DE1622477C3

DE1622477C3 - Optischer Speicher

Info

Publication number: DE1622477C3
Application number: DE1622477A
Authority: DE
Inventors: Harold Fleisher; Thomas Jerome Harris; Eugene Shapiro
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1963-12-23
Filing date: 1964-12-17
Publication date: 1974-12-19
Also published as: DE1622477B2; US3912391A; NL6414858A; GB1035729A; CH451246A; SE385749B; DE1622477A1

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.

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 Verfügung 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-Verbincmngen erwiesen.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die perspektivische Darstellung einer optisch auslesbaren Speichereinheit,

F i 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,

F i g. 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,

F i g. 6 die Schnittansicht einer besonders vorteilhaften Maske zur Verwendung im Zusammenhang mit der in F i 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,

Fig. 9 bis 13 schematische Darstellung von Ausführungsbeispielen der Erfindung,

Fig. 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, f_x 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/₂ durchgelassen, während im Speicherbereich 26 b alle drei Frequenzen /„, J_x und /₂ 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.

Im Speicherbereich 26 b können alle drei Frequenzen f_n, J₁ und f₂ die öffnung 33 durchsetzen. Daher 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 Halbwellenlängenabständen

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 26 α und 26 b befindet sich nach der Entwicklung für jede aufgezeichnete Frequenz jeweils eine Schar von lidhtreflektierenden 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 /₂, 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 Ti₁, 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 -y- und für die Frequenz /₂ proportional -~.

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:

Al'-.

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 Δ Ve

In

δι; :

2ηΔλ

λ_

Δλ

λ
2η

(2)

Dabei ist -=— die halbe Wellenlänge des Lichtes in

der lichtempfindlichen Schicht und k = -rj- 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.

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 -%- ein Wellenbauch und zusätzliche Wellenbäuche in Entfernungen -γ = -^- erzeugt werden. Da ΔIJ 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 = -rj-

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 Speicherschacht 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 ΔIJ, 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 μπι die Wellenlänge λ = 5000 Ä-Einheiten und die Bandbreite der Strahlung 100 Α-Einheiten beträgt, so

gilt die Gleichung k = = 50. Die stehenden

IUU

Wellen innerhalb der lichtempfindlichen Schicht weisen daher 50 Bäuche auf. Ist der Brechungsindex η

der lichtempfindlichen Schicht gleich γ so ist ΔIJ = 8,3 μπι oder 8,3 · 10* Ä-Einheiten. Um die Dicke von 15 μπι der lichtempfindlichen Schicht voll auszunutzen, ist eine Bandbreite der aufzeichnenden Strahlung zu wählen, bei der ΔIJ 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 Ä-Einheiten beträgt, ergibt sich k = —tj· ä; 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 Kohärenzintervall 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 μΐη, einer Wellenlänge des verwendeten Lichtes von 6000 Α-Einheiten und einer Bandbreite von 1,2 Α-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 μτα, 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 · 10⁷,
Zugriffszeit für wählweisen Zugriff 100 ns.

In den F i g. 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 kollimierten 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 F i g. 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 lOOVoig lichtdurchlässig ist. In dem in F i g. 8 wiedergegebenen Diagramm wird die Remanenzcharakteristik für Bariumtitanat (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 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 F i g. 8 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 Speichereinheit 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 Speichereinheit 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 Fl, F2 ... FlO 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 Speichereinheit 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 10 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 Speichereinheit 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 Viertelwellenplatte 106 wieder linear polarisiert und durch Total- reflexion 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 Speichereinheit durch die Lichtfilteranordnungen. Die elektrooptische 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 12 dargestellten Speichereinheiten SU jede andere beliebige Anzahl von Speichereinheiten zu verwenden.

Eine durch eine Lichtquelle 100 erzeugte Strahlung, die alle in den Speichereinheiten 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 SU12 bezeichneten Speichereinheiten 10 reflektierte Licht durchsetzt den Strahlenteiler 152 und verläuft entlang & eines Lichtweges 160 zu der im rechten Teil der ' Fig. 11 dargestellten Informationsausleseeinheit. Dabei durchsetzt das Licht eine Reihe von mit SWl bis SJFlO bezeichneten Schaltelementen 108 und wird durch Betätigung der zugeordneten elektrooptischen Phasenplatte 124 des betreffenden Schaltelements 108, wie im Zusammenhang mit Fig. 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 Strahlenteilern 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, Ll, L2 bis LlO, kompensiert die durch Streuung _f 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-

15 16

quelle 100 ausgehende Licht, das alle in der Speicher- die durch zwischen zwei mit parallelen Durchlaßeinheit 10 gespeicherten Frequenzen enthält, wird richtungen angeordneten Polarisatoren liegende, in mittels einer Linse 102 kollimiert und durchsetzt an- x-Richtung geschnittene Platten aus Quarz oder anschließend einen Verschluß 180 und ein abstimm- deren doppelbrechenden Substanzen erzeugt werden, bares Frequenzfilter 182. Die jeweils ausgewählte 5 Die Abstimmung erfolgt durch Veränderung der Vermonochromatische Frequenz bzw. Wellenlänge ist zögerung aufeinanderfolgender Elemente, so daß die die einzige, die durch das abstimmbare Frequenz- Transmissionsmaxima in verschiedenen Spektren filter 182 durchgelassen wird. Die ausgewählte Fre- mit der gewünschten Wellenlänge übereinstimmen, quenz durchsetzt dann ein Element 104 und eine Die Verzögerung kann mechanisch durchgeführt Viertelwellenplatte 106. Durch das Element 104 wird io werden, beispielsweise durch Anbringung zusätzdas Licht von der Lichtquelle 100 zur Speichereinheit licher Plastikfolien in Serie mit den Filterelementen, 10 und das in dieser reflektierte Licht zu einem den oder elektrisch, durch Verwendung von Kerrzellen Ausgang darstellenden Lichtweg 200 übertragen. Die oder von Kristallen mit hohen elektrooptischen Ko-Funktion des Elements 104 und der Viertelwellen- effizienten.

platte 106 wurde im Zusammenhang mit der Be- 15 In Fig. 13 wird eine vierte Form einer Ausleseschreibung der F i g. 9 erläutert. Das von der Spei- vorrichtung dargestellt. Das von einer Lichtquelle chereinheit 10 reflektierte Licht durchläuft die 100 ausgehende Licht, das alle in der Speichereinheit Viertelwellenplatte und wird auf Grund seiner um aufgezeichneten Frequenzen enthält, wird durch eine 90° gedrehten Polarisationsebene durch das Element Linse 102 kollimiert und durch ein Lichtablenk- und 104 zu einer Informationsfeststelleinheit 190 des vor- 20 Auswahlelement 110 geleitet, das den es verlassenden liegenden Ausführungsbeispiels zur Feststellung von Lichtstrahl auf den ausgewählten Speicherbereich Informationen in jedem Speicherbereich reflektiert. der zu adressierenden Speichereinheit 10 richtet. Die

Die Informationsfeststelleinheit 190 ist an sich be- Lichtablenk- und Auswahlelemente 110 der vor-

kannt. Eine ähnliche Vorrichtung wird beispielsweise liegenden Ausfuhrungsform gleichen den im Zu-

in der USA.-Patentschrift 2 983 824 beschrieben. Die 25 sammenhang mit den F i g. 9 und 10 beschriebenen

Einheit 190 besteht aus einer Kathodenstrahlröhre Elementen bis auf die Reihenfolge der Elemente 142

192, deren Elektronenquelle 194 außerhalb des Licht- und 146. Das Licht durchsetzt anschließend einen

weges 200 angeordnet ist. Der Lichtweg 200 verläuft, Strahlenteiler 152 und fällt auf den ausgewählten

wie gesagt, durch die Kathodenstrahlröhre 192, einen Speicherbereich der Speichereinheit 10. Der be-

elektrooptischen Kristall 196, eine durchsichtige 30 leuchtete Speicherbereich reflektiert das Licht durch

Elektrode 198 und einen Analysator 199. Das entlang seine reflektierenden Flächen, welche die gespeicher-

dieses Weges verlaufende kollimierte linear polari- ten Lichtfrequenzen darstellen. Die Hälfte dieses re-

sierte Licht wird im Analysator 199 vollkommen flektierten Lichts wird vom Strahlenteiler 152 zu einer

absorbiert, wenn sich auf dem elektrooptischen Kri- Linse 250 reflektiert, die dieses Licht als konver-

stall 196 keine Oberflächenladungen befinden. Ein 35 genten Strahl Strahlenteilern 252 zuleitet, die einen

Ausgangsstrahl mit kleinem Querschnitt kann da- Teil dieses Lichtes zu den Lichtfiltern F₁, F₂ ... F₁₀

durch erzeugt werden, daß auf dem elektrooptischen reflektieren. Jede der im adressierten Bereich der

Kristall 196 mit Hilfe des Elektronenstrahls eine ent- Speichereinheit gespeicherten Frequenzen wird dann

sprechende Oberflächenladung aufgebracht wird. Die mittels einer Sammellinse 254 auf den einzelnen FiI-

erforderliche Ablenkung des Elektronenstrahls wird 40 tern zugeordneten Lichtdetektoren 256 fokussiert,

dadurch bewirkt, daß einem Digital-Analogwandler Für die Bereiche, für die den Lichtdetektoren 256

191 die entsprechenden Vertikal- und Horizontal- Lichtimpulse zugeführt werden, entstehen elektrische

adressensignale in digitaler Form zugeführt werden. Signale, die einem Ausgaberegister 258 zur Speiche-

Der Wandler 191 liefert an die Horizontal- und Ver- rung zugeleitet werden.

tikalablenkspannungseinheit 193 Steuersignale, durch 45 Im folgenden wird die Herstellung eines lichtdie die erforderlichen Spannungen für die Ablenk- empfindlichen Speicherelements, die Aufzeichnung platten der Kathodenstrahlröhre erzeugt werden. von Informationen in einer lichtempfindlichen Durch die durch den so abgelenkten Elektrodenstrahl Schicht durch acht anharmonische Frequenzen auf dem elektrooptischen Kristall aufgebrachte La- zwecks Erzeugung einer optisch auslesbaren Speidung wird die Polarisationsebene des entlang des 50 chereinheit und das Auslesen einer solchen Einheit Weges 200 verlaufenden polarisierten Lichtes wäh- beschrieben.

rend des Durchgangs durch den Kristall 196 im Be- Eine etwa 5 ■ 5 cm große Glasplatte wird gründreich dieser Ladung um 90° gedreht. Dieser Teil des lieh gewaschen, gespült und getrocknet. Dann wer-Strahls durchläuft den Analysator 199 nahezu ver- den die folgenden Lösungen in sauberen Behältern lustlos und wird durch eine Linse 201 auf einen 55 hergestellt.
Photodetektor 202 fokussiert, an dessen Ausgang
ein elektrisches Signal auftritt. a) 1 g Gelatine, 25 cm³ destilliertes Wasser,

Das Filter 182 ist ein abstimmbares Schmalband- b) 2 g Gelatine, 0,25 g Bromkalium und 50 cm³ filter, das die Eigenschaft hat, gleichzeitig jeweils nur destilliertes Wasser,
eine von mehreren Frequenzen, die in der optisch 60 c) 0,3 g Silbernitrat und 5 cm^s destilliertes Wasser, auslesbaren Speichereinheit aufgezeichnet sind, durchzulassen. Dieses Filter kann beispielsweise als ein Die Lösungen a) und b) werden bis zum Schmel-Polarisations-Interferenzfilter ausgebildet sein, das zen der Gelatine erhitzt. Anschließend werden die Bandbreiten bis zu Bruchteilen von A ermöglicht. Lösungen bis auf 40° C abgekühlt, die Lösung c) zur Der Durchlaßbereich kann in jeden gewünschten Be- 6s Lösung a) gegeben und die Mischung langsam der reich innerhalb des sichtbaren Spektrums verscho- Lösung b) unter ständigem Rühren beigegeben. Das ben werden. Das Übertragungsband wird durch die Rühren hat kontinuierlich und vorsichtig zu erfolüberlagerung der Polarisationsspektren definiert, gen. 0,8 cm³ einer 0,l%igen alkoholischen Lösung

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 μΐη 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 i 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 Ä.

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

Parahydroxymethylanilinsulfat,
90 g schweflig saures Natron,

8 g Hydrochinon,
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%ige Essigsäure,
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 Natriumthiosulfat,
15 g Sodiumsulfit, wasserfrei,
48 cm³ 28°/oige Essigsäure,
7,5 g Borsäure, kristallförmig,
15g 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 Zirkoniumlampe verwendet, deren Licht mittels 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-Elektronenvervielf achers auftretenden elektrischen Signale wurden, wie in F i g. 14 dargestellt, auf der *-Achse einer xy-Anzeigevorrichtung sichtbar gemacht. Das zur Wellenlänge des Monochromators proportionale Signal wurde auf der y-Achse dargestellt.

Außer den aus der Speicheremheit 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 Speicheremheit 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-

optische Phasenplatte 124 eines bestimmten Schaltelements 108 betätigt, so erfolgt eine Drehung der Polarisationsebene des einfallenden Lichtes um 90°, was seine Totalrefiektion an der dem Luftspalt 130 zugewandten Grenzfläche des Prismas 126 zur Folge hat.

Die Linse 131 bildet die Ebene der Speichereinheit durch das zugeordnete Filter auf dem Eingang der Lichtablenk- und Auswahleinheit 110 ab. Alle diese Einheiten werden parallel betätigt. Die Lichtablenkeinheit 110 lenkt das einfallende Licht so ab, daß nur das von einem Speicherbereich kommende Licht durch die Linse 145 und die Öffnung der Maske 147 zu den Lichtdetektoren 112 gelangt. Ist die Frequenz F₁ im angesteuerten Speicherbereich gespeichert, so erzeugt der dieser Frequenz zugeordnete Photodetektor 112 ein Ausgangssignal, das im Register 114 gespeichert wird. In der nächsten Informationsausleseoperation wird die elektrooptische Phasenplatte 124 im zweiten Schaltelement 108 betätigt. Da alle Lichtablenk- und Auswahlelemente 110 parallel betätigt werden, wird auch durch dieses Element der gleiche Speicherbereich ausgewählt. Ist in diesem Speicherbereich die Frequenz F₂ gespeichert, so wird das entsprechende Bit durch den zugeordneten Photodetektor 112 festgestellt und in eine andere Stufe des Registers 114 eingeschrieben. Dieser Vorgang setzt sich in serieller Weise so lange fort, bis alle Schaltelemente 108, eines für jede gespeicherte Frequenz, betätigt worden sind. Auf diese Weise werden die in der Tiefe der Speicherplätze gespeicherten Bits seriell ausgelesen.

Das parallele Auslesen einer einzigen Farbe kann mit Hilfe der in Fig. 11 dargestellten Vorrichtung durchgeführt werden. Wird das erste Schaltelement 153 betätigt, so gelangt das Licht in die Speichereinheit SU₁ und von dort zurück durch den Strahlenteiler 152 zu den Schaltelementen 108. Wird das erste Schaltelement 108 betätigt, so gelangt das Licht durch das Filter F₁, die Linse L₁ und den Strahlenteiler 166 zum Eingang des Wortselektors 170. Die Linse 169 am Ausgang des Wortselektors bildet die diesem zugeführte Information auf die Stirnfläche der Glasfaseroptik 172 ab. Wird von einem bestimmten Speicherbereich des ausgewählten Wortes Licht reflektiert, so wird es durch den dieser Glasfaser zugeordneten Photodetektor 174 festgestellt und das Einschreiben in eine Stufe des Registers 176 bewirkt. Wird Licht von anderen Speicherbereichen reflektiert, so werden die entsprechenden Stellen des Registers in ähnlicher Weise eingeschrieben. Auf diese Weise wird ein in Form einer bestimmten Frequenz in einer Speichereinheit gespeichertes Wort parallel ausgelesen.

Mit der in F i g. 12 dargestellten Vorrichtung kann ein serielles Auslesen einer einzelnen Frequenz durchgeführt werden. Durch das abstimmbare Filter 182 wird Licht einer einzigen Wellenlänge erzeugt und beleuchtet die Speichereinheit 10. Das dort reflektierte Licht gelangt über das Element 104 zum elektrooptischen Kaliumdideuteriumphosphatkristall

ίο 196 in der Kathodenstrahlröhre 192. Der Elektronenstrahl dieser Röhre wird auf einen bestimmten Bereich des elektrooptischen Kristalls 196 gerichtet, wodurch eine Oberflächenladung aus Elektronen entsteht. Geht von diesem Speicherbereich Licht aus, so wird es den Analysator 199 durchsetzen und durch die Linse 201 auf den Photodetektor 202 abgebildet werden. Ein einzelner Speicherbereich einer einzelnen Farbe wird somit dadurch ausgelesen, daß der Elektronenstrahl auf die Stelle des zu adressierenden Speicherplatzes auf dem elektrooptischen Kristall 196 gerichtet wird. Die Informationsfeststelleinheit 190 arbeitet als ein in punktförmigen Bereichen steuerbar durchlässig zu machender Verschluß zum seriellen Hochgeschwindigkeitsabtasten und -abfragen der in der optisch auslesbaren Speicheranordnung vorhandenen Informationen. Die Informationsfeststelleinheit 190 läßt das von jeder Speichereinheit reflektierte Licht, sofern vorhanden, seriell durch. Photodetektoren 202 wandeln die Lichtimpulse in elektrische Impulse um, die einem Ausgaberegister zugeleitet werden.

Mit Hilfe der in Fig. 13 dargestellten Vorrichtung kann ein paralleles Auslesen aus der Tiefendimension durchgeführt werden. Konvergentes Licht, das alle interessierenden Frequenzen enthält, wird durch das Lichtablenk- und Auswahlelement 110 auf den zu adressierenden Speicherbereich gerichtet. Dieser beleuchtete Speicherbereich wirkt, da er alle gespeicherten Lichtfrequenzen reflektiert, wie eine neue Lichtquelle, deren Licht den Strahlenteiler 152, die Linse 250 und die Serie der Strahlenteiler 252 als konvergentes Strahlenbündel durchsetzt. Von den einzelnen Strahlenteilern 252 gelangt das Licht zu den zugeordneten Filtern F₁, F₂ ... F₁₀. Die Linsen 254 fokussieren das diese Filter verlassende Licht auf die entsprechenden Lichtdetektoren 256, die die ihnen zugeführten Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln und in einem Ausgaberegister speichern. Die in den vorstehenden Ausführungen gebrachte Bezeichnung »Licht« gilt ganz allgemein für elektromagnetische Strahlung, also auch für die außerhalb des sichtbaren Bereiches liegenden Frequenzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 μπι 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, F.,. . . 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.