DE1917147C3

DE1917147C3 - Vorrichtung zum Modulieren eines Wiedergabelichtbündels entsprechend einem steuerenden, eine aufzunehmende Bildinformation tragenden optischen Strahlenbündel und Verwendung der Vorrichtung zur informationsspeicherung und -wiedergewinnung

Info

Publication number: DE1917147C3
Application number: DE19691917147
Authority: DE
Inventors: Hollis Edward North Chelmsford Mass. French
Original assignee: Itek Corp
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1968-04-08
Filing date: 1969-04-02
Publication date: 1981-11-26
Also published as: BE731185A; CA920270A; NL6905179A; DE1917147A1; DE1917147B2; FR2014116A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Modulieren eines Wiedergabelichtbündels entsprechend einem steuernden, eine aufzunehmende Bildinformation tra= genden optischen Strahlenbündel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und die Verwendung dieser Vorrichtung zur Informationsspeicherung und -wiedergewinnung.

Bei einer aus der DE-PS 6 98 082 bekannten Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches I wird Zinkblende als Halbleitermaterial verwendet.

Zinkblende zeigt zwar einen elektrooptischen Effekt und gleichzeitig einen inneren photoelektrischen Effekt, der photoelektrische Effekt, das heißt, die innere elektrische Polarisation ist jedoch nur so lange vorhanden, wie an die Elektroden eine Spannung angelegt ist und das steuernde Strahlenbündel vorhanden ist. Die bekannte Vorrichtung ist daher ein sogenanntes Lichtrelais.
Aus der US-PS 30 83 262 ist eine ähnliche Vorrichtung bekannt, bei der die im Strahlenbündel angeordnete Platte aus einer photoelektrischen und einer ferroelektrischen Schicht besteht Beim Einfallen von Licht auf die fotoelektrische Schicht verringert sich deren Widerstand, so daß die an der ferroelektrischen Schicht anliegende Spannung ansteigt und dadurch in dieser Schicht eine Polarisation entsteht Die Platte kann durch ein Wiedergabelichtbündel punktweise abgetastet werden, wobei die Intensität des Wiedergabelichtbündels in Abhängigkeit von der in der ferroelektrischen Schicht vorhandenen Polarisation geschwächt wird und dadurch wiederum eine bestimmte Widerstandsänderung in der photoleitenden Schicht hervorgerufen wird. Diese Widerstandsänderung kann durch die an der Platte anliegenden Elektroden in ein Spannungssignal umgewandelt werden. Es ist bei dieser Vorrichtung nur eine punktweise Abtastung möglich. Da bei der Abtastung die innere Polarisation aufgehoben wird, wird die gespeicherte Information beim Auslesen gelöscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Modulieren eines Wiedergabelichtbündels entsprechend einem steuernden, eine aufzunehmende Bildinformation tragenden optischen Strahlenbündel zu schaffen, die die Büdinformation auch dann speichert, wenn keine Spannung an den Elektroden anliegt und eine Wiedergewinnung der gespeicherten Büdinformation zu einem beliebigen Zeitpunkt nach Eingabe der Bildinformation durch das steuernde Strahlenbündel gestattet

Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Informationsspeicherung und -wiedergewinnung nach Anspruch 7.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Information sowohl parallel als auch seriell ausgelesen werden kann und keine komplizierte elektronische Schaltung zur Informationswiedergewinnung notwendig ist. Weitere Vorteile sind der geringe Platzbedarf und das Fehlen beweglicher Teile sowie die Möglichkeit der schnellen Informationswiedergewinnung trotz niedriger Signalpegel.
Unter einer inneren elektrischen Polarisation oder beständigen inneren Polarisation (PlP) wird verstanden, daß ein beständiges inneres elektrisches Feld in einem photoleitenden dielektrischen Stoff erzeugt wird, der einer Strahlung ausgesetzt ist und an den durch geeignete Elektroden ein äußeres elektrisches Feld angelegt ist. Die innere elektrische Polarisation oder das innere elektrische Feld entsprechen in ihrer Intensitätsverteilung über die Platte der Bildinformalion und bleiben bestehen, auch wenn das äußere elektrische Feld und das steuernde Strahlenbündel nicht mehr bestehen und selbst wenn die Elektroden kurzgeschlossen werden; es kann jedoch durch anschließende Bestrahlung gelöscht werden.

Ein typisches Photoelektret ist Zinksulfid oder

ZinkcadmiumsMlfid mit Verunreinigungen von Silber, Kupfer oder anderen Stoffen, Ein derartiges Photoelektret besitzt mehrere Energiezustände, nämlich ein Valenzband, ein Leitungsband und eine Anzahl von weiteren Energiezuständen, die durch Verunreinigungen oder andere Anomalien hervorgerufen werden und als Haftstellen bezeichnet werden.

Eine Bestrahlung des Fotoelektrets mit ausreichender Energie, um die Elektronen vom Valenzband zum Leitungsband anzuheben, führt zur Entstehung von Elektron-Loch-Paaren. Wirkt in diesem Zustand ein äußeres elektrisches Feld am Fotoelektret ein, so bewegen sich die Elektronen und Löcher unter dem Einfluß des Feldes. Einige davon werden in den Verunreinigungsstellen oder Haftstellen eingefangen und werden nach dem Aufhören der Bestrahlung festgehalten, während nicht eingefangene Elektronen und Löcher rekombinieren.

Die eingefangenen Elektronen und Löcher ergeben ein elektrisches Feld oder eine Polarisation innerhalb des Fotoelektrets, die nicht durch Kurzschließen oder Erden der Elektroden beseitigt werden kann, die sich jedoch durch eine Nachbestrahlung des Fotoelektrets entfernen läßt. Die Nachbestrahlung löst die Elektronen und/oder Löcher von den Haftstellen und bringt sie in das Leitungs- und/oder Valenzband, bis sie rekombinieren oder die Elektroden erreichen.

Während des Anlegens des äußeren elektrischen Feldes dauert die Polarisierung an, bis die Polarisationsspannung an den Elektroden des Fotoelektrets gleich der angelegten Spannung ist In diesem Zustand befinden sich zwei Arten von Ladungen an den Elektroden: eine kapazitive Ladung, die bei Polarisation eines jeden Dielektrikums vorhanden ist und eine gebundene Ladung, die dem PIP-FeId zugeordnet ist, und deren Bezeichnung daher rührt, daß die Ladungen in ihrem unbeweglichen Zustand durch das PIP-FeId gebunden werden. Die kapazitive Ladung ist nicht erwünscht und sollte entfernt werden, bevor ein Lesen erfolgt, um eine Verwechslung derselben mit der gebundenen Ladung zu vermeiden, welche freie Träger entsprechend der inneren Polarisation des Fotoelektrets liefert, wenn dieses bestrahlt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Speicherung einer Bildinformation in einem Fotoelektret,

F i g. 2 eine schematische Seitenansicht des Fotoelektrets der Fig. 1, die die darin durch beständige innere so Polarisation gespeicherte Bildinformation angibt,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht eines Kristallite, der einen Doppelbrechungseffekt aufweist,

Fig.4 eine Darstellung der relativen Verzögerung, welche zwischen den zwei Polarisationsrichtungen durch ein doppelbrechendes Material eingeführt wird,

Fig.5 eine Darstellung des veränderlichen elektrischen Feldes, das durch die zwischen den Polarisationsrichtungen eingeführte relative Verzögerung erzeugt wird,

Fig.6 eine schematische perspektivische Ansicht eines als Pockelsche Vorrichtung bekannten elektrooptischen Materials, welches bei einer Änderung des angewandten elektrischen Feldes eine Änderung des Doppelbrechungsverhaltens zeigt,

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer Platte, deren Material sowohl ein Fotoelektret als auch linear elektrooptisch ist und eine beständige innere Polarisation in ähnlicher Weise wie das Fotoelektret gemäß F i g, 2 aufweist,

Fig.8 eine schematische Seitenansicht eines Fotoelektrets, das ähnlich gemäß jenem der Fig.2 ausgebildet ist, in Verbindung mit einer Pockelschen Vorrichtung, die ähnlich gemäß jener der Fig.6 ausgebildet ist,

F i g. 9 eine schematische Seitenansicht einer Platte, welche ähnlich wie die von F i g. 7 ausgebildet ist, aber eine nicht gleichmäßige Dicke besitzt,

Fig. 10 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung für ein serielles Leseverfahren mit einer elliptisch polarisierten Ausgangsstrahlung,

F i g. H eine Durchlaßkennlinie eines Analysators,

Fig. 12 eine schematische Anordnung einer anderen Ausführungsform für ein paralleles Leseverfahren und

Fig. 13 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform, bei der zwei Komponenten der elliptisch polarisierten Ausgangsstrahlung verwendet werden.

Gemäß einer Ausführungsform eier Erfindung wird ein Fotoelektret, welches gespeicherte- Information enthält, mit einem elektrooptischen Material kombiniert, welches eine induzierte Doppelbrechung aufweist, die abhängig von dem am Material angelegten elektrischen Feld veränderlich ist Die Kombination kann derart erfolgen, daß die beiden verschiedenen Materialien als nebeneinanderliegende Schichten angeordnet werden, oder durch Verwendung eines Materials, das sowohl die Eigenschaften des Fotoelektrets als auch die gewünschten elektrooptischen Eigenschaften besitzt Das elektrische Feld, welches durch die beständige innere Polarisation entsteht, wird in einem Muster verteilt, das dem Muster der im Fotoelektret gespeicherten Bildinformation entspricht. Als elektrooptisches Material eignet sich ein Material, das eine induzierte Doppelbrechung aufweist, welche sich mit dem zugeordneten elektrischen Feld des Fotoelektrets verändert, wobei die Änderungeil der Doppelbrechung ein Muster erzeugen, das der im Fotoelektret gespeicherten Bildinformation entspricht.

Ein Laser projiziert ein linear polarisiertes Licht längs der Doppelbrechungsachsen des elektrooptischen Materials, und zwar von einer Wellenlänge, für welche das Fotoelektret, das elektrooptische Material und die verwendeten Elektroden transparent sind. Streicht das linear polarisierte Licht über die Kombination von Fotoelektret und elektrooptischem Material, so wird es durch das elektrooptische Material in elliptisch polarisiertes Licht umgewandelt dessen elliptische Exzentrizität eine Funktion des am jeweiligen Punkt vorliegenden Feldes ist.

Das Ansprechen des elektrooptischen Materials auf dns elektrische Feld des Fotoelektrets kann durch Auswahl einer oder beider Komponenten des polarisierten Lichtes festgestellt werden, die sich ab Funktion des angelegten Felds verändern. In einigen Fällen kann die Größe dieser Komponenten) ebenfalls gemessen werden. Ein Analysator, welcher Licht nur in der Ebene hindurchtreten läßt, die senkrecht zur Polarisationsebene des vom Laser kommenden einfallenden Lichtes ist, filtert das elliptisch polarisierte Licht, das «Juich das doppelbrechende Material hindurch tritt. Das vom Analysator durchgelasscne Licht liefert daher eine serielle Darstellung des durch das elektrische Feld erzeugten Doppelbrechungsmusters.

Eine Bildinformation kann in der Fotoelektret-Platte 10 gespeichert werden, an deren Elektroden 12 und 14

durch die Batterie 16, Fig. 1, eine Spannung liegt. Eine Strahlungsquelle 18 liefert ein kollimiertes Strahlungsbündel, für das die Elektroden 12 und 14 und die Fotoelektret-Platte 10 durchlässig sind, und das aus infrarotem, ultraviolettem, sichtbarem Licht oder einer anderen Strahlung bestehen kann, die durch ein Transparentbild 20 zur Fotoelektret-Platte 10 geleitet wird. Der dichte Abschnitt 22 des Transparentbildes 20 blockiert die Strahlung, während der weniger dichte Abschnitt 24 die Strahlung durchläßt und eine beständige innere Polarisation (PIP) in einem entsprechenden Bild oder Muster in der Platte 10 erzeugt, wie dies durch gestrichelte Linien 26 angedeutet ist. Die Strahlung und die Spannung werden entfernt und die kapazitive Oberflächenladung wird durch den Schalter 28 in der Kurzschlußstellung gemäß F i g. 2 entladen.

Die gebundenen Ladungen 30 an den Flächen der Foloelektret-Platte 10 weisen die gleiche Polarität wie rli*> IAWAiIi(TOn l^jpmmpn Hat RaItArIA Ifi auf linri rJjA PIP-Ladungen 32 besitzen die entgegengesetzte Polarität. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, tritt die beständige innere Polarisation in den Bereichen auf, in die das zur Belichtung verwendete Licht auf die Fotoelektret-Platte einfiel. Das Transparentbild ist hier aus Gründen der Klarheit in gleiche Abschnitte hoher und niedriger Dichte unterteilt, und Transparentbilder oder Muster, die Abschnitte mit hoher und niedriger Dichte über die gesamte Fläche verteilt haben, können ebenfalls gespeichert werden und entsprechen mehr der üblicherweise gespeicherten Bildinformation.

Ein zweites hier erwähntes Material sind elektrooptische Kristalle. Gewisse Kristallarten erfahren bei Anwendung eines elektrischen Feldes Änderungen in ihren optischen Eigenschaften. Dieser elektrooptische Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn das elektrische Feld und die Richtung des durch den Kristall hindurchtretenden Lichtes optimal gewählt werden. Polarisiertes Licht, welches durch solche Kristalle hindurchtritt, bildet Komponenten längs der X- und längs der V-Achse und die Geschwindigkeit des Lichtes längs dieser Achsen ist eine Funktion des elektrischen Feldes. Daher weist die X-Achse und die V-Achse einen unterschiedlichen Brechungsindex auf, welche Eigenschaft als Doppelbrechung bezeichnet wird. Infolge der unterschiedlichen Geschwindigkeiten für Licht längs der X- und V-Achse, sind diese rechtwinklig zueinander angeordneten Komponenten bei ihrer Bewegung längs der genannten Richtungen in ihrer Phasenlage zueinander verschoben.

In derartigen Kristallen ist die Doppelbrechung und damit die relative Phasenverschiebung eine Funktion der Kristalldicke längs der Richtung des Strahlungswegs durch den Kristall und eine Funktion der Stärke des angelegten elektrischen Feldes. Ist das angewandte Feld gleich Null, so tritt keine Doppelbrechung auf. Eine derartige Vorrichtung, in welcher die Doppelbrechung sich linear mit dem elektrischen Feld ändert, wird als Pockelsche Vorrichtung bezeichnet Ein ähnlicher optischer Effekt tritt bei einer anderen Kristallart auf, ohne daß ein elektrisches Feld eingesetzt wird. Bei derartigen Kristallen wird die relative Phasenverschiebung oder Verzögerung zwischen den längs jeder Achse wandernden Komponenten durch die Dicke des Kristalls bestimmt

Wird bei diesen Kristalltypen polarisiertes Licht verwendet, so führt die relative Phasenverschiebung zwischen den orthogonalen Komponenten parallel zur Achse mit hoher und mit niedriger Geschwindigkeit zu einem elliptisch polarisierten Licht, wobei die elliptische Exzentrizität eine Funktion der Größe der relativen Phasenverschiebung oder Verzögerung ist. die durch das elektrooptische Material eingeführt wird. Eine ) Analyse dieses elliptisch polarisierten Lichtes durch einen Polarisator erzeugt ein Licht, dessen Intensität eine Funktion der Elliptizität und damit der Doppelbrechung des Kristalls ist. Wird ein elektrooptischer Kristall verwendet, so ist die Intensität des vom

ίο Polarisator kommenden Lichts auch eine Funktion des am Kristall liegenden Feldes.

Ein Kristallit 38 (Fig. 3) eines typischen doppelbreehenden Materials weist eine schnelle Achse 34 und eine langsame Achse 36 auf, die im Hinblick auf die relativen Lichtgeschwindigkeiten längs dieser Achsen so bezeichnet sind. Die Änderung der Exzentrizität des elliptischen Feldes, die durch ein elektrooptisches Material, wie einen Kristallit 38 erzeugt wird, der einer linear ⁿo!srisiert^An Strähluri⁴⁷ ?ntsⁿrechenci Vektor 40 ;*i!^CCT?* setzt ist, der den Winkel zwischen der langsamen und schnellen Achse halbiert, ist in Fig. 5 dargestellt. Bei einer Verzögerung von 0°(/?=0°) hat das elliptische Feld die Gestalt einer geraden Linie, die der Hauptachse 46 entspricht, d. h. es liegt der besondere Fall einer Ellipse vor, welche den rechten Winkel zwischen den langsamen und der schnellen Achse halbiert. Sind die langsame Achse und die schnelle Achse gemäß F i g. 3 angep· inet, so liegt die gerade Linie gemäß der Lage für R=O' in Fig. 5 vertikal. Erhöht sich die Verzöge-

jo rung gegenüber 0°, so nimmt das Feld die Gestalt einer erkennbaren Ellipse an. Vergrößert sich die Verzögerung von 0° auf 90°, so wird die Hauptachse 46 der Ellipse kurzer, während die kleine Achse 48 länger wird, wodurch eine Verringerung der Exzentrizität der Ellipse hervorgerufen wird. Bei einer Verzögerung von 90°. gemäß der in F i g. 5 dargestellten Lage R = 90°, wird die Hauptachse 46 in ihrer Länge gleich der kleinen Achse 48, d. h. die Ellipse wird zu einem Kreis.

Zwischen 90° und 180°, d.h. in den Stellungen für 90°</?<180° gemäß Fig.5, verlängert sich die Hauptachse 46, während sich die kleine Achse 48 verkleinert, wodurch die Exzentrizität der Ellipse ansteigt. Bei einer 18(T iNacheilung ge mau der in t-1 g. s dargestellten Stellung für /?= 180° hat sich die Ellipse in eine horizontale Linie verwandelt, die der kleineren Achse 48 entspricht.

Es ist offensichtlich, daß, wenn der Kristallit 38 eine Dicke t besitzt, die derart bemessen wird, daß eine relative Verzögerung oder Phasenverschiebung von 90°

so (-t/2) oder einer viertel Wellenlänge (A/4). F i g. 4. zwischen der längs der schnellen Achse wan Vrnden Strahlungswelle 42 (F i g. 4) und der längs der langsamen Achse 36 wandernden Strahlungswelle 40 entsteht, die Ausgangsstrahlung des Kristallits 38 zirkulär polarisiert ist.

Wird die Dicke t gegenüber einer Abmessung, die zur Entstehung einer Verzögerung von einer viertel Wellenlänge (A/4) führt, verkleinert, so treten die Verzögerungswellen 42 und 44 früher aus und ihre relative Verzögerung wird verringert. Da die relative Verzögerung die Hauptachse 46 verkleinert, so erhöht sich die Komponente der Ausgangsstrahlung, die parallel zur Polarisationsebene der Eingangsstrahlung. Vektor 40, liegt und die kleinere Achse 48. die Komponente senkrecht zur Eingangsstrahlung verringert sich gemäß F i g. 5, bis bei einer Dicke von 0 eine Verzögerung oder Phasenverschiebung von 0 auftritt und keine senkrechte Komponente, sondern nur die

parallele Komponente vorhanden ist, was der vertikal polarisierten Eingangsstrahlung gemäß I" i g. 5 entspricht. In ähnlicher Weise treten die Wellen 42 und 44 später aus und ihre relative Verzögerung erhöht sich, wenn die Dicke / gegenüber einer Dicke erhöht wird, die eine Verzögerung von einer viertel Wellenlänge (A/4) liefert. Wenn sich die relative Verzögerung erhöht, verrir.^ert sich die parallele Komponente und die senkrechte Komponente vergrößert sich bis t eine Abmessung erreicht, bei welcher die Verzögerung 180° ist und bei welcher nur die senkrechte Komponente vorliegt. Bei einer Verzögerung von 180 entspricht die senkrechte Komponente der Eingangsstrahlung, aber sie liegt senkrecht zu dieser, wie dies in F-" i g. 5 für W = 180 dargestellt ist.

F-;in Element, welches eine Phasenverschiebung oder Verzögerung um 90" liefert, wird oft als λ/4-Platte bezeichnet und ein Element, das eine Phascnversehic-Hercich 70 der Platte 60 den dichten Abschnitten 22 des Transparenlbildcs 20. die ein vernachlässigbares oder überhaupt kein Feld aufweisen, und die wenig oder keine Doppelbrechung zeigen, während die Kristallite im unteren Bereich 74 der Platte 60. die dem weniger dichten Abschnitt 24 des Transparentbildcs 20 entsprechen, einem F-'eld unterliegen, das durch die gebundenen I.ndungen 30 und die eingefangenen PIP-Ladiingen 12, F' i g. 2 und 7, erzeugt wird.

Anstelle der Verwendung eines Materials, das eine innere elektrische Fcldbildung eines Halbleiters besitzt und elektrooptisch ist. kann eine Platte 80. F-" i g. 8. durch Kombination beispielsweise eines l-otoelcktrcts 82 mit einer Poekelsdicn Vorrichtung 84 zwischen Elektroden 86 und 88 gebildet werden. Die Pockclsehe Vorrichtung kann aus Kaliumdihydrogenorthophosphat (KDP) und das l'otoclektret aus hexagonalem Zinksulfid bestehen, dessen unorienticric Kristallite es als lineares elek

oner vcfv.ogeiimg vom iow mcii-m, wiiu on <m A/2 Platte bezeichnet. Eine A/2-Platte dreht das Eingangsstrahlungsfeld um 90\ wie dies durch Vergleich der Vektoren für die 0"-Stellung und 180° Stellung gemäß F-" i g. 5 ersichtlich ist.

Die gleichen Phasenverschiebungen oder Verzögerungen der Strahlung, die längs der schnellen und der langsamen Achse wandert, die durch Veränderung der Dicke ι gemäß den F i g. 4 und 5 erhalten werden, können in einer Pockelschen Vorrichtung erzeugt u erden, die eine konstante Flicke / besitzt, indem die an der Pockelschen Vorrichtung 50 (Fig. 6) anliegende Spannung verändert wird, beispielsweise mittels eines Potentiometers 52. das in Serie mit der Batterie 54 in den Elektroden 56 und 58 liegt. Eine Pockelschc Vorrichtung 50 weist viele Kristallite 38 auf. wovon jeder eine Doppelbrechung längs der langsamen Achse 36 und der schnellen Achse 34 zeigt. Die Vorrichtung 50 kann so hergestellt oder gezüchtet werden, daß alle langsamen Achsen 36 in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, und daß ferner alle schnellen Achsen 34 auch in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, wobei jedoch die schnelle und langsame Achse im rechten Winkel zueinander lieeen. An der in F i e. 6 dargestellten Pockelschen Vorrichtung liegt ein gleichförmiges Feld an. das über die Elektroden 56 und 58 durch die Batterie 54 geliefert wird, so daß jeder Kristallit 38 die gleiche Verzögerung erzeugt: eine Strahlung, die an jedem Punkt der Oberfläche der Vorrichtung 50 eintritt, verläßt die Vorrichtung im gleichen Ausmaß elliptisch polarisiert. Falls das an der Vorrichtung 50 anliegende Feld nicht gleichmäßig ist, so ändert sich die elliptische Polarisation der Strahlung im Einklang mit dem Feld.

Falls ein Pockelsche Vorrichtung ebenfalls eine beständige innere Polarisation aufweist, d. h. falls das gleiche Material sowohl linear elektrooptisch als auch ein Fotoelektret ist. wie dies beispielsweise für kubisches Zinksulfid (ZnS) zutrifft, zeigt es eine Doppelbrechung, die sich mit Änderungen des elektrischen Feldes ändert, welches infolge der beständigen inneren Polarisation entsteht, die durch das im Material gespeicherte Muster strahlender Information gebildet wird. Es wird dabei eine Platte 60 mit Elektroden 59 und 61 erhalten, die eine Doppelbrechung entsprechend einem Muster aufweist, das der darin durch beständige innere Polarisation gespeicherten Bildinformation entspricht, in einer derartigen Platte 60. F i g. 7. weiche das gleiche Muster gespeichert hat wie das Fotoelektret 10. F i g. 1 und 2. entsprechen die Kristallite im oberen

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ge innere Polarisation im Fotoelektret 82 entspricht der nach den Fig. 1.2 und 7. und die gebundenen Ladungen 30 und die PIP-Ladung 32 verursachen ein Feld an der Pockelschen Vorrichtung 84 zwischen der gemeinsamen Seite 92 der Pockelschen Vorrichtung 84 und des Fotoelektrcls 82 und der der Elektrode 88 zugewandten Seite 94. Die Kristallite im oberen Bereich 70' haben daher ein schwaches F-'eld oder gar kein Feld an ihnen anliegen und zeigen nur eine geringe oder keine Doppelbrechung, während an den Kristalliten im unteren Bereich 74' ein merkliches f'eki anliegt und diese eine erhebliche Doppelbrechung aufweisen.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, gleichgültig ob die Platte aus einem einzigen Material, das beide Effekte zeigt, oder aus zwei Materialien besteht, liegt darin, daß die Dicke nicht gleichmäßig zu sein braucht. Dies beruht darauf, daß die Doppelbrechung eine Funktion des angelegten Feldes ist. die wiederum eine Funktion der angelegten Spannung und der Dicke ist. Beispielsweise erzeugt die Spannung Van den Elektroden 106 und 108 in F i g. 9 ein Feld /:"; über die Dicke fi der Platte 104, aber ein kleineres Feld l._: über die größere Dicke h. Da das Feld E; kleiner als das Feld Γ· ist. wird es in den dem Feld ausgesetzten Kristalliten eine geringere Doppelbrechung erzeugen als das Feld Ei. Jedoch muß die durch die Platte 104 durchtretende Strahlung, wobei die Kristallite dem kleineren Feld Ei ausgesetzt sind, durch die größere Dicke I; hindurchtreten, so daß die Gesamtverzögerung oder Phasenverschiebung gleich ist. unabhängig davon, ob die Dicke der Platte gleichmäßig ist.

Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Informationswiedergewinnung. das eine Platte 110. welche Elektroden 59 und 61 aufweist, und ein Pockelschcs Fotoelektretmaterial enthält, ist in Fig. 10 dargestellt. Eine Bildinformation ähnlich jener der F i g. I und 2 ist in der Platte 110 gespeichert, wie durch die PIP-Ladungen 32 und die gebundenen Ladungen 30 ersichtlich ist. Eine Strahlungsquelle für linear polarisiertes Licht, wie beispielsweise ein Laser 112. liefert einen linear polarisierten Lichtstrahl, welcher durch den Vektor 114 dargestellt ist. Der Laserstrahl ist auf einen Spiegel 116 gerichtet, welcher durch einen Motor 118 in Schwingungen versetzt wird, um den Strahl an einem sechseckigen Spiegelprisma 120. welches durch einen Motor 122 gleichmäßig angetrieben wird, nach oben und unten zu verschwenken. Der auf das Spiegeiprisma 120 vom Spiegel 116 einfallende Strahl überstreicht daher von Seite zu Seite die Platte 110. während er sich ebenfalls

von oben nach unten bewegt. Infolgedessen wird ein Kaster erzeugt, wie in Bildröhren.

Wenn der linear polarisierte Strahl die Oberfläche 109 der Platte 110 überstreicht, so tritt der Strahl von der anderen Oberfläche 111 mit einer elliptischen Polarisation aus, deren Ausmaß durch die Doppelbrechung und damit durch die bestündige innere Polarisation in der Platte 110 bestimmt ist. Sind die langsamen Achsen der Kristallite parallel angeordnet, so sind die schnellen Achsen der Kristallite ebenfalls parallel und der Vektor 114 des linear polarisierten Eingangsstrahls ist vertikal orientiert und halbiert den zwischen den schnellen und langsamen Achsen gebildeten Winkel, wobei die Polarisation des die Platte 110 verlassenden Strahls durch eine vertikale Linie dargestellt wird, wenn kein Feld und keine Doppelbrechung vorhanden ist. durch eine vertikale längliche Ellipse, wenn ein geringes IcItI und eine geringe Doppelbrechung vorhanden ist. durch einen Kreis, wenn ein Feld vorhanden ist. das eine

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bung oder einer Verzögerung von 90¹ führt, eine horizontale längliche Ellipse bei einem Feld, das eine Doppelbrechung liefert, die mehr als 90° Verzögerung ergibt, und eine horizontale Linie, wenn das Feld eine Doppelbrechung erzeugt, die zu einer Verzögerung von 180" führt, wie aus F i g. 5 ersichtlich ist.

Es sei angenommen, daß im Bereich 70' kein Feld vorhanden ist, so daß das aus diesem Bereich austretende Licht in der Richtung des Vektors 114 linear polarisiert (130) ist. Nimmt man an, daß im Bereich 74' ein ausreichendes Feld vorhanden ist, um eine gewisse Verzögerung zu verursachen, aber nicht eine Verzögerung von 90" oder mehr, so ist das aus diesem Bereich austretende Licht elliptisch polarisiert in Form einer vertikalen länglichen Ellipse 132.

Die Wirkung des elektrischen Feldes des Fotoelektrets auf die Doppelbrechung des elektrooptischen Materials kann durch Auswahl einer Komponente und Abtastung ihrer Größe bestimmt werden. Beispielsweise kann im Strahlengang des Austrittslichtes ein Analysator 134, wie ein linearer Polarisator angeordnet sein, welcher derart orientiert ist. daß er Licht sperrt, welches wie der Eineane^ichtvektor 114 polarisiert ist und Licht senkrecht zum Eingangslicht hindurchtreten läßt. Damit würde ein Lichtstrahl, der entsprechend 130 polarisiert ist. gesperrt werden, und desgleichen die vertikale Komponente 136 des elliptisch polarisierten Lichts 132. Jedoch würde die horizontale Komponente 138 des elliptisch polarisierten Lichtes 132 durchgelassen und auf den Detektor 140 durch die Linse 142 fokussiert, die Größe des an dem Detektor 140 zu einem beliebigen Zeitpunkt auftretenden Signals ist damit eine Funktion der Doppelbrechung der betreffenden Stelle der Platte 110, die zum jeweiligen Zeitpunkt bestrahlt wird. Auf diese Weise kann die durch die Platte 110 induzierte Doppelbrechung dazu verwendet werden, die in der Platte 110 gespeicherte Information auszulesen oder wiederzugewinnen. Der Analysator 134 kann so orientiert sein, daß er nur Licht durchläßt, welches wie der Eingangslichtvektor 114 polarisiert ist und Licht sperrt, welches wie die Komponente 138 polarisiert ist. In diesem Falle wird das Ausgangssignal des Detektors 140 ein Negativ der gespeicherten Bildinformation darstellen. Das Ausgangssignal des Detektors 140 kann an ein Magnetband, an Bildröhren oder an verschiedenen andere Wiedergabemedien zur seriellen Speicherung. Wiedergabe oder Übertragung geliefen werden, oder es kann eine ähnliche Rasterbewegung durchlaufen, um das Originalmuster oder ein Negativ desselben zu erzeugen.

Gemäß einer alternativen Aiisftihrungsform mich Fig. 10 wird eine λ/4-Platte 144 zwischen dem Laser 112 und der Platte 110 angeordnet, um das linear polarisierte Licht gemäß Vektor 114 vom Laser 112 in ein elliptisch polarisiertes Licht umzuwandeln. Eine A/4-Platte aus doppelbrechendem Material kann derart bemessen werden, daß eine Phasenverschiebung oder Verzögerung von 90° zwischen seiner langsamen und schnellen Achse, wie in Verbindung mit den F i g. J. 4 und 5 crlüutcrt. erhalten wird. Wird die Platte 144 derart orientiert, daß der Vektor 114 den zwischen tier schnellen und langsamen Achse gebildeten Winkel halbiert, so wird ein zirkulär polarisiertes Lichi entsprechend Vektor 146 erhalten. Zirkular polarisiertes Licht kann durch einen standig umlaufenden Vcktc. dargestellt werden, wobei sich die Richtung des Vektors dauernd ändert. Wird ein zirkulär polarisiertes Licht vciVvrnüci, üiVi uic r iiiitc 110 dtj/üiüMcii, m> im ua?> vurrr Bereich 70' kommende Licht, falls kein Feld und keine Doppelbrechung vorliegt, noch zirkulär polarisiert, während Licht, das vom Bereich 74' kommt, bei Vorliegen eines Feldes und einer Doppelbrechung in eine andere elliptische Form verzerrt ist. Der Analysator 134 kann dazu verwendet werden, verschiedene Komponenten des elliptischen Feldes in der vorausgehend erläuterten Weise durchzulassen und zu sperren.

Ein Vorteil der Verwendung zirkulär polarisierten Eingangslichtes besteht darin, daß Pockelsche Vorrichtungen verwendet werden können, in welchen die langsame und die schnelle Achse eines jeden Kristallitcn gegenüber jenen Achsen in den anderen Kristallitcn fehlgefluchtet sind: das rotierende Feld erzeugt bei einer solchen Vorrichtung ein Ausgangslicht, das unabhängig von irgendeiner Fehlfluchtung der Kristallite ist. Das heißt, das erhaltene Ausgangssignal ist so, als ob alle Kristallite richtig miteinander gefluchtet und gegenüber dem linear polarisierten Eingangslicht richtig orientiert wären. Falls bei der Herstellung der Pockelschen Vorrichtung nicht mit Sorgfalt vorgegangen wurde, sind die Achsen der einzelnen Kristalliten nicht gleichmäßig gefluchtet.

Ein zweiter Vorteil der Verwendung zirkulär polarisierten Lichtes, d. h. eines Lichtes, das durch zwei um 90° phasenverschobene Lichtstrahlen gebildet wird, beruht auf der Art der verwendeten Analysatoren 134. Die Durchlaßcharakteristik 148. F i g. 11, eines typischen Analysators zeigt, daß der austretende Strahl des Analysators in nicht linearer Weise mit einem Anwachsen der Verzögerung unterhalb und oberhalb des Bereichs 150 in der Nähe des λ/4-Verzögerungspunktes ansteigt. In der Nachbarschaft des Bereiches 150 sind kleine Änderungen des Analysatorausgangs im wesentlichen linear zu Änderungen der Verzögerung. Bei Verwendung zirkulär polarisierten Lichtes ist das ganze System zum Betrieb um einen Nullpunkt bei A/4 eingestellt; geringe Abweichungen von diesem Punkt in beiden Richtungen, d. h. im Sinne einer Erhöhung oder Verringerung der Verzögerung, die durch Doppelbrechung in der Platte 110 verursacht sind, liegen damit innerhalb des linearen Betriebsbereichs.

Ob die Platte 110 eine Voreilung, d.h. eine Verringerung der Verzögerung, oder ein Ansteigen der Verzögerung des hindurchtretenden Lichtes erzeugt. Sängt von der Polarität des angelegten elektrischen Feldes ab. Die schnelle Achse und die langsame Achse, die durch ein Feld erzeugt werden, wandelt sich jeweils

II

in die 'angsame und die schnelle Achse um. die durch ein Feld entgegengesetzter Polarität hervorgerufen werden.

In einer weiteren Ausfiihrungsform ist eine /weile A/4-Platte 152 zwischen der Platte 110 und dem Analysator 1.34 angeordnet. Diese λ/4-l'latte 152 ist jedoch derart angeordnet, daß die Lage ihrer langsamen und schnellen Achse gegenüber den Lagen der jeweiligen Achsen in der λ/4-Platte 144 vertauscht ist. Infolgedessen wird Licht, welches längs der langsamen Achse der Platte 144 gerichtet war und gegenüber dem längs der schnellen Achse hindurchtretenden Licht um 90" ver/ögerl war, nun längs der schnellen Achse hindurchgelassen und um 90" im voreilenden Sinne verschöbe!·. Damit kompensiert die A/4-Platte 152 vollständig die Wirkung der Platte 144 und das den Analysator 134 erreichende Licht ist infolgedessen ein elliptisch polarisiertes Licht, das allein von der Doppelbrechung der Platte 110 abhängt. Der Analysaiin¹ !34 kiiii'i uii/.ü vci wci'iuct wciuci'i, in lici vorausgehend erläuterten Weise einen negativen oder positiven lnformationsinhalt /u erzielen und die Verwendung der Linse 142 und des Detektors 140 erfolgt in ähnlicher Weise wie in den anderen Ausfiihrungsformen.

Die Erfindung kann sowohl beim parallelen Lesen als auch beim seriellen Lesen eingesetzt werden, was sich aus der .Strahlabtastungsanordnung gemäß Fig. 10 ergibt. Eine Vorrichtung zum parallelen Lesen ist in Fig. 12 dargestellt, wobei ene linear polarisierte ! ichtquelle 154 verwendet wird, deren Licht durch die Linse 156 kollimiert und auf eine Pockelsche Fotoelek tret-Platte 158 projiziert wird, wobei jeder Teil der Fläche gleichzeitig vom Licht getroffen wird. Eine A/4-Platte 160 kann zwischen der Linse 156 und der Platte 158 oder zwischen der Lichtquelle 154 und dtr Linse 156 aus den vorausgehend erklärten Gründen angeordnet sein. Das die Platte 158 verlassende, elliptisch polarisierte Licht tritt durch einen Analysator 162 und eine ausgewählt« Komponente des elliptischen Feldes gelangt zum Aufzeichnungsmedi '.m, di.s in diesem Falle durch eine Bildspeicherröhre 164 gebildet wird, die seriell gelesen werden kann. Beim parallelen Auslesen kann eine A/4-IPIatte 166 zwischen der Platte 158 und dem Analysator 1162 eingefügt werden.

Fiine weitere Anwendungsform der Erfindung, bei der sowohl die parallele als auch die dazu senkrechte Komponente des elliptisch polarisierten Lichtes verwendet wird, ist in F i g. 13 dargestellt. Eine linear polarisierte Lichtquelle 1170. die in der Art des Lasers tl2 gemäß Fig. 10 eine Abtastbewegung durchführen kann, richtet ein schmales Lichtbündel auf die Pockelsche Fotoelektret-Platte 172. Das die Platte 172 verlassende elliptisch polarisierte Licht wird in /wci /ueuiiiriuci M'iikitx'iii sieiieiiuc Kuiupoiienien, die in diesem Falle vertika! und horizontal liegen, /erlegt und in zwei verschiedenen Richtungen durch den Kristall 274. beispielsweise einen Glan-Thompson-, Rochonodcr Glan-Kristall abgegeben. Ein Linsenpaar 176, 178 fokussiert die Komponenten auf getrennte Detektoren 180 und 182. deren elektrische Ausgangssignale in einen Differenzverstärker 184 gegeben wird, dessen Ausgang das Hell-Dunkel-Muster der in der Platte 172 gespeicherten Information darstellt. Es können dabei auch A/4-Platten 186 und 188 verwendet werden. Ein Vorteil liegt dabei darin, daß sie jegliche Fehler eliminiert, die durch Faktoren eingeführt werden, welche beide Achsen des elektrooptischen Materials betreffen, wie beispielsweise Änderungen der Lichtquellenimensitäi.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

J. Vorrichtung zum Modulieren eines Wiedergabelichtbündels entsprechend einem steuernden, eine aufzunehmende Bildinformation tragenden optischen Strahlenbündel, mit einer quer zu diesem Strahlenbündel angeordneten Platte mit elektrooptischen! Material und photoleitendem Halbleitermaterial, deren zwei Hauptflächen von Elektroden überdeckt sind, in der durch das elektrische Feld an den vom steuernden Strahlenbündel belichteten Stellen eine innere elektrische Polarisation entsteht und bei der das Wiedergabelichtbündel entsprechend der aufgenommenen Bildinformation im elektrooptischen Material moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung der Bildinformation die Platte (10; 60; 80; 104; 110; 158; 172) entweder aus einem Halbleitermaterial besteht, das gleichzeitig ein Photoelektret und ein elektrooptisches Material ist oder aus einer halbleitenden Photoelektretschicht und einer elektrooptischen Materialschicht zusammengesetzt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (112; 154; 170) für linear polarisiertes Licht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen im Strahlengang nach der Platte (10; 60; 80; 104; 110; 158; 172) angeordneten Analysator (134; 162).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine A/VPIatte (144; 160; 186) zwischen der linear polarisierten Lichtquelle (112; 154; 170) und der Platte (10; 60; 80; 104; UO; 158; 172) zur Erzeugung eines zirkulär polarisierten Lichtstrahles und durch eine der Platte nachgeordnete λ/4-PIatte als Analysator für das zirkulär polarisierte Licht.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Strahlungsquelle (112; 154; 170) erzeugte Strahlung im sichtbaren Bereich liegt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Detektor(240; 164; 180) für das modulierte Wiedergabelichtbündel.
7. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Informationsspeicherung und -wiedergewinnung, indem Bildinformation durch räumlich variierende innere elektrische Polarisation in dem Halbleiter-Photoelektretmaterial gespeichert wird, ein Wiedergabelichtbündel durch das elektrooptische Material in Abhängigkeit von der inneren elektrischen Polarisation in dem Halbleiter-Photoelektretmaterial moduliert wird und das WiedergabelichtbUndel demoduliert wird.