht entwickelt und fixiert. Innerhalb der Speicherbereiche
26a und 26 b befindet sich nach der Entwicklung für jede aufgezeichnete Frequenz jeweils
eine Schar von lichtreflektierenden oder streuenden Schichten, deren Abstände für die aufgezeichneten
Wellenlängen und damit für die gespeicherten Informationen charakteristisch sind. Die reflektierenden
Flächen werden in F i g. 3 durch durchgehende Linien für die Frequenz /„ durch gestrichelte Linien
für die Frequenz Z1 und durch strichpunktierte Linien
für die Frequenz Jf0 dargestellt.
Im Speicherbereich 26 b werden durch die eingezeichneten stehenden Wellen drei Wellenlängen dargestellt.
Ist die Anzahl der reflektierenden Schichten für die Frequenz Z1 gleich nv für die Frequenz /0
gleich n0 und für die Frequenz /2 gleich n2, so sind
die entsprechenden Signalrauschverhältnisse für das
reflektierte Licht für die Frequenz /0 proportional -yfür
die Frequenz Z1 proportional -— und für die Frequenz
f., proportional -y-.
Die Fähigkeit der lichtempfindlichen Schicht 22 eine größere Anzahl von Frequenzen, beispielsweise
die in F i g. 4 eingezeichneten 25 anharmonischen Frequenzen oder auch bis 100 und mehr solcher Frequenzen
zu speichern, wird durch die Dicke dieser Schicht und die statische Kohärenz der zum Aufzeichnen
der Information verwendeten Lichtstrahlung bestimmt. Zwischen der Kohärenzlänge des Lichtes
und der Bandbreite der Strahlung besteht folgende Relation
k kann daher explizit als Anzahl der Wellen im
Kohärenzintervall bezeichnet werden:
k:
Δ Ve
In
AV:
Δλ
(1)
Um diese Gleichung auf die stehenden Wellen anzuwenden, die durch Reflexion in der lichtempfindlichen
Schicht entstehen, muß der Brechungsindex η der Schicht und die Reflexion von der reflektierenden
Schicht 32 berücksichtigt werden, in der ein Knoten der reflektierten Strahlung entsteht. Die effektive
Kohärenzlänge in der lichtempfindlichen Schicht ist Die bei der Erzeugung eines Musters von stehenden
Wellen wirksam werdenden physikalischen Gesetze setzen voraus, daß senkrecht einfallendes Licht
an einer reflektierenden Fläche in sich selbst zurückreflektiert wird, wobei in der reflektierenden Ebene
ein Knoten und in einer Entfernung -j- ein Wellen-
bauch und zusätzliche Wellenbäuche in Entfernungen
-ψ = -^- erzeugt werden. Da ΔI/ die Entfernung
von der reflektierenden Fläche, an der das Muster stehender Wellen erzeugt wird, angibt, ist es einleuchtend,
daß die obengenannte Gleichung für k ebenfalls die Anzahl der Wellenbäuche angibt, die in
der lichtempfindlichen Schicht 22 durch k = -.y
charakterisierte ■ Strahlung erzeugt werden. Diese lichtempfindliche Schicht ist im Bereich der Wellenbäuche
jedes einzelnen Musters stehender Wellen belichtet und wird in ihre endgültige Form durch anschließendes
Entwickeln und Fixieren überführt, so daß sie eine auslesbare Speicherschicht darstellt. Es
ist ohne weiteres einzusehen, daß die Anzahl der reflektierenden Flächen auch von der Gleichung für k
abhängig ist.
Mit Hilfe der obenangegebenen Gleichungen kann festgestellt werden, ob das zur Aufzeichnung verwendete
Licht der Dicke der lichtempfindlichen Schicht 22 angepaßt ist. Ist nämlich die Dicke dieser
Schicht größer als Δ l/, so wird sie nicht voll ausgenützt,
da der Bereich der stehenden Wellen kürzer als ihre Dicke ist. Wird beispielsweise angenommen, daß
bei einer Dicke der lichtempfindlichen Schicht von 15 μηι die Wellenlänge λ = 5000 Ä-Einheiten und die
Bandbreite der Strahlung 100 Ä-Einheiten beträgt, so
gilt die Gleichung k —
— 50. Die stehenden
Al/:
ΙηΔλ
λ_
Δλ
Dabei ist -=— die halbe Wellenlänge des Lichtes in
der lichtempfindlichen Schicht und k = —rr die Anzahl
der Wellen im Kohärenzintervall. Das Kohärenzintervall, gemessen in k Wellenlängen, ist unabhängig
von dem Material, durch das das Licht hindurchtritt und wird lediglich durch die Strahlungsquelle
bestimmt. Daher ist k ein Maß für die Bandbreite der Strahlung. Ein Filter hat bekanntlich die Wirkung,
die Zusammensetzung des es durchsetzenden Lichtes zu verändern. Ein Filter in Kombination mit einer
Lichtquelle kann daher als eine neue Lichtquelle mit einer eigenen Bandbreite betrachtet werden. Diese
Tatsache ist für die Frequenz-Selektivität beim Auslesen von Bedeutung.
Wellen innerhalb der lichtempfindlichen Schicht weisen daher 50 Bäuche auf. Ist der Brechungsindex η
der lichtempfindlichen Schicht gleich γ so ist Al/— 8,3 um oder 8,3 ■ 104 Α-Einheiten. Um die
Dicke von 15 μΐη der lichtempfindlichen Schicht voll
auszunutzen, ist eine Bandbreite der aufzeichnenden Strahlung zu wählen, bei der ΔI/ gleich oder größer
als die Schicht ist, so daß diese vollkommen ausgenutzt, d. h. in ihrer ganzen Dicke mit reflektierenden
bzw. lichtstreuenden Schichten besetzt werden kann. Unter Benutzung der Gleichung (3) und unter Annahme,
daß die Länge der Lichtwellen 5000 A-Ein-
heiten beträgt, ergibt sich k =—rj-i=;90. Die Bandbreite
des Lichtes Δ λ ist daher gleich = 56 A-
Einheiten zu wählen. Wird eine noch monochromatischere Lichtquelle verwendet, d. h., ist die Bandbreite
des erzeugten Lichtes noch schmaler, so wird das Kohärcnzintervall nicht voll ausgenutzt, denn
eine derartige Lichtquelle erzeugt ein Muster von stehenden Wellen, dessen Länge größer als die Dicke
der lichtempfindlichen Schicht ist.
Bei einer Dicke der lichtempfindlichen Schicht von 1000 am, einer Wellenlänge des verwendeten Lichtes
von 6000 Ä-Einheiten und einer Bandbreite von 1,2 Ä-Einheiten entsteht ein Muster von stehenden
Wellen, das die ganze Dicke der lichtempfindlichen Schicht ausnutzt. Dabei entstehen innerhalb der lichtempfindlichen
Schicht etwa 5000 reflektierende Flächen.
Wenn zwei anharmonische Frequenzen, d. h. Frequenzen ohne gemeinsame Oberwellen, mit vergleichbarer
Bandbreite in der lichtempfindlichen Schicht 22 der Speichereinheit im gleichen Speicherbereich 26
aufgezeichnet werden, so kann jede Frequenz gleichzeitig und unabhängig mit vergleichbarer Intensität
und mit einem Signalrauschverhältnis von etwa 2500:1 abgelesen werden. Wird auf ein großes
Signalrauschverhältnis verzichtet, so können in einem Speicherbereich 26 der lichtempfindlichen Schicht 25
verschiedene anharmonische Frequenzen mit vergleichbarer Bandbreite aufgezeichnet werden. Auf
diese Weise wird die Speicherdichte im Vergleich zu den bekannten zweidimensionalen optischen Speichern
um den Faktor 25 vergrößert. Eine optisch auslesbare Megabit-Speichereinheit kann unter Berücksichtigung
folgender Größen konstruiert werden:
Größe eines Speicherbereiches 30 μηι,
Anzahl ,der Speicherbereiche 1,5 · 103 Bereiche
pro mm2,
Größe der Speicherfläche 625 mm2, Anzahl der Speicherbereiche in der Speichereinheit
— 1 · 106,
Anzahl der Informationsbits in einem Speicherbereich = 25,
Anzahl der Informationsbits in der Speichereinheit = 2,5 · 10?,
Zugriffszeit für wahlweisen Zugriff 100 ns.
