DE2047393A1

DE2047393A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ab tastung von Aufzeichnungsträgern

Info

Publication number: DE2047393A1
Application number: DE19702047393
Authority: DE
Inventors: Marian Andreas Boulder CoI Grimm (V St A)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-09-29
Filing date: 1970-09-26
Publication date: 1971-04-01
Also published as: US3629517A; FR2060935A5; GB1303694A

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Matchinen GeielUeha/t mbH

Böblingen, 24. September 1970 bt-sk

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10

Amt1.Aktenζeichen: Neuanmeldung Aktenz.d.Anmelderin: Docket BO 969 032

Verfahren und Vorrichtung zur Abtastung von Aufzeichnungsträgern

ί Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtastung eines ' magnetische oder elektrostatische Aufzeichnungen aufweisenden Trägers mit mindestens zwei überlagerten, aus parallelen Spuren bestehenden Aufzeichnungen, deren Spuren einen festen Winkel einschließen.

Es ist insbesondere bei der Verarbeitung magnetisierbarer Aufzeichnungsträger bekannt, überlagerte Aufzeichnungen der oben genannten Art durch Magnetköpfe abzulesen, deren Orientierung der Richtung der zu lesenden Spuren entspricht. Diese Technik hat sich für die Abtastung von Aufzeichnungsträgern mit nicht zu hoher Informationsdichte als brauchbar erwiesen. Das tibersprechen zwischen zwei Aufzeichnungen konnte durch Anordnung dieser Aufzeichnungen im 90° Winkel zu einem Minimum gemacht werden, außerdem natürlich durch die Anordnung von nicht mehr als acht Spuren pro cm.

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Sobald die Spurendichte jedoch um den Faktor 100 oder ICXX) erhöht werden soll, ist die Benutzung von magnetischen Abtastköpfen infolge der äußerst geringen Spurbreite verglichen mit der Luftspaltbreite der Abtastköpfe nicht mehr praktikabel. Die Abtastung mittels magnetischer Köpfe bei einer Dichte von 400 Spuren pro cm ist bisher noch nicht gelöst worden, da nicht nur die übersprechdämpfung gegenüber parallelen Spuren der gleichen Aufzeichnung, sondern auch die übersprechdämpfung gegenüber den überlagerten Spuren zu gering ist. Es ist weiterhin bekannt, zum Lesen magnetischer Aufzeichnungsträger magneto-optische Wandler zu benutzen. Dabei wird entweder der magneto-optische Kerr-Effekt oder der magneto-optische Faraday-Effekt benutzt. Die auf dem Aufzeichnungträger enthaltene magnetische Information wird infoige der Drehung der Polarisationsebene eines binär polarisierten Liebb trahIs dach Zusammentreffen - d.h. Transmission oder Reflektion - mit der magnetisch gespeicherten Information erkannt. Das Problem, überlagerte Aufzeichnungen mittels magneto-optischer Wandler zu lesen, ist bisher noch nicht gelöst worden.

Wie sich bereits aus dem Vorstehenden ergibt, ist es Aufgabe der Erfindung, die Verwendung geeigneter Wandler sowohl magneto-optischer, als auch elektro-optischer Art für die Abtastung von überlagert aufgezeichneten Informationen mit sehr hoher Aufzeichnungsdichte zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise die gesamte gespeicherte Information unter Verwendung eines magneto-optischen oder elektro-optischen Effektes in eine optische Darstellung umgeformt, von dieser optischen Darstellung ein Fraunhofersches Beugungsspektrum erzeugt und aus diesem die gesamte Information enthaltenden Beugungsspektrum eine Aufzeichnung ausgeblendet und einer Verarbeitungsvorrichtung oder einem Speicher zugeführt wird.

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Die oben genannten Aufgaben der Erfindung werden also dadurch erreicht, daß mittels eines Wandlers ein optisches Muster, welches exakt der magnetischen oder elektrostatischen Aufzeichnung entspricht, erzeugt wird, wobei dieses Muster einem durch ein Beugungsgitter erzeugten Muster ähnelt, daß mit Hilfe einer Sammellinse aus diesem optischen Muster ein Fraunhofersches Beugungsspektrum gewonnen und aus diesem Beugungsspektrum mittels eines räumlichen Filters, das in der Brennebene der Sammellinse angeordnet ist, der interessierende Teil ausgeblendet und weiter verarbeitet wird. Ein zweites Aufzeichnungsmedium oder eine Verarbeitungseinrichtung empfangen dann nur das zu einer der Aufzeichnungen gehörende Bild.

Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Lichtquelle zur Erzeugung einer monochromatischen ebenen und linear polarisierten Lichtquelle, durch ein im Strahlengang dieser Lichtquelle befindliches Prisma, dessen reflektierende Diagonale mit einer isotrop magnetisierbaren Dünnschicht belegt ist, durch einen im vom Prisma reflektierten Strahlengang angeordneten Analysator, einer Sammeloptik und einer verstellbaren Blende und durch eine in der Bildebene der Sammeloptik angebrachten Bildverarbeitungseinrichtung.

Die Verwendung eines Prismas mit einer auf die Diagonale aufgebrachten magnetisierbaren Dünnschicht, in die das magnetische Bild, wie es sich auf dem Aufzeichnungsträger befindet, übertragen wird ist eine vorteilhafte technische Lösung. Die einzige Voraussetzung dabei ist, daß die magnetisierbare Dünnschicht isotrop ist, damit keine Verfälschung der auf dem Aufzeichnungsträger befindlichen Information eintritt.

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Weitere Merkmale der Erfindung sind den Patentansprüchen, Einzelheiten den Zeichnungen sowie der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen. Auf den Zeichnungen zeigt:

Fig.l eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Abtastung von magnetischen gespeicherten Informationen;

Fig.2 eine besonders ausgebildete drehbare Maske, die eine Einzelheit der in Fig.l gezeigten Vorrichtung darstellt;

Fig.3 eine sichtbare Darstellung der auf dem Aufzeichnungsträger magnetisch gespeicherten Information und

Fig.4 das auf den in Fig.l gezeigten Detektor auffallende Bild.

Wie in Fig.l dargestellt,befindet sich ein magnetisierbarer Aufzeichnungsträger, z.B. ein Magnetband oder eine Magnetplatte, in nächster Nähe eines magnetisierbaren Dünnfilms12. Auf dem Aufzeichnungsträger 10 befinden sich zwei Aufnahmen, die um 90 gegeneinander versetzt sind, wobei jede Aufnahme einen Winkel von 45° gegenüber der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers einschließt. Wie weiter unten noch detailliert erläutert werden wird, können selbstverständlich auch mehr als zwei Aufnahmen auf dem Aufzeichnungsträger enthalten sein und durch eine Vorrichtung, die nach den gleichen Prinzipien aufgebaut ist wie die beschriebene, abgetastet werden. Es wurde bereits erwähnt, daß neben Magnetbändern auch Magnetplatten oder magnetisierbare Dünnfilme verwendet werden können.

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Die Aufnahmen werden vom Aufzeichnungsträger IO en bloc auf den Dünnfilm 12 übertragen, so daß dieser ein identisches Bild der auf dem Aufzeichnungsträgerteilstück enthaltenen Information zeigt. Dies wird dadurch erreicht, daß der magnetisierbare Aufzeichnungsträger IO sehr nahe an den Dünnfilm 12 gebracht wird.

Bei der Übertragung überlagerter Aufnahmen auf ein anderes magnetisches Speichermedium ist eigentlich zu erwarten, daß die effektiv übertragene Information die resultierende der beiden überlagerten Aufnahmen und nicht die beiden Aufnahmen selbst darstellt. Es wurde jedoch festgestellt, daß eine Übertragung en bloc der überlagerten Aufnahmen durch Verwendung eines isotropen magnetischen Dünnfilms von richtig gewählter Koerzitivkraft ermöglicht wird. Ein isotroper Dünnfilm zeichnet sich dadurch aus, daß keine magnetische Vorzugsrichtung vorhanden ist. Verwendbare Materialien sind Kobalt und Eisen, bzw. Kombinationen dieser beiden, und Nickel. Selbstverständlich können auch andere Materialien verwendet werden, soweit sie der Forderung nach isotropem Verhalten entsprechen.

Weiterhin übt die Wahl der Koerzitivkraft des Dünnfilms einen Einfluß auf die Übertragung der überlagerten Aufnahmen aus. Bei niedriger Koerzitivkraft - ein magnetisches Feld von beispielsweise weniger als 20 Oersteds ändert die Magnetisierung des Dünnfilms - kann die Übertragung von Information einfach dadurch vorgenommen werden, daß der Aufzeichnungsträger 10 in die nächste Nähe des Dünnfilms 12 gebracht wird. Dann nämlich reicht das magnetische Feld des Aufzeichnungsträgers 10 aus, um die Magnetisierungsrichtung im Dünnfilm 12 zu ändern.

Weist jedoch der Dünnfilm 12 eine hohe Koerzitivkraft auf beispielweise sei zur Änderung der Magnetisierungsrichtung eine magnetische Feldstärke von 100 Oersted notwendig - ist

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es erforderlich, zur Ermöglichung der übertragung, ein zusätzliches Magnetfeld einzusetzen. Dieses Zusatzmagnetfeld kann beispielsweise durch den in Fig.l unterbrochen dargestellten Permanentmagnet 14 erzeugt werden. Es ist notwendig, daß das Zusatzmagnetfeld exakt parallel zur Ebene der Dünnschicht 12 verläuft. Die Größe des Zusatzmagnetfeldes ist natürlich abhängig von der Koerzitivkraft der Dünnschicht und muß so gewählt werden, daß die Summender magnetischen Feldstärken des Zusatzfeldes und des Aufzeichnungsträgers 10 ausreichen, die Magnetisierungsrichtung in der Dünnschicht 12 zu ändern.

Die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung kann natürlich auch so betrieben werden, daß der magnetisierbare Aufzeichnungsträger 10 direkt - also ohne Zwischenschaltung der Dünnschicht 12 abgetastet wird. Dies erfordert jedoch, daß der Aufzeichnungsträger 10 eine aussergewöhnlich gut reflektierende Oberfläche aufweist, um brauchbare Übertragungseigenschaften zu erreichen.

Der nächste Schritt nach der Übertragung der auf dem Aufzeichnungsträger gespeicherten Information in die Dünnschicht 12 besteht in der Umformung der Magnetischen Abbildung in eine optische Abbildung. Diese Umformung wird durch den magneto-optischen Kerr-Effekt bewerkstelligt.

Zu diesem Zweck ist eine monochromatische Lichtquelle 16 mit einer Lochblende 18 und einem Linsensystem 20 so zusjwnmengefaßt, daß am Ausgang dieser Anordnung eine monochromatische ebene Lichtquelle zur Verfügung steht. Selbstverständlich kann diese Anordnung aus Lichtquelle 16, Blende 18 und Linsensystem 20 auch durch einen Laser zur Erzeugung von kohärentem monochromatischen Licht ersetzt werden. Die in Fig.l dargestellte Anordnung hat sich jedoch trotz des einfacheren Aufbaus als ausreichend erwiesen.

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Auch wenn das aus tretsnde Licht nicht vollständig monochromatisch oder kohärent sein sollte, arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung bis zu einer bestimmten Grenze noch zuverlässig. Auf die Abnahme der Zuverlässigkeit soll weiter unten noch näher eingegangen werden.

Die monochromatische ebene Welle passiert dann einen Polarisator 22, an dessen Ausgang die vorher nicht polarisierte Welle linear polarisiert ist.

Sodann tritt das Licht in das Prisma 24 ein und wird an der Grenzfläche 26 zwischen der Dünnschicht 12 und dem Prismenglaskörper 24 reflektiert. Das Prisma 24 kann durch eine durchsichtige Platte ersetzt werden, die Verwendung eines Prismas hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen. Das in der Dünnschicht 12 enthaltene magnetische Feld übt nun aufgrund des magneto-optischen Kerr-Effektes einen Einfluß auf das linear polarisierte Licht aus. Anstelle des bei Reflektionen anwendbaren Kerr-Effektes kann der magneto-optische Faraday-Effekt bei Transmission Verwendung finden. Dazu müßte das polarisierte Licht durch den Dünnfilm 12 hindurchgeschickt werden.

Die Polarisationsebene des einfallenden Lichtstrahles wird bei der Reflektion infolge des magnetischen Feldes im Dünnfilm gedreht. Eine binäre "Eins", die auf dem Aufzeichnungsträger 10 aufgezeichnet und auf den Dünnfilm 12 übertragen worden sei, bewirke eine Drohung der Polarisationsebene in einer ersten Richtung. Entsprechend bewirke eine aufgezeichnete "Null" eine Drehung der Polarisationsebene in einer zweiten Richtung. Auf diese Art und Weise enthält das im Prisma reflektierte Licht beim Austritt aus dem Prisma die in der Dünnschicht 12 gespeicherte Information. Der Analysator 28, der wiederum ein Polarisationsfilter ist, wird beispielsweise so orientiert, daß nur das zu einer binären "Eins" gehörende Licht-ent-

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sprechende Drehung der Polarisationsebene- durchgelassen, das einer binären "Null" entsprechend in seiner Polarisationsebene gedrehte Licht dagegen absorbiert wird.

Das den Analysator 28 verlassende Licht entspricht dem Ausgang eines Beugungsgitters, auf dessen Eingang eine monochromatische ebene Welle auftrifft. Im vorliegenden Fall treten natürlich zwei um 90° gegeneinander versetzte Beugungsmuster auf, die den beiden auf dem magnetisierbaren Aufzeichnungsträger 10 befindlichen überlagerten Aufnahmen entsprechen.

Der nächste Schritt wird nun also darin bestehen, die beiden Aufnahmen voneinander zu trennen, so daß jede Aufnahme für sich ausgewertet werden kann.

Das den Analysator 28 verlassende Licht wird durch die Sammellinse 30 gebündelt. Das Fraunhofersehe Beugungsmuster für ein Beugungsgitter ist das räumliche FrequenzSpektrum des Gitters. Es entsteht in der Brennebene einer in den Strahlengang eingeschalteten Sammellinse. Dementsprechend befindet sich in der Brennebene 32 der Linse 30 das Fourier-Spektrum eines jeden Beugungsgitters, wobei die Beugungsgitter in vorliegen-

^ dem Fall durch die optischen Darstellungen der magnetischen

^w Aufzeichnung gebildet werden. In dieser Brennebene 32 ist die in Fig.2 dargestellte verstellbare Schlitzmaske angeordnet.

In Fig. 2 sind sowohl die verstellbare Schlitzmaske als auch Fraunhofersche Beugungsspektren dargestellt. Das Beugungsmuster für jede auf dem magnetisierbaren Aufzeichnungsträger 10 enthaltene Aufnahme ist eine Reihe von Lichtpunkten 36 bzw. 42, deren Intensität bei einer Entfernung von der optischen Achse des Systems abnimmt. Das Spektrum 36 wird durch die in Fig.3 dargestellten Aufnahmelinien 38, die das Spektrum 40 bildenden Punkte durch die in Fig.3 dargestellten Aufnahmelinien 42 erzeugt.

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Die Schiitzmaske 34 1st in der Mäskenhaiterüng 44 drehbar gelagert und kann mittels des Hebels 46 bewegt werden. Befindet sich die Schlitzmaske 34 in einer Stellung, die den Durchlaß des Spektrums 36 der Linien 38 erlaubt, so entsteht in der Bildebene, in der der Detektor 48 angeordnet ist, das in Fig.4 dargestellte Bild. Dieses Bild ist eine exakte optische Darstellung einer der beiden auf dem Aufzeichnungsträger 10 magnetisch gespeicherten Aufnahmen. Mittels der Linse 30 ist es - wie beim Vergleich der Fig.3 und 4 ersichtlich ist - in einfacher Weise möglich, eine die Erkennung vereinfachende Vergrößerung der Aufnahmespuren durch- ( zuführen.

Sollen jedoch die Aufnahmespuren 42 (Fig.3) des Aufzeichnungsträgers 10 auf deitt Detektor abgebildet werden, so wird mittels des Hebels 46 die Schlitzmaske 54 so gedreht, daß der Schlitz das Spektrum 40 hindürchläßt. um dies zu vereinfachen, kann beispielsweise auf der Schlitzmäskenscheibe 34 ein zweiter Schlitz angeordnet sein - er ist unterbrochen mit dem Bezugszeichen 50 dargestellt - wodurch die Scheibe 34 nur um einen Winkel von 45° statt 90° zu bewegen ist. Es sind mehrere ähnliche Ausführungen denkbar, die natürlich von der Anzahl der auf deitl Aufzeichnungsträger 10 angebrachten überlagerten a Aufnahmespüren abhängt.

Das Detektorsystem 48 (Fig.l) ist nicht Gegenstand der Erfindung. Es kann im einfachsten Falle beispielsweise ein photographischer Film sein, der in der Bildebene angeordnet ist. Weiterhin kann eine Anordnung von Photodioden oder Photozellen oder eine Abtastkamera, wie sie für Fernsehzwecke benutzt wird für die Entschlüsselung der binär dargestellten Information auf dem Aufzeichnungsträger 10 dienen.

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Es wurde oben bereits erwähnt, daß natürlich auch mehr als zwei überlagerte Aufnahmen auf dem Aufzeichnungsträger angeordnet werden können. So können beispielsweise drei Aufnahmen überlagert werden, die um jeweils 60° gegeneinander verdreht sind. Zu diesem Zwecke kann die Schlitzmaske 34 sodann auch wieder einen oder mehrere Schlitze aufweisen, um die zu erkennende Aufnahme aus den Überlagerungen auszuwählen. Der Grund für die Verwendung einer monochromatischen Lichtquelle und einer ebenen Lichtw e He liegt in dem durch die Linse 30 und die in der Brennebene 32 der Linse angeordnete Maske 34 gebildeten Filter. Bei Verwendung einer ebenen Welle wird gerade durch die Linse 30 ein Fraurthofersches Beügürtgsmuster erzeugt. Bei Verwendung nicht ebener Wellen erscheinen verwischte Abbilder des Beugungsmusters auch unter anderen Winkeln, wodurch eine Trennung der einzelnen Aufnahmen erschwert öder Unmöglich gemacht wird.

Sobald die Kohärenz und die Ebenheit der Lichtquelle abnimmt, wird der Mittelpunkt der SchÜtzmaske (Fig.2) nicht mehr durch die Gleichkomponente des Fourierspektrums des Beügnhgsmusters getroffen. Stattdessen enthält das Licht Kotiipöhenten zweiter Ordnung für jede Orientierung der überlagerten Aufnahmen. Als ftesultat ergibt sich in der Brennebene 32 der Linse 30 ein unsauberes, mit Störungen durchsetztes Bild.

Ähnliches tritt auf, falls die Lichtquelle nicht ötöiibchromatisch ist. Durch jede der verschiedenen Frequenzen wird ein eigenes Fraunhofersches Beugungsmuster in der Brennebene 32 allerdings unter dem gleichen Orientierungswirikel erzeugt. Daraus resultiert abermals ein unsauberes Bild·, da durch den Mittelpunkt der Schlitzmaske 34 unabhängig von deren Stellung für andere Orietttierungswinkel, d.h. für ändere Aufhängen, eine bestimmte Durchlässigkeit vorhandenist. SelbMtvirständlich kann jeder der genannten Fehler bis zu fciheü gewissen Grade zugelassen werden, wobei die Zulässigkeit

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Von der Anzahl der überlagerten Aufnahmen, der Dichte der Spuren innerhalb einer Aufnahme, dem geforderten Auflösungsvermögen und einer Anzahl weiterer Faktoren abhängig ist.

Die in Fig.2 gezeigte Schlitzmaske soll vorwiegend zur Erläuterung der Wirkungsweise dienen. So kann die hier mittels des Handhebels 46 mögliche Verstellung natürlich auch elektromechanisch mittels einer geeigneten Antriebsvorrichtung durchgeführt werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Abtastung eines magnetische oder elektrostatische Aufzeichnungen aufweisenden Trägers mit mindestens zwei überlagerten, aus parallelen Spuren bestehenden Aufzeichnungen, deren Spuren einen festen Winkel ejhschliessen, dadurch gekennzeichnet, dass in an sich bekannter Weise die gesamte gespeicherte Information unter Verwendung eines magneto-optischen oder elektr ο-optischen Effektes in eine optische Darstellung umgeformt, von dieser Darstellung ein Fraunhofersches BeugungsSpektrum erzeugt und aus diesem die gesamte Information enthaltenden Beugungs Spektrum eine Aufzeichnung ausgeblendet und einer Verarbeitungsvorrichtung oder einem Speicher zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umformung magnetisch gespeicherter Informationen der magnetooptische Kerr-Effekt angewandt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umformung magnetisch gespeicherter Informationen der magnetooptische Faraday-Effekt angewandt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Aufzeichnungsträger gespeicherte Information vor der Umformung in einen Zwischenspeicher übertragen wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (16, 18, 20, 22) zur Erzeugung einer monochromatischen , ebenen und linear polarisierten Lichtwelle , durch ein im Strahlengang dieser Lichtquelle befindliches Prisma (24), dessen reflektierende Diagonale (26) mit einer isotrop magnetisierbaren Dünnschicht (12) belegt ist, durch einen im vom Prisma (24)

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reflektierten Strahlengang angeordneten Analysator (28), eine Sammeloptik (30) und eine verstellbare Blende (34) und durch eine in der Bildebene der Sammeloptik (30) angebrachte Bildverarbeitungseinrichtung (48).
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang einer Lichtquelle zur Erzeugung einer monochromatischen, ebenen und linear polarisierten Lichtquelle nacheinander ein lichtdurchlässiger abzutastender Aufzeichnungsträger , ein Analysator, eine Sammeloptik , eine verstellbare Blende und eine Bildverarbeitungseinrichtung angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine als Laser ausgebildete Lichtquelle.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Analysator als Polarisationsfilter ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, .dass die Blende als drehbare Schlitzblende ausgebildet ist.

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