DE1810502A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige und Speicherung von Informationen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige und Speicherung von InformationenInfo
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Description
Γ3 3erIxI üunber 63? 779
US üll^i, d=t- Dae.7,
US üll^i, d=t- Dae.7,
BADIO COETOMTICH OP AMERICA,
HW YOBK, U.S.A.
VZEiAEHSlJ UID VCEHICHTUKG SUH A853IE
UlO) SPEICHERUNG VOL7 11
Die Srflndung betrifft ein Vei'fahren zum Betrieb einer
heliochromen (photocroraic) Anzeigevorrichtung mit einer
lichtquelle und einem Schirm ö.us hei i ο chromerz Material,
bei welcher daa von der Lichtquelle auf den Schirm gerichtete
licht In Veßentliohen keine Veränderung der Liohtabsorbtioiiseigenochaften
dee Schirmes verursacht.
Bei derartige·! Anzeige vorrichtungen ist ee vorteilhaft,
dieselbe Lichtquelle zvxi Auslesen der dargestellten Information
au verwenden, die auch aura Einschreiben der auf dem μ
Speicherechtrm zu speichernden Informationen benutzt worden
Ist. Bekannte Anaeigevorrichtungen, welche heliochromy Materialien
verwenden, eraeugen ein aweidimensionalee Bild der
. Jedoch ist eine Anseile in ar^i Bium*isJonen für AnggfSlle
wie HadPr- und Pernsehanzei^en, Speicheranaeigen
von Hachnern und anderer Anwendungen erwünscht.
Die Aufgabe der Erfindung besteht In eier Ermögliohung einer
derartigen dreidimensionalen Anzeige. Diese Aufgabe wird unter
Auoiiutzung dar Vortsilc ^Iner dreidiaienelonalen Anaelge erfindungagenäß
durch ein Verrhhren zum Betrieb sine?.· heliochromen
Anzeigevorrichtung gelöst,, bei velohen flo.s Licht auf dienere te
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ßAD ORIQJNAL
Bereiche innerhalb des Schirmes mit einer ausreichenden
Energiedichte konzentriert bzw. fokusiert wird, so daß sich die Lichtabsorbtionseigensehaften dee Schirmes in diesem
diskreten Bereichen verändern, und bei dem licht auf den Schirm gerichtet wird, das durch die diskreten Schiraibereiche
anders absorbiert wird als durch die übrigen Bereiche des
Schirmes, wobei dann der nicht absorbierte Lichtanteil die Anzeige ergibt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das von dem Schirm
absorbierte Licht von der Lichtquelle geliefertes unfokusiertes Licht. Bei einer anderen erfindungßgeaSSen Ausführuiigsform hat
der heliochrome Schirm eine bestimmte Dicke unu 'las Licht wird
auf diskrete Bereiche innerhalb des Schirmes fokusiert, wobei diese diskreten Bereiche in Sichtung der Schirmdicke gegeneinander
versetzt sind. Die Erfindung betrifft somit auch eine Informationsanzeige- und Speichervorrichtung welche in der vorgeschriebenen
Weise betrieben wird.
Die Erfindung ißt im Polgenden anhand eines in.den Zeichnungen
beschriebenen AusfUhrungsbeispiels erläutert. Ss zeigt
Pig.1 eine schematieche Darstellung einer Torrichtung eur Erzeugung eines Bildes auf einem helloohromen Schirmmaterlal
gemäß einer Aueführungefonu der Erfindung '
Pig,2 eine Darstellung eur Veranechaulichung des Absorjytionespektrume
eines mit Cer dotierten heliochromen Kalziumfluoridkristalls
und
Pig.3 eine Darstellung zur Veransehaulichung des Absoiptionospektrunis
eines mit Eisen und Molybdän dotierten heliochromen Strontiumt.i-tanatkri stalls.
Pigur 1 stellt eine Informationsspeicher und /oiar .Anzeigevorrichtung
gemäß einer Aus führungs form der .Erfindung dar. Bei dieser Ausfiihrungeforni Liefert ein Argonlaeer 11 von einem Watt
Leistung einen monochromatischen hoehintensiven Lichtstrahl 1?,
BAD ORIGINAL
«09827 /U76
T.
der für den Betrieb der Vorrichtung erforderlich lot.
Beispielsweise ist der Laser so eingestellt, da8 er Licht mit
einer Wellenlänge von 5145 An^strrJm aussendet. Der Lichtstrahl
12 wird durch einen Lichtintensitätsmodulator 13 und eine Lichtablenkvorrichtung
14 geführt. Der Intensitätamodulator 13 kann
beispielsweise ein elektrooptischen* Ealiuradihvdro^enphoaphatkristall
(EHpPOi) in Form eines Wollaston Prismas sein. Die
Lichtablenkvorrichtun-; 14 kaT.n ein elektrooptischen- Di&italablenktyp
sein. Die hier verwendete Lichtablenkvorrichtung kann das Licht sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung
ablenken, so daß ein zweidimensionales Raster entsteht. Venn
der Lichtstrahl 12 zum Schreiben benutzt wird, dann wird er
durch eine iokusierlinse 15 gefuhrt und auf ein heliochromes
Schinnmaterial 16 fokueiert. Bie bei diesem Beispiel verwendete
fokusierlinse 15 ist eine 2/2 Linse von einem Zoll Durchmesser.
Das heliochrome Schirnaaaterial 16 ist ein mit Lanthan
dotierter Kalziumfluoridkxystall von einem Zoll Durchmesser und
einem halben Zoll Dicke.
Das Schirmaaterial 16 ist auf einem Träger 17 montiert, der in
Richtung des Idehtetrahleß 12 bewegbar ist. Die Tiefe des
Fokusierpunktee innerhalb des ScMrmmateriales 16 wird auf
diese Weise durch die Lege des Kateriales 16 bestimmt. Auf diese
Weise kann innerhalb dee Schinomateriales 16 ein dreidimensionales
Bild erzeugt werden.
Das Licht am Brennpunkt konzentriert sich auf einen Bereich von etwa 10 Mikron Durchmesser mit einer Querschnittsleistung von
etwa 40 Megawatt pro Quadratientimeter. Bei dieser Leistungsdichte
absorbieren die diskreten Bereiche des heliochroiaen Zielmaterial 16 in welchen das Licht fokusi^it wird, Licht
infolge eines doppelten fftiotonee-Absorptionseffektes, bei dem
zwei Photonen gleichzeitig absorbiert werden, wes einer Lichtenergie
der doppelten Frequenz der voji Laser auegesaiidten
Strahlung entspricht. Das uchin.-asterial zeichnet sich dadurch
aus, daß ea unfokusfLerteo licht der vom Laser r-usgesandten
Frequenz durchtreten .183t, Oa^egRii fokunl ort es Licht mit einer
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Energiedichte, welche dem Doppelten dieser Frequenz entspricht, absorbiert und dabei seine optische Dichte verändert.
Bei der vorbeschriebenen Anordnung 138t man die Absorptions«
charakterietik oder die optische Dichte der diskreten Bereiche
des Schlnamateriales 16, auf welchem das Licht fokusiert wird, von fast Null, wo die Liehtdurchlfcssigkelt
praktisch 10OJi betragt, auf eine optische Dichte von 1, wo die Idchtdurchlässigkeit 10$ beträgt, in einer Zeit von
10**' Sekunden ansteigen. Die Änderung der optischen Dichte oder Absorjptlonscherakteristik des Schiriaüiateriais ist proportional
der lamahl von zwei auftretenden Photonenprozessen
und diese hangt wiederum von der Energiedichte des
Lichtstrahles an einem vorgegebenen Punkt des Schinnniateriales
ab, Theoretisch existiert ein begrenzter Betrag von Doppelphotonenabeorptionen
sogar bei sdfer niedrigen Energiedichten·
Jedoch liegt dl· minimale Energiedlchts, die für eine genügende Anzahl von Doppelphotonenabsorfetionen erforderlichist,
so (daß eine beobachtbare Veränderung der optischen,Eicht*
auftritt, in der QrS3#nordnung von 20 Megawatt/cm*. £$ die
Äaergiediohte mit dar Entfernung vom lokuelerpunkt ee.hr
schnell abfällt, kann die Intensität des Lasers so eingestellt werden, dajl außerhalb dee JokueAerbereichee eo wenige
Doppelphotonenabeor|ktion#proteee# auftreten, daS auSerhalb
dieses Bereiches keine nennenswerte Veränderung der optlachen
Dichte eintritt. Auf diese Weise lädt sich in dem he 1.1 ochroaen Schirmmaterial 16 ein Bild hoher Auflösung erzielen.
Beim Betrieb wird das zum Schreiben verwendete licht von der
Lichtojiele 11 auf den Schirm 16 an diskreten Bereichen des
Schirmes mit einer ausreichenden Energiedichte fokuejiert,
so da3 eine Veränderung der LltShtabsoi^tionGöi^enschaft der
diskreten Bereiche eintritt. Zur Erzielung, einer Anzeige l&ßt
man den Lichtstrahl 12 über die Schirraoberflache streichen,
er entsprechend der Art der gewünschten Anzeige gleich-
....... , Γ. ' BADORIGISSSAL
zeitig moduliert werden kann. Ein laserlicht solcher Art
das nicht von dem heliochromen Material des Schirmes absorbiert
wird, wird auf den Schirm gerichtet und entweder teilweise von ihm reflektiert oder teilweise durchgelassen.
Die Veränderungen der Absorbtionseigenschaften des heliochromen
Schirmnaterials, die auf iias Schreiben mit dem
fokuaierten Strahl 12 zurückzuführen sind, erzeugen ein
reflektiertes oder durcb^elassenes Bild.
Als Leselicht kenn der nicht Cokusierte leeestrahl 12 benutzt
werden, den man in irgend einer gewünschten Veise
das Schirmraaterial abtasten lS!3t. Das leselJcht kann auch
einer unabhängigen Lichtnuelle entstammen, welche auf den Schirm gerichtet ist. Bei Verwendung des oben beschriebenen
Kalziumfluorid als heliochromes Material kann sichtbares
leselicht entweder gleichseitig oder in Aufeinanderfolge mit dem Schreibstrahl verwendet werden. Das Leeelicht kann dabei
so angewendet werden, daß es den Schirm 16 voll beleuchtet,
oder es kann auch über die Schirmoberfläche geführt werden,
sodaß selektiv gelesen wird. Ein löschen des geschriebenen Mustere *15öt sich in einer geeigneten Weise erreichen, etwa
mit Hilfe von Licht, welches entweder voll auf den Schirm geworfen
wird oder £um selektiven Löschen den Schirm abtastet.
die £rseugua$ von Bildern oder Darstellungen in drei
Dimensionen muß der heliochroiae Schirm 16 eine nennenswerte
Dicke besitzen. Das Schreiblicht wird dann auf diskrete Bereiche innerhalb des Schirmes fokus!ert, die gegeneinander in
!Richtung der Schirmt!icke vernetzt nin<l. Die bevorzugte Dicke
variiert in Abhängigkeit vom Aiivenclungsfall der Torrichtung.
So ist beiepielsweiee eine urn so gr33ere Snhirmaicke erforderlich,
je grSBer die Tiefe des jfeldea d.es zu speichernden
Bildes auf dem heliochromies Schirm nein soll. Andererseits kann
es erwünscht sein, eine Eei.he von..praktisch swei dimensional en
Darstellungen in verschiedenen, einen gegenseitigen Abstand
Rüfw«isenden Querschnittsfl'lchen parallel zur Zbene des helio-
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chromen Schirms zu speichern, ura so vorteilhafterweise die
hohe Informationsspeicherichte dieser Technik auszunutzen.
Hler hängt die Dicke von der gewünschten Speichertiefe und den AuslesemSglichkeiten ab.