Zugriffszeit für wahlweisen Zugriff 100 ns.
In den Fig. 5, 6 und 7 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Aufzeichnung von Informationen in einer lichtempfindlichen Schicht
22 angegeben, durch die eine dreidimensionale optisch auslesbare Speichereinheit 10 erzeugt wird. Mit
der in F i g. 5 dargestellten Vorrichtung kann gleichzeitig mit sechs anharmonischen, kohärenten und
monochromatischen Frequenzen in die lichtempfindliche Schicht eingeschrieben werden. Die Zahl der
gleichzeitig einschreibbaren bzw. aufzeichenbaren Frequenzen kann, wie auf Grund der oben gemachten
Ausführungen ohne weiteres einzusehen ist, vergrößert oder verkleinert werden.
Für jede einzuschreibende monochromatische Frequenz wird ein hochintensiver, kollimierter, im wesentlichen
monochromatischer Strahl mit Hilfe von weitgehend monochromatischen Hochleistungslichtquellen
51, 52, 53, 54, 55 und 56 erzeugt, denen jeweils eine kollimierende Linse 60 zugeordnet ist.
Die Lichtquellen sind zweckmäßigerweise als Laser ausgebildet, die kontinuierlich oder im Impulsbetrieb
arbeiten. Andere geeignete monochromatische Lichtquellen bestehen aus Kohle- oder Quecksilberbogenlampen
mit geeigneten Filtern. Im weiteren Verlauf der kolümierten Lichtstrahlen ist für jede monochromatische
Frequenz ein Polarisator 62 angeordnet, um das kollimierte Licht dieser Frequenz zu
polarisieren. Informationsmasken 64, die die in den einzelnen Bereichen aufzuzeichnende Information in
Form von offenen und unterbrochenen Lichtwegen für jede zugeordnete Lichtfrequenz enthalten, sind die
nächsten Elemente in den einzelnen Lichtwegen, in deren Verlauf ferner Linsen 65, Strahlenteiler 68,
Spiegel 70 und schließlich eine gemeinsame Linse 67 angeordnet sind. Die Linse 67 sammelt die Informationsmuster
der Frequenzen, die in der lichtempfindlichen Schicht 22 aufgezeichnet werden sollen. Die
Linsen 65 korrigieren die Unterschiede der optischen Weglängen zwischen den Masken 64 und der lichtempfindlichen
Schicht 22. Die Strahlenteiler können beispielsweise als halbversilberte Spiegel ausgebildet
sein. Um unnötige Lichtverluste zu vermeiden, wird jeweils die Hälfte der monochromatischen Frequenzen
in einem der beiden Lichtwege 72 und 74 überlagert anstatt eine einzige Reihe von Strahlenteilern
zur Überlagerung der verschiedenen monochromatischen Frequenzen zu verwenden. Die überlagerten
Frequenzen der Lichtwege 72 und 74 werden dann durch den Strahlenteiler 76 vereinigt und die vereinigten
Frequenzen der Lichtempfindlichen Schicht 22 zugeführt. Überschüssiges Licht wird durch Elemente
78 absorbiert. Alle Frequenzen des überlagerten Lichtmusters werden an der reflektierenden
Schicht 32 reflektiert und erzeugen in der lichtempfindlichen Schicht 22 die oben beschriebenen stehenden Wellen. Wie bereits ausführlich erläutert, wird
die lichtempfindliche Schicht 22 im Bereich der Wellenbäuche jedes einzelnen aus stehenden Wellen
gebildeten Musters verändert. Anschließend wird die lichtempfindliche Schicht von ihrer Trägerplatte 20
aus dem Aufzeichnungssystem entnommen, entwickelt und fixiert und dient anschließend als eine
optisch auslesbare Speichereinheit 10.
Durch die in den einzelnen Lichtwegen angeordneten Informationsmasken 64 werden, wie im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2 angegeben, Speicherbereiche 26 erzeugt. Die Masken enthalten in den vorgesehenen Informationsbereichen Informationen in Form von offenen und unterbrochenen Lichtwegen. Die jede einzelne Maske verlassenden monochromatischen kollimierten Lichtstrahlen erzeugen senkrecht zu ihrer Fortpflanzungsrichtung . lichtfreie gitterartige Bereiche 28, welche die durch das Vorliegen und Nichtvorliegen von Licht gebildeten Informationsbereiche, die den unterbrochenen und offenen Lichtwegen der Maske entsprechen, voneinander trennen.
Durch die in den einzelnen Lichtwegen angeordneten Informationsmasken 64 werden, wie im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 2 angegeben, Speicherbereiche 26 erzeugt. Die Masken enthalten in den vorgesehenen Informationsbereichen Informationen in Form von offenen und unterbrochenen Lichtwegen. Die jede einzelne Maske verlassenden monochromatischen kollimierten Lichtstrahlen erzeugen senkrecht zu ihrer Fortpflanzungsrichtung . lichtfreie gitterartige Bereiche 28, welche die durch das Vorliegen und Nichtvorliegen von Licht gebildeten Informationsbereiche, die den unterbrochenen und offenen Lichtwegen der Maske entsprechen, voneinander trennen.
Die F i g. 6 und 7 stellen willkürlich gewählte Ausschnitte aus einer besonderen Ausführungsform der
Maske 64 dar. In der Praxis enthält eine Maske natürlich eine wesentlich größere Anzahl von Elementen
als in den obengenannten Figuren dargestellt. Diese Informationsmasken bestehen aus einem aus
elektrooptisch aktivem Material bestehenden Element 80, das entweder aus einem einzigen großen durchsichtigen
Kristall oder aber aus einem aus vielen kleinen derartigen Kristallen zusammengesetzten
Mosaik besteht, wobei für jeden Speicherbereich ein besonderer Kristall vorgesehen ist. Ein am elektrooptischen
Element 80 vorgesehenes Elektrodensystem 82, 86 erlaubt das Anlegen von elektrischen Feldern,
die das Element in den entsprechenden Bereichen doppelbrechend machen. Das im vorliegenden Beispiel
verwendete, aus vertikal verlaufenden Elektroden 82 und aus horizontal verlaufenden Elektroden
86 bestehende Elektrodensystem ermöglicht eine Koordinatenauswahl.
Die vertikal und parallel unter gleichen Abständen voneinander angeordneten Elek-
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troden 82 liegen an der einen Seite des elektrooptischen Elements 80. An der anderen Seite dieses
Elements und von den vertikalen Elektroden 82 durch eine Isolierschicht 84 getrennt liegt eine Vielzahl
von horizontal und parallel mit untereinander gleichen Abständen angeordneten Elektroden 86. Die
horizontalen und vertikalen Selektionselektroden verlaufen senkrecht zueinander. Durch sie wird das
elektrooptische Element 80 in ein regelmäßiges Muster von steuerbar einzeln aktivierbaren Bereichen
unterteilt.
An der· der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite eines elektrooptischen Elements ist ein Analysator 88
so angeordnet, daß seine Durchlaßrichtung einen Winkel von 90° mit der Durchlaßrichtung des Polarisators
62 einschließt. Die matrixförmige Informationsmaske 64 wird von einem Glasträgerelement 90 getragen,
wobei das Elektrodensystem und das elektrooptische Element 80 an der einen Seite und der Analysator 88
an der anderen Seite liegen.
Der verwendete elektrooptische Kristall muß die Eigenschaft der elektrooptischen Remanenz aufweisen.
Dies bedeutet, daß bei zeitweisem Anlegen eines elektrischen Feldes genügender Stärke der Kristall in
seinen doppelbrechenden Zustand überführt wird und auch nach Entfernung dieses Feldes während eines
bestimmten Zeitraumes in diesem Zustand verbleibt. Der doppelbrechende Zustand des Kristalls ist dann
so, daß ein ihn durchsetzender Strahl polarisierten Lichtes eine Änderung seines Polarisationszustandes
erfährt, die groß genug sein muß, daß der für den Lichtdurchtritt durch den Analysator 88 bestimmte
Bereich nahezu lOO°/oig lichtdurchlässig ist. In dem
in F i g. 8 wiedergegebenen Diagramm wird die Remanenzcharakteristik für Bariumtkanat (BaTiO3)
dargestellt, das sich unterhalb seiner Curietemperatur • von 120° C befindet. Bariumtitanat behält unterhalb
seiner Curietemperatur für einen beträchtlichen Zeitraum einen Zustand interner Polarisation, wenn es
durch Anlegen eines elektrischen Feldes genügender Stärke in diesen Zustand überführt worden ist. In
dem in F i g. 8 dargestellten Diagramm stellt die Abszisse das vorübergehend angelegte Potential und
die Ordinate die Fähigkeit des Kristalls dar, den Polarisationszustand des ihn durchsetzenden
Lichtes zu ändern. Der Remanenzpunkt von Bariumtitanat ist mit 92 bezeichnet. Die in der Maske verwendeten
Kristalle werden stets über einen der Punkte auf der Sättigungskurve, beispielsweise über
die Punkte 94 und 96 hinaus beeinflußt. Wenn Information in Form eines Informationsbits in die
Maske 64 eingeschrieben wird, so liegt der Polarisationszustand im Bereich des Punktes 92.
Die durch die Koordinate in F i g. 8 dargestellte Fähigkeit einer elektrooptischen Substanz, den Polarisationszustand
zu ändern, hängt weitgehend von der Zusammensetzung dieser Substanz ab und ist bei
den einzelnen Substanzen verschieden. So weist beispielsweise Rochelle-Salz, Kaliumdihydrogenphosphat
(KH2PO4) und Ammoniumdihydrogenphosphat
(NH4H2PO4) einen linearen elektrooptischen Effekt
auf, der bei Sättigung der Substanz in einer von zwei entgegengesetzt verlaufenden Richtungen eine Polarisation
des sie durchsetzenden Lichtes in jeweils einer von zwei senkrecht zueinander verlaufenden
Richtungen bewirkt.
Daher wird zirkulär polarisiertes Licht, das in einen derartigen Kristall einfällt, diesen Kristall als
linear polarisiertes Licht verlassen, dessen Polarisationsebene in einer von zwei senkrecht zueinander
liegenden Richtungen liegt, je nachdem, in welchem Zustand der Kristall sich zur Zeit des Lichtdurchtrittes
befindet. Dabei kann der einen Richtung der Polarisation der Wert 1 und der anderen Richtung
der Polarisation der Wert 0 zugeordnet werden. Kristalle aus Bariumtitanat, die für die erfindungsgemäße
Anordnung besonders vorteilhaft sind, weisen einen
ίο quadratischen elektrooptischen Effekt auf, bei dem
die Strahlung, unabhängig von der Richtung, in der der Kristall gesättigt ist, in der gleichen Weise beeinflußt
wird. Das in F i g. 8 dargestellte Diagramm mit den Sättigungspunkten 94 und 96 veranschaulicht den
is quadratischen elektrooptischen Effekt von Bariumtitanat.
Auf diese Weise wird in den bevorzugten Ausführungsbeispielen eine 1 durch Sättigung des
Speicherkristalls in einer der beiden Richtungen eingeschrieben, während das Einschreiben einer 0
durch die Aufhebung der inneren Polarisation des Kristalls, beispielsweise durch Anlegen einer abnehmenden
Wechselspannung oder durch andere Mittel erfolgt, die die Substanz in den durch den Punkt 98
im Schnittpunkt der Ordinate und der Abszisse definierten Zustand überführen.
Eine bestimmte Anordnung des Kristalls in der Maske ist nicht unbedingt erforderlich, aber der remanente
elektrooptische Effekt kann durch die richtige Anordnung eines bestimmten Kristalltyps verbessert
werden. So werden beispielsweise Bariumtitanat- und Rochellesalzkristalle so angeordnet, daß
der transversale elektrooptische Effekt ausgenutzt werden kann, wobei das polarisierende elektrische
Feld im rechten Winkel zur Richtung des Lichtstrahls liegt. Ein Kaliumdihydrogenphosphatkristall wird so
orientiert, daß das polarisierende elektrische Feld, die Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahls und die
optische Achse in der gleichen Richtung verlaufen.
Die Informationsmaske 64 wird vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 10 bis 20° C innerhalb
der Umgebung der Curietemperatur der verwendeten Kristalle betrieben. Die obengenannten einzelnen
Kristalle können bei der angegebenen Betriebstemperatur innerhalb von Mikrosekunden durch eine Spannung
von etwa 200 V umgeschaltet werden. Die gewählte Temperatur wird genau geregelt, um Temperaturschwankungen
von mehr als 1° C auszuschließen. Die gewünschte Arbeitstemperatur kann dadurch eingehalten werden, daß man die Maske in ein temperaturstabilisiertes
Flüssigkeitsbad eintaucht. Die Abklingzeit der remanenten elektrooptischen Kristalle
beträgt etwa 1 bis 5 Minuten und ist in weitem Umfang von der Art der verwendeten Kristalle abhängig.
Sollte die Information für eine längere Zeit benötigt werden, muß sie periodisch wieder eingelesen werden.
Das Abklingen des remanenten Zustandes der Kristalle kann durch einen exponentiell abfallenden
Wechselstrom beschleunigt werden, wenn es erforderlich ist, die in der Maske enthaltene Information vor
dem Einschreiben neuer Informationen zu löschen.
Zum Einschreiben einer Information in eine Informationsmaske 64 wird kurzzeitig eine Spannung an
einen der aktivierbaren Bereiche der Maske gelegt, so wie dies aus der Koordinatenwähltechnik bekannt ist.
Der aktivierbare Bereich wird in seinen gesättigten Zustand, d. h. in seinen Zustand überführt, in dem er,
wie oben im Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. S erläutert, seine polarisierende Eigenschaft
auch nach Wegnahme des elektrischen Feldes beibehält. Diejenigen aktivierbaren Bereiche, die ein binäres
Informationsbit im Gegensatz zu keinem Bit enthalten sollen, werden einzeln gepulst und nehmen, in
Übereinstimmung mit der gewünschten Information, eine polarisierende Eigenschaft an. Die Informationsmaske wird auf diese Weise mit Informationen geladen,
die in Form von aktivierbaren Bereichen, die eine Änderung des Polarisationszustandes des sie
durchsetzenden polarisierten Lichtes bewirken und solchen Bereichen, die diese Eigenschaften nicht
haben, vorliegt. Licht, das durch den Polarisationszustand ändernde aktivierbare Bereiche der Maske
64 durchtritt, kann den Analysator 88 durchsetzen und auf die lichtempfindliche Schicht 22 fallen.
Die Größe der Informationsmaske beträgt im vorliegenden Beispiel etwa 25 · 25 cm, während die aktivierbaren
Bereiche aus Kristallen von einer Größe von etwa 0,25 · 0,25 mm bestehen. Das ergibt eine
Maske von 1000 ■ 1000 Bits für jede verwendete monochromatische Frequenz. Die Linse 67 reduziert
dieses relativ große, 625 cm2 betragende Informationsmuster auf die Größe der lichtempfindlichen
Schicht 22, die vorteilhafterweise wesentlich kleiner ist und eine Größe von etwa 625 bis 10 000 mm2 aufweist.
In F i g. 9 wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer Festwertspeicherauslesevorrichtung dargestellt. Eine
Lichtquelle 100 erzeugt eine alle in der optisch auslesbaren Speichereinheit 10 gespeicherten Frequenzen
enthaltende Strahlung, die der Speicheremheit über eine Kollimatorlinse 102, über ein Element 104, das
das Licht von der Lichtquelle zu der Speichereinheit leitet und gleichzeitig einen Ausgang für das in der
Speicheremheit reflektierte Licht bildet, und über eine Viertelwellenplatte 106 zugeführt wird. Das das
Element 104 durchsetzende, in der Speichereinheit reflektierte Licht wird durch eine Reihe von Schaltelementen
108 geleitet. Das in F i g. 9 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält zehn derartige Schaltelemente
108, die mit SWl bis SWlO bezeichnet sind,
wobei für jede in einer Speichereinheit 10 enthaltene Frequenz ein besonderes Element vorgesehen ist. Die
Zahl der Schaltelemente 108 ist immer der gesamten Zahl der in der Speichereinheit gespeicherten Frequenzen
gleich. Dabei ist es. gleichgültig, ob 10 oder gar 100 Frequenzen gespeichert sind. Wenn eine bestimmte
Frequenz ausgelesen werden soll, so verläuft das Licht von dem betreffenden Schaltelement 108 zu
einer Lichtfilteranordnung F1, F 2... F 10 usw. für
jede Frequenz, welche nur das reflektierte Licht mit der vorgegebenen Frequenz durchläßt. Ein Lichtablenk-
und Auswahlelement 110 nimmt die betreffende Frequenz von dem entsprechenden Filter auf und
überträgt das von einem ausgewählten Speicherbereich 26 der Speicheremheit 10 reflektierte Licht zu
einem lichtempfindlichen Element, das beispielsweise als Photodetektor 112 ausgebildet ist und ein elektrisches
Signal zum Ausgangsregister 114 überträgt. Die Adressierung eines bestimmten Speicherbereichs
oder einer Gruppe derartiger Bereiche in der Speichereinheit wird steuerbar jeweils durch eine Steuereinheit
148 bewirkt. Eine Lichtabsorptionsanordnung 105, die hinter der Speichereinheit K) angeordnet ist,
absorbiert das nicht reflektierte Licht.
Das Element 104, das sowohl zur Übertragung des Lichtes von der Lichtquelle zur Speichereinheit 10 als
auch zur Übertragung des an den reflektierten Schichten dieser Speicheremheit reflektierten Lichtes zum
Ausgang dient, besteht aus einem Paar doppelbrechender, als Prismen 116 und 118 ausgebildeter Kristalle,
zwischen denen ein Luftspalt 120 liegt, und aus einer Viertelwellenplatte 106. Die Prismen 116
und 118 sind so ausgebildet und in bezug aufeinander so ausgerichtet, daß das ankommende unpolarisierte
Licht im Prisma 116 polarisiert wird und die polarisierte Komponente dieses Lichts durch das Prisma
ίο 118 und die Viertelwellenplatte 106 zur Speichereinheit
10 gelangt. Der Teil des polarisierten Lichtes, das von den reflektierenden Schichten der Speichereinheit
reflektiert wird, wird von der Viertehvellenplatte 106 wieder linear polarisiert und durch Totalreflexion
an der Grenzfläche, des Prismas 116 zum Luftspalt 120 aus dem Weg des einfallenden polarisierten
Lichtes abgelenkt. Das von der Speichereinheit reflektierte Licht tritt, nachdem es zweimal durch
die Viertelwellenplatte 106 getreten ist, in das Prisma 118 wieder als linear polarisiertes Licht ein, dessen
Polarisationsebene senkrecht zur Polarisationsebene des der Viertelwellenplatte ursprünglich zugeführten
Lichtes liegt. Die Schwingungsrichtung dieses reflektierten Strahls ist parallel zur Schwingungsrichtung
des ordentlichen Strahls des als Prisma 118 ausgebildeten Kristalls. Dieses Prisma ist so ausgebildet und
angeordnet, daß dieser Strahl den Ausgang des Elements 104 bildet. Zur Vermeidung von Lichtverlusten
sind die verschiedenen Flächen der Prismen, wie aus Fig. 9 ersichtlich, mit Antireflexüberzügen 122 überzogen.
Die Schaltelemente 108, die das Licht auf die
Lichtablenk- und Auswahlelemente 110 richten, bestehen aus einer elektrooptischen Phasenplatte 124,
zwei 45°-Prismen 126 und 128, zwischen denen ein Luftspalt 130 liegt, und einer Linse 131 zur Abbildung
der Ebene der Speicheremheit durch die Lichtfilteranordnungen. Die elektrooptisch^ Phasenplatte
124 besteht aus einem elektrooptischen Kristall 134, der zwischen zwei durchsichtigen Elektroden 136
liegt. Wird mit Hilfe einer Spannungsquelle 138 und der Elektroden 136 ein geeignetes elektrisches Feld
im Bereiche des Kristalls 134 erzeugt, so bewirkt er eine Drehung der Polarisationsebene des ihn durchsetzenden
Lichtes um 90°. Diese Drehung um 90° der Polarisationsebene bewirkt eine interne Reflektion
dieses Lichtes am Luftspalt 130. Das reflektierte Licht wird dadurch aus einem normalen, durch alle
Schaltelemente verlaufenden Weg in Richtung auf eines der Filter F1, F2... F10 der Filteranordnung
abgelenkt. Wenn keine elektrooptische Phasenplatte 124 erregt ist, so durchsetzt das einfallende Licht unabgelenkt
alle Schaltelemente 108, wobei, bedingt durch die Antireflexschichten 122, nur vernachlässigbare
Lichtverluste auftreten. Wie gesagt, durchsetzt das reflektierte Licht unabgelenkt alle Schaltelemente
108 mit nicht erregten Phasenplatten, bis es an ein Schaltelement mit einer erregten Phasenplatte gelangt,
das der auszulesenen Frequenz zugeordnet ist, wobei das Licht von seinem Weg durch die Reihe
der Elemente 108 zu dem entsprechenden Filter F1
... F10 und zu Lichtablenk- und Auswahlelementen
110 abgelenkt wird. Soll z. B. die dem Filter F10 zugeordnete
Frequenz ausgelesen werden, so wird nur die elektrooptische Phasenplatte 124 der Schalteinheit
SWlO betätigt. Das alle Frequenzen enthaltende reflektierte Licht verläuft durch die Reihe der
Schaltelemente 108, bis es zum Schaltelement 108 der
Schalteinheit SWlO gelangt, wo das Licht in Richtung auf das Filter F10 abgelenkt wird, in dem alle
Frequenzen, mit Ausnahme der ihm zugeordneten Frequenz, ausgefiltert werden. Die serielle Schaltsteueranordnung
132 liefert entsprechend einer vorgegebenen Reihenfolge Spannungen zum Schließen
von die Erregung der Phasenplatten 124 bewirkenden Kontakten 133. Die bereits beschriebene Phasenplatte
124 zur steuerbaren Drehung der Polarisationsebene des einfallenden polarisierten Lichtes besteht, wie
schon gesagt, aus einem elektrooptischen Kristall 134, der durchsichtige Elektroden 136 aufweist. Für
den Kristall 134 kann Kaliumdihydrogenphosphat (KH2PO4), Kaliumdideuteriumphosphat (KD2PO4),
Ammoniumdihydrogenphosphat (NH4H2PO4), Ammoniumdideuteriumphosphat
(NH4D2PO4) und Kupferchlorid
(CuCl) verwendet werden. Bei Verwendung von KH2PO4 als elektrooptischen Kristall ist eine
Spannung von ungefähr 7700VoIt erforderlich, um
die gewünschte Drehung der Polarisation zu bewirken. Selbstverständlich können außer der elektrooptischen
Phasenplatte auch andere geeignete Mittel zur Drehung der Polarisationsebene verwendet werden;
beispielsweise Kerrzellen und magnetooptische oder piezooptische Elemente.
In Fig. 10 wird ein Lichtablenk- und Auswahlelement
110 schematisch wiedergegeben. Das an einer Speichereinheit 10 reflektierte Licht der ausgewählten
Frequenz, beispielsweise der dem Filter F10 zugeordneten
Frequenz, tritt in das Element in Form eines Informationsmusters ein, das durch das Vorliegen
oder das Nichtvorliegen von Lichtstrahlen 140 gebildet wird, die von den einzelnen Speicherbereichen
der optisch auslesbaren Speichereinheit 10 kommen. Das Element 110 besteht aus einem Zeilenwähler 142
und einem Speicherbereichswähler 146 zur Auswahl einzelner Speicherbereiche. Die ausgewählte Lichtstrahlenzeile
144 durchsetzt den Speicherbereichswähler 146, dessen Ablenkrichtung mit der des Zeilenwählers
142 einen rechten Winkel einschließt. Im Speicherbereichswähler 146 wird ein einzelner Speicherbereich
zur Abfrage ausgewählt. Dabei wird ein Lichtstrahl über einen Weg 149, eine Sammellinse
145 und eine Maske 147 zum Photodetektor 112 übertragen. Die Maske 147. hält vom Lichtablenk- und
Auswahlelement 110 kommendes Streulicht vom Photodetektor 112 ab. Fällt auf den Photodetektor
ein Lichtstrahl, beispielsweise der über den Lichtweg 149 übertragene, so erzeugt er ein elektrisches Signal,
das zum Register 114 weitergeleitet wird. Befindet sich im abgefragten Speicherbereich kein Licht, so
tritt kein Ausgangssignal auf. Die Lichtablenk- und Auswahlelemente 110 werden durch Steuereinheiten
148 betätigt, die ihrerseits durch ihnen zugeführte Eingangssignale betätigt werden.
Fig. 11 stellt eine zweite Ausführungsform einer Auslesevorrichtung für optisch adressierbare Speicher
dar. Gleichzeitig wird eine Anordnung zur schnellen Adressierung einer Anzahl von Speichereinheiten
mittels einer Lichtquelle beschrieben. Diese Anordnung kann aber mit allen in der vorliegenden
Anmeldung beschriebenen Ausleseanordnungen verwendet werden. Es ist selbstverständlich auch möglich,
an Stelle der 1.2 dargestellten Speichereinheiten SU jede andere beliebige Anzahl von Speichereinheiten
zu verwenden.
Eine durch eine Lichtquelle 100 erzeugte Strahlung, die alle in den Speichcreinheiten gespeicherten
Frequenzen enthält, wird durch eine Linse 102 kollimiert und durch einen Strahlenteiler 152 entlang eines
Lichtweges 150 reflektiert. Dieser Strahlenteiler ist zwischen der Lichtquelle und der Speichereinheit angeordnet
und hat die Aufgabe, das Licht von der Lichtquelle zu den Speichereinheiten zu leiten und
gleichzeitig als Ausgang für das dort- reflektierte Licht zu dienen. Im Lichtweg 150 liegt eine Reihe von
Schaltelementen 153, die den oben beschriebenen
ίο Schaltelementen 108 ähnlich sind oder gleichen, und
jeweils einer optisch auslesbaren Speichereinheit SU zugeordnet sind. Soll eine bestimmte Speichereinheit
abgefragt und die darin befindliche Information ausgelesen werden, so wird das ihr zugeordnete Schaltelement
153 betätigt und das entlang des Weges 150 verlaufende Licht in die entsprechende Speichereinheit
geleitet. Das von der ausgewählten Speichereinheit reflektierte Licht gelangt über das gleiche
Schaltelement 153 in den Lichtweg 150.
Das in einer der in Fi g. 11 mit SUl bis St/12 bezeichneten
Speichereinheiten 10 reflektierte Licht durchsetzt den Strahlenteiler 152 und verläuft entlang &
eines Lichtweges 160 zu der im rechten Teil der F i g. 11 dargestellten Informationsausleseeinheit. Dabei
durchsetzt das Licht eine Reihe von mit SW1 bis
SWlO bezeichneten Schaltelementen 108 und wird durch Betätigung der zugeordneten elektrooptischen
Phasenplatte 124 des betreffenden Schaltelements 108, wie im Zusammenhang mit F i g. 9 beschrieben, .
auf den der ausgewählten monochromatischen Lichtfrequenz entsprechenden Weg geschaltet. Alle Lichtfrequenzen,
mit Ausnahme der jeweils ausgewählten Frequenz, werden durch die Lichtfilter F1, F2 ...
oder F10 ausgefiltert. Die ausgewählte Frequenz wird
mit Hilfe von Strahlenteilem 166 zu einem Wortselektor 170 übertragen, der vorzugsweise aus der
ersten Stufe des Zeilenwählers 142 gemäß F i g. 10 besteht. Die gleichzeitige Adressierung einer Gruppe
von Speicherbereichen in der optisch auslesbaren Speichereinheit erfolgt in der im Zusammenhang mit
der in der Beschreibung der Fig. 10 angegebenen Weise. Das Linsensystem, bestehend aus Linsen 169,
L1, L 2 bis L10, kompensiert die durch Streuung
im Speichermedium der Speichereinheit stattfiindende Dispersion des Lichtes. Der" Ausgang des Wortselektors
170 ist in einer Lichtröhre 171 eingeschlossen, in der auch die zur Kompensation der Dispersion
dienende Linse 169 angeordnet ist. Das den Wortselektor 170 verlassende Licht durchsetzt die Linse
169 und fällt auf die Eingabeseite einer Glasfaseroptik 172, die an der Ausgabeseite der Röhre 171
liegt. Die Faseroptik 172 verbindet den Ausgang des Wortselektors 170 mit den ihm zugeordneten Lichtdetektoren,
die beispielsweise als Photodetektoren 174 ausgebildet sein können. Jeder Photodetektor
liefert für jeden zugeführten Lichtimpuls ein elektrisches Signal an das Ausgaberegister 176. Die in
Form von Vorhandensein oder NichtVorhandensein von Licht vorliegenden Informationen werden voneinander
unabhängigen Speicherbereichen durch die zugeordneten Faseroptiken zu den Lichtdetektoren
und von dort als elektrische Signale zum Ausgaberegister geleitet. Durch die Strahlenteiler 166 und die
Vielfachfaseroptik ist es möglich, daß nur ein einziger Wortselektor von einfacher Bauweise benötigt wird.
In Fig. 12 wird eine weitere Ausführungsform
einer Ausleseanordnung für die optisch auslesbare Speichereinheit dargestellt. Das von einer Licht-
quelle 100 ausgehende Licht, das alle in der Speichereinheit
10 gespeicherten Frequenzen enthält, wird mittels einer Linse 102 kollimiert und durchsetzt anschließend
einen Verschluß 180 und ein abstimmbares Frequenzfilter 182. Die jeweils ausgewählte
monochromatische Frequenz bzw. Wellenlänge ist die einzige, die durch das abstimmbare Frequenzfilter
182 durchgelassen wird. Die ausgewählte Frequenz durchsetzt dann ein Element 104 und eine
Viertelwellenplatte 106. Durch das Element 104 wird das Licht von der Lichtquelle 100 zur Speichereinheit
10 und das in dieser reflektierte Licht zu einem den Ausgang darstellenden Lichtweg 200 übertragen. Die
Funktion des Elements 104 und der Viertelwellenplatte 106 wurde im Zusammenhang mit der Beschreibung
der Fig. 9 erläutert. Das von der Speichereinheit 10 reflektierte Licht durchläuft die
Viertelwellenplatte und wird auf Grund seiner um 90° gedrehten Polarisationsebene durch das Element
104 zu einer Informationsfeststelleinheit 190 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zur Feststellung von
Informationen in jedem Speicherbereich reflektiert.
Die Informationsfeststelleinheit 190 ist an sich bekannt. Eine ähnliche Vorrichtung wird beispielsweise
in der USA.-Patentschrift 2 983 824 beschrieben. Die Einheit 190 besteht aus einer Kathodenstrahlröhre
192, deren Elektronenquelle 194 außerhalb des Lichtweges 200 angeordnet ist. Der Lichtweg 200 verläuft,
wie gesagt, durch die Kathodenstrahlröhre 192, einen elektrooptischen Kristall 196, eine durchsichtige
Elektrode 198 und einen Analysator 199. Das entlang dieses Weges verlaufende kollimierte linear polarisierte
Licht wird im Analysator 199 vollkommen absorbiert, wenn sich auf dem elektrooptischen Kristall
196 keine Oberflächenladungen befinden. Ein Ausgangsstrahl mit kleinem Querschnitt kann dadurch
erzeugt werden, daß auf dem elektrooptischen Kristall 196 mit Hilfe des Elektronenstrahls eine entsprechende
Oberflächenladung aufgebracht wird. Die erforderliche Ablenkung des Elektronenstrahls wird
dadurch bewirkt, daß einem Digital-Analogwandler 191 die entsprechenden Vertikal- und Horizontaladressensignale
in digitaler Form zugeführt werden. Der Wandler 191 liefert an die Horizontal- und Vertikalablenkspannungseinheit
193 Steuersignale, durch die die erforderlichen Spannungen für die Ablenkplatten
der Kathodenstrahlröhre erzeugt werden. Durch die durch den so abgelenkten Elektrodenstrahl
auf dem elektrooptischen Kristall aufgebrachte Ladung wird die Polarisationsebene des entlang des
Weges 200 verlaufenden polarisierten Lichtes während des Durchgangs durch den Kristall 196 im Bereich
dieser Ladung um 90° gedreht. Dieser Teil des Strahls durchläuft den Analysator 199 nahezu verlustlos
und wird durch eine Linse 201 auf einen Photodetektor 202 fokussiert, an dessen Ausgang
ein elektrisches Signal auftritt.
Das Filter 182 ist ein abstimmbares Schmalbandfilter, das die Eigenschaft hat, gleichzeitig jeweils nur
eine von mehreren Frequenzen, die in der optisch auslesbaren Speichereinheit aufgezeichnet sind, durchzulassen.
Dieses Filter kann beispielsweise als ein Polarisations-Interferenzfilter ausgebildet sein, das
Bandbreiten bis zu Bruchteilen von A ermöglicht. Der Durchlaßbereich kann in jeden gewünschten Bereich
innerhalb des sichtbaren Spektrums verschoben werden. Das Übertragungsband wird durch die
Überlagerung der Polarisationsspektren definiert, die durch zwischen zwei mit parallelen Durchlaßrichtungen
angeordneten Polarisatoren liegende, in x-Richtung geschnittene Platten aus Quarz oder anderen
doppelbrechenden Substanzen erzeugt werden. Die Abstimmung erfolgt durch Veränderung der Verzögerung
aufeinanderfolgender Elemente, so daß die Transmissionsmaxima in verschiedenen Spektren
mit der gewünschten Wellenlänge übereinstimmen. Die Verzögerung kann mechanisch durchgeführt
ίο werden, beispielsweise durch Anbringung zusätzlicher
Plastikfolien in Serie mit den Filterelementen, oder elektrisch, durch Verwendung von Kerrzellen
oder von Kristallen mit hohen elektrooptischen Koeffizienten.
In Fig. 13 wird eine vierte Form einer Auslesevorrichtung dargestellt. Das von einer Lichtquelle
100 ausgehende Licht, das alle in der Speichereinheit aufgezeichneten Frequenzen enthält, wird durch eine
Linse 102 kollimiert und durch ein Lichtablenk- und Auswahlelement 110 geleitet, das den es verlassenden
Lichtstrahl auf den ausgewählten Speicherbereich der zu adressierenden Speichereinheit 10 richtet. Die
Lichtablenk- und Auswahlelemente 110 der vorliegenden Ausführungsform gleichen den im Zusammenhang
mit den F i g. 9 und 10 beschriebenen Elementen bis auf die Reihenfolge der Elemente 142
und 146. Das Licht durchsetzt anschließend einen Strahlenteiler 152 und fällt auf den ausgewählten
Speicherbereich der Speichereinheit 10. Der beleuchtete Speicherbereich reflektiert das Licht durch
seine reflektierenden Flächen, welche die gespeicherten Lichtfrequenzen darstellen. Die Hälfte dieses reflektierten
Lichts wird vom Strahlenteiler 152 zu einer Linse 250 reflektiert, die dieses Licht als konvergenten
Strahl Strahlenteilern 252 zuleitet, die einen Teil dieses Lichtes zu den Lichtfiltern F1, F2 ... F10
reflektieren. Jede der im adressierten Bereich der Speichereinheit gespeicherten Frequenzen wird dann
mittels einer Sammellinse 254 auf den einzelnen FiI-tem
zugeordneten Lichtdetektoren 256 fokussiert. Für die Bereiche, für die den Lichtdetektoren 256
Lichtimpulse zugeführt werden, entstehen elektrische Signale, die einem Ausgaberegister 258 zur Speicherung
zugeleitet werden.
Im folgenden wird die Herstellung eines lichtempfindlichen Speicherelements, die Aufzeichnung
von Informationen in einer lichtempfindlichen Schicht durch acht anharmonische Frequenzen
zwecks Erzeugung einer optisch auslesbaren Speichereinheit und das Auslesen einer solchen Einheit
beschrieben.
Eine etwa 5 · 5 cm große Glasplatte wird gründlich gewaschen, gespült und getrocknet. Dann werden
die folgenden Lösungen in sauberen Behältern hergestellt.
a) Ig Gelatine, 25 cm3 destilliertes Wasser,
b) 2 g Gelatine, 0,25 g Bromkalium und 50 cm3
destilliertes Wasser,
c) 0,3 g Silbernitrat und 5 cms destilliertes Wasser.
c) 0,3 g Silbernitrat und 5 cms destilliertes Wasser.
Die Lösungen a) und b) werden bis zum Schmelzen der Gelatine erhitzt. Anschließend werden die
Lösungen bis auf 40° C abgekühlt, die Lösung c) zur Lösung a) gegeben und die Mischung langsam der
Lösung b) unter ständigem Rühren beigegeben. Das Rühren hat kontinuierlich und vorsichtig zu erfolgen.
0,8 cm3 einer 0,l%igen alkoholischen Lösung
409 517/336
von Pinacyanolchlorid (C23H20N2 · C2H5Cl) und
0,8 cm3 einer O,l°/oigen alkoholischen Lösung von Tetraiodo-Fluorescein (C20H8O5I4) werden als Sensibilisierer
beigegeben. Die Lösung wird anschließend gefiltert und dann mehrmals über die trockene und
saubere Glasplatte gegossen, bis eine etwa 15 μπι
dicke Schicht entsteht. Die Platte wird dann in einem trockenen, dunklen und staubfreien Raum bei
schwacher Luftumwälzung getrocknet. Nach dem Trocknen wird die Platte in fließendem Wasser
15 Minuten lang gewaschen und anschließend wieder getrocknet. Ein einzelner Speicherbereich einer
Schicht wird dadurch belichtet, daß das lichtempfindliche Speicherelement in eine Belichtungsanordnung
eingebracht und hintereinander mit Hilfe einer Quecksilberbogenlampe :■; durch acht verschiedene
Lichtfilter belichtet wird. Die Speichereinheit wird dabei jeweils eine Minute lang den folgenden monochromatischen
Wellenlängenbereichen ausgesetzt: 5461, 5600, 5791, 5950, 6104, 6300, 6500 und 6708 A.
Anschließend wird die belichtete Speichereinheit in einen Edelstahlbehälter mittels eines geeigneten
Entwicklers 5 Minuten lang in vollständiger Finsternis bei Zimmertemperatur und unter beständigem
Umrühren entwickelt. Dieser Entwickler kann beispielsweise folgende Zusammensetzung haben:
2 g Monomethylparaaminophenolsulfat oder
P arahydroxymethylanilinsulf at,
90 g schweflig saures Natron,
90 g schweflig saures Natron,
8 g Hydrochinon,
52,5 g Natriumkarbonatmonohydrat,
52,5 g Natriumkarbonatmonohydrat,
5 g Bromkalium.
Das Ganze wird mit Wasser zu einer Menge von einem Liter aufgefüllt.
Der Entwicklungsvorgang wird durch ein geeignetes Bad innerhalb von 30 Sekunden in vollständiger
Finsternis bei Raumtemperatur und unter ständigem Umrühren unterbrochen. Das Bad kann
beispielsweise folgende Zusammensetzung haben:
32 cm3 28°/oige Essigsäure,
45 g Rochellesalz,
0,01 g Bromcresolpurpur.
45 g Rochellesalz,
0,01 g Bromcresolpurpur.
Das Ganze wird mit Wasser zu einer Menge von einem Liter aufgefüllt.
Die Platte wird anschließend 10 Minuten lang in 2 Liter einer Substanz getaucht, die beispielsweise
folgende Zusammensetzung haben kann:
240 g Natriumthiosulf at,
15 g Sodiumsulfit, wasserfrei,
48 cm3 28%ige Essigsäure,
7,5 g Borsäure, kristallförmig,
15 g Kaliumaluminiumsulfat.
15 g Sodiumsulfit, wasserfrei,
48 cm3 28%ige Essigsäure,
7,5 g Borsäure, kristallförmig,
15 g Kaliumaluminiumsulfat.
Das Ganze wird mit Wasser zu einer Menge von einem Liter aufgefüllt.
Dann wird die Platte mittels einer syphonartigen Berieselungsvorrichtung 15 Minuten lang in Wasser
von 20° C gewaschen. Anschließend wird die Platte in einer Quecksilberchloridbleiche bei Raumtemperatur
gebleicht und 5 Minuten lang gewaschen. Die Platte wird schließlich 30 Sekunden lang in eine aus
Äthylen-Glykol und einem Benetzungsmittel bestehende Lösung bei Raumtemperatur getaucht und
dann unter einer Haube 4 Stunden lang bei strömender Luft getrocknet.
Ein 6°-Prisma wird anschließend zum Schutz vorsichtig an der Schicht 22 der Speicheremheit 10 durch
folgendes Verfahren befestigt: Ein Tropfen Kanadabaisam wird auf der an der Schicht 22 zu befestigenden
Prismenfläche verteilt. Der Balsam wird auf 100° C bis zum Klebrigwerden erwärmt und das
Prisma mit der vom Balsam bedeckten Fläche fest gegen die Schicht 22 gepreßt, Lufteinschlüsse werden
durch Pressen und Hin- und Herschieben des Prismas auf der Schicht und überschüssiger Balsam mittels
Alkohol entfernt.
Bei einer experimentellen Ausleseanordnung wurde eine Zirkoniurnlampe verwendet, deren Licht mittels
ao eines Mikroskopobjektivs kollimiert wurde. Der belichtete Bereich der Speichereinheit wurde von dem
alle gespeicherten Frequenzen enthaltenden Lichtstrahl senkrecht beaufschlagt. Das von dem Speicherbereich
reflektierte Licht wurde einem Monochromator über einen 45/45-Strahlenteiler zugeführt und
gelangte vom Monochromatorausgang zu einem Sekundär-Elektronenvervielfacher. Die dabei am Ausgang
des Sekundär-Elektronenvervielfachers auftretenden elektrischen Signale wurden, wie in F i g. 14
dargestellt, auf der .t-Achse einer xy-Anzeigevorrichtung
sichtbar gemacht. Das zur Wellenlänge des Monochromators proportionale Signal wurde auf der
y-Achse dargestellt.
Außer den aus der Speichereinheit ausgelesenen Lichtfrequenzen werden in der Darstellung nach
F i g. 14 die bei der Belichtung der lichtempfindlichen Schicht verwendeten Frequenzen dargestellt. Zwischen
den belichtenden und den ausgelesenen Frequenzen kann eine Frequenzverschiebung festgestellt
werden. Diese geringfügige Verschiebung in Richtung auf größere Wellenlängen ist auf ein Aufquellen der
lichtempfindlichen Schicht während der Entwicklung der metallischen reflektierenden Flächen zurückzuführen.
Das Aufquellen ist eine Folge davon, daß kleine Mengen der Entwicklerlösung von der lichtempfindlichen
Emulsion absorbiert werden. Durch das Quellen wird die Entfernung zwischen den reflektierenden
Flächen vergrößert, wodurch die beobachtete Verschiebung zu geringfügig größeren
Wellenlängen bedingt ist.
Es gibt verschiedene Verfahren zum Auslesen der Information aus einer optisch auslesbaren Speichereinheit
10. Diese Verfahren sind: serielles Auslesen in der Tiefendimension eines Speicherbereichs, paralleles
Auslesen einer einzelnen Frequenz oder Farbe, serielles Auslesen einer einzelnen Frequenz und paralleles
Auslesen in der Tiefendimension eines Speicherbereichs. Die in den Fig. 9, 11, 12 und 13 angegebenen
Ausführungsbeispiele sind für jeweils eine dieser Auslesemethoden besonders geeignet.
Serielles Auslesen in der Tiefe kann mit Hilfe der Anordnung nach F i g. 9 durchgeführt werden. Die
Lichtquelle 100 beleuchtet die optisch auslesbare Speichereinheit 10 mit allen Frequenzen, die in dieser
gespeichert sein können. Das an den streuenden oder reflektierenden Schichten innerhalb der Schicht 22
reflektierte Licht wird durch das Element 104 zu den Schaltelementen 108 reflektiert. Wird die elektro-
19 20
optische Phasenplatte 124 eines bestimmten Schalt- quenz in einer Speichereinheit gespeichertes Wort
elements 108 betätigt, so erfolgt eine Drehung der parallel ausgelesen.
Polarisationsebene des einfallenden Lichtes um 90°, Mit der in Fig. 12 dargestellten Vorrichtung kann
was seine Totalreflektion an der dem Luftspalt 130 ein serielles Auslesen einer einzelnen Frequenz
zugewandten Grenzfläche des Prismas 126 zur Folge 5 durchgeführt werden. Durch das abstimmbare Filter
hat. 182 wird Licht einer einzigen Wellenlänge erzeugt
Die Linse 131 bildet die Ebene der Speichereinheit und beleuchtet die Speichereinheit 10. Das dort redurch
das zugeordnete Filter auf dem Eingang der flektierte Licht gelangt über das Element 104 zum
Lichtablenk- und Auswahleinheit 110 ab. Alle diese elektrooptischen Kaliumdideuteriumphosphatkristall
Einheiten werden parallel betätigt. Die Lichtablenk- io 196 in der Kathodenstrahlröhre 192. Der Elektroneneinheit
110 lenkt das einfallende Licht so ab, daß nur strahl dieser Röhre wird auf einen bestimmten Bedas
von einem Speicherbereich kommende Licht reich des elektrooptischen Kristalls 196 gerichtet, wodurch
die Linse 145 und die Öffnung der Maske 147 durch eine Oberflächenladung aus Elektronen entzu
den Lichtdetektoren 112 gelangt. Ist die Frequenz steht. Geht von diesem Speicherbereich Licht aus,
F1 im angesteuerten Speicherbereich gespeichert, so 15 so wird es den Analysator 199 durchsetzen und durch
erzeugt der dieser Frequenz zugeordnete Photodetek- die Linse 201 auf den Photodetektor 202 abgebildet
tor 112 ein Ausgangssignal, das im Register 114 ge- werden. Ein einzelner Speicherbereich einer einzelspeichert
wird. In der nächsten Informationsauslese- nen Farbe wird somit dadurch ausgelesen, daß der
operation wird die elektrooptische Phasenplätte 124 Elektronenstrahl auf die Stelle des zu adressierenden
im zweiten Schaltelement 108 betätigt. Da alle Licht- 20 Speicherplatzes auf dem elektrooptischen Kristall 196
ablenk- und Auswahlelemente 110 parallel betätigt gerichtet wird. Die Informationsfeststelleinheit 190
werden, wird auch durch dieses Element der gleiche arbeitet als ein in punktförmigen Bereichen steuer-Speicherbereich
ausgewählt. Ist in diesem Speicher- bar durchlässig zu machender Verschluß zum seribereich
die Frequenz F2 gespeichert, so wird das ent- eilen Hochgeschwindigkeitsabtasten und -abfragen
sprechende Bit durch den zugeordneten Photodetek- 25 der in der optisch auslesbaren Speicheranordnung
tor 112 festgestellt und in eine andere Stufe des Re- vorhandenen Informationen. Die Informationsgisters
114 eingeschrieben. Dieser Vorgang setzt sich feststelleinheit 190 läßt das von jeder Speichereinheit
in serieller Weise so lange fort, bis alle Schaltele- reflektierte Licht, sofern vorhanden, seriell durch,
mente 108, eines für jede gespeicherte Frequenz, be- Photodetektoren 202 wandeln die Lichtimpulse in
tätigt worden sind. Auf diese Weise werden die in 30 elektrische Impulse um, die einem Ausgaberegister
der Tiefe der Speicherplätze gespeicherten Bits seriell zugeleitet werden,
ausgelesen. Mit Hilfe der in Fig. 13 dargestellten Vorrichtung
ausgelesen. Mit Hilfe der in Fig. 13 dargestellten Vorrichtung
Das parallele Auslesen einer einzigen Farbe kann kann ein paralleles Auslesen aus der Tiefendimension
mit Hilfe der in Fig. 11 dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden. Konvergentes Licht, das alle
durchgeführt werden. Wird das erste Schaltelement 35 interessierenden Frequenzen enthält, wird durch das
153 betätigt, so gelangt das Licht in die Speicher- Lichtablenk- und Auswahlelement 110 auf den zu
einheit SU1 und von dort zurück durch den Strahlen- adressierenden Speicherbereich gerichtet. Dieser beteiler
152 zu den Schaltelementen 108. Wird das erste leuchtete Speicherbereich wirkt, da er alle gespeicher-Schaltelement
108 betätigt, so gelangt das Licht ten Lichtfrequenzen reflektiert, wie eine neue Lichtdurch
das Filter F1, die Linse L1 und den Strahlen- 40 quelle, deren Licht den Strahlenteiler 152, die Linse
teiler 166 zum Eingang des Wortselektors 170. Die 250 und die Serie der Strahlenteiler 252 als konver-Linse
169 am Ausgang des Wortselektors bildet die gentes Strahlenbündel durchsetzt. Von den einzelnen
diesem zugeführte Information auf die Stirnfläche Strahlenteilern 252 gelangt das Licht zu den zuder
Glasfaseroptik 172 ab. Wird von einem be- geordneten Filtern F1, F2 ... F10. Die Linsen 254
stimmten Speicherbereich des ausgewählten Wortes 45 fokussieren das diese Filter verlassende Licht auf die
Licht reflektiert, so wird es durch den dieser Glas- entsprechenden Lichtdetektoren 256, die die ihnen
faser zugeordneten Photode'tektor 174 festgestellt und zugeführten Lichtsignale in elektrische Signale umdas
Einschreiben in eine Stufe des Registers 176 be- wandeln und in einem Ausgaberegister speichern,
wirkt. Wird Licht von anderen Speicherbereichen Die in den vorstehenden Ausführungen gebrachte
reflektiert, so werden die entsprechenden Stellen des 5° Bezeichnung »Licht« gilt ganz allgemein für elektro-Registers
in ähnlicher Weise eingeschrieben. Auf magnetische Strahlung, also auch für die außerhalb
diese Weise wird ein in Form einer bestimmten Fre- des sichtbaren Bereiches liegenden Frequenzen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Optischer Speicher, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer durchsichtigen Schicht (22) zwecks Darstellung der die jeweils zu speichernden
Informationen wiedergebenden Frequenzen reflektierende und/oder streuende Schichten
angeordnet sind, deren gegenseitige Abstände den halben Wellenlängen der darzustellenden Frequenzen
oder einem Vielfachen davon gleich sind.
2. Optischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden
oder streuenden Schichten durch Einwirkung eines die zu speichernde Frequenz oder Frequenzen
enthaltenden und stehende Wellen (38) bildenden Strahls auf eine lichtempfindliche Schicht
(22) erzeugt werden.
3. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine aus elektrooptischen
Verschlüssen bestehende Maske (64) zur Eingabe der optisch auslesbaren Informationen
in die einzelnen Speicherbereiche (26).
4. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche
Schicht (22) aus einer mindestens 10 μηι dicken und ein Auflösungsvermögen von
wenigstens tausend Linien je cm aufweisenden Substanz besteht.
5. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche
Schicht- (22) auf einem undurchsichtigen und reflektierenden Träger (32) angeordnet ist.
6. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen
durch das Vorliegen oder das Nichtvorliegen von Licht und dessen Frequenz definiert
sind.
7. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen
Speicherbereiche (26) durch gitterartige, von keinem Licht beaufschlagte Bereiche (28) voneinander
getrennt sind.
8. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen
Frequenzen durch monochromatische Lichtquellen (51, 52 ... 56) beispielsweise durch Laser
erzeugt werden, deren durch besondere Linsen (60) kollimiertes Licht durch aus elektrooptischen
Verschlüssen bestehende Masken (64) und eine die Masken auf der lichtempfindlichen Schicht
(22) abbildenden Linse (67) geleitet wird.
9. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von den
einzelnen monochromatischen Lichtquellen (51, 52 ... 56) kommenden und durch Masken (64)
hindurchgehenden Lichtwege zunächst zu mindestens zwei Gruppen zusammengefaßt werden,
die anschließend vereinigt und gemeinsam über eine abbildende Linse (67) zur lichtempfindlichen
Schicht (22) verlaufen.
10. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl
der einzulesenden oder auszulesenden Speicherbereiche (26) mit Hilfe eines durch einen steuerbaren
Elektronenstrahl bereichsweise doppelbrechend gemachten elektrooptischen Kristall
(196) erfolgt.
11. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl
der einzulesenden oder auszulesenden Frequenzen (F1, F2... F10) mit Hilfe eines abstimmbaren Frequenzfilters
(182), beispielsweise mittels eines steuerbaren Polarisations-Interferenzfilters erfolgt.
12. Optischer Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrooptische
Material der Maske (64) so starke Remanenzeigenschaften aufweist, daß die zum Wirksamwerden
der elektrooptischen Verschlüsse erforderlichen Eigenschaften im Remanenzzustand
des Materials vorliegen.
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