DE2833603A1

DE2833603A1 - Holographische datenspeicheranordnung

Info

Publication number: DE2833603A1
Application number: DE19782833603
Authority: DE
Inventors: Douglas Charles John Reid; Peter Waterworth
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1977-08-01
Filing date: 1978-07-31
Publication date: 1979-02-15
Also published as: JPS5453551A; NL7808034A; FR2399688A1

Description

Unser Zeichen: A 14 194 Lh/fi

PLESSEY HANDEL UND INVESTMENTS A.G. Gartenstrasse 2, Zug (Schweiz)

Holographische Datenspeicheranordnung

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Plessey Handel ....

~^{A14 1}

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine holographische Datenspeicheranordnung mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Licht, einer Einrichtung zum Aufzeichnen von wenigstens einer Datenspur auf einer Speichereinrichtung sowie einer Ausgangseinrichtung zum steuerbaren und selektiven Wiedererlangen der gespeicherten Daten. Sie betrifft allgemein die Speicherung und Wiedererlangung einer Anzahl von Datenspuren, die auf einem holographischen Band aufgezeichnet sind.

Es ist bekannt, daß eine digitale Aufzeichnung von Daten mit hoher Geschwindigkeit bei Verwendung konventioneller Magnetaufzeichnungstechniken schwierig ist, weil komplexe mechanische Systeme erforderlich sind, um eine hohe Bandgeschwindigkeit relativ zu dem magnetischen Aufzeichnungskopf zu erreichen. Ähnliche Probleme existieren bei der Wiedergabe der aufgezeichneten Daten.

Es ist bekannt, daß optische Aufzeichnungsmethoden, wie ?.B. die holographische Aufzeichnung eine hohe Packungsdichte haben und daher niedrigere Filmgeschwindigkeiten. Die Verwendung der Holographie bietet ferner die Möglichkeit, Daten in redundanter Form zu speichern, so daß mechanische Toleranzen nicht ins Gewicht fallen.

Bisher waren die Speichereinrichtungen, die in holographischen Speichern verwendet wurden, photographische Speicher, bei denen, wenn die Daten einmal auf einem Bereich des Speichermittels aufgezeichnet waren, sie nicht gelöscht werden konnten ohne diesen Bereich oder das gesamte Speichermittel zu zer-

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stören, d.h. ein photographischer Speicher hatte keine Reversibilität. Hierbei wird Reversibilität definiert als die Fähigkeit eines Bereichs des Speichermittels, Daten aufzunehmen, die nachfolgend gelöscht werden, ohne den Bereich des Speichermittels zu zerstören, wobei dieser selbe Bereich des Speichermittels dann reaktiviert werden kann, um weitere Daten aufzunehmen, die dann danach wieder gelöscht werden können. Ferner hat bisher eine zufällige Bewegung des Speichermittels, z.B. entgegen der Bewegung in einer vorgegebenen Richtung, die Wiedererlangung und Diskriminierung bzw. Unterscheidung der Daten schwierig gemacht. Dies ist teilweise auf die zufällige Bewegung des Speichermittels zurückzuführen, die zu einer Unabgeglichenheit der Wellenfronten führt, die auf dem Speichermittel erzeugt werden, wodurch der Wiederaufbau der holographischen Daten verändert wurde. Auch eine Wiedererlangung der Daten hat sich als schwierig erwiesen bei Systemen, bei denen früher wiederaufgebaute Hologramme auf ein Feld von photoempfindlichen Detektoren, z.B. Photodioden, fallen konnten. Diese Photodetektoren sind bei Systemen, die sich bewegende Hologramme verwenden, gewöhnlich auf einem einzigen Siliciumplättchen angeordnet, in welchem der Ausgang jedes Photodetektors an einen gemeinsamen Ausgang gelegt ist. Diese Photodetektoren erfordern gewöhnlich ein Steuersignal, das andererseits die Photodetektoren veranlaß, ihr Signal an den gemeinsamen Ausgang zu übertragen. Das verwendete Steuersignal ist gewöhnlich ein Taktsignal, das von dem elektronischen System abgeleitet wird, es ist jedoch möglich, daß eine Datenseite von wiederaufgebauten Hologrammen nicht ausgerichtet ist oder fluchtet, weil die Seiten nicht durch den geeichten Abstand des Taktsignales getrennt sind und daher nicht ausgelesen werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine holographische Datenanordnung zu schaffen, die ein Speichermittel

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aufweist, das reversibel ist.

Die holographische Datenspeicheranordnung soll ferner Mittel aufweisen, um eine steuerbare Wiedererlangung und Diskriminierung bzw. Unterscheidung der Daten zu ermöglichen, unabhängig von einer zufälligen Bewegung des Speichermittels.

Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch Einrichtungen zur Erzeugung von Licht, um eine Anzahl von kohärenten Strahlen unterschiedlicher elektromagnetischer Wellenlänge zu erzeugen, optischen Einrichtungen, um diese Strahlen über separate optische Wege zu führen, Einrichtungen zum Anpassen der Wellenfront, die in der Bahn von wenigstens einem der kohärenten Strahlen angeordnet sind und aus wenigstens einer zylindrischen Linse bestehen, um die Diskriminierung der Daten zu erleichtern, einem Speichermittel, das Reversibilität hat und in einer Ebene senkrecht zu der Einfallsebene der kohärenten Strahlen bewegbar ist und das eine Anzahl von Datenspuren speichern kann, Einrichtungen zum Aufzeichnen von wenigstens einer Dater.spur auf dem Speichermittel, sowie Ausgangseinrichtungen zum steuerbaren selektiven Wiedererlangen der gespeicherten Daten.

Nach einem bevorzugten Merkmal des erfindungsgemäßen holographischen Speichersystems umfaßt die Lichterzeugungseinrichtung eine kohärente Lichtquelle zur Erzeugung von wenigstens einem Bezugsstrahl, wenigstens einem Objektstrahl und wenigstens einem Wiederaufbaustrahl von im wesentlichen gleicher elektromagnetischer Wellenlänge, wenigstens einem Aktivierungsstrahl von im wesentlichen unterschiedlicher elektromagnetischer Wellenlänge, sowie ein optisches System zum Umformen von wenigstens einem Objektstrahl in einen Strahl von im wesentlichen langgestrecktem, rechteckigen Querschnitt, einem Seitencomposer, um, wenn er durch den Strahl mit im wesentlichen

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langgestrecktem, rechteckigem Querschnitt beleuchtet wird, eine Mehrzahl von Objektstrahlen zu erzeugen, von denen jeder Daten führen kann.

Nach einem weiteren Merkmal des holographischen Systems nach der Erfindung umfaßt die Aufzeichnungseinrichtung eine erste Einrichtung zur Verwendung von wenigstens einem Aktivierungsstrahl zum Aktivieren des Speichermittels, sowie eine zweite Einrichtung, um die Strahlen mit im wesentlichen gleicher elektromagnetischer Wellenlänge, die von der Lichterzeugungseinrfchtung erzeugt worden sind, in einer Weise zu richten, in der eine Anzahl von Datenspuren auf dem Speichermittel aufgezeichnet werden.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die Ausgangseinrichtung eine Einrichtung zum Lesen der Daten von dem Speichermittel in einer selektiven, nicht-löschenden Weise, ferner eine Wiedererlangungseinrichtung, die eine Anzahl von Photodetektoren umfaßt, die in zwei Feldern oder Gruppen angeordnet sind, die eine gemeinsame elektrische Ausgangsklemme und eine Anzahl von einzelnen Photodetektoren aufweisen, von denen jeder eine einzelne elektrische Ausgangsklemme aufweist, wobei einer der einzelnen Photodetektoren in der Lage ist, aufgrund eines vorgewählten Datenbits ein Impulssignal zu erzeugen, das wenigstens eine der Gruppen der Photodetektoren so aktivieren kann, daß auszulesende Daten, die von der Gruppe empfangen worden sind, an die gemeinsame elektrische Ausgangsklemme gelegt werden, so daß die Daten wiedererlangt werden können, sowie Löscheinrichtungen, um selektiv Daten auf dem Speichermittel zu löschen.

Vorzugsweise besteht die kohärente Lichtquelle aus einer einzelnen kohärenten Quelle, die Strahlen unterschiedlicher elektro-

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magnetischer Wellenlänge erzeugen kann, es können jedoch mehr als eine kohärente Quelle benutzt werden, um dieselbe Wirkung zu erzeugen.

Vorzugsweise umfassen die optischen Einrichtungen, die es ermöglichen, die Strahlen unterschiedlicher elektromagnetischer Wellenlänge auf verschiedenen Bahnen zu führen, wenigstens ein zerstreuendes Element.

Vorzugsweise besteht das Speichermittel aus einem photochromen Material.

Vorteilhafterweise wird der Strahl auch zum Löschen benutzt.

Vorzugsweise bestehen die Strahlen mit der im wesentlichen gleichen elektromagnetischen Wellenlänge, die von der Eingangseinrichtung erzeugt werden, aus einer Strahlung im sichtbaren Spektrum.

Vorzugsweise besteht der Aktivierungsstrahl aus einer Strahlung im ultravioletten Spektrum.

Vorzugsweise besteht die zweite Einrichtung der Aufzeichnungseinrichtung aus wenigstens einer Abtasteinrichtung, die aus einer reflektrierenden Substanz gebildet ist und die in der Lage ist, eine begrenzte Rotation um eine Drehachse auszuführen. Es ist jedoch auch eine unbegrenzte Rotation möglich.

Vorzugsweise sind zwei Abtasteinrichtungen vorgesehen, eine zum Aufzeichnen der Oaten und eine zum Ablesen bzw. Wiedergeben der Daten.

Vorteilhafterweise erfolgt die Auslesung und die Aufzeichnung der Daten als separate Vorgänge, jedoch ist es auch möglich,

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die Auslesung und die Aufzeichnung gleichzeitig durchzuführen.

Vorteilhafterweise benutzt die Ausleseeinrichtung die Strahlen, die von der Lichterzeugungseinrichtung erzeugt wurden, die aus einer Strahlung im sichtbaren Spektrum bestehen, für eine nicht-löschende Auslesung oder Wiedergabe, es kann jedoch auch eine andere kohärente Quelle benutzt werden, um einen Auslesestrahl oder Wiedergabestrahl zu erzeugen, der eine andere sichtbare Wellenlänge als die Strahlen hat, die von der Lichterzeugungseinrichtung erzeugt wurden.

Vorzugsweise wird der Aktivierungsstrahl durch die optische Einrichtung und die erste Einrichtung auf die hintere Fläche des Speichermittels gerichtet, der Strahl kann jedoch auch auf die vordere Fläche des Speichermittels gerichtet werden.

Vorteilhafterweise wird bei normaler Aufzeichnung oder Wiedergabe der Aktivierungsstrahl benutzt, um einen Teil des Speichermittels zu aktivieren, worauf Strahlen im sichtbaren Spektrum, die von der Lichterzeugungseinrichtung erzeugt wurden, benutzt werden können, um Daten auf den aktivierten Abschnitt des Speichermittels aufzuzeichnen, während ein anderer strahl im sichtbaren Spektrum danach benutzt werden kann, um Daten von dem Speichermittel zu lesen.

Zur Änderung der gespeicherten Daten kann der Aktivierungsstrahl verwendet werden, um vorhandene Daten zu löschen und danach können Strahlen im sichtbaren Spektrum, die von der Lichterzeugungseinrichtung erzeugt wurden, verwendet werden, um neue Daten auf dem Speichermittel aufzuzeichnen.

Sollen Daten nur ausgelesen bzw. wiedergegeben werden, so werden die Daten zuvor auf Teilen eines bereits aktivierten Speichermittels aufgezeichnet, das in das System eingebracht und durch

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die Wiedergabeeinrichtung betätigt wird, so daß die Daten ausgelesen und wiedergegeben werden können.

Vorzugsweise wird die Voraktivierung und Voraufzsichnung der Daten auf dem Speichermittel innerhalb der Grenzen der Anordnung oder des Systems vorgenommen, vor seiner kommerziellen Verwertung. Die Voraktivierung und Voraufzeichnung der Daten kann jedoch auch außerhalb der Grenzen des Datenspeichersystems erfolgen, beispielsweise durch Massenaktivierung des Speichermittels vor der Eingabe in das System«,

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben, in der

Fig. 1 schematisch in Draufsicht ein© holographische Datenspeicheranordnung nach der Erfindung zeigte

Fig. 2 zeigt schematisch in Draufsicht einen Teil des Speichermittels der arfinduiigsg@mäß@n Anordnung.

Fig. 3 zeigt schematisch den in Figo 1 strichpunktiert umschlossenen Bereichο

Fig. 4 zeigt schematisch den in Fig« 1 gestrichelt umgrenzten Bereich.

Fig. 5 zeigt schematisch in Draufsicht das Speichermittel von Fig. 2.

Fig. 6 zeigt schematisch im Detail eine Datenspur d@s Speichermittels nach Fig. 2.

Fig. 7 zeigt schematisch die Gruppe der Photodetsktoren, die einen Teil der Ausgangseinrichtung der ©rfindungsg©mäßan Anordnung bilden.

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Fig. 8 zeigt schematisch eine alternative Anordnung der Photodetektoren.

Die holographische Datenspeicheranordnung nach Fig. 1 besteht aus einer Lichterzeugungseinrichtung, die eine kohärente Lichtquelle 10, beispielsweise einen Laser, umfaßt.

Die Lichtquelle 10 kann eine Anzahl von kohärenten Strahlen von im wesentlichen derselben elektromagnetischen Wellenlänge 12 und 14 erzeugen, die vorzugsweise im sichtbaren Spektrum liegen, sie kann ferner wenigstens einen kohärenten Strahl 8 von im wesentlichen unterschiedlicher elektromagnetischer Wellenlänge erzeugen, der vorzugsweise im ultravioletten Spektrum liegt. Die kohärenten Strahlen 12 und 14 werden beispielsweise dadurch erzeugt, daß ein ursprünglicher kohärenter Strahl 11 durch einen akustisch-optischen Modulator 16 geleitet wird.

Der kohärente Strahl 8 wird erzeugt entweder durch denselben Laser wie der Strahl 11 oder durch einen separaten Laser. In jedem Fall ist der kohärente Strahl 8 getrennt von dem Strahl 11, ehe er in den Modulator 16 eintritt und zwar durch ein streuendes Element 6, beispielsweise ein Prisma. Der Strahl 12 wird dann durch einen Strahlteiler 18 geführt, um eine Anzahl von Strahlen 20 und 22 zu bilden. Zum Zwecke der Beschreibung wird der Strahl 20 als Objektstrahl bezeichnet, der Strahl 22 als Bezugsstrahl und der Strahl 8 als Aktivierungstrahl.

Der Objektstrahl 20 wird beispielsweise durch zwei Linsen 24 und 26 geleitet, die eine Ausdehnung des Objektstrahles 20 in der Einfallsebene bewirken, d.h. parallel zur Ebene des Papiers. Die Linse 24 ist eine divergierende Linse, die eine Divergenz des Strahles 20 bewirkt und die Linse 26 ist eine

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konvergierende zylindrische Linse, die in der Bahn des Strahles so angeordnet ist, daß ihre zylindrische Achse senkrecht zur Einfallsebene liegt, so daß der Durchmesser des Strahles in der Einfallsebene vergrößert wird.

Der Weg des Objektstrahles 20 wird dann mittels eines Spiegels 28 durch eine konvergierende zylindrische Linse 30 gerichtet, deren zylindrische Achse rechtwinkelig zu der Linse 26 liegt, so daß der Durchmesser des Objektstrahles 20 in einer Ebene senkrecht zur Einfallsebene reduziert wird, wodurch ein Lichtstrahl mit im wesentlichen langgestrecktem, rechteckigem Querschnitt gebildet wird, d.h. eine Lichtlinie oder ein Lichtband 21.

In den Weg dieses Lichtbandes 21 ist ein Seiten-Composer 32 eingebaut, der beispielsweise aus mit Lanthan dotiertem Blei-Zirconat-Titanat aufgebaut ist, wobei eine geeignete Gruppe oder ein geeignetes Muster von leitenden Elektroden, die eine Anzahl von im Abstand angeordneten öffnungen aufweisen, auf einer Hauptfläche des Composers derart angeordnet ist, daß die Elektroden durch das Lichtband 21 beleuchtet werden können.

Die Wirkung bzw. die Aufgabe des Composers 32 besteht darin, das Lichtband 21 in eine Anzahl von Objektstrahlen 23 umzuformen, von denen jeder fähig ist, Daten zu führen. Die Anzahl der im Composer 32 erzeugten Objektstrahlen variiert abhängig von der Anzahl von öffnungen, die in dem Composer 32 vorhanden sind.

An einem Punkt N werden die Objektstrahlen 23 und der Bezugsstrahl 22 dazu gebracht, sich in derselben Richtung auszubreiten. Der Bezugsstrahl 22 wurde zuvor durch zylindrische Linsen 100 und 200 hindurchgeführt, die einen Teil der Anpassungseinrichtung für die Wellenfront bilden.

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Die kombinierte Wirkung dieser Einrichtung, die aus Linsen 100, 200, 300 und 400 besteht, liegt darin, auf einem Speichermittel 500 eine Anpassung bzw. Übereinstimmung der Wellenfronten der Objektstrahlen 23 und des Bezugsstrahles 22 herbeizuführen, so daß bei der Bildung eines Hologramms unter Verwendung bekannter Techniken eine leichte Diskriminierung der Daten erreicht wird.

Das Speichermittel 500 besteht beispielsweise aus einem photochromen Film, der Reversibilität besitzt, wie sie oben definiert wurde *

Das Linsensystem der Wellenfront-Anpaßeinrichtung kann beispielsweise zwei zylindrische Linsen 100 und 200 umfassen, deren zylindrische Achsen sich senkrecht zueinander kreuzen und die in der Bahn des Bezugsstrahles 22 angeordnet sind. Eine dritte zylindrische Linse 300, deren zylindrische Achse in der Einfallsebene liegt und eine sphärische Linse 400 werden beide in der Bahn der Objektstrahlen 23 und des Bezugsstrahles 22 angeordnet und zwar vor der Bildung eines Holograiranes auf dem Speichermittel 500 mit Hilfe bekannter Interferenztechniken der Bezugs- und Objektstrahlen.

Die Einfachheit der Diskriminierung oder Unterscheidung der Daten ergibt sich besser aus Fig. 2, in der das Speichermittel 500 dargestellt ist, bei dem auf einer Hauptfläche wenigstens eine Hologrammspur 50 ausgebildet ist. Die Hologrammspur 50 besteht aus einer Anzahl von sich überlappenden Unterhologrammen. Der Grad der Überlappung variiert abhängig von der Packungsdichte, der Größe der Daten-Bits und der Bewegungsgeschwindigkeit des Speichermittels 500. Auf einem dieser Unterhologramme 50a ist, wie dargestellt, eine schematische Darstellung von Wellenfronten 51 und 52 überlagert. Die Wellenfront 51 stellt die Wellenfront des Bezugsstrahles 22 und die

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Wellenfront 52 stellt die Wellenfront der Objektstrahlen 23 dar, vtenn sie interferiert haben„ um das Hologramm 50a zu erzeugen.

Wie sich aus der Darstellung ergibt, ist die Krümmung der Wellenfronten 51 und 52 gleich und entgegengesetzt in der Ebene senkrecht zu XZ und gleich in der Einfallsebene XZ. Dies bedeutet, daß die Krümmung der Wellenfronten gleich und entgegengesetzt in der Bewegungsebene des Speichermittels 500 ist, die durch den Pfeil Y bezeichnet ist«. Der Effekt der Ausrichtung oder Anpassung dar Wsllenfrontkrümmungen in der Einfallsebene XZ besteht darin, an der Ausgangseinrichtung einen hohen Grad an Stabilität bezüglich der Diskriminierung oder Auflösung der Daten zu bewirken v/enn das Spaichermittel 500 in den durch die Pfeile W₁ und W₀ bezeichneten Richtungen bewegt wird, d.h. wenn ein Hologramm vom Fourier-Typ in der Einfallsebexse gebildet wird» Somit können Daten aus einsm Hologramm unter Wiederaufbau (reconstruction) unterschieden werd©B, unabhängig von der Bewegung des Speichermittels in den Richtungen W^ und W₂· Ferner„ wenn das Speichermitt®! in dar Richtung Y bewegt wird ^ d.h. senkrecht zur Einfallseben© XZ, weil die Wellenfronten gleich und ©atg@g@nges@tzt sind, wird eine Verstärkung der Bewegung der wiederaufgebauten Daten erreicht, so daß ©s möglich ist, S©iten von Daten zu unterscheiden bzw« zu diskriminier®»,, Dia Verwandung der zylindrischen Linsen 100, 200 und 300 vermindert somit die Positionsempfindlichkoit das Speichermittels und erleichtert die Diskriminierung der Daten»

Im Punkt N von Fig. 1 werden die Objektstrahlen 23 und d@r Bezugsstrahl 22 veranlaßt _t sich in d®rs©lb©n Richtung auszubreiten durch einen polarisierendes Strahltoiler 34, Dl© kohärenten Strahlen 23 und 22 werden in einer Richtung senkrecht zur Einfallsebena polarisiert, so daß sie rechtwinkelig

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durch den Strahlteiler 34 verlaufen und an einer Fläche 34a austreten. Die Strahlen 22 und 23 werden dann um 90° mit Hilfe eines Spiegels 36 auf eine Linse 38 reflektiert und in eine Abtasteinrichtung 40 gerichtet, beispielsweise einen Spiegel, der an einem Schritt-Schaltmotor angebracht ist, so daß er eine begrenzte Drehung um einen Winkel θ ausführen kann. Die Abtasteinrichtung, d.h. der Spiegel 40, wird verwendet, um die Objektstrahlen 23 und den Bezugsstrahl 22 auf das Speichermittel 50 zu richten, und zwar über die Linsen 300 und 400, wie im Detail in Fig. 3 dargestellt ist, die den Bereich innerhalb der strichpunktierten Linie von Fig. 1 zeigt.

In Fig. 5 ist die Aufzeichnung einer Anzahl von Hologrammdatenspuren 50 dargestellt, wobei dies erreicht wird durch Aktivieren eines Teils der Oberfläche des Speichermittels 500 mit Hilfe des AktivierungsStrahles 8. unter Bezugnahme auf einen photochromen Füei bewirken die Aktivierungseinrichtungen eine Färbung dieses Teils des Speichermittels, das von dem Aktivierungsstrahl 8 bestrahlt wird. Wenn ein Teil des Speichermittels 500 aktiviert worden ist, ist es in der Lage, Daten in diesem Bereich aufzunehmen. Wenn der Aktivierungsstrahl 8 einen Teil des Speichermittels 500 aktiviert hat, wird er entweder auf einen anderen Teil gerichtet oder abgeschaltet durch Ändern des der Quelle 10 zugeführten Stromes, um den Aktivierungsstrahl zu erzeugen, oder indem ein mechanisches Unterbrechersystem (nicht gezeigt in Fig. 1) in die Bahn des Aktivierungsstrahles 8 gebracht wird.

Auf dem aktivierten Teil des Speichermittels werden dann Daten aufgezeichnet, indem die Abtasteinrichtung 40 die Objektstrahlen 23 , die die Daten führen und den Bezugsstrahl auf den aktivierten Abschnitt richten, so daß sie in bekannter

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Weise über eine vorgegebene Zeitspanne interferieren, um ein Hologramm zu erzeugen.

Das Speichermittel 500 kann aktiviert werden, indem der Aktivierungsstrahl 8 auf die hintere oder vordere Fläche gerichtet wird« Der Aktivierungsstrahl 8 beleuchtet, wie die Fig_o 1, 3 und 4 zeigen, die hintere Fläche des Speichermittels 500.

Auch das Speichermittel 500 ist in der Lage, eine Bewegung in einer Ebene auszuführen, die senkrecht zur Einfallsebene der Objektstrahlen, des Bezugsstrahles und des Aktivierungsstrahles liegt, so daß eine Anzahl von ünterhologrammen oder Subhologrammen, die sich überlappen, aufgezeichnet wird, um di© Hologramm-Datenspur 50 zu bilden.

Die Tatsache, daß dia Abtasteinrichtung 40 an einem Schrittschaltmotor angebracht ist, bedeutet, daß eine Anzahl von Spuren 50 aufgezeichnet werden kann infolge der Bexvegung des Interferenspunktes der Strahlen 23 und 22, so daß sie auf aktivierten Abschnitten der Hauptfläche des Speichermittels 500 fokussieren, die unterschiedliche Abstände haben.

Wie Fig. 1 zeigt, können, nachdem die Datenspuren 50 auf dem Speichermittel 500 aufgezeichnet worden sind, die die Hologrammspuren 50 bildenden Sub-Hologramme durch die Ausgangseinrichtung ausgelesen und wiedergegeben werden.

Ein© nicht-löschende Wiedergabe wird erreicht unter Verwendung eines Wiederaufbaustrahles 14 (reconstructing beam), der eine antiparallele Nachbildung des Bezugsstrahles ist. Der Wiederaufbaustrahl 40 ist zum Zweck© dieser Beschreibung einer der kohärenten Strahlen im sichtbaren Spektrum, die von der Quelle 10 erzeugt werden. Es kann jedoch auch ein weiterer Laser zur

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Erzeugung des Wiederaufbaustrahles verwendet werden, so daß seine Wellenlänge im sichtbaren Spektrum sich wesentlich unterscheidet von derjenigen der Strahlen im sichtbaren Spektrum, die von der Quelle 10 erzeugt werden.

Bei nicht-löschender Auslesung, die sich ergibt wenn einer der kohärenten Strahlen im sichtbaren Spektrum, die von der Quelle 10 erzeugt werden, als Wiederaufbaustrahl 14 verwendet wird, muß die Zeit, über die das Speichermittel 500 dem Wiederaufbaustrahl ausgesetzt wird, kleiner sein als die Zeit, über die das Speichermittel den Objektstrahlen und dem Bezugsstrahl 22 und 23 während der Bildung eines Hologramms ausgesetzt war, wenn beispielsweise Strahlen gleicher Intensität benutzt werden. Da die Intensität multipliziert mit der Zeit gleich der Energie ist, muß die Energie des Wiederaufbaustrahles 14, der von der Quelle 10 erzeugt wird, kleiner sein als die Energie der Objekt-und Bezugsstrahlen 22 und 23, die zur Bildung der Hologramme verwendet werden.

Wenn beispielsweise ein Strahl mit anderer Wellenlänge im sichtbaren Spektrum als Wiederaufbaustrahl 14 verwendet wird, kann die Zeit, über die das Speichermittel 500 dem Wiederaufbaustrahl ausgesetzt werden kann, gleich oder länger sein als die Zeit, über die das Speichermittel den Objekt- und Bezugsstrahlen während der Bildung eines Hologramms ausgesetzt war, wenn beispielsweise Strahlen gleicher Intensität benutzt warden. Dies wird erreicht wegen einer Änderung des Brechungsindexes, der in dem Speichermittel auftritt, die induziert wird, wenn ein Hologramm durch diesen Wiederaufbaustrahl beleuchtet wird. Die induzierte Änderung des Brechungsindexes ist eine bekannte Erscheinung, die zur Erzeugung einer nichtlösehenden Auslesung oder Wiedergabe benutzt wird. Mit anderen Worten, die Energie, die ein Wiederaufbaustrahl benutzt, der eine andere sichtbare Välenlänge hat als die, die von der

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Quelle 10 erzeugt wird, kann gleich oder größer sein als diejenige eines Wxederaufbaustrahles, der von der Quelle 10 erzeugt wird.

Fig. 4 zeigt die Bereiche 2a und 2b, die in Fig. 1 durch gestrichelte Linien umgrenzt sind.

Der Wiederaufbaustrahl 14 wird über eine Reihe von Spiegeln geleitet und schließlich durch eine Wiederaufbaulinse 42 geführt, die den Strahl 14 auf eine weitere Abtasteinrichtung 44 fokussiert, die beispielsweise ein Spiegel ist, der an einem Schrittschaltmotor angebracht ist. Die Abtasteinrichtung 44 ist so positioniert, daß ihre Drehachse mit dem Bild der Drechachss der Abtasteinrichtung 40 durch die Linse 400 zusammenfällt, d_oh. die Entfernungen P und Q sind konjugierte Entfernungen der Linse 400.

Dies erfolgt derart, daß der Wiederaufbaustrahl 14 eine genaue antiparallele Nachbildung des Besugsstrahles 22 ist, obwohl seine Energie (d.h. Stärka χ Zeit) unterschiedlich gegenüber der der Objekt- und Bezugsstrahlen ist.

Um ferner eine leichte Auslesung und Wiedergabe der Daten unter Verwendung des Wiederaufbaustrahles 14 zu ermöglichen, ist die Polarisationsachse des Strahles 14 um einen rechten Winkel gedreht unter Verwendung beispielsweise einer 1/2-Wellen-Platte (nicht gezeigt). Der Zusammenhang zwischen den Polarisationsachsen des Wiederaufbaustrahles und der Objekt- und Bezugsstrahlen ist derart, daß die Datenspur, die ausgelesen wird, aus einer Fläche 34b des Strahlteiler 34 austritt und sich in Richtung auf ein photoempfindliehes Detektormittel 46 ausbreitet, anstatt den optischen Weg zurück zum Composer 32 zu laufen. Ein bevorzugter Zusammenhaag zwischen den Polarisationsachsen ist ein solcher, bei welchem die Polarisationsachse des

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Wiederaufbaustrahles 14 parallel zur Einfallsebene ist, während die Polarisationsachse der Objekt- und Bezugsstrahlen 22, 23 senkrecht zur Einfallsebene liegt. Bei Verwendung der obigen Methode zur Wiedergabe werden dieselben optischen Einrichtungen benutzt wie beim Aufzeichnen der Datenspuren.

Es wurde die Verwendung von nur einem Bezugsstrahl beschrieben, jedoch nur aus Gründen der Einfachheit, da auch mehr als ein Bezugsstrahl benutzt werden kann. Ferner wurde erläutert, daß die Aufzeichnung und Wiedergabe der Daten zu unterschiedlichen Zeiten erfolgt, sie können jedoch aber auch gleichzeitig durchgeführt werden.

Die Ausgangseinrichtung zur gesteuerten selektiven Wiedergabe der Information ist besser aus den Fig. 5 bis 8 verständlich.

Fig. 5 zeigt eine Hauptfläche des Speichermittels 500, auf der eine Anzahl von Hologrammdatenspuren 50 ausgebildet sind. Ein mit M bezeichneter Bereich ist im Detail in Fig. 6 gezeigt, wobei Sub-Hologramme, die die Hologrammspuren 50 bilden, gezeigt sind, die eine Anzahl von Reihen A, B, C, D und E von im Abstand liegenden Daten-Bits 60 und 70 enthalten. Die Daten-Bits 70 sind parallel mit und benachbart zu einem Endabschnitt jeder der Reihen der Daten-Bits 60 und 70 von jeder der Reihen A, B, C, D und E angeordnet, so daß sie eine Spalte F bilden. Jedes der Daten-Bits 60 und 70 von jeder der Reihen A, B, C, D und E bildet eine separate Datenseite, wobei jede Seite ein separates Unter-Hologramm oder Sub-Hologramm der Hologrammspur 50 ist.

Wenn das Sub-Hologramm, d.h. eine Datenseite, auf die photoempfindliche Einrichtung 46 gelenkt wird, beispielsweise ein Photodiodenfeld, wird eine gesteuerte selektive Wiedergabe der Daten-Bits erreicht unter Verwendung eines Systems nach

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Fig. 7. Die Photodetektoreinrichtung 46 besteht aus einer einzelnen Photodiodengruppe, wobei die Anzahl der Dioden beispielsweise der Anzahl von öffnungen im Composer 32 entspricht, oder es kann eine Anzahl von Diodengruppen vorgesehen werden, die insgesamt dieselbe Anzahl von Dioden bezüglich der öffnungen des Composers enthalten. Die letztere Ausbildung ermöglicht eine höhere Ansprechungsgeschwindigkeit und damit Wiedererlangung der Information. Eine der Gruppen bzw. eines der Diodenfelder 48 ist in Fig. 7 gezeigt, wobei dieses Feld 48 eine Anzahl von elektrischen Ausgangsanschlüssen hat, die der Anzahl von Dioden 56 entsprechen, die das Feld bilden, und diese elektrischen Ausgangsanschlüsse sind zusammengefaßt, um einen einzigen gemeinsamen elektrischen Ausgangsanschluß zu bilden. Die Photodetektoreinrichtung 46 enthält ferner wenigstens eine Photodiode 58, die einen einzigen elektrischen Ausgangsanschluß hat. Die Diode 58 empfängt und wird aktiviert durch das Daten-Bit 70, das zum Zwacke der Beschreibung als Abtast-Bit bezeichnet wird. Das Abtast-Bit ist immer vorhanden auf jeder Datenseite und es wird aufgezeichnet in Verbindung mit dem Rest der Daten-Bits 60, wenn die Hologramm-Datenspuren 50 auf dem Speichermittel 500 aufgezeichnet werden.

Die Diode 58 empfängt das Abtast-Bit 70 und wird dadurch aktiviert, so daß sie ein Impulssignal erzeugt, das nacheinander eine Reihe von Toren betätigt, die Teil eines Schieberegisters bilden, das in dem Photodiodenfeld 48 enthalten ist. Das Schieberegister spricht auf festgestellte Ladung in solcher Weise an, daß, bezogen auf das Feld 48, eine besondere Datenseite auf den gemeinsamen elektrischen Ausgang übertragen werden soll, der dem Feld 48 zugeordnet ist und daß sie dadurch wiedergegeben wird.

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Das Vorhandensein des Abtast-Bits 70 und des entsprechenden Impulssignales, das von der Diode 58 erzeugt wird, stellt sicher, daß keine Datenseite unvermeidlich verlorengeht, d.h. nicht wiedergegeben wird infolge einer Nicht-Anpassung der besonderen Datenseite an die Photodetektoreinrichtung, wie dies der Fall bei bekannten Techniken war. Die Photodetektoreinrichtung 46 spricht nicht an durch übertragung ihrer Daten auf den gemeinsamen elektrischen Ausgang, bis ein Abtastbit 70 vorhanden ist, um die Erzeugung des Impulssignales durch die Diode 58 zu aktivieren, d.h. das Vorhandensein des Abtast-Bits 70 ermöglicht eine richtige Synchronisierung der Daten.

Wie Fig. 8 zeigt, ist zusätzlich zu dem Abtast-Bit 70 es möglich, eine Anzahl weiterer Bits hinzuzufügen, die parallel zu und im Abstand von den Reihen A, B, C, D angeordnet sind und die Spalten G und H bilden. Diese Bits 71 und 72 werden hier als Paritäts-Bit und als Block-Bit entsprechend bezeichnet.

Das Paritäts-Bit 71 und das Block-Bit 72 haben jeweils eine Photodiode 62 und 64, die mit ihnen in der Photodetektoreinrichtung 46 verbunden sind. Die Dioden 62 und sind insoweit gleich der Diode 58 als äie einen einzigen elektrischen Ausgangsanschluß haben. Die Bit 71 und 72 können zur gleichen Zeit aufgezeichnet werden wie das Abtast-Bit 70,oder das Block-Bit kann zuvor auf dem Speichermittel 500 aufgezeichnet werden, vor dem Rest der aufzuzeichnenden Daten. Die Bits 70, 71 und 72 können auch ohne Daten zu enthalten aufgezeichnet werden.

Das Paritäts-Bit 71 wirkt in Verbindung mit der Diode 62 und damit mit dem Photodiodenfeld 48 derart, daß alle die Einsen aufaddiert werden, die in den Daten-Bits 60 vorhanden

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sind, und wenn diese Zahl geradzahlig ist, wird das Bit 71 selbst eine Eins und wenn die Zahl der Einsen ungeradzahlig ist, so wird das Bit 71 eine Null oder umgekehrt, abhängig von seiner vorbestimmten Paritätskonstante.

Das Block-Bit 72 wirkt als Zähler, da beispielsweise ein Block eine Anzahl von Worten enthält, wobei ein Wort aus acht Bits besteht. Das Block-Bit 72 ermöglicht die Identifizierung und Lokalisierung jedes Blockes von Daten in eine£ der Hologramm-Datenspuren 50.

Unter Bezugnahme auf Fig, 1 können Daten aus dem Speicher-Hiittel durch Verwendung des Aktivierungs Strahles 8 gelöscht werden, oder durch einen ultravioletten Strahl, der von einem v/eiteren Laser erzeugt wird» Die Löschung erfolgt in einem photochromen Speichermittel durch den Aktivierungsstrahl, der ein© Färbung der "gebleichten" Bereiche bewirkt, die die Hologrammspuren 50 darstellen« Neue Spuren können dann auf den Teilen des Speichermittsls 500 aufgezeichnet werden, von denen die Daten gelöscht worden sind ο Das Speicherinitt@l kann somit wiederholt infolge seiner Reversibilität verwendet werden»

Das holographische Datenspeichersystem nach der Erfindung kann auch als Wisdergabesystsm (read only system) arbeiten.

Hierzu wird das Speichermittel zuerst voraktiviert, indem es einer ultravioletten Strahlung ausgesetzt wird, so daß Datenspuren auf den voraktivierten Abschnitt©» des Speichermediums voraufgezeichnet werden können» Die Voraktivierung und Voraufzeichnung kann innerhalb der Grenzen des holographischen Daterspeichersystams erfolgen, oder das Speichermittel kann voraktiviert und voraufgezeichnet werden außerhalb des Systems und dann in das System ©ingeführt werden.

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Wenn das voraktivierte und voraufgezeichnete Speichermittel in das System eingeführt worden ist, können Daten ausgelesen und wiedergegeben werden, wie oben beschrieben.

Das erfindungsgemäße holographische Datenspeichersystem kombiniert die Merkmale eines Speichermittels, das Reversibilität besitzt,mit einer einfachen Diskriminierung der Daten und einer gesteuerten selektiven Auslesung und Wiedergabe der Daten.

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Claims

Plessey Handel .... - A 14 194 -

Patentansprüche

Holographische Datenspeicheranordnung mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Licht, einer Aufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen von wenigstens einer Datenspur auf einem Aufzeichnungsmittel, sowie einer Ausgangseinrichtung zum gesteuerten selektiven Wiedergeben der gespeicherten Daten, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichterzeugungseinrichtung (10) eine Anzahl kohärenter Strahlen (11) unterschiedlicher elektromagnetischer Wellenlänge erzeugt, daß eine optische Einrichtung (16, 18) vorgesehen ist, um die Strahlen längs getrennter optischer Wege zu führen, eine Einrichtung (100, 200) zum Anpassen der Wellenfronten, die in der Bahn wenigstens eines der kohärenten Strahlen (22) unterschiedlicher elektromagnetischer Wellenlängen angeordnet ist und aus wenigstens einer zylindrischen Linse (100) besteht zur Erleichterung der Diskriminierung der Daten, ferner durch ein Speichermittel (500), das reversibel ist und eine Bewegung in einer Ebene senkrecht zur Einfallsebene der kohärenten Strahlen unterschiedlicher elektromagnetischer Wellenlänge ausführen und eine Anzahl von Datenspuren (50) speichern kann.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichterzeugungseinrichtung eine kohärente Lichtquelle (10) aufweist, die wenigstens einen Bezugsstrahl (22), wenigstens einen Objektstrahl (20) und wenigstens einen Wiederaufbaustrahl von im wesentlichen derselben elektromagnetischen Wellenlänge erzeugt, ferner wenigstens einen Aktivierungsstrahl(8)von wesentlich anderer elektromagnetischer Wellenlänge, daß ferner

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ORIGINAL INSPECTED

eine optische Einrichtung(24, 26) vorgesehen ist, um. wenigstens einen Objektstrahl in einen Strahl von im wesentlichen langgestrecktem rechteckigem Querschnitt umzuformen, und daß ein Composer (32) vorgesehen ist, um, wenn er durch den Strahl mit im wesentlichen langgestrecktem rechteckigem Querschnitt beleuchtet wird, eine Mehrzahl von Objektstrahlen zu erzeugen, von denen jeder in der Lage ist, Daten zu führen.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgangseinrichtung eine Einrichtung (46) aufweist, um Daten von dem Speichermittel in einer selektiven, nicht-löschenden Weise zu lesen, ferner Wiedergabeeinrichtungen, die eine Anzahl von Photodetektoren (56) umfassen, die in Gruppen oder Feldern angeordnet sind, die einen gemeinsamen elektrischen Ausgangsanschluß haben, sowie eine Anzahl von einzelnen Photodetektoren (70), von denen jeder einen einzelnen elektrischen Ausgangsanschluß hat, wobei einer der Photodetektoren (70) aufgrund eines vorgewählten Daten-Bits ein Impulssignal erzeugt, um wenigstens eines der Felder von Photodetektoren so zu aktivieren, daß auszulesende Daten, die von dem Feld empfangen worden sind, auf den gemeinsamen elektrischen Ausgangsanschluß übertragen werden, so daß die Daten wiedergegeben werden können, und daß Löscheinrichtungen vorgesehen sind, um selektiv Daten von dem Speichermittel zu löschen.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die kohärente Lichtquelle (10) aus einer einzelnen kohärenten Quelle besteht, die Strahlen unterschiedlicher elektromagnetischer Wellenlänge erzeugt.

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5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Einrichtung zur Führung der Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge längs unterschiedlicher Bahnen wenigstens ein streuendes Element (6) umfaßt.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Speichermittel ein photochromes Material umfaßt.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Aktivierungsstrahl (8) zum Löschen verwendbar ist.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl von kohärenten Strahlen unterschiedlicher elektromagnetischer Wellenlänge
Strahlungen im sichtbaren Spektrum umfaßt.
9. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Aktivierungsstrahl (8) eine Strahlung im ultravioletten Spektrum umfaßt.
10. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Einrichtung, die zu der Aufzeichnungseinrichtung gehört, aus wenigstens einer Abtasteinrichtung (40) besteht, die aus einer reflektierenden Substanz gebildet ist und eine begrenzte Drehung um eine Drehachse ausführen kann.
11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwei Abtasteinrichtungen (40,

44) vorgesehen sind, eine für die Aufzeichnung der Daten und eine für die Auslesung der Daten.

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12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei nicht-löschender Auslesung der Information ein Strahl im sichtbaren Spektrum verwendet wird.
13. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Aktivierungsstrahl (8) durch die optische Einrichtung auf die hintere Fläche des Speichermittels (500)gerichtet wird.
14. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß bei normalem Aufzeichnungsund Lesebetrieb der Aktivierungsstrahl (8) benutzt wird, um einen Teil des Speichermittels zu aktivieren, daß dann Strahlen im sichtbaren Spektrum, die von der Lichterzeugungseinrichtung (10) erzeugt wurden, benutzt werden(, um Daten auf den aktivierten Abschnitt des Speichermittels aufzuzeichnen, und daß dann ein anderer Strahl im sichtbaren Spektrum benutzt wird, um die Daten vom Speichernd.ttel auszulesen.
15. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Änderung von Daten, die auf dem Aufzeichnungsmittel gesp©ichert sind, der Aktivierungsstrahl (8) benutzt wird, um die vorhandenen Daten zu löschen und einer der Strahlen im sichtbaren Spektrum benutzt wird, um neue Daten aufzuzeichnen.

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