DE2710166A1

DE2710166A1 - Mechanisch adressierter optischer speicher

Info

Publication number: DE2710166A1
Application number: DE19772710166
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl Ing Dr Ing Hill; Ingolf Dipl Phys Dr Rer Sander
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1977-03-09
Publication date: 1978-09-14
Also published as: DE2710166C2; JPS53112039A; FR2383500B1; JPS6232525B2; GB1602212A; US4434477A; FR2383500A1

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH 7. März 1977 Sh/bt

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PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, Steindamm 94, 2000 Hamburg 1

"Mechanisch adressierter optischer Speicher"

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Speicher mit einer Speicherplatte und einer optischen Schreib /Leseeinheit, mit. der die Speicherplatte bei Relativbewegung punktförmig beim Schreiben und Lesen von Information beleuchtet wird.

Es sind bereits optische Speichersysteme bekannt geworden, die die hohe Speicherdichte, die mit optischen Methoden erreichbar ist ausnutzen. Diese Speicher kann man grundsätzlich in 3 Klassen einteilen:

1. Holographische Speicher

2. Speicher mit punktweiser Speicherung und Adressierung durch nichtmechanische Lichtablenker

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3. Speicher mit punktvreiser Speicherung und mechanischer Adressierung

Holographische Speicher, wie sie aus IEEE Spectr. 25. Febr. 1973 und Applied Optics 11, 2133 (1972) bekannt sind, bieten prinzipiell zwar Vorteile, wie z. B. bei der Volumenspeicherung eine vergleichsweise extrem hohe Speicherkapazität. Eine praktische Anwendung scheiterte bis heute jedoch am Fehlen eines geeigneten löschbaren holographischen Speichermaterials.

Für Speicher mit lokalisierter Speicherung stehen heute löschbare, magnetooptische Speichermaterialien zur Verfügung. Nichtmechanisch adressierte Systeme mit Lichtablenkertechnikcn sind bereits bekannt , Applied Optics, Nov. 1975. Die nichtmechanische Adressierung ermöglicht kurze Zugriff zeiten bei v/ahlfreiem Zugriff, wie sie mit mechanischen Systemen nicht, erreichbar sind. Die dazu erforderlichen besonderen Techniken sind jedoch noch sehr auf v/endig, so daß der Einsatz dieser Speicher nur für größere Computersysteme lohnend erscheint.

Mechanisch adressierte optische Speicher sind ebenfalls bekannt, sind jedoch sehr aufwendig und basieren meist auf einem nicht löschbaren Speichermaterial.

Ein löschbarer Speicher mit Manganwismut als Speichermaterial und einem System mit rotierender Speicherplatte ist auch schon in Applied Optics, Oct. 1972 beschrieben worden.

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üpeichersy sterne mit rotierenden Platten haben grundsätzlich h Nachteile:

1. Der innere Teil der Platte kann nicht genutzt werden.

2. Um extrem aufwendige Elektronik zu vermeiden, wird nur auf der innersten Spin" mit maximaler Bitdichte gespeichert. Auf den äußeren Spuren wird bei konstanter Bitzahl pro Spur die maximal mögliche Bitdichte nicht ausgenutzt.

3. Die Zugriffsze.it ist prinzipiell durch die Zei.t, die für eine Umdrehung erfordr-rlich ist, nach unten begrenzt.

4. Es ist nur sequentieller Zugriff möglich.

Aufgäbe· der Erfindung ist es, einen optischen Speicher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem für kleine Flächen mit einfachen Mitteln eine genaue Positionierung ermöglicht wire), um die den optischen Speichermaterialien eigene, extrem hohe Bitdichte auszunutzen, die bei geringem Flächenbedarf relativ große Speicherkapazitäten ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß die Speicherplatte und die optische Schreib/Leseeinheit zur Adressierung von Speicherelementen in je einer Koordinate mittels elektro-inagnetisch-mechanisclver Stellmittel positioniert wird.

Da die bei der Positionierung maximal zurückzulegenden Y/ege klein sind, ergeben sich Zugriffszeiten im lnsec-Bereich und relativ ge-PHD 77-017 _ 4 -

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ringe Anforderungen an die Mechanik des Systems« Bevorzugte Stellsysteme sind Lautsprechersysteme. Zur wahlfreien Positionierung sowohl in x- als auch in y-Richtung kann ein Regelkreis vorgesehen sein, den die gewünschte Adresse als SOLL-Wert vorgegeben wird.

Es können auch mehrere Schreib/Lesceinheiten vorgesehen v/erden für die eine gemeinsame Lichtquelle zur Verfugung steht, deren Licht über eine Strahlteileranordnung aus semitransparenton Spiegeln oder doppelbrechenden Kalkspatprisraen verteile wird. Auch Strahlaiteilerhologramme (Punkthologramrae) oder Lichtleitfasern können zur Verteilung des Lichtes Verwendung finden.

Als Speichermaterial ist magnetooptisches Material wie z. B. eine Eisengranatschicht oder eine Manganwistautschicht sehr vorteilhaft, die zwischen nahezu gekreuzten Polarisationsfolien angeordnet wird. Auch ein magnetoopti scher Photoleiter sandv/ich (MOPS) ist als Speichermaterial sehr geeignet, ebenso nichtlöschbare dünne Metallfilme oder photographische Schichten.

Es ist auch möglich, die Positionierung in x-Richtung wahlfrei erfolgen zu lassen, während die Speicherplatte ir. y-Rihturig periodisch hin- und herbewegt, wird. Bei sehr hoher Speicherdichte kann die Speicherplatte in y-Richtung periodisch hin- und herbewegt werden, die Daten auf der Speicherplatte entlang von Datenspuren in y-Richtung angeordnet werden, die Führungssegmente ent··

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halten, an denen die Bewegung in x-Richtung optisch gemessen und die x-Position nachgeregelt wird.

Für Speicherkapazitäten im Bereich 10 - 10⁸ bit, wie sie für die mittlere und kleinere Datentechnik benötigt werden, wird dadurch der Bau besonders einfacher und billiger Speicher mit vergleichsv/eisem kleinen Gesamtvolumen ermöglicht.

Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar. Es zeigt:

Fig. 1 einen schcmati.sehen Aufbau für das Prinzip des optischen Speichers mit magnetoraechanischer Adressierung.

Fig. 2 eine Schreib/I.r· se einheit mit einer Halbleiterlaserdiode.

Fig. 3a eine Schreib/Leseeinheit für Lesen in Transmission, Fig. ?b eine Einheit für Lesen in Reflexion.

Fig. 4 eine Blockschaltbild für die Pos.itionierungselcki.ronik.

Fig. 5a und 5b eine schematische Draufsicht und Seitenansicht eines Aufbaus für ein Verfahren, bei dem mit derselben Optik geschrieben bzw. gelesen und die Position bestimmt wird.

Fig. 6a einen Aufbau für Parallelbetrieb.

Fig. 6b einen Aufbau mit einem Hologramm, Fig, 7a, 8a Blockschaltbilder für die Inipulszählung. Fig. 7b, 8b Die dazugehörigen Impulsdiagramme. Nach Fig. 1 erfolgt die magnetomechanicche xy-Positionierung des

optischen Speichers durch Tauchspulantriebe.

Eine Trägerplatte TP1 wird durch Membranführungen MF oder Rollenbzw. Gleitlager in x-Richtung verschiebbar gelagert, über einen PHD 77-017 - 6-

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Tauchspulenantrieb TA, z. B. ein Lautsprechersystem, kann di? Trägerplatte TP1 in x~Richtung positioniert werden. Auf dieser Trägerplatte ist das Speichermaterial SM fest oder auswechselbar angebracht. Das Speichermaterial besteht vorzugsweise aus magnctooptischero Material. Für nichtlöschbare Speicherschichten können auch dünne Metallfilme oder photographische Schichten benutzt werden.

Auf einer zweiten Trägerplatte TP2, die senkrecht zur ersten in y-Richtung verschiebbar ist und ebenfalls durch einer» Tauchspulantrieb TA¹ positioniert werden kann, befinden sich die zum Schreiben bzw. Lesen erforderlichen Komponenten, wie Lichtquellen LQ, Abbildungsoptik AO und Fotodioden, falls im Reflexionsverfdiren gearbeitet wird. Andernfalls können die Fotodioden FD und FT raumfest angeordnet sein.

Durch geeignetes Positionieren der beiden Trägerplatten kann die Schreib/Leseeinheit über jeden Punkt des Speichermaterials gelenkt werden und dort Information einschreiben oder auslesen. Beim Speicherbetrieb besteht die Möglichkeit dee wahlfreien Zugriffe zu einzelnen Datenbits oder des zeilen- bzw. spaltenweise)! Abtastens entweder im Start/Stop-Betrieb oder zum Erzielen hoher Datenrate im ocanbctrieb, wobei dann das Schreib/Lesesystern mit gleichmäßiger Geschwindigkeit relativ zur Speicherplatte bewegt wird. Neben dem Speichermaterial befinden sich 2 senkrecht zueinander stehende Streifenraster SR auf der Trägerplatte TP1, deren Rasterperiodon mit dem Abstand der Speicherplätze auf dem Speichermaterial übereinstimmen. Diese Streifenraster werden von Lichtschran-

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ken abgetastet; aus der Zahl der Helligkeitsv/echsel bei der Relativbewegung Streifenraster-Lichtschranke v/ird der zurückgelegte Weg in x- und in y-Richtung und damit die genaue Position ausgemessen. Bei von außen eingegebener SOLL-Position kann aus der Differenz SOLL - IST Position ein Rege?.signal gewonnen werden, das die x, y-Tauohspulantriebe TA und TA¹ so ansteuert, daß die gewünschte Adresse erreicht wird.

Durch Parallelbetrieb, wobei mehrere Speicherplatten und/oder mehrere Schreib/Lesesj'sterne verwendet werden, lassen sich Speicherkapazität lind Datenrate vervielfachen, ohne daß die Zugriffpze.it langer wird und der mechanische Aufwand wesentlich vergrößert wird.

Fig. 2 zeigt eine entsprechende Grundeinheit eines Schreib/Lcsesystems. Die Strahlung der Laserdiode LD wird durch die Abbildirnj.¹--optik AO auf das Speichermaterial SM fokussiert und heizt dort beim Einschreibvorgang die angewählte Speicherzelle auf. Durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes mittels der Spule SP wird die Magnetisierung der selektierten Speicherzelle in die dem einzuschreibenden Bitwert zugeordnete Magnetisierungsrichtung geschaltet.

Zum Auslesen wird das Licht vor dem Eintritt in die Speicherschacht durch den Polarisator P1 linear polarisiert. Hinter dem zu P1 nahezu gekreuzten Polarisator P2 hängt die Lichtintensität infolge der je nach Magnetisierungszustand unterschiedlichen Drehung der Polarisationsebene des Lichtes in der Speicherschicht von der ein-

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geschriebenen Information ab. An der Fotodiode FD läßt sich ein elektrisches Lesesignal abnehmen.

Fig. 3a zeigt die Grundeinheit eines Schreib/Lesesystems. Die Strahlung des Lesers L wird durch den Modulator M zum Schreiben ein/aus getastet bzw. zum Lesen auf verminderte Intensität geschaltet. Die Abbildungsoptik AO fokussiert die Strahlung auf die Speicher schicht S. Derm die Cptik AO gekoppelte Umlenkspiegel US läßt eine seitliche Verschiebung der Abbildungsoptik bei feststehendem Laser L und Modulator M zu. Das Auslesen von Information erfolgt bei verminderter Lichtintensität durch die Fotodiode FD in Transmission, bzw. im Aufbau nach Fig. 3b im Reflexion, wobei der polarisationsabhängige Teilerwürfel TW in Verbindung mit einer Verzögerungsfolie VF zur Trennung von einfallendem und reflektiertem Lient dient.

Zur Positionierung und Adressierung erfolgt der Zugriff zu verschiedenen Bits auf der Speicherfläche durch mechanische Verschiebung der Speicherplatte relativ zu den optischen Komponenten. Zur Adressierung muß durch ein geeignetes System die genaue Lage des Lichtstrahls auf der Speicherfläche bestimmt werden.

Entsprechend Fig. 4 werden das Speichermaterial SM auf dor Trägerplatte TP1 in x-Richtung, die optischen Komponenten des Schreib/ Lecesystems auf der Trägerplatte TP2 in y-Richtung positioniert. Als Antrieb dienen Tauchspulsysteme TA und TA¹, zur Lagerung ent weder Membranführungen oder Rollen bzw. Gleitlager GL. Zur Be-

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PHILIPS PATENTYEnWALTUNG CMJH 7. März 1977 Sii/bl

Stimmung der Positionen der Trägerplatten gegeneinander befinden sich noch 2 senkrecht zueinander stehende Streifenraster SR x,y, auf der Trägerplatte TPI, deren Gitterabstände mit dem Rasterabstand der Speicherzellen übereinstimmen. Durch aus Lichtquelle LQ¹, Optik O und Fotodioden FD bestehende Lichtschranken (Fig.1) werden bei Bewegung von TP1 gegen TP2 die Verschiebungen der Gitter detektiert. Im Zähler ZX¹ bzw. ZY v/erden die Helligkeitswechsel ausgezählt und damit die genauen Positionen bestimmt. Da die Bewegungen in χ bzw. y-Richtung jeweils vor oder zurück erfolgen können, muß die Zählrichtung für die Zähler entsprechen!geschaltet werden. Das erfolgt dadurch, daß die Lichtschranken jeweils doppelt ausgeführt sind mit dem Abstand einer viertel Gitterperiode. Dadurch erhält man bei der Bewegung ein sin und ein cos Signal, aus deren relativer Lage zueinander mittels der Logik LGuoiLGx,y, Bewegungsrichtung ermittelt werden kann.

Nach Fig. 7a wird zur Erzeugung von Vor- bzw. RUckwärtszählirapuln^n. zum Auszählen der Position bei der Bewegung der Speicherplatte mit den Fotoempfängern FE^ und FE2 (Photodioden oder -transistoren) das .Zählraster ZR abgetastet. Die Fotoempfänger empfangen Signale, die um eine viertel Gitterperiode gegeneinander verschoben sind und erzeugen Ausgangssignale 1a bzw. 1a¹ (Fig. 7b). Diese Signale werden verstärkt und mittels Schmitt-Trigger-Schaltungen zu Rechteckimpulsen geformt (1b, 1b')· Bei einer positiven Flanke von 1b (Sprung von LOW nach HIGH) erzeugt das Mono-Flop MF 1 einen kurzen Impuls 1c_t bei einer negativen Flanke erzeugt Mono-Flop MF2 einen entsprechenden Impuls 1d. Bei einer Bewegung des Zählrasters ZR von links nach rechts ist 1b im LOV/-Zustand während der Puls 1c erzeugt wird, bei einer Bewegung von rechts nach links ist 1b¹

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dagegen im HIGH-Zustand. Durch eine geeignete Gatterschaltung können daher die Signale 1c, 1d und 1b¹ co miteinander verknüpft werden, daß entsprechend der Bewegungsrichtung an den Flanken von 1b Vor- bzw. Rückwärtszählimpulse erzeugt werden.

Eine andere Ausführungsform zeigt Fig. 8a. Die Signale 2a und 2a¹ (Fig. 8b) werden in einer Suramierschaltung S und in einer Differenzschaltung D miteinander verknüpft. Sobald die Summe 2b einen vorgegebenen Schwellwert SW überschreitet, erzeugt dor Schmitt-Trigger ST einen Zählimpuls 2c. Das Differenzsignal 2d wird in einem RC-Hochpaß differenziert (2e) und anschließend von zwei Komparatoren K ausgewertet. Ist das differenzierte Signal während des Zählimpulses positiv, ist die Bewegungsrichtung vorwärts, ist es dagegen negativ, handelt es sich um eine Rückwärtsbewegung .

Bei einer anderen Ausführungsform kann zur Bewegungsbestimmung und Zählung eine Lichtquelle in Verbindung mit einer 2-Sektcrenphotodiode benutzt werden. Die Sektoren werden so angeordnet, daß beim Hinüberschieben eines Gitterschlitzes dor Gitterplatte zunächst stärker der eine Sektor, dann beide gleich stark und anschließend stärker der andere Sektor beleuchtet werden. Das Suamensignal beider Sektoren ergibt dann den Zählimpuls, während der zeitliche Verlauf des Differenzsignals Aufschluß über die Bewegungsrichtung gibt.

Die χ bzw. y Zählerstände werden mit von außen vorgegebenen Werten

- den gewünschten Adressen - verglichen. Bei Abweichung wird ein PHD 77-017 - 11 -

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Regelsignal erzeugt, das über die Leistungsverstärker LV und LV die Tauchspulantriebe TA und TA^! so ansteuert, daß die gewünschte Position erreicht wird. Beim Erreichen der Soll-Position wird ein Signal zum Ansteuern der Schreib- bzw« Lese-Elektronik erzeugt .

Zur Verminderung des Aufwandes kann eine der Bewegungen periodirli ausgeführt werden. Dazu .1 et es sinnvoll, dj2 Masse· einer Trägerplatte? z. B. ΪΡ2 mit einer Rückstellfeder RF zu einem schwin* fähigen System zu ergänzen, do.c dann mit seiner Resonanzfrequenz hin und her schwingt. Der entsprechende Tauchspulantrieb kann dann schwächer ausgeführt werden. Ferner kann die Elektronik zur Richtungsbestimmung entfallen, da sich die Bewegungsrichtung aas dem An.st.euo.rsi.gnal für die Tauchspule ermitteln läßt.

Bei Speichern mit extrem hoher Bitdichte - z. B. bei Speicherung in dünnen Metallfilmen - reicht die mit dem oben beschriebenen System erreichbare Positionsgenauigkeit nicht aus, da Schreib/Les·?- system und Adressierungssystem räumlich voneinander getrennt sind und Verschiebungen gegeneinander im um-Bereich nicht zu vermeiden sind. Es Kuß vielmehr bei einer Abtastung in x-Richtung eine Nachführung der y-Position über einen Regelkreis erfolgen.

Fig. 5a, b zeigen in schematicher Draufsicht und Seitenansicht einer. Aufbau für ein Verfahren» bei dem mit derselben Optik geschrieben bzw. gf.isen und die Position bestimmt wird.

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Die Trägerplatte TP1 mix dem Speichermaterial SM schwingt periodisch hin und her. Im Nornialbetrieb läuft die Trägerplatte TP2 mit der Fokussierungsoptik FO mit konstanter Geschwindigkeit in eire* Richtung; dadurch entsteht eine Spur SK wie sie in Fig. 5a angedeutet ist. Zur Spurhaltung werden beim Schreiben Führungssegmente FS in Form durchgehender Striche aufgezeichnet. Mit Hilfe dieser Führungssegmente wird beim Einschreiben für gleichmäßigen Abstand zwischen den Spuren und beim Auslesen für Spurhaltung gesorgt. IVirs geschieht dadurch, daß beim Einschreiben der Lichtstrahl durch eine schnelle Lichtablenkstufe DLA, z. B. bein digitalen Lichtablenker bestehnd aus doppelbrechenden Kalkspstprismen und Polarisationsschaltern während des Führungssegments auf dfe zuletzt geschriebene Spur zurückspringt, und dort durch Abtasten des Führung ρ segment s die genaue Position bestimmt. Bei .AbueichuK^en vom Sollwert wird der Antrieb AT von TP2 so beeinflußt» daß der gleichmäßige Abstand wieder eingehalten wii"d.

Beim Auslesen wird ebenfalls in den Führungssegmenten die genaue Position ausgelassen und gegebenenfalls korrigiert.

Um wahlfreien Zugriff beim Auslesen zu ei-inöglichen, sind die Datenblbcl'e zwischen den FührungsSegmenten FS am Anfang durch Blocknumiiierierungen gekennzeichnet. Bei wahlfreiem Zugriff wird dann TP2 möglichst in die Nähe der gewünschten Position, gelenkt, raibüiln «'ρ;!· Führnngsfiegnicnte FS fängt sich das System auf eine Spur ein und liest die Blockadresse. Falls die gewünschte Adresse nicht errnicht v.'urde, nähert sich das System in weiteren, kleiner werden-

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den Schritten der Sollspur an.

Durch Parallelbetrieb läßt sich der hier beschriebene Speiiier besonders effektiv ausbauen. Dazu v/erden auf der Trägerplatte TP1 mehrere Speicherflächen und auf der Trägerplatte TP2 entsprechend viele Sclireib/Lesesysterne angebracht. Die Adressierung^- und Positionierungssysteine bleiben unverändert. Durch aen Parallelbetrieb können bei jeder angov.äiilxen Adresse mehrere Bits gleichzeitig geschrieben bzw. gelesen v/erden, wodurch sich eine entsprechend höhere Gesamtkapazität und höhsre Datenraten ergeben.

Für die hochempfindlichen EisengranatscbicJiten mit. Photoleit.crverst.ärkerschicht sind bei Parallelbetrieb neben getrennten optischen Schre.ib/Lesesystemen auch gemeinsame Eeleuchtungsquellen möglich. Fig. 6a*zeigt einen entsprechenden Aufbau bestehend aus der Trägerplatte TP1 mit dem Speichermaterial SM, SM¹ und der Trägerplatte TP2 mit den Abbildungsoptiken AO, AO¹ den Polarisatoren P, P¹ und den Magnetspulen SP, SP' sowie der Lichtquelle LQ. und der Sammellinse SL.

Das zum Schreiben bzw. Lesen erforderliche Licht stammt von einer Lichtquelle, z. B. einer Glühbirne. Die Sammellinse SL sorgt bei all&n Abbildlingsoptiken für parallelen Einfeil des Lichts. Als Lichtquelle können jedoch auch ein Laser, eine Laserdiode oder oine Lumineszenzdiode benutzt werden. Als Abbildungsoptik kann eine aus Kunststoff gepreßte Linse , eine Gradienten-Faser-Linse oder eine holographische Linse sein. Das Licht der

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gemeinsamen Lichtquelle kann auch über eine Strahlenteiloranordnung aus semitransparenten Spiegeln oder über Strahlenteilerhiograpjne (Punktholograjiime) auf die einzelnen Schreib/Lescslnheiten verteilt v/erden. Ebenso können doppelbrechende Kalkspatprismen zur Lichtverteilung auf die Speicherplatte eingesetzt werden«■

Zur Auslouchtung mehrerer Punkte verdon nach Fig. 6b Hologramme benutzt. Der Laser L ist eine kohärente Lichtquelle hinter dem eine Aufweitungsoptik OA und ein Hologramm H angeordnet sind, öse dos einfallende Licht auf mehrere Punkte verteilt. Zur Adressierung in der y-Richtung wird das Hologramm II verschoben, wodurch sich alle Bildpunkte gemeinsam versohloben.

Für die* optische Speicherung ist eine Viäzahl von Speichermaterial! en bekannt, die alle im Prinzip in dem nagneto-mechamsehen Speicher benutzt werden können. Als Beispiel werden im folgenden einige Ausführungsformen mit angenommenen speziellen Speichermaterialien genauer beschrieben. Für lcschbaro Speicher steilen

er ρ

z. B. magnetooptisehe Materialien mit Bitdichten von 10 bit /cn zur Verfügung während für nichtlöschbare Speicher (DRAV/) z, B. dünn» Watallfilmc mit möglichen Bitdichten von 10⁸ bit/cni² geeignet sind.

Für löschbare Speicherung eignen sich bekannte magnetooptische Schichten wie z. B. Manganwismut- oder Eisengranatschichten.

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Letztere sind 2-4_μ dicke speziell dotierte Schichten, die auf einem einkristallinen Grundsubstrat aufgewachsen sind. Die Eisengranatschicht kann senkrecht zur Schichtfläche magnetisiert werden. Die Magnetisierung verschwindet durch Antiferromagnetismus im Bereich einer sog. Kompensationstemperatur. In diesem Bereich ist ein Umschalten des inneren Magnetisierungszustandes durch äußere Felder nicht möglich. Eine Netto-Magnetisierung tritt jedoch wieder auf, wenn die Schicht z. B. über den Kompen.^c?.tionspunkt hinaus erwärmt wird. Dabei kann durch ein äußeres Magnetfeld die Magnetisierung umgeschaltet werden, wobei in der Praxis etva eine Erwärmung um 20 bis 30⁰C bei äußeren Feldstärken ua 100 Oe notwendig ist.

Um eine lokalisierte Einstellung der Magnetisierung in lokalen, punktfövniigen Bereichen auf der Schiebt zu ermöglichen, wird die Schicht strukturiert. Durch eine Ätztechnologie werden dabei Teile des Materials entfernt bis magnetisch voneinander iadLierte Inseln übrigbleiben. Diese Inseln stellen einzelne Speicherzellen dar, in denen die Magnetisierung zur Schichtnormalen parallel oder antiparallel ausgerichtet werden kann, die also zwei Schaltzustände einnehmen können. Im Betrieb wird dabei die Speicherschich·?; bei der Kompensationstemperatur gehalten (in der Praxis in einem gewissen Bereich um die Kompensationsteiaper^e.t\i.r), so daß ein extexnss Nagnetfeld keine Umschaltung bewirken kann. Zua Schalten einer Speieljrzelle wird diese lokal z. B. durch einen auf sie fokussierten Laserstrahl kurzzeitig erhitzt und gleichzeitig ein äußeres Magnetfeld gewünschter Richtung angelegt, das z. B. durch eine

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einfache Spule erzeugt wird. Die innere Magnetisierung richtet sich dann entsprechend dem äußeren Feld aus. Kurze Zeit später hat die Zelle wieder ihre alte Temperatur angenommen und der neue Schaltzustand ist sozusagen "eingefroren". Der gesamte Schaltvorgang benötigt dabei nur wenige MikrοSekunden.

Zum Auslesen des Schaltzustandes nutzt man den Faraday effekt aus. Entsprechend der eingestellten Magnetisierung dreht eich dlo Polarisationsebene von eingestrehlte/n linear polarisiertem Licht entweder nach rechte oder nach links in Strahlrichtung gesehen. Ordnet man die Schicht zwischen nahezu gekreuzten Polarisatoren an, dann läßt sich diese Drehung in Lichtintennitätsuntorschiede am Ausgang do» zweiten Polarisators umwandeln.

Die zum Aufheizen erforderliche Lichtleistung (10 mV/ während 10 μ see Aul'heiz/.eit) kann von Halbleiterlaserdiode!! aufgebracht werden. Bei diesen wird das Licht von einer ca, 1μ χ 10μ großen Fläche emittiert und kann durch eine 1s1 Abbildung auf die etwa 10 μ χ 10μ großen Spsicherinscln fokussiert v/erden.

Es ist auch eine Eicrfiudlichkeitsötoigertmg des oben beschriebenen magnetooptiochen Sisengranatmatftrials von dem Faktor 1Q^ -10 möglich. Dazu wird sui dem Granat eine Sandwicb.'.t.-.'uktur bestehend aus: transparenter Elektrode, Photoloitercchicbt. transparenter Elektrode auf gebrocht. V'irö an die Elektroden eine; elektrische Spannung gelegt, kommt es bei Belichtung eines Büroichs >iu Slroirifluß durch ϋοϊι rhotoloi tor und damit zn Auf heizung.

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Die produzierte Wärme diffundiert in den darunterliegenden Granat, de:< dann an dieserStelle durch ein äußeres Magnetfeld geschaltet werden kann.

Die zum Schalten der Photoleiter-Eisengranatstruktur erforderliche Lichtleistung im Bereich einiger μ V kann von Lumineszsnzdioden (LED) aufgebracht werden. Der Einsatz von LED's stellt eine sehr kostengünstige Lösung dar. Deckbar ist auch der Einsatz von Glühbirnen. Dsr optische Aufbau entspricht der eben beschriebenen Grundeinheit eines Schreib/LesesystcKis. Wegen der größeren licht·· emittierenden Fläche ist eventuell eine. Verkleinerung durch die Abbildungsoptik erforderlich.

Ähnlich der ausführlicher beschriebenen Granatschicht als Speichermaterial können auch andere an sich bekannt magnetοop bische Speicherschiehten wie z. B. Manganwismut oder Europiumoxyd oder εκιΟΓ^ν.· Halbleiterschichten im neuen Speicher eingesetzt werden.

Als nichtlöschbare Speicher^chicbten ra.lt extrem hoher Bitdichte eignen sich z. B. dünne MetalÄfilme - v/ie z* B. ca. 600 R dicke Bi-Schichten. Durch Brennen von Löchern mittels fokussierten Lasfirlichts läßt sich Information einschreiben} dabei kann, das Vorhandensein eines Loches einer logischen Ί¹, das Fehlen cinoü Loches einer logischen '0^f zugeordnet v/erden. Das Auslesen erfolgt mit verminderter Lichtleistung in Transmission oder Reflex.ioa.Bei Lochdurchiaessern von 1μ beträgt die maximal erreichbare Bitd-IcMe 10⁸ bit/cm².

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Zum Brennen von 1u Löchern in Bi-Sohichten ist bei Belichtungszeiten von ca. 1μ sec eine Lichtleistung von ca. 10 mW erforderlich. Diese Leistung kann von He-Ne-Lasern erzeugt werden, deren Strahlung sich wegen der geringen Divergenz auf Flächen von < 1μ Durchmesser fokussieren läßt.

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e e r s e i I e

Claims

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PATENTANSPRÜCHE;

* Iy Optischer Speicher mit einer Speicherplatte und

einer optischen Schreib/Leseeinheit, mit der die Speicherplatte bei Relativbewegung punktförmig beim Schreiben und Lesen vcn Information beleuchtet wird, dadurch /;ekenn^eichnet, daß die Speicherplatte und die optische Schreib/Leseeinheit zur Adressierung von Speicherelementen in je einer Koordinate mittels elektromagnetisch-mechanischer Stellmittel positioniert wird.

2. Optischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stell« und Führungsmittel Lautsprechersystem? sind.

3· Optischer Speicher nach Anspruch 1 cder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlfreien Positionierung sowohl in x- als auch in y-Richtung ein Regelkreis vorgesehen ist, dem die gewünschte Adresse als Soll-Wert vorgegeben wird.

A. Optischer Speicher nach Anspruch 1 oder einem der

folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Position der Speicherplatte relativ zur Schreib/Lsseeinheit auf der Speicherplatte 2 senkrecht zueinander orientierte optische Gitter angeordnet sind, die sich bei Verschiebung der Speicherplatte zwischen 2 festen Lichtschranken relativ zu den Schreib/Leseeinheiten bewegen, womit elektronische Zählimpulse gewonnen werden.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Optischer Speicher nach Anspruch 1 oder einen? der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Bewegungsrichtung jeweils zwei Lichtschranken im Abstand einer Viertelrasterperiode vorgesehen sind, womit richtungsabhängig phasenverschobene Zählimpulce gewonnen werden.

6. Optischer Speicher nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Bewegungsrichtung Jede Lichtschranke eine 2-Sektorphotodiode enthält, deren zeitlicher Verlauf des Differenzsignals gemessen wird.

7· Optischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierung in x-Richtung wahlfrei erfolgt, während die Speicherplatte in y-Richtung periodisch hin- und herbewegt wird.

8. Optischer Speicher nach Anspruch 1 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei sehr hoher Speicherdichte die Speicherplatte in y-Richtung periodisch hin- und herbewegt wird und die Daten auf der Speicherplatte entlang von Datenspuren in y-Richtung angeordnet sind, welche Führunssssgmente enthalten, an denen die Bewegung in x-Richtung optisch gemessen und die x-Position nachgeregelt wird.

9. Optischer Speicher nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Schreib/Leseeinheit aus einer Lichtquelle, einer einfachen Linse zur Erzeugung

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eines Lichtpunktes auf der Speicherplatte und einem Photodetektor besteht.

10. Optischer Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser, z. B. eine Laserdiode ist.

11. Optischer Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Glühlampe ist.

12. Optischer Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Lumineszenzdiode ist.

13. Optischer Speicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse zur Fokussierung eine aus Kunststoff gepreßte Linse ist.

14. Optischer Speicher nach Anspruch 9, oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse eine Gradienten-Faser-Linse (Selfoc-) ist.

15. Optischer Speicher nach Anspruch 1 und 9 und einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse eine holographische Linse ist.

16· · Optischer Speicher nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schreib/Leseeinheiten vorgesehen sind, die mehrere Lichtpunkte in festen Ab-

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ständen auf der Speicherplatte erzeugen, so daß gleichzeitig in mehreren Teilbereichen der Speicherplatte Information schreib- oder lesbar ist.

17. Optischer Speicher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schreib/Leseeinheiten eine gemeinsame Lichtquelle benutzen, deren Licht über eine Strahlteileranordnung aus semitTansparenten Spiegeln verteilt wird.

18. Optischer Speicher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lichtverteilung doppelbrechende Kalkspatprismen verwendet sind.

19. Optischer Speicher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lichtverteilung Strahlenteilerhologramme (Punkthologramme) vorgesehen sind.

20. Optischer Speicher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtleitfasern auf die das Licht auf die einzelnen Schreib/Leseeinheiten verteilen.

21. Optischer Speicher nach Anspruch 1 und/oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermaterial ein magnetooptisches Material wie z. B. eine Eisengranatschicht oder eine Manganwismutschicht benutzt wird, die zwischen nahezu gekreuzten Polarisationsfolien angeordnet sind.

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22. Optischer Speicher nach Anspruch 1 oder einem

der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermaterial das magnetooptische Photoleitersandwich (MOPS) benutzt wird.

23· Optischer Speicher nach Anspruch 1 und/oder einem

der folgenden, dadurch gekennzeichnet» daß das Speichermaterial aus nichtlöschbaren dünnen Metallfilmen besteht.

24. Optischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermaterial aus photograph!sehen Schichten besteht.

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