DE2010509C3

DE2010509C3 - Anordnung zum Speichern von Daten

Info

Publication number: DE2010509C3
Application number: DE2010509A
Authority: DE
Inventors: Akio Kodaira Kumada (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1969-03-10
Filing date: 1970-03-05
Publication date: 1975-03-13
Also published as: FR2049049B1; NL7003309A; FR2049049A1; US3684351A; DE2010509B2; GB1297055A; DE2010509A1; JPS5335459B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung /um Speichern von Daten, bei der in den Weg eines kohärenten Lichtstrahls von einer Lichtquelle zu einem fotografischen Film zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren mindestens eine Z-Platte aus einem ferroelektrisch-ferroelastischen Kristall eingefügt ist.

dessen beide Z-Flächen lichtdurchlässige Elektroden tragen, zwischen denen ein die Koerzitivfeldstärke des Kristalls mindestens erreichendes elektrisches Feld anlegbar ist.

Eine Anordnung dieser Art ist in der USA.-Paientschrift 2 928075 beschrieben. Bei dieser bekannten Anordnung beleuchtet eine Lichtquelle einen Lichtdetektor durch zwei Polarisatoren hindurch, zwischen denen eine Kristallplatte angeordnet ist, die aus einem

ίο unter Bildung einer Z-Platte geschnittenen Kristall aus ferroelektrisch-ferroelastischem Material besteht Sowohl auf ihrer Vorderseite als auch auf ihrer Rückseite ist diese Kristallplatte mit lichtdurchlässigen Elektroden belegt, die jeweils streifenförmig ausge-

bildet sind, wobei die Flektrcdenstreifen auf jeder Plattenseite zueinander parallel, aber senkrecht zu den Elektrodenstreifen auf der jeweils anderen Plattenseite verlaufen Alle diese Elektrodenstreifen sind jeweils einzeln an eine von zwei Spannungsquellen

anschaltbar, von denen die eine den Elektrodenstreifen auf der Vorderseite der Kristallplatte und die an dere den F.lektrodenstreifen auf der Rückseite der Kristallplatte zugeordnet ist.

Beim praktischen Betrieb einer solchen Anordnung

»5 ergeben sich insofern erhebliche Schwierigkeiten, als die durch die Anlage des elektrischen Feldes zwischen einander gegenüberliegenden Elektroden durch deren streifenförmige Ausbildung sowohl auf der Vorder seite als auch auf der Rückseite des Kristalls erzielbare Polarisationsumkehr im Kristall bei einer der Koerzitivfeldstärke dieses Kristalls entsprechenden äußeren Feldstärke nicht auf die jeweiligen Kreuzungspunkte zweier Elektrodenstreifen auf Vorderseite und Rückseite der Kristallplatte beschränkt bleibt, sondern sich

vielmehr auch entlang der streifenförmigen Elektroden erstreikt. Dadurch wird es jedoch unmöglich, mit Hilfe der bekannten Anordnung einen Speicher mit hoher Speicherdichte zu realisieren, wie er für moderne Datenverarbeitungsanlagen verlangt wird.

In der deutschen Offenlegungsschrift 1 916025 ist ein Lkhtsteuergerät mit einem unregelmäßig ferroelektrischen (und somit ferroelektrisch-ferroelastischen) Kristall (z. B. Gadoliniummolybdat) vorgeschlagen worden, bei dem sich wie bei der Anordnung

nach der USA-Patentschrift 2928075 auf der Vorder- und Rückfläche der Kristallplatte Elektrodensysteme mit zueinander senkrechten Elektrodeitistreifen befinden. Dieses Gerät weist daher ebenfalls die im vorigen Abschnitt aufgeführten Nachteile auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie die Belichtung eines fotografischen Speicherfilmes von einem praktisch punktförmigen Datenmuster aus ermöglicht und damit eine holographische Datenspeicherung mit hoher Speicherkapazität gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Lichtweg zwischen einem vorderen Polarisator und einem dazu parallelen hinteren PoIa-

risator zwei Z-Platten, zwischen diesen ein gegen den vorderen und den hinteren Polarisator gekreuzter Polarisator und zwischen jeder der Z-Platten und jeweils einem der ihnen benachbarten Polarisatoren eine A/4-Platte eingefügt sind, daß die Elektrode auf der einen Z-Fläche jeder Z-Platte aus mehreren mit gegenseitigem Abstand parallel zueinander verlaufenden Streifen besteht, während die Elektrode auf der anderen Z-Fläche jeder Z-Platte eine diese in vol-

ter Uroße überdeckende Schicht ist, daß die Streifen der einen Elektrode auf der einen Z-Platte senkrecht zu denen auf der anderen Z-Platte verlaufen und daß die Z-PIatten selbst eine Dicke aufweisen, die für Licht der verwendeten Wellenlänge λ zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl eine Verzögerung um A (2 + l)/4 bewirkt, wobei η eine beliebige ganze positive Zahl oder Null ist.

Mit Hilfe einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung läßt sich eine Speicherdichte erreichen, die den Bau von Speichern mit einer Gesamtkapazität von bis zu 10^lu Bits ermöglicht. Ferroelektrisch-ferroeleastische Kristalle wie z. B. Kaliumdihydrogenphosphat, Gadoliniummolybdat und Borazid zeichnen sich dadurch aus, daß bei ihnen im Gegensatz zu den normalen Ferroelektrika durch Anlage eines oberhalb eines Koerzitivwertes liegenden elektrischen Feldes oder einer entsprechenden mechanischen Belastung eine Umkehr der spontanen Polarisation in diesen Kristallen erzielt wird, die einer Drehung des Kristalls um 90^c um st ine e-Achse mit anschließender Spiegelreflexion äquivalent ist. Dabei bietet die erfindungsgemäße Ausbildung der Datenspeicheranordnung noch den weiteren Vorteil, daß sich in den als Datenmustererzeuger dienenden Kristallplatten eine konzentrierte Polarisationsumkehr bereits mit äußeren Feldstärken erzielen laßt, die der Koerzitivfeldstarke des Kristallmaterials gleich sind, während beispielsweise bei der obenerwähnten bekannten Anordnung fur diesen Zweck äußere Feldstärken erforderlich sind, die mindestens das Doppelte der Koerzitivfeldstärkc des betreffenden Kristallmateriais erreichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Fur die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung veranschaulicht ist; dabei zeigen in der Zeichnung

Fig. 1 a den Strahlengang des Lichtes der der Datenspeicherung dienenden Lichtquelle von dieser durch die erfindungsgemäß ausgebildete Anordnung hindurch bis zum speichernden fotografischen Film;

Fig. Ib und 1 c Schaltbilder zur Veianschaulii hung der Zuführung der Steuersignale zu den Elektroden der Kristallplatten in der Anordnung von Htg. la und

F ig 2 eine einzelne Kristallplattc mit den aufgebrachten Elektroden in größerem Maßstab.

Die in F i g. la wiedergegebene Anordnung besteht aus zwei Teilanordnungen A und B, die hintereinander in den Strahlengang des Lichtes von einer Lichtquelle 1 zu einem fotografischen Film 5 zwischen einer vorderen Sammellinse 20 und einer hinteren Sammellinse 20' angeordnet sind Dabei umfaßt die 1 cilanordnung A anschließend an die vordere Sammellinse 20 einen ersten Polarisator 7, eine λ/4-Platte 18, eine Schattenmaske 17 und eine Z-Platte 21 aus einem ferroelektrisch-ferroelastischen Material. Die I eilanordnung B setzt sich zusammen aus einem Polarisator 19 mit gegenüber dem Polarisator 7 gekreuzter Durchlaßrichtung, einer λ/4-Platte 18', einer Schattenmaske 17', einer zweiten Z-Plattc 2Γ aus einem ferroelektrisch-ferroelastischen Material und einem Polarisator 8, der wieder eine zum Polarisator 7 parallele Durchlaßrichtung zeigt.

Die beiden Z-Platten 21 und 2Γ sind jeweils auf

ihrer der lichtquelle 1 zugewandten Vorderseite mit einer aus zueinander parallelen Streifen 13 bestehenden transparenten Elektrode belegt, während auf ihrer dem fotografischen Film 5 zugewandten Rückseite

eine weitere transparente Elektrode in Form einer die gesamte Z-Fläche der Z-Platten 21 bzw. 21' überdekienden Schicht 14 aufgebracht ist. Dabei verlaufen die Streifen 13 der vorderen Elektrode auf der Z-Platte 21 in der Darstellung in Fi g. 1 a vertikal, wäh-

rend die Streifen 13 auf der Vorderseite der Z-Platte 21' in der Darstellung in Fig. la horizontal, also senkrecht zu den Streifen 13 auf der Vorderseite der Z-Platte 21 verlaufen.

Zur Veranschaulichung der Ausbildung der Z-

is Platten und der darauf aufgebrachten Elektroden ist in Fig. 2 die Z-Platte 21' in größerem Maßstab wiedergegeben. Sie besteht beispielsweise aus einem Einkristall aus Gadoliniummolybdat mit den Abmessungen 12 mm 0,387 mm, der zwei zur 001 -Ebene

parallele Endflächen und zwei weitere zur 110-Ebene parallele Flächen aufweist. Auf die vordere der Z-Flächen sind mehrere transparente Streifen 13 parallel zur 1 K)-Richtung aufgebracht, die beispielsweise aus Zinnoxyd SnO, oder Indiumoxyd In₂O, bestehen

*5 können. Diese Streifen 13 habeo jeweils eine Breite von 0,5 mm und einen gegenseitigen Abstand von 0.5 mm, und sie sind einzeln mit elektrischen Anschlußdrähten 15 verbunden. Auf die zweite Z-Fläche des Einkristalls ist eine diese ganz überdeckende transparente Schicht 14 aufgebracht, die mit einem elektrischen Anschlußdraht 16 verbunden ist.

Die Z-Platte 21 in Fi g. la zeigt den gleichen Aufbau, wie er oben für die Z-Platte 2Γ beschrieben worden ist. wobei lediglich die Streifen 13 auf ihrer Vor-

derseite nicht horizontal, sondern vertikal verlaufen Damit fällt die Richtung der Streifen 13 auf der Z.Platte 21 mit der der x-Achsc und die Richtung der Streifen 13 auf der Z-Platte 21' mit der der y-Achsc zusammen, so daß in Fi g. la die Enden der entspre-

chenden Anschlußdrähte 15 mit X\ bis XS bzw. mit Y\ bis V5 bezeichnet sind. Die Enden der Anschlußdrähte 16 für den elektrischen Anschluß der durchgehenden Schichten 14 auf den jeweils anderen Z-Flächen der Z-Platten 21 und 2Γ sind in Fig. la mit ΛΌ bzw. mit VO bzeichnet. Zur Ansteuerung der ver schiedenen Anschlußdrähte 15 geeignete Steuerschaltungen sind für die Z-Platte 21 in Fig. 1 b und 1 c dargestellt.
Wird beim Betrieb dei in Fig. la dargestellten Anordnung an die Anschlußdrähte 15 der Z-Platte 21 eine negative Spannung angelegt, so wird deren Polarisation gleichmäßig in die negative Richtung gedreht, so daß sich für das von der Lichtquelle 1, die beispielsweise ein Helium-Neon-Gaslaser sein kann, ausgesandte Licht in der Z-Platte 21 eine Verzögerung R = λ,,/4 ergibt, die zusammen mit der durch die λ/4-Platte 18 hervorgerufenen Verzögerung zu einer Sperrung des Lichtdurchgangs führt. Wird dann an einen der Anschlußdrähte 15 der Z-Platte 21 eine positive Spannung angelegt, die zu einer Umkehrung der spontanen Polarisation führt, so ergibt sich eine Verzögerung R= + λ_ο/4, und die durch die Z-Plattc 21 und die λ/4-Platte 18 hervorgerufene Verzögerung ergibt sich zu A₁,/2, die Z-Platte 21 und die λ/4-Plattt

18 wirken also zusammen als eine λ/2-Platte. Auf diese Weise kann das durch den mit dem an positiver Spannung liegenden Anschlußdraht 15 verbundenen Streifen 13 auftreffende Licht den Polarisator 19 er-

reichen und durchstrahlen, und es gelangt auf diese Weise zur zweiten Z-Platte 21'. Da die Streifen 13 auf deren Vorderseite senkrecht zu den Streifen 13 auf der Vorderseite der Z-Platte 21 verlaufen, werden sie nur auf ihren dem einen Lichtdurchgang ermöglichenden Streifen 13 auf der Vorderseite der Z-Platte 21 entsprechenden Teilstücken von Licht getroffen. An der Z-Platte 21' vollzieht sich die Steuerung der Lichtdurchlässigkeit in der gleichen Weise durch Anlage entsprechender Potentiale an die Steuerdrähte IS, so daß sich bei dem in F i g. 1 dargestellten Beispiel mit je fünf Streifen 13 auf der Z-Platte 21 und der Z-Platte 21' insgesamt 25 unabhängig voneinander ansteuerbare lichtdurchlässige Stellen erhalten lassen. Bei einem praktisch gebauten Ausführungsbeispiel wurden den Anschlußdrähten 15 der Z-Platten 21 und 21' sowohl für die positiven als aucn für die negativen Potentiale Spannungen von jeweils 150 Volt zugeführt. Die Schaltzeit betrug eine Millisekunde, und die Spannungsimpulsbreite belief sich auf 2 Millisekunden. Die durch die Spannungsanlage erzielte spontane Polarisation bleibt in ihrer Richtung auch nach Abklingen der angelegten Impulsspannung erhalten, so daß das entsprechende optische Muster gespeichert bleibt. Auf diese Weise läßt sich über die hinteic Sammellinse 20', in deren hinterer Brennebene der fotografische Film 5 liegt, während die Lichtquelle 1 in der vorderen Brennebene der vordc ren Sammellinse 20 angeordnet ist, in dem fotografischen Film 5 ein Hologramm erhalten, in dem jedem Punkt eine Speicherfläche von 1 mm Durchmesser zugeordnet ist.

Bei einer praktischen Erprobung der beschriebene η Anordnung wurde mit einem wenig empfindlichen fotografischen Film 5 gearbeitet, so daß eine Bclichtungszeit von 100 Millisekunden gewählt wurde. Die Z-Platten 21 und 21' wurden mit einem elektrischen Schaltrhythmus von 100 Millisekunden betrieben, und nach fünfmaliger Wiederholung der Schaltvorgänge konnte eine Information von 5 - 5 = 25 Bits auf einem <s Punkt fokussiert und eingeschrieben werden. Die entsprechenden Schritte wurden für andere Punkte des fotografischen Films wiederholt. Auf diese Weise ließ sicWeine Information von etwa 10⁴ Bits auf einer Speicherfläche von 2 · 2 cm auf dem fotografischen Film speichern. Die Dichte der Information konnte also im Vergleich zu bekannten Speichern erheblich gesteigertwerden. Außerdem zeichnete sich die Anordnung durch ein sehr hohes Verhältnis zwischen Nutzsigna und Störsignal aus, da der zur Speicherung verwendete »5 Lichtstrahl immer nur auf die gewünschten Speicher stellen auftraf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

2 010 609 Patentansprüche:

1. Anordnung zum Speichern von Daten, bei der in den Weg eines kohärenten Lichtstrahls von einer Lichtquelle zu einem fotografischen Film zwischen zwei gekreuzten Polarisatoren mindestens eine Z-Platte aus einem ferroelektrisch-ferroelastischen Kristall eingefügt ist, dessen beide Z-Flächen lichtdurchlässige Elektroden tragen, zwischen denen ein die Koerzitivfeldstärke des Kristalls mindestens erreichendes elektrisches Feld anlegbar ist,dadurch gekennzeichnet, daß in den Lichtweg zwischen einem vorderen Polarisator (7) und einem dazu parallelen hinteren Polarisator (8) zwei Z-Platten (21 und 21'), zwischen diesen ein gegen den vorderen und den hinteren Polarisator gekreuzter Polarisator (19) und zwischen jeder der Z-Platten und jeweils einem der ihnen benachbarten Polarisatoren eine λ/4-Platte (18, Iff) eingefügt sind, daß die Elektrode auf der einen Z-Fläche jeder Z-Platte aus mehreren mit gegenseitigem Abstand parallel zueinander verlaufenden Streifen (13) besteht, während die Elektrode auf der anderen Z- Fläche jeder Z-Platte eine diese in voller Große überdeckende Schicht (14) ist, daß die Streifen der einen Elektrode auf der einen Z-Platte senkrecht zu denen auf der anderen Z-Platte verlaufen und daß die Z-Platten selbst eine Dicke aufweisen, die für Licht der verwendeten Wellenlänge λ zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl eine Verzögerung um λ (2 n f l)/4 bewirkt, wobei η eine beliebige ganze positive Zahl oder Null ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Z-Fläche der Z-Platten (21 und 2Γ) in voller Größe überdeckenden Schichten'(14) auf die der Lichtquelle (1) abgewandten Z-Flächen der Kristalle aufgebracht sind.

3. Anordnung nach Anspruch I oder 2, da Jurch gekennzeichnet, daß in den Lichtweg zwischen den λ/4-Platten (18,18') und den ihnen zugeordneten Z-Platten (21 und 21') je eine Schattenmaske (17 bzw 17') mit kreisförmigen öffnungen eingefügt ist, die mit den Streifen (13) der einen Elektrode auf den Z-Platten fluchten.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lichtweg anschließend an die Lichtquelle (1) eine vordere Sammellinse (20) mit die Lichtquelle enthaltender vorderer Brennebene und unmittelbar vor dem zum Zwecke der holographischen Datenaufzeichnung im Leuchtfeld einer Bezugslichtquelle liegenden fotografischen Film (S) eine hintere Sammellinse (20') mit den Film enthaltender hinterer Brennebene eingefügt sind