Abweichungen von der vorfeesohriebenen Ausführungsform sind
möglich. Beispielsweise iat zur Ausführung der Erfindung jede Lichtquelle brauchbar, die eine genügend hohe Licht»
dichte bei einer Frequenz oder in einem Frequenzband aufweist, welches von dem heliochromen Schirmmaterial durchgelassen
wird, wenn das Licht nicht fokuaiert iat,. Jedoch teilweise
von ihm absorbiert wird, wenn das Licht fokuartert ist, so
daß das helioohrome Material seine optische Eichte verändert.
Zur Srzeugung des Lichtstrahles eignen sich vorzugsweise
Laser im Dauer- oder Impulsbetrieb.
Jegliches heliochromes Material, welches=.die für die Doppelphotonenabsorbtion
notwendigen Ltistuauedichten verträgt und
die vorbeschriebenen Durchlässigkeits- und JLbsorjrt.1 onseigenschaften
zeigt, läßt sich bei der Erfindung verwenden. Wegen der erforderlichen relativ hohen Leistungsdichten werden im;
Allgemeinen anorganische Heliochroiomaterialien vorgezogen,
da diese den früheren Temperaturen ohne Zersetzung besser widerstehen
als organisch© heliochrome Materialien. Jedoch lassen
sich angesehen davon auch organische H®1Iοchrom» bsw» Photochronaaterialieä
TerwtoAcn. Selbstverständlich w®M sich Ao®
gewählte Material mit der für die Torrichtung gewählten lichtquelle
betreiben lassen und umgekehrt«
Im folgenden sind einige Beispiele für brauchbare Photochrommaterialien
und mit diesen zusammen arbeitende Lichtquellen angeführt! Kristallines Salziumfluorid, dag mit Ionen seltener
Erden dotiert ist, beispielsweise nlt Lanthan dotiertes kriotallinea
JECalziumfluorid (Cai^iiLa·)» oder-jrlt Έ,ίββιι und Molybdän
dotiertes kristallines StrontJuintitaup-t (SrTiO^:Pe-l-Io) in·
Verbindung mit Ilabin-, Ar^on-, Krypton- oder Xenon Lasern; und
Strontiumtitanat ( SrTiO^sre-Ho) in 7erbindu.ag-mit einem mit
Heodym dotierten Yttrium. Aluminiun G?met Xy.se'".
* 9 0 9 8 2 7 / U 7 S ' BAD UrtiGlNAL
3ine Lichthelligkeitsmodulation ist nur erforderlich, wenn
eine Variation der optischen Dichte an verschiedenen Tunkten des Bildes erwünscht ist, dh. wenn man eine Grauskala ausnutzen
will. Dies kann beispielsweise mit EiIf e eines Lichtstrahles erreicht werden, dessen Intensität durch Veränderung
der lichtaussangsleistunj; oder duroh Einfügen eines teilweise
durchlas π ige η und teilweise reflektierenden o<5=r absorbierenden
Materials oder einer Blende in den Lichtweg verliert wird.
Eine Lichtablenkung kann in verschiedener Veise erfolgen,
beispielsweise in Form einer uechenjsehen, einer elektromechanischen,
einer elektroakustischer! oder einer elektrooptischen
Ablenkung. Derartige Anordnungen sind in einem Aufsatz von R.A.Soref in der Zeitschrift Electronics vom
November 1965 erwähnt. Andererseits braucht der Lichtstrahl
nicht unbedingt abgelenkt zu werden, sondern der Brennpunkt auf dem Schirm kann entweder durch eine Bewegung der Lichtquelle
oder eine Bewegung des photochromen Schirme verändert werden. Verfahren zur elektro-optiechen Amplitudenmodulation
und Ablenkung werden wegen ihres schnellen Ansprechen» und ihrer Fähigkeit sum. Anschluß von Steuersignalen von äußeren
Quellen, wie von einem Computer oder einer Videoanlage, bevorzugt.
Sine zweite Ausftlhrungsfonii der Erfindung ähnelt der ira ersten
Beispiel beschriebenen mit der Ausnahme, daß ale Lichtquelle ein Q-geschalteter Eubinlaser mit einer Strahlaustrittsfläohe
von einem 1/2 cm verwendet wird. Dieser Laeer gibt Impulse von einem Joule für eine Dauer von ?0 ns ab und wird mit einer
Impulswiederholfrequenz von einen Tnpula pro Sekunde betrieben.
Das Bild wird auf einem SrTiO,:Pe-I-Io Photochrouschirm gespeichert.
Die in ein·?'.: "chotccliromeohir·^ erzeugten Bilder \3nnen für eine
Zeitdauer in ihm gt»speiel!.?rt wrlev.,
<}!·?. von der Abfeilzeit des photocliiomen Materials abhängt. Di.^3ρ kann zwischen Bruch-
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-S-
teilen einer Sekunde bis zu einer unbestimmt langen Zeit
dauernd Dee Bild kann dargestellt oder ausgelesen werden,
indem licht durch den photochromen Schirm hindurchtritt oder das licht von dem Schirm mit einer Frequenz oder in einem
Frequenzband, bei welchem keine änderung der optischen Dichte
infolge von Doppelphotonenabsorption eintritt„ abgelenkt wird.
Wie bereits erwähnt umfaßt dies auch die Frequenz der zur ' Erzeugung dee Bildes verwendeten Lichtquelle,, Zusätzlich zu
der Lesefrequenz weisen viele Photochromraaterialien auch eine
Löschfrequenz oder ein Löschfrequenzband auf, bei dem die vorher abgedunkelten Flächen aufgehellt werden»
Die Figuren 2 und 3 stellen graphische Veransehaulichungen
der Raumtemperaturabsorptionseigenschaften von SrTiO1. sFe-Mo
bzw. CaF2iLa dar.
Die CaF-sLa Kurven der Pigur 2 sind unter Verwendung eines
chemisch reduzierten OaP « Kristalles aufgenommen,, der etwa
0,1 Jfol Prozent Lanthan enthielt. Das natürliche Absorptionsspektrum
dieses Materials ist in Kurve A in PIg..2 gezeigt«
Wenn Licht in der Iahe dee UV Abeorptionebandes, beispielsweise
Licht mit einer Wellenlänge von 3500 Angstrom, auf das
Material auftrifffc, dann ändert sich daa Absorptionsspektrum
dieses Haterials %μ Κμχύβ B. Nach dieser Kurve isst das bei
UV liegende JftwosptlOBeband aufgehellt und das sichtbare Ab*·
BOrptionsband hat' eich vergrößert. Licht im sichtbaren Band
verändert nicht das Absorptionsspektrum der Kurve A, Ein
Licht von etwa 7000 Angstrom aussendender Laser würde nur. das Absorptionsspektrum in einem Bereich hoher Energiedichte beeinflußen,
wo eine Zweiphotonenabsorption auftritt, dies dem
fokusierttn Licht mit 3500 Angstrom entspricht. Die Information
kann dann unter Verwendung von Licht im sichtbaren Bereich
auegelesen werden.
Die SrTiO,:Ee-Mo Kurven der Figur 5 sind unter Verwendung von
Kristallen aufgenommen, die etwa 0.1 Hol Prozent Hound 0.01
90 9827/ 147 5 bad original
Λοί Prozent Ie enthielten. Das natürliche Absorptionsspektrum
dieses Materials zeigt Kurve 0, während das nach einer Bestrahlung mit licht τοη 3500 Angstrom erhaltene Absorptionsspektrum
durch Kurve D veranschaulicht wird. Dieses Kontrastverhältnis iat bei diesem Material wesentlich besser als bei
OaJ*:La, da praktisch keine Absorption im sichtbaren Bereich
auftritt, biß eine Veränderung der Absorption bei einer
Energie, die licht von weniger als 4000 Angström Wellenlänge
entspricht, auftritt.
Claims (12)
1. Verfahren zum Betrieb einer heliochromen Anzeigevorrichtung
mit einer Lichtquelle und einem Schirm aus heliochromen Material, wobei von der lichtquelle auf den Schirm gerichtetes
licht im wesentlichen keine Veränderung" der llchtabsorptlonselgenechaften des Schirmes hervorruft,
dadurch gekennzeichnet, da3 das licht auf diskrete Bereiche
Innerhalb des Schirmes mit einer für eine- Veränderung
der lichtabBorptionselgenschaften des Schirmes in
den diskreten Bereichen ausreichenden Energiedichte konzentriert bzw, fokusiert wird, daß licht auf den·Schirm
gerichtet wird, welches durch die diskreten Schirmbereiche m
andere absorbiert wird als durch die anderen Schirnbertlche,
wobei das nioht absorbierte licht ein Bild infolge Durchlässigkeit oder Reflektion entetehen läßt*
?. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die Konzentration oder Pokusierung des lichtes auf diskrete
Bereiche des Schirmes die Doppelphotonenabsorption des heliochromen Schirmiiiaterlale vergrößert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das durch den Schirm unterscMedlich. absorbierte licht
nioht fokuatf.erten licht von der lichtquelle ^ct.
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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 die Veränderung der Lichtabsorbtion der diskreten
Bereiche dee Schirmes ira sichtbaren Teil des Lichtepektrums
auftritt und daß das durch den Schirm licht absorbierte Licht sichtbares licht ist·
5. Verfahren nach einen der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß das fokusterte Licht zweidimensional
Über den Schirm geführt wird und gleichzeitig zur Er-
" zeugung einer Verteilung diskreter Bereiche im Schirm moduliert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,
daS der heliochrome Schirm eine nennenswerte Dicke aufweist und <3a(3 das Licht auf diskrete
Bereiche innerhalb des Schirmes fokuaiert wird, welche in Richtung der Schirmdioke gegeneinander versetzt sind.
7. Verfahren nach Anspruch 5, daduroh gekennzeichnet, da8
die diskreten Bereiche zur Bildung einer dreidimensionalen Verteilung in Sichtung der Schirmdicke einen gegenseitigen
Abetand haben.
δ. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 6, daduroh gekennzeichnet,
da0 die diskreten Bereiche in zwei bev. mehr
Ebenen parallel eur Schirmebene liegen.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3
die lichtquelle ein Laser ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennaeichnet, daß
das heliochrone Schirmmaterial aus Kalziumfluorld,
welches in reduzierten Zustand mit Ionen seltener Erden
dotiert ist, oder aus mit Holybdun- und Eisenionen
dotierten Strontiumtitanat besteht. ,
909827/147$
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daS der Schirm ein Einkristall aus mit Lanthan dotiertem Cai« oder aus mit Eisen und Molybdän
dotierten SrTiO, int.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geknnzeichnet, daß
die Lichtquelle ein Laser aus rl er Grupx>e (3 ei· Hub in-f.
Argon-, Krypton- und Xenon T-as^r· 1st.
1"% Verfahren nach Anspruch 1, de durch gekennzeichnet,
da$ die Intensität den Lichtes von «Ter Lichtquelle
elektro-optisch moduliert wird, und dr.s die Lage dos
auf den Schirm auftreffenden Li clit strahl es elektrooptisch moduliert wird, so daß ein vorbestiinmtes
Muster auf dem Schirm entsteht.
14·. Informationsspeicher- und - anzeigevorrichtung mit
einem heliochromen Schirm, in welchem eine Darstellung
ausgebildet werden kann und dessen Schirmmaterial salne optische Dichte verändern kann, wenn
ee Energie innerhalb eines bestirnten Absorptlonßbandes
infolge des Doppelphotoneneffektes absorbiert, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle ho'ier Intensität
mit einer Energiedichte und einer Jrecjuensi daß bei
Auftreffen dee auf den Schirm fokuslerten Lichtes ein
Teil des Lichtes durch den Schirm infolge einer Doppelphotonenabsorption
im Bereich dee Brennpunktes absorbiert wird und die «optische Dichte des Schirmmaterials
in diskreten Bereichen verändert, ferner durch ein optisches System, welches das Licht auf ausgewählte
diskrete Bereiche des Schirmes aar Eildung eines Darstellungebereiches
im Schirm, in welchem die Absorption ο 5 ch verändert, fokufiiert.
809827/U7S
-Al-
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