DE19912023C1 - Verfahren und Vorrichutng zum Auslesen von holographisch gespeicherten Daten aus einem Kristall - Google Patents

Abstract

Bekannte Einrichtungen zur holografischen Datenspeicherung und Auslesung sind sehr empfindlich gegen Schwingungen und andere Einflüsse und daher nur mit hohem Aufwand zu realisieren. Trotz dieses Aufwandes ist das Auslesen der Daten fehlerhaft. Die neue Einrichtung soll es ermöglichen, Daten aus holografischen Datenspeichern fehlerfrei und kostengünstig auszulesen. DOLLAR A Zum Auslesen der Daten wird der Kristall, in dem die Daten holografisch gespeichert sind, auf einem Drehtisch gelagert und durch die Piezokristalle in seiner Lage veränderbar gestaltet. Ein durch eine /2 Platte, einen Polarisator und einer Strahlaufweitung aufbereiteten Strahl wird durch den Kristall gesendet. Dieser Strahl teilt sich in einen transmittierenden Anteil und einen abgebeugten Anteil, der die Information enthält, auf. Die Intensität des transmittierten Anteiles wird gemessen und durch eine Regel- und Steuereinrichtung, die den Winkel des Drehtisches und die Länge der Piezokristalle verändert, minimiert. Der abgebeugte Teil des Strahles wird in eine elektronische Kamera gelenkt. Er enthält wegen der Minimierung des transmittierten Teiles eine fehlerfreie Information. DOLLAR A Durch die Einrichtung ist es möglich, in einem Kristall holografisch gespeicherte Daten, die in Größenordnungen von 100 Tbyte und mehr, vorzugsweise im kommerziellen, aber auch im technisch physikalischen Bereich vorliegen, auszulesen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auslesen von Daten mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 3.

In der kommerziellen aber auch in der technischen Datenverarbeitung werden Daten in großen Mengen gespeichert. Die Speicherung dieser Daten erfolgt im wesentlichen in Magnetspeichern wie Bändern, Disketten und Festplatten aber auch mit CD-ROMs und Magneto optical discs. Die Speicherung in holographische Datenspeicher ist grundsätzlich auch möglich.

Bei der Speicherung der Daten in Magnetspeichern, wie Bändern, Disketten und Festplatten, tritt leicht ein Datenverlust ein. Dieser Datenverlust tritt schon durch die Zeit der Lagerung ein, da sich die magnetischen Eigenschaften des Materials im Laufe der Zeit ändern. Aus diesem Grunde müssen diese Datenspeicher nach etwa 6 Jahren ausgelesen und wieder neu beschrieben werden. Die Einrichtung hat nur eine sehr geringe elektromagnetische Verträglichkeit. Magnetfelder wie sie durch handelsübliche Magnete oder durch Ströme erzeugt werden, reichen aus, die Daten zu löschen oder zu verändern und damit unbrauchbar zu machen. Auch erhöhte Temperaturen, wie sie bei Lagerung unter Sonneneinwirkung entstehen, reichen bereits aus die Daten zu verändern. Aus diesem Grunde ist ein hoher technischer und organisatorischer Aufwand zum Schutz der Datenträger notwendig.

Auch neuere CD-Roms garantieren nur eine Datensicherheit bis zu 20 oder 30 Jahren.

Bei höheren Temperaturen tritt ein Vertust von Daten auch bei diesen Datenträgern ein. Die Größenordnung der gespeicherten Daten auf einem Datenträger der erwähnten Art liegt bei etwa unter 100 GigaByte.

Bei größeren Datenmengen sind daher mehrere Träger erforderlich, was, einen zusätzlichen Aufwand sowohl an Soff- und Hardware beim Auslesen der Daten erfordert.

Auch ein Speichern und Auslesen von Daten welche holographisch in Kristallen gespeichert sind, ist grundsätzlich möglich. Das Speichermedium ist sehr langzeitstabil und unempfindlich gegen elektromagnetische Einflüsse und hohe Temperaturen die etwa bis 120°C betragen können. Die dazu geeigneten Einrichtungen sind technisch sehr aufwendig.

Beim Einlesen der Daten ist es unter anderem erforderlich, die auf die Einrichtung wirkenden Schwingungen zu minimieren, wie dies nur durch bauliche Maßnahmen wie Anordnung in einem Keller und aufwendigen Fundamenten möglich ist. Das Auslesen der Daten ist leicht fehlerhaft, da selbst geringste Veränderungen in der Lage der Kristalle zu einer Veränderung der Intensitäten von transmittierten Anteilen und entsprechenden Anteil im abgebeugten Teil des Laserstrahles führt.

Derartige Einrichtungen sind in US 5,812,288, EP 0 817 201, GB 2,326,735, EP 0 632 348, US 5,007,690, US 5,519,651, US 5,727,226 beschrieben. Alle diese Einrichtungen sind entweder sehr empfindlich und erfordern bei großen Datenmengen eine hohe Stückzahl verschiedener Datenträger oder sind bei holographischer Datenspeicherung sehr aufwendig zu realisieren und beim Auslesen der Daten fehlerhaft.

Weiterhin ist aus der US 5,822,263 A ein Verfahren zum Auslesen holographisch gespeicherter Daten bekannt, bei dem der Auslesestrahl mit Hilfe eines drehbar gelagerten Reflektors auf den Kristall gelenkt wird. Durch die Einstellung des Drehwinkels des Reflektors wird der Einfallswinkel des Auslesestrahls eingestellt.

Aus der EP 0 817 201 A2 ist schließlich ein Verfahren zum Auslesen von holographisch gespeicherten Daten bekannt, bei dem ein zusätzlich zu den holographischen Daten abgespeicherter Seitenindikator ausgelesen und auf der Kamera abgebildet wird. Die Abbildungsgenauigkeit des Seitenindikators ist ein Maß für die Qualität des gesamten ausgelesenen Hologramms und das Auswerten des Hologramms wird erst dann durchgeführt, wenn die Abbildungsgenauigkeit des Seitenindikators einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.

Es besteht mithin die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die nur sehr geringe Anforderungen an die Umgebungsbedingungen stellen, geringen Aufwand erfordern und gleichzeitig ein fehlerfreies Auslesen der gespeicherten Daten ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 sowie durch eine gattungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 3 gelöst.

Ein aufbereiteter Laserstrahl wird durch den die Information enthaltenden Kristall gesendet, die Intensität des transmittierten Anteils des Strahles wird gemessen und mittels einer Steuer- und Regeleinrichtung wird die Lage des auf einem Drehtisch gelagerten Kristalls so verändert, daß die Intensität des transmittierten Anteils des Strahles minimiert wird und die Information aus dem abgebeugten Anteil des Strahles mittels einer Kamera ausgelesen wird.

Die weitere Ausgestaltung der Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß die Veränderung der Lage des Kristalls, die sehr schnell vorgenommen werden muß, die jedoch gleichzeitig geringe Wegstrecken erfordert, durch die Piezoelemente vorgenommen werden, die in ihrer Ausdehnung sehr schnell veränderbar sind, aber nur gering in ihrer Ausdehnung veränderbar sind.

Die Änderung der Drehrichtung ist nicht so schnell, jedoch mit einer großen Formänderung erforderlich. Sie wird mit einem Schrittmotor vorgenommen der nicht so schnell wie die Piezoelemente ihre Länge den Drehwinkel des Tisches vom Anfangs- bis Endwert ändert, durch dessen Verstellung jedoch eine große Formänderung möglich ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Verarbeitung der Information aus der Intensitätsmessung im Gegensatz zu einer analogen Einrichtung nach sehr komplexen Algorithmen vorgenommen werden kann.

Bei der Suche eines Minimums des Meßwertes bei vier veränderbaren Stellgrößen, die durch die drei Piezoelemente und den Schrittmotor gegeben sind, sind komplexe Algorithmen erforderlich. Der Mikrorechner wird so ausgelegt, daß die Programme ohne Aus- und Einbau von Speichern durch einen zusätzlichen Anschluß veränderbar sind. Besonders effektiv ist diese Informationsverarbeitung wenn sie in Form von neuronalen Netzen erfolgt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich durch Zusammenfügen von mehreren Kristallen, deren Anzahl die Größenordnung von 100 oder mehr erreichen kann, wodurch die gespeicherte Datenmenge um ein Vielfaches erhöht wird. Der Laserstrahl wird bei den nicht abgefragten Kristallen ausgeblendet. Da die Ein- und Ausblendung des Laserstrahls elektronisch erfolgt, wird die Zugriffszeit auf die einzelnen Informationen nicht oder nur sehr geringfügig erhöht.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsformen und Funktionsdarstellungen näher erläutert.

Fig. 1 Schematische Darstellung der Vorrichtung zum Auslesen der Information aus einem Kristall.

Fig. 2 Darstellung des Drehtisches mit Kristall.

Fig. 3 Darstellung des Drehtisches aus einer Blickrichtung senkrecht zur Blickrichtung der Darstellung in Fig. 2.

Fig. 4 Anordnung von mehreren zusammengefügten Kristallen.

Fig. 5 Schaltplan für das Zusammenwirken der Komponenten der Steuer- und Regeleinrichtung.

Fig. 6 Darstellung der Arbeitsweise der Steuer- und Regeleinrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch die einzelnen Komponenten und deren Zusammenwirken beim Auslesen von Daten aus einem Kristall.

Der Laser 1 erzeugt einen Laserstrahl, der eine λ/2 Platte 2, einen Polarisator 3, eine Strahlaufweitung und Raumfrequenzfilterung 4 durchläuft, bis er von dem Spiegel 5 reflektiert wird. Anschließend durchläuft er die Blende 6 und erreicht als aufbereiteter Laserstrahl 10 den Kristall 14, der auf dem Drehtisch 7 angebracht ist.

In dem Kristall wird er in einen transmittierten Anteil des Laserstrahles 11 und in einen abgebeugten Anteil des Laserstrahles 12, der die Information enthält, aufgeteilt. Der abgebeugte Anteil des Laserstrahles 12 wird von einer CCD-Kamera 8 aufgenommen. Die Kamera 8 wandelt die im abgebeugten Anteil des Laserstrahles 12 enthaltenen Signale in elektronisch dargestellte Signale um, die über den Anschluß für Rechner 21 ausgelesen werden. Der Anschluß für Rechner 21 ist eine bei Rechnern und CCD- Kameras übliche Standard-Schnittstelle. Die wesentlichen Teile dieser Anordnung sind bekannt.

Der transmittierte Anteil des Laserstrahles 11 trifft auf ein Intensitätsmeßgerät 9, das die Intensität des Strahles in ein elektrisches Signal, welches die Größe der Intensität 23 darstellt, umformt.

Erfindungsgemäß wird die Größe der Intensität 23 dazu verwendet die Stellglieder, die durch die 3 Piezoelemente 16 und den Schrittmotor 15 gegeben sind, so zu verändern, daß die Größe der Intensität ein Minimum wird.

In Fig. 2 ist die Darstellung des Drehtisches 7 mit Kristall 14 angegeben. Durch den Schrittmotor 15 wird der Drehtisch 7 in Drehrichtung 13 so gedreht, daß eine Vorauswahl des Bereiches in dem die abzufragende Information steht in dem Kristall erfolgt. Bei Verwendung von mehreren zusammengefügten Kristallen 17 wie in Fig. 4 angegeben, wird zusätzlich eine Ein- und Ausblendung der Einzelkristalle vorgenommen.

Durch Veränderung der Piezoelemente 16 und geringe Veränderung des Schrittmotors 15 wird die Größe der Intensität 23 verändert.

In Fig. 3 ist die Darstellung des Drehtisches aus einer Blickrichtung angegeben, die senkrecht zur Blickrichtung der Darstellung in Fig. 2 ist.

In Fig. 5 ist der Schaltplan für das Zusammenwirken der Komponenten der Steuer- und Regeleinrichtung angegeben.

Der transmittierte Anteil des Laserstrahles 11 wird durch das Intensitätsmeßgerät 9 erfaßt. Über die Signalleitung für die Intensität des transmittierten Anteiles 18 wird diese Information an die Steuer- und Regeleinrichtung 19 weitergegeben. Die Programme in der Regeleinrichtung 19 können über den Anschluß 22 verändert werden. Die Steuer- und Regeleinrichtung ist ein Mikrorechner der zusätzlich mit den notwendigen Signalwandlern ausgerüstet ist.

Über die Anschlüsse der Piezolemente 21 werden die Piezolemente 16, über die Leitungen zur Schrittmotoransteuerung 20 wird der Schrittmotor 15 verstellt.

Die Arbeitsweise der Steuer- und Regeleinrichtung 19 ist in Fig. 6 dargestellt.

Die Größe der Intensität 23 ist abhängig von allen 4 Stellgrößen, die durch die drei Piezolemente 16 und den Schrittmotor 15 gegeben sind.

Dargestellt ist die Größe der Intensität 23 in Abhängigkeit von einer Stellgröße 24.

Der Rechner ermittelt Werte der Intensität bei Einstellung 1-26 und Einstellung 2-27 und weiteren Einstellungen. Er ermittelt solange Werte für die Größe der Intensität 23 und errechnet aus diesen Werten neue Einstellungen bis das Minimum der Intensität 25 für alle Stellgrößen 20 erreicht ist.

Dieses Minimum der Intensität 25 des transmittierten Anteils des Laserstrahles 11 sichert die fehlerfreie Darstellung der Information im abgebeugten Anteil des Laserstrahles 12.

Claims (8)

1. Verfahren zur Auslesung von Daten aus einem Kristall, in dem holographisch Daten gespeichert sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein aufbereiteter Laserstrahl (10) durch den die Information enthaltenden Kristall (14) gesendet wird,
daß die Intensität des transmittierten Anteils (11) des Strahles (10) gemessen wird und
daß mittels einer Steuer- und Regeleinrichtung (19) die Lage des auf einem Drehtisch (7) gelagerten Kristalls (14) so verändert wird, daß die Intensität des transmittierten Anteils (11) des Strahles (10) minimiert wird und die Information aus dem abgebeugten Anteil (12) des Strahles (10) mittels einer Kameravorrichtung (8) ausgelesen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (7) mittels eines Schrittmotors (15) gedreht und die Lage des Kristalls (14) auf diesem Drehtisch (7) durch Piezokristalle (16) verändert wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahren zur Auslesung von holographisch gespeicherten Daten, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2,
mit einem die holographische Information enthaltenden Kristall (14) und
mit einer die Information aus dem abgebeugten Anteil (12) eines Strahles (10) auslesenden Kameravorrichtung (8),
dadurch gekennzeichnet,
daß ein den Kristall (14) tragender Drehtisch (7) vorgesehen ist,
daß ein Intensitätsmeßgerät (9) zur Messung der Intensität des transmittierten Anteils (11) des Strahles (10) vorgesehen ist und
daß eine Steuer und Regeleinrichtung (19) für eine Veränderung der Lage des auf einem Drehtisch gelagerten Kristalls (14) in Abhängigkeit von der Intensität des transmittierten Anteils (11) des Strahles (10) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drehtisch (7) drei Piezokristalle (16) angeordnet sind, die untereinander den gleichen Abstand haben und die Lage des die Information enthaltenden Kristalls (14) in senkrechter oder in einer Richtung, die höchstens 2° von der Senkrechten abweicht verändern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinrichtung (19) aus einem Mikrorechner besteht, der die gemessene Intensität des transmittierten Anteils (11) des Strahles (10) verarbeitet und dessen Ausgang die Signale sind, die die Lage des die Informationen enthaltenden Kristalls (14) verändern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Programm des Mikrorechners während des Betriebes veränderbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Programm vollständig oder teilweise aus neuronalen Netzen besteht oder aus Programmteilen besteht, in denen neuronale Netze simuliert werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der holographische Datenspeicher aus mehreren zusammengefügten Kristallen (14) besteht, die holographische Informationen enthalten.