DE2255796B2 - Switching mask made of magnetic material with controllable transparency - Google Patents
Switching mask made of magnetic material with controllable transparencyInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltmaske mit ortsabhängig steuerbarer optischer Transparenz, mit einkristallinem, substituiertem, nahezu magnetisch korn* pensiertem Eisen-Granat-Material, an das ein Magnetfeld anlegbar ist in der sich steuerbare Bereiche befinden, in denen das Material eine Sättigungsmagnetisierung vom Betrag Null aufweist und damit vollständig magnetisch kompensiert ist und mit einem Polarisator und einem Analysator.The invention relates to a switching mask with location-dependent controllable optical transparency, with monocrystalline, substituted, almost magnetically grained iron garnet material to which a magnetic field is applied can be applied in which there are controllable areas in which the material has a saturation magnetization has zero magnitude and is thus completely magnetically compensated and with a polarizer and an analyzer.
Eine derartige Schaltmaske, im angelsächsischen Sprachgebrauch »page composer« genannt, ist bereits aus der Zeitschrift »Hochfrecraenztechnik und Elektroakustik« 76 (1967), S, 175-181 bekannt Diese Schaltmaske besteht aus einer Vielzahl von kleinen, auf einer durchsichtigen und gut wärmeleitenden Unterlage angeordneten Einkristallen, die auf der Kompensationstemperatur gehalten werden. Zur Speicherung von Information bzw. Modulation von licht mittels eines Elementes wird das jeweilige Element gezielt erwärmt und an die gesamte Schaltmaske ein Magnetfeld geeigneter Größe und Richtung angelegtSuch a switch mask, called "page composer" in Anglo-Saxon parlance, is already there from the magazine "Hochfrecraenztechnik und Elektroakustik" 76 (1967), S, 175-181 known This switching mask consists of a large number of small, on a transparent and highly thermally conductive pad arranged single crystals, which are kept at the compensation temperature. To store Information or modulation of light by means of an element, the respective element is heated in a targeted manner and a magnetic field of suitable size and direction is applied to the entire switching mask
Schaltmasken dieser Art sind jedoch realtiv schwierig und kostemingfinstig herzustellen, da nicht nur die Elemente einzeln erzeugt sondern diese auch noch auf einem Träger in geeigneter Weise angeordnet werdenSwitching masks of this kind are, however, relatively difficult and to manufacture cost-effectively, as not only the elements are produced individually, but they are also created be arranged on a carrier in a suitable manner
is müssen.is a must.
Aus der DE-OS 2108 144 ist weiterhin ein optisches Beugungsgitter bekannt mit dem ein Lichtstrahl abgelenkt d. h, lage- oder winkelmoduliert wird. Zwar wird bei diesem Beugungsgitter ebenfalls eine Eisengranatschicht verwendet in dem veränderbare Domänen erzeugbar sind. Es wird jedoch die Domänenbreite imFrom DE-OS 2108 144 an optical diffraction grating is also known with which a light beam distracted d. h, position or angle modulated. Though an iron garnet layer is also used in this diffraction grating in the changeable domains are producible. However, the domain width in the
■ Zusammenwirken von Gleich- und Wechselfeldern gesteuert während bei der erfindungsgemäßen Schaltmaske Kompensationswände einer nahezu magnetisch kompensierten Schicht verändert werden, bei der das Eisen zum Teil durch nicht-magnetische Materialien substituiert ist■ Interaction of direct and alternating fields controlled while in the switching mask according to the invention compensation walls one almost magnetic compensated layer can be changed, in which the iron is partly due to non-magnetic materials is substituted
Derartige substituierte Eisengranatschichten sind schon in der DE-OS 22 52 715 vorgeschlagen worden.Such substituted iron garnet layers have already been proposed in DE-OS 22 52 715.
Jedoch umfaßt diese Schrift nicht die Verwendung derartiger Schichten als Schaltmasken mit steuerbarer Transparenz.However, this document does not include the use of such layers as switching masks with controllable Transparency.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltmaske mit steuerbarer Transparenz aus substituiertem Eisengranat
anzugeben, bei der die zu schaltenden Elemente als Bereiche innerhalb einer einheitlichen Materialschicht
vorliegen, so daß die Schaltmaske in einem Stück herstellbar ist
Diese Aufgabe wird gemäß der, Erfindung dadurch gelöst daß das Material eine einstückige Einkristallscheibe
ist die fiber ihre Fläche Schwankungen der Konzentration der substituierten Atome um die
vollständiger magnetischer Kompensation entsprechende Zusammensetzung herum in solcher Verteilung
aufweist daß die Kompensation in einer Vielzahl von linienförmigen Bereichen auftritt und daß örtlich und
zeitlich steuerbare Wärmeeinwirkung oder ein örtlich und zeitlich steuerbares Magnetfeld vorgesehen istThe object of the invention is therefore to provide a switching mask with controllable transparency made of substituted iron garnet, in which the elements to be switched are present as areas within a uniform material layer, so that the switching mask can be produced in one piece
This object is achieved according to the invention in that the material is a one-piece single crystal disk which has fluctuations in the concentration of the substituted atoms over its surface around the composition corresponding to complete magnetic compensation in such a distribution that the compensation occurs in a large number of linear regions and that locally and temporally controllable heat exposure or a locally and temporally controllable magnetic field is provided
so dem in der DE-OS 22 52 715 vorgeschlagenen Verfahren hergestellt werdea Insbesondere bedarf es hierbei
keiner Anordnung einzelner Kristalle auf einer Unterlage.
Im Gegensatz zu den bekannten Domänenmagnetspeichern, bei denen die einzelnen Domänen verschoben
werden, wird beim Magnetmaterial für die Schaltmaske nach der Erfindung die Verbreiterung der
Kompensationswände, die die Domänenbereiche abgrenzen, ausgenutzt Dabei bleiben die Domänenbereiehe
ortsfest und nur ihre Struktur ändert sich, so daß auffallendes Licht wie bei einem LiehtVefschlüß
durchgelassen oder gesperrt wird. Bei Erwärmung verschieben sich die Kompensationslinien um etwa
75 μην" C im betrachteten Material.manufactured using the method proposed in DE-OS 22 52 715. In particular, there is no need to arrange individual crystals on a base.
In contrast to the known domain magnetic memories, in which the individual domains are shifted, the widening of the compensation walls that delimit the domain areas is used in the magnetic material for the switching mask according to the invention. The domain areas remain stationary and only their structure changes, so that striking Light is let through or blocked like a light key. When heated, the compensation lines shift by about 75 μην "C in the material under consideration.
Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar.
Es zeigtThe drawing shows exemplary embodiments.
It shows
F i g. 1 eine Vorrichtung mit einer Datenmaske,
F i g. 2 ein Diagramm,F i g. 1 a device with a data mask,
F i g. 2 a diagram,
Pig,3 eine Anordnung für eine magnetische Wandbreitensteuenrag, Pig, 3 an arrangement for a magnetic wall width control,
Fig, 5 ein Anwendungsbeispiel für die Scbaltmaske für die Hologrammrekonstruktion.5 shows an application example for the switching mask for hologram reconstruction.
Wie Fig. 1 zeigt, kann die Schaltmaske nach der Erfindung als Datenroaske zur Eingabe von Information, z. B. bei der holographischen Speicherung verwendet werden, wenn in die an anderer Stelle (deutsche Patentanmeldung P 22 52 715) vorgeschlagene beinahe magnetisch, kompensierte Eisen-Granat-Schicht der Maske AiS durch Ionenimplantation o.a. ein Raster kreisförmiger Bereiche mit beliebiger Struktur und Periode eingebracht wird, um die sich nach Anlegen eines kleinen Magnetfeldes kreisförmige Kompensa* tionswände(Kompensations-Bubbles) KB ausbilden.As shown in FIG. 1, the switching mask according to the invention can be used as a data mask for entering information, e.g. B. can be used in holographic storage if the almost magnetic, compensated iron-garnet layer of the AiS mask proposed elsewhere (German patent application P 22 52 715) is introduced by ion implantation or the like a grid of circular areas with any structure and period , around which circular compensation walls (compensation bubbles) KB form after a small magnetic field is applied.
Als Maskenmaterial eignet sich besonders eine optisch transparente Einkristallscheibe aus substituiertem Eisen-Granat der FormelAn optically transparent single-crystal disk made of substituted one is particularly suitable as the mask material Iron garnet formula
worin A mindestens eines der dreiwertigen Seltenen Erden von La3+ bis Yb3+ und B mindestens eines der Elemente Ga3+, Al3+ und/oder eine Kombination wenigstens eines der Elemente Si4+, Ge*+ und V5+ mit wenigstens einem der Elemente Ca2+, Mg2+ und Zn2+ bedeutet undwherein A has at least one of the trivalent rare earths from La 3+ to Yb 3+ and B at least one of the elements Ga 3+ , Al 3 + and / or a combination of at least one of the elements Si 4+ , Ge * + and V 5+ with at least one of the elements Ca 2 +, Mg 2 + and Zn 2 + is and
für *b
für 0for * b
for 0
2 oder
22 or
2
ist, mit einem linienförmigen Bereich, in dem die Sättigungsmagnetisicrung Ms gleich Null ist (Kompensationslinie), bei der zur Erzielung einer Anzahl periodisch nebeneinander liegender Kompensationslinien mit einer Sättigungsmagnetisierung Null, an denen sich bei Anlegen eines magnetischen Feldes Kompensationswände ausbilden, sich in der Einkristallscheibe die Parameter xo und/oder yo der Zusammensetzungsformel periodisch um «inen Wert ändern, der dem Betrage nach kleiner ist als ±0,02.is, with a linear area in which the saturation magnetization M s is equal to zero (compensation line), in which to achieve a number of periodically adjacent compensation lines with a saturation magnetization zero, on which compensation walls form when a magnetic field is applied, in the single crystal disc periodically change the parameters xo and / or yo of the composition formula by a value which is less than ± 0.02 in magnitude.
I) Ausnutzung der Verschiebung der
Kompensationslinien mit der TemperaturI) Take advantage of the shift in the
Compensation lines with temperature
Wird eine. Schicht Sch aus solchem Material von linear polarisiertem Licht LPL durchleuchtet, das z. B. mit dem Polarisator P erzeugt wird, so erscheinen bei geeigneter Azimut-Stellung des Analysator A die kreisförmigen Domänenbftreiche dunkel und der Untergrund heU, oder umgekehrt (unbeschriebener Zustand). Durch Aufwärmung einzelner Domänenbereiche mittels eines ablenkbaren Lichtstrahls LA lassen sich beliebige Kompensationsbubbles KB löschen (eingeschriebener Zustand). In diesem Fall kontrahiert die kreisförmige Kompensationslinie. Dieser Zustand bleibt auch nach Belichtung oder bei einer Belichtung erhalten aufgrund einer Temperaturhysteresis der Ortsverlagerung Δχ der Kompensationswände (F i g. 2). Erst durch eine stärkere Abkühlung oder Erhöhung bzw. Umpolung des außen angelegten Magnetfeldes AfFbilden sich alle K.ompensationsbubbies zurück. Solch ein Muster ist demnach beliebig einschreibbar (random access), jedoch nur pauschal zu löschen. Diese Eigenschaft ist z. B. für binär gesteuerte Datenmasken nicht von Nachteil, weil die Information sowibso seitenweise eingegeben wird, z.B. eine Lochmaske h zur Erzeugung eines Hologramms (H). Will be a. Layer Sch made of such a material transilluminated by linearly polarized light LPL that z. B. is generated with the polarizer P , then with a suitable azimuth position of the analyzer A, the circular domain areas appear dark and the background heU, or vice versa (undescribed state). Any compensation bubbles KB can be deleted (written state) by heating up individual domain areas by means of a deflectable light beam LA. In this case the circular compensation line contracts. This state is retained even after exposure or during exposure due to a temperature hysteresis of the displacement Δχ of the compensation walls (FIG. 2). Only through a stronger cooling or an increase or reversal of the polarity of the externally applied magnetic field AfF do all the compensation bubbies recede. Such a pattern can therefore be inscribed at will (random access), but can only be deleted as a lump sum. This property is e.g. B. not a disadvantage for binary-controlled data masks, because the information is entered page by page, for example a perforated mask h for generating a hologram (H).
II) Ausnutzung der Wandverbreiterung
(mit dem Feld) der KompensationswSndeII) Use of the wall widening
(with the field) of the compensation walls
Steuerung eines Displays, Hierzu ist die Anordnung paralleler, gerader, nichtgeschlossener Kompensationswände vorzusehen, denen ein koUineares Raster von Leiterbahnen 1, 2 zur thermischen oder feldmäßigen Ansteuerung zugeordnet wird, wie aus Fig.3 ersichtlieh. Der Letter 1 ist mäanderartig und der Leiter 2 senkrecht zum Leiter 1 gerade geführt, so daß jeweils z. B, an Stelle 3 oder 3' die gewünschte Kombinationswirkung eintritt Hierbei kann die Periodizität der Wände 4 beliebig größer sein als die des Leiterrasters.Control of a display, for this purpose the arrangement of parallel, straight, non-closed compensation walls, which have a coUinear grid of Conductor tracks 1, 2 is assigned for thermal or field-based control, as can be seen from Fig.3. The letter 1 is meander-like and the conductor 2 is straight out perpendicular to the conductor 1, so that in each case z. B, instead of 3 or 3 ', the desired combination effect occurs. The periodicity of the Walls 4 can be arbitrarily larger than those of the ladder grid.
Bei der thermischen Ansteuerung wird die Kompensationswand 4 verbreitert bzw. entfernt, so daß ein »Spot« (Domänenbereich) mit geänderter Reflexion oder Transmission entsteht. Für jede Spotgröße ist bei Betrachtung der Wärmeleitung und -kapazität eine optimale Einschreibzeit zu finden, die bei diesen Schichten Werte von 10 \is bis etwf, 1 ms annehmen kann. In dieser Zeit müssen für die erforderliche Erwärmung etwa 10~7 J aufgebracht werden, was sich mühelos durch Ströme von etwa 10 mA bei Flächenwiderständen von etwa 1 Ω realisieren läßt Mittels einer vortorganisierten Ansteuerung können die charakteristischen Displayzeiten von etwa 0,04 s erreicht werden. Ausgenutzt wird hierbei die Temperaturhysterese (F i g. 2) nach dem Koinzidenzprinzip: Es wird im wesentlichen nur da geschrieben, wo 2 Ströme gleichzeitig fließen.In the case of thermal control, the compensation wall 4 is widened or removed, so that a “spot” (domain area) with changed reflection or transmission is created. For each spot size, considering the heat conduction and capacitance, an optimal writing time can be found, which can assume values of 10 \ is to about 1 ms for these layers. During this time, around 10 ~ 7 J have to be applied for the required heating, which can be easily achieved with currents of around 10 mA with surface resistances of around 1 Ω. The temperature hysteresis (Fig. 2) is used here according to the coincidence principle: Essentially, writing is only carried out where two currents are flowing at the same time.
Bei der magnetischen Ansteuerung verwendet man die etwa quadratische Abhängigkeit der Wanddicke dw vom äußeren Feld H(Qr kleine Felder (Fig.4): Durch das Feld H\, erzeugt von einem einzelnen Leiter, vergrößert sich dw nur unwesentlich. Erst bei Verdopplung des Feldes durch Ansteuerung des zweiten Leiters erweitert sich die Wand an der gemeinsamen Stelle beider Leiter hinreichend, was wieder mit einerFor magnetic control, the roughly quadratic dependence of the wall thickness d w on the external field H (Qr small fields (Fig. 4 ): the field H \, generated by a single conductor, increases d w only insignificantly. Only when doubled of the field by activating the second conductor, the wall expands sufficiently at the common point of both conductors, which again with a
Ein an sich bekanntes Verfahren der optischen Datenverarbeitung ist z.B. schematisch in Fig.5 dargestellt Eine Bildvorlage V wird — bei hinreichend kohärenter Beleuchtung — mit Hilfe zweier Linsen L\ (Brennweite /i) und La (Brennweite /2), deren Abstand im Regelfall gleich der Summe ihrer Brennweiten f\ + fi ist, in die Bildebene B abgebildet Im Regelfall befindet sich die Bildvorlage Vim Abstand /i vor Li, und das Bild entsteht im Abstand h hinter L2 in B. In der sogenanntenA per se known method of optical data processing is, for example shown schematically in Figure 5. An original image V is - at sufficiently coherent illumination - by means of two lenses L \ (focal length / i) and La (focal length / 2), whose distance is equal to generally the sum of their focal lengths is f \ + fi , mapped into the image plane B. As a rule, the original image V is at the distance / i in front of Li, and the image is created at the distance h behind L 2 in B. In the so-called
so Raumfrequenzebene (Fourierebene) zwischen den beiden Linsen L\ und Lt befindet sich ein Raumfrequenzfilter F, durch dessen ortsabhängige, aber zeitlich konstante optische Transparenzfunktion das in B entstehende Bild definiert geändert wird.Thus spatial frequency plane (Fourier plane) between the two lenses L \ and Lt there is a spatial frequency filter F, whose position-dependent, but time-constant optical transparency function changes the image in B in a defined manner.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltmaske ist es möglich, diese Tran&parenzfunktion ohne mechanische Bewegung zeitlich zu ändern. Die prinzipiell einfachste Möglichkeit besteht darin, eine erfindungsgemäße Schaltmaske als Raumfrequenzfilter selbst zu nehmen.With the help of the switching mask according to the invention, it is possible to use this transparency function without mechanical Change movement over time. In principle, the simplest possibility is to use a To take switching mask as a spatial frequency filter itself.
eo Die magnetische Schicht wird dabei z.B. wie nach Fig.3 mit Kompensationswänden und dazu parallelen Leiterbahnen (2 in F i g. 3) versehen. Wird der Strom in diesen Leiterbahnen variiert, dann bewirkt das veränderliche Feld eine Modulation der Breite der Kompensationswände. Dadurch wird wieder örtlich die optische Transparenz moduliert Auf diese Weise kann man z. B. steuerbare optische Bandfilter (»Band« allgemein im Raumfrequenzbereich) herstellen und anwenden. Be-eo The magnetic layer is e.g. Fig. 3 with compensation walls and parallel to them Conductor tracks (2 in F i g. 3) provided. If the current in these conductor tracks is varied, it causes the changeable Field a modulation of the width of the compensation walls. This locally becomes the optical again Modulated transparency. B. controllable optical band filters ("band" in general in Spatial frequency range) and apply. Loading
sonders vorteilhaft ist auch eine Kombination aus bereits bekannten, rein optischen Raumfrequenzflltern und magnetischen Schichten. Hierdurch wird es möglich, wahlweise bestimmte, zeitlich veränderbare Bezirke des Filters anzusteuern. Als besonders wichtiges Beispiel sei hier die Mustererkennung mit Hilfe optischer Raumfrequenzfilter (»matched filters«) genannt je nach dem zu testenden Muster kann im Filter derjenige Raumfrequenzbereich angesteuert werden, der für das vorgegebene Muster für die Detektierung am geeignetsten ist Ein einfaches Beispiel: Die Mustererkennung hat ergeben, daß entweder ein R oder ein dazu sehr ähnliches B vorliegt; der Unterschied zwischen diesen beiden kommt nun in bestimmten Raumfrequenzgebieten besonders stark zum Ausdruck. Mit eingeschlossen im allgemeinen Schema der Fig.5 ist die Rekonstruktion von Hologrammen: Man beleuchtet hierzu in der Ebene der Bildvorlage V mit pinpr PunktHrhtniipMn, d h Has Hnjnoramm H, ds? sich anstelle des Filters F in der Raumfrequenzebene befindet, mit einer ebenen Welle. Die Linse L2 kann dann gegebenenfalls auch weggelassen werden.A combination of already known, purely optical spatial frequency filters and magnetic layers is also particularly advantageous. This makes it possible to selectively control specific, temporally variable areas of the filter. A particularly important example is pattern recognition with the help of optical spatial frequency filters (matched filters), depending on the pattern to be tested, the spatial frequency range that is most suitable for the specified pattern for detection can be controlled in the filter. A simple example: pattern recognition has shown that either an R or a very similar B is present; the difference between these two is particularly evident in certain spatial frequency areas. With included in the general scheme of the 5 is the reconstruction of holograms: One illuminates this in the plane of the image original V with Pinpr PunktHrhtniipMn, ie Has Hnjnoramm H, ds? instead of the filter F is in the spatial frequency plane, with a plane wave. The lens L 2 can then optionally also be omitted.
Durch die ansteuerbare magnetische Schicht der Maske unmittelbar vor oder hinter dem Hologramm H kann man dann bestimmte Gebiete auswählen, aus denen die Rekonstruktion gewonnen wird. Man kann dann, wenn verschiedene Gebiete des Hologramms verschiedene Informationen (d.h. Bilder) enthalten, diese Informationen zwecks Rekonstruktion ansteuern. Es ist weiterhin bekannt, daß Hologramme von diffusDue to the controllable magnetic layer of the mask immediately in front of or behind the hologram H , it is then possible to select certain areas from which the reconstruction is obtained. If different areas of the hologram contain different information (ie images), this information can be accessed for the purpose of reconstruction. It is also known that holograms are diffuse
ίο beleuchteten Gegenständen bei der Rekonstruktion die störende Erscheinung der Granulation zeigen. Diese Granulation IaBt sich vermeiden, indem man bei der Rekonstruktion zeitlich nacheinander bzw. zeitlich variierend verschiedene Gebiete der Hologrammfläche über die Maske ansteuert die ja — bis auf die Granulation — die gleiche optische Information enthalten. Mechanische Verfahren zur zeitlichen Variation sind in vielen praktischen Fällen insbesondere auch urpffpn Hpr Hamit vprhurufonpn F.rcrhfitfeninfren vonίο illuminated objects when reconstructing the show disturbing appearance of granulation. This granulation can be avoided by Reconstruction of different areas of the hologram surface in succession or varying in time With the exception of the granulation, it controls the same optical information via the mask contain. Mechanical methods of variation over time are also particularly useful in many practical cases urpffpn Hpr Hamit vprhurufonpn F.rcrhfitfeninfren from
Nachteil. Dieser Nachteil läßt sich durch Verwendung der beschriebenen magnetischen Schichten vermeiden.Disadvantage. This disadvantage can be avoided by using the magnetic layers described.
Claims (8)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |