DE2920856C2

DE2920856C2 - Vorrichtung zum Speichern und Wiedergeben von Farbinformationen

Info

Publication number: DE2920856C2
Application number: DE2920856A
Authority: DE
Inventors: David Leslie Edina Minn. Fleming; Thomas Richard Minneapolis Minn. Johansen; Ernest James Saint Paul Minn. Torok
Original assignee: Sperry Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1978-06-06
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1983-11-03
Also published as: JPS54160128A; DE2920856A1; US4229072A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Speichern und Wiedergeben von Farbinformationen mit b5 einem magnetischen Schirm zur Aufzeichnung, der zumindest einen Film aus einem magneto-optischen Material aufweist, dessen Faraday-Koeffizient von der Wellenlänge des bei der Wiedergabe durch ihn hindurchgehenden Lichtes abhängig ist

In der USA-Patentschrift Nr. 30 59 538 von R. C Sherwood u.a. ist ein magneto-optisches Speichersystem erläutert, in dem der Faraday-Effekt eines dünnen, magnetisierbaren Filmes in Kombination mit einem Polarisator und Analysator ausgenutzt wird. In einem Aufsatz von Di Chen u. a. mit dem Titel: »Ar Overview of Optical Data Storage«, erschienen in der Zeitschrift: »Proceedings of the IEEE« Band 63, Nr. 8 (August 1975), Seiten 1207 bis 1230, ist ein Überblick über die verschiedenen Verfahren zum Speichern von Daten in optischen Speichergeräten gegeben, von denen zwei, nämlich das Aufzeichnen mit der Curie-Temperatur und das Aufzeichnen mit der Kompensations-Temperatur hier näher betrachtet seien. Beim ersten wird die Temperatur an einem erwärmten Fleck des magnetooptischen Speichers bis über die Curie-Temperatur des Speichermediums, also des Aufzeichnungsträgers gesteigert Während der Abkühlung können der geschlos sene Magnetfluß und das angelegte äußere Feld von der Curie-Temperatur aus effektiv die Richtung der Magnetisierung am erwärmten Fleck bestimmen. Gemeinsam mit zahlreichen anderen Materialien, die für das Aufzeichnen mit der Curie-Temperatur vorgeschlagen wurden, sind dünne Filme aus Manganwismut (MnBi) bei der Raumtemperatur und aus Europiumoxid beim Gefrierpunkt weitgehend untersucht worden.

Das Aufzeichnen mit der Kompensations-Temperatur ist ein Verfahren, bei dem ge.v/isse ferrimagnetische Materialien, z. B. Gadoliniumeisengranat (GdFeGr) verwendet werden, die zwei Magnetisierungen der Subgittet in entgegengesetzten Richtungen aufweisen. Bei der Kompensations-Temperatur des Aufzeichnungsträgers löschen sich diese Magnetisierungen der Subgitter einander aus, und das Speichermedium, also der Aufzeichnungsträger erreicht eine äußerst hohe Koerzitivkraft H_c. Einige Grpde außerhalb dieser Kompensations-Temperatur fällt die Koerzitivkraft W₁ ab, und das Schalten der Magnetisierung wird leicht. Dadurch daß der Aufzeichnungsträger bei der Kompensations-Temperatur betrieben wird, kann ein Schaltfeld gleichzeitig mit einem Erhitzungsimpuls aus einem Laser angelegt werden, von dem der erwärmte Fleck über eine Temperatur hinaus erwärmt wird, bei der sich die Koerzitivkraft unterhalb des angelegten Schaltfeldes befindet. Dieses Aufzeichnungsverfahren ist experimentell an Einkristallen und dünnen Filmen aus Gadoliniumeisengranat demonstriert worden. Eine abgeänderte Form dieses Verfahrens beruht auf dei Ausnutzung von Kompensations-Wanddomänen im Gallium-substituierten Yttriumeisengranat. Wie aus einem Aufsatz von W. A. Crossley u.a. mit dem Titel: »Faraday Rotation in Rare-Earth Iron Garnets« hervorgeht, der in der Zeitschrift: »Journal of Applied Physics«. Band 40. Nr. 3 (I. März 1969). Seiten 1497-1498, erschienen ist. ist zusätzlich die Faraday-Rotation eines linear-polarisierten Lichtstrahles untersucht worden, der auf einen Eisengi anatfilm einfällt.

Für mehrfarbige Wiedergaben werden in den optischen Systemen mehrere Verfahren benutzt. In ihnen wird die Kristallachse eines piezoelektrischen Lichtventiles wahlweise orientiert, um den Durchgang von Licht verschiedener Wellenlängen zu steuern und damit Wiedergaben in mehreren Farben zu erreichen: vergleiche die USA-Patentschrift Nr. 26 16 962 von H. jaffee. Es kann auch ein variabler Farbmodulator, der durch einen elektronen-optischen Kristall gesteuert

wird, zur Erzeugung mehrfarbiger Bilder in Fernsehempfängern benutzt werden; vergleiche die USA-Patentschrift Nr. 34 28 743 von T. F. Hanion. In einem anderen System werden ferroelektrische Keramikplättchen zum Schalten der drei Grundfarben oberhalb der Flackerfusions-Frequenz in Fernsehempfängern angewendet; vergleiche die USA-Patentschrift Nr. 37 83 184 von M. N. Ernstoff. Außerdem wird in einem Aufsatz von E. Dilatush mi' dem Titel: »3-Color Laser Beam and Acousto-Optic Cell Pave the Way for Practical Uses«, ίο erschienen in der Zeitschrift: »EDN« (5. Juli 1974), Seiten 16 und 17, ein optisches System erläutert, in dem ein einzelner Laser, der Licht mit roter, grüner und blauer Wellenlänge emittiert, über eine akustisch-optische Zelle gespeist wird, die gleichzeitig von drei Modulations-Frequenzen angetrieben wird. Durch ihre Einstellung verlassen drei Strahlen in diesen Farben die akustisch-optische Zelle unter demselben Winkel. Das Endergebnis ist ein einzelner, modulierter, dreifarbiger, kollinearer Strahl, der abgelenkt und seinerseits auf einen Voriührschinn geworfen werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugruncA:, eine Vorrichtung anzugeben, weiche auf dem Faraday-Effekt magneto-optischer Stoffe aufbauend die Speicherung und Wiedergabe von Farbinformationen erlaubt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß kleinen örtlichen Bereichen (Domänen) des Filmes eine von zumindest drei zum Weg des einfallenden Lichtes parallelen Magnetisierungen aufprägbar ist, deren Größen sich so weit unterscheiden, daß das einfallende weiße, linearpolarisierte Licht nach seinem Durchgang durch den Bereich (Domäne) und einen nachgeschalteten Analysator, dessen Polarisationsebene gegenüber der des einfallenden Lichtes um einen Winkel gedreht ist, als Licht in einer von drei Farben austritt oder gelöscht wird.

Zur Aufprägung der einen von den drei Magnetisierungen kann ein thermomagnetisches Aufzeichnungsverfahren, z. B. Magnetisieren mit Hilfe der Kompensations-Temperatur angewendet werden, bei dem die örtlichen Bereiche (Domänen) eines Filmes aus Gadoliniumeisengranat von einem energi^reichen Strahl aus einem COr Laser und von einem orientierenden Magnetfeld beeinflußt werden; im Gegensatz zum bekannten Verfahren, das z. B. auch in einem Aufsatz von E. Krätzig mit der Oberschrift: »Materialien für optische Datenspeicher«, erschienen in der Zeitschrift: »NTG-Fachberichte«. Band 58. VDE-Veriag GmOH. (März 1977), Seiten 295 bis 306. erläutert ist, das aber nur die Speicherung von Binärwerten durch die Sättigungsmagnetisierung kennt, können bei der hier beschriebenen Vorrichtung die örtlichen Bereiche (Domänen) des Speichermediums einen von vier (oder mehr) Magnetisierungszuständen annehmen, die in einer solchen Beziehung zueinander stehen, daß auf Grund des wellenlängenabhängigen Faraday-Koeffizienten des eingesetzten magneto-optischen Speichermediums die Farbkomponenten eines liniearpolarisiertan weißen Lichtstrahls selektiv derart gedreht werden, daß ein Betrachter durch einen zwischen ihm und dem Speichermedium angeordneten Analysator das einfallende linearpolarisierte weiße Licht in einer von vier (oder mehr) Farben wahrnimmt. Die Farben werden somit durch die vier magnetischen Zustände des Aufzeichnungsträgers festgelegt, wie sie durch das Aufzeichnungsverfahren bei der Kompensations-Temperatur erreicht wurden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden ausführlich erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine optische Wiedergabevorrichtung für mehrere Farben, von der bei Anwendung der Kompensations-Temperatur die sich hinsichtlich der Farbe unterscheidenden Informationen in ein magnetisches Speichermedium eingeschrieben werden,

Fig.2 die sich unterscheidenden magnetischen Informationszustände der örtlichen Bereiche im magnetischen Speichermedium der F i g. 1,

F i g. 3 den Verlauf von Signalen zum Einschreiben der vier magnetischen Farbinformations-Zustätide in die örtlichen Bereiche des magnetischen Speichermediums der F i g. 2,

F i g. 4 die Orientierung der Polarisationsebenen des auf das magnetische Speichermedium einfallenden, weißen Lichtstrahles, die durch den Polarisator der F i g. 1 und den Analysator bestimmt ist, wenn die wahlweise gedrehten Polarisationsebenen des weißen Lichtstrahles, der vom magnetischen '"peichennedium übertrager, ist, selektiv gefiltert werden,

Fig.5 eine Auftragung des Verhältnisses der abgelenkten Intensität zur Intensität des einfallenden Lichtstrahles für Speichermedien, also Aufzeichnungsträger aus verschiedenen Materialien,

Fig.6 eine Auftragung des Faraday-Koeffizienten übtr der Wellenlänge des einfallenden Lichtstrahles für ein magnetisches Speichermedium aus Rubidiumeisen-HuOrId(RbFeF₁),

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform einer optischen Wiedergabevorrichtung von mehreren Farben gemäß der Erfindung,

Fig.8 die sich unterscheidenden magnetischen Informationszustände der örtlichen Bereiche beim magnetischen Speichermedium der F i g. 7 und

Fig.9 eine dritte Ausführungsform der optischen Wiedergabevorrichtung gemäß der Erfindung.

Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung ge maß der F i g. 1 wird ein Aufzeichnungsverfahren mit Hilfe der Kompensations-Temperatur angewendet, um örtliche Bereiche eines magneto-optischen Speichermediums in die gewünschten magnetischen Zustände hineinzubringen. Das Wiedergabesystem weist einen magneto-optischen Schirm 10 auf. der einen Film aus magneto-optischem Rubidiumeisenfluorid (RbFeFj) in einer Dicke von annähernd 1 mm trägt. Um den Umfang dieses Schirmes 10 ist eine Spule 16 mit zahlreichen Windungen gelegt, die bei ihrer Erregung durch eine Stromquelle 18 (Fig. 2) auf dem Schirm 10 ein Magnetfeld H-j- aufbaut, das orthogonal zu seiner Ebene und somit zur Ebene des Filmes 12 verläuft. Ein COr Laser 20 erzeugt eine kohärenten, monochromatischen U 'i-.tstrahl 22. der senkrecht auf einen Lichtablenker 24 auftritt. Ein Steuergerät 26 wirkt auf den Lichtablenker 24 in de · Weise ein. daß der Lichtstrahl 22 in einer typischen Folge der Abtastung eines Rasters horizontal und vertikal über die ebene Oberfläche des magnetischen Schi-ms 10 geführt wird, während einer Klemme 28 des COrLasers 20 ein entsprechendes Steuersignal zugeleitet wird, um den Lichtstrahl 22 passend hinsichtlich seiner Intensität zu modulieren.

Der abgelenkte Strahl 22a. der unter der Mitwirkung des Ablenkers 24 wie bei der typischen Abtastung eines Rasters den Film 12 überquert, wird von dem Schreibsteuersignal an der Klemme 28 und dem Magnetfeld H-j- synchronisiert, das von der Spule 16 ausgeht, die von einem entsprechenden Farbinformationssignal in einer Leitung 30 beeinflußt wird. Bei der

typischen Arbeitsweise läuft der Aufzeichnungsvorgang folgendermaßen ab:

A. Vom Steuergerät 26 wird ein Steuersignal über die Leitung 30 der Stromquelle 18 zugeleitet, wodurch die Spule 16 am Film 12 das Magnetfeld Hy. hervorruft, das senkrecht zur Ebene des Filmes 12 gerichtet ist und eine solche Stärke aufweist, daß die beeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes 12 in einen magnetischen Zustand zur Übertragung der roten Farbe gelangen.

B. Ferner wird vom Steuergerät 26 ein Zeitgabesignal über eine Leitung 34 dem CO₂-Laser 20 zugeführt, während zugleich über die Klemme 28 ein Schreibsteuersignal für Rot in den CO>Laser 20 und ein Steuersignal für die Abtastung des Rasters über eine Leitung 32 in den Ablenker 24 eintreten.

C. Vom Schreibsteuersignal für Rot (F i g. 3) wird der abgelenkte Su aiii 22a liTipüisiüfrriig gcffiäcnt, wenn er bei der Abtastung die erste Zeile in der X-Richtung durchläuft, während des Zeilensprunges um die Breite einer einzigen Zeile in der V-Richtung nach unten verschoben wird und dann durch N aufeinanderfolgende Zeilen ge^führt wird, bis die zweidimensionale, also ebene Stirnfläche des Filmes 12 räumlich vom Strahl 22a abgetastet ist; dies wird durch das Schreibsteuersignal für Rot an der Klemme 28 und das Steuersignal für die Abtastung des Rasters in der Leitung 32 festgelegt. Während der Abtastung aller N Zeilen wird das Steuersignal für das Magnetfeld H-j- ununterhrochen über die Leitung 30 an d'e Stromquelle 18 herangebracht. Am Ende dieser Abtastung zum Aufzeichnen der roten Farbe wird das Magnetfeld H-j- unterdrückt und der Lichtstrahl 22 ausgeschaltet; den Film 12 läßt man abkühlen, wobei die Magnetisierung der beeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes 12 die Übertragung von Rot ermöglicht.

D. Vom Steuergerät 26 wird über die Leitung 30 der Stromquelle 18 das Farbinformationssignal für Blau zugeleitet, wodurch die Spule 16 am Film 12 das Magnetfeld H-j- orthogonal zur Ebene des Filmes 12 von solcher Stärke aufbaut, daß die beeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes 12 die Übertragung von Blau ermöglichen.

E. Aus dem Steuergerät 26 wird über die Leitung 34 ein Zeitvorgabesignal an den CGvLaser abgegeben, während zugleich ein Schreibsteuersignal für Blau über die Klemme 28 an den CO:-Laser 20 und ein Steuersignal zur Abtastung des Rasters über die Leitung 32 an den Ablenker 24 herangebracht werden.

F. Vom Schreibsteuersignal für Blau (F i g. 3) wird der abgelenkte Strahl 22a impuisförmig gemacht, wenn er bei der Abtastung der ersten Zeile in die -Y-Richtung gelenkt wird, während des Rücksprunges um eine Zeilenbreite nach unten in der V-Richtung verschoben wird und dann bei der weiteren Abtastung alle /V aufeinanderfolgenden Zeilen durchläuft, bis die gesamte zweidimensiona-Ie, ebene Stirnfläche des Filmes 12 räumlich dem impulsförmigen Strahl 22a ausgesetzt ist. wie durch das Schreibsteuersignal für Blau an der Klemme 28 und das Steuersigna! zum Abtasten des Rasters in der Leitung 32 festgelegt wird. Während aller Abtastungen der N Zeilen liegt das Farbinformationssignal für Blau ständig an der Leitung 30 und damit an der Stromquelle 18, die das Magnetfeld Hy aufbaut. Am Ende der Abtastung der N Zeilen wird das Magnetfeld A/_ weggenommen und der Lichtstrahl 22 unterbrochen: den Film 12 läßt man abkühlen, so daß die Magnetisierung der beeinfluß-

ten örtlichen Bereiche des Filmes 12 die Übertragung von Blau ermöglicht.

G. Vom Steuergerät 26 wird auf die Leitung 30 ein Farbinformationssignal für Grün gelegt, wodurch von der Stromquelle 18 über die Spule 16 am Film

ίο 12 senkrecht zu dessen Ebene das Magnetfeld Hy

von solcher Stärke aufgebaut wird, daß die beeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes 12 die Übertragung von Grün ermöglichen.

H. Vom Steuergerät 26 wird über die Leitung 34 dem CO2-Liiser 20 ein Zeitvorgabesignal zugeführt, während zugleich an den CO>-Laser 20 über die Klemme 28 ein Sclireibsteuersignal für Grün und Über Hip Leitung 32 an den Ablenker 24 ein Steuersignal für die Abtastung des Rasters angelegt werden.

I. Das Schreibsteuersignal für Grün (Fig. 3) macht den Strahl 22a impuisförmig, wenn er zur Abtastung der ersten Zeile in der X-Richtung längs dieser geführt, während des Rücksprunges um eine Zeilenbreite in der V-Richtung nach unten versetzt und dann bei der weiteren Abtastung durch alle N K^teinanderfolgenden Zeilen hindurch gelenkt wird, bis die zweidimensionale, ebene Stirnfläche des Filmes 12 räumlich dem Strahl 22a völlig ausgesetzt ist, wie durch das Schreibsteuersignal an der Klemme 28 für Grün und durch das Steuersignal zur Abtastung des Rasters in der Leitung 32 festgelegt wird. Bei der Abtastung all dieser NZeilen liegt das Farbinformationssignal für Grün ständig an der Leitung 30 und damit an der Stromquelle 18 an. Am Ende dieser Abtastung wird das Magnetfeld Hy abgeschaltet und der Lichtstrahl 22 unterdrückt: den Film 12 läßt man abkühlen, wodurch die Magnetisierung der bpeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes 12 die Übertragung ermöglicht.

J. Das Steuergerät 26 bringt über die Leitung 30 ein Farbinformationssignal für Schwarz an die Stromquelle 18 heran, wodurch die Wicklung 16 am Film

■»5 12 orthogonal zu diesem das Magnetfeld Hy von

solcher Stärke hervorruft, daß die beeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes 12 die Übertragung jeglichen Lichtes unmöglich machen können.

K. Vom Steuergerät 26 wird über die Leitung 34 dem CGvLaser 20 ein Zeitvorgabesignal zu_oeleitet.

während zugleich dem CGvLaser 20 über die Klemme 28 ein Schreibsteuersignal für Schwarz und dem Ablenker 24 über die Leitung 32 ein Steuersignal zur Abtastung des Rasters zugeführt werden.

L Vom Schreibsteuersignal für Schwarz (F i g. 3) wird der abgelenkte Strahl 22a impuisförmig gemacht, wenn er bei seiner Abtastung in der X-Richtung die erste Zeile durchläuft, während des Rücksprunges um eine Zeilenbreite in der Y- Richtung nach unter, gelenkt und bei den Abtastungen der N aufeinanderfolgenden Zeilen geführt wird, bis die zweidimensionale ebene Stirnfläche des Filmes 12 diesem impulsförmigen Strahl 22a völlig räumlich unterworfen ist, was durch das Schreibsteuersignal für Schwarz an der Klemme 28 und das Steuersignal für die Abtastung des Rasters auf der Leitung 32 festgelegt wird. Während der Abtastung aller N

Zeilen wird das Farbinformationssign;il ständig über die Leitung 30 an der Stromquelle 18 angelegt. Am Schluß der Abtastung für Schwarz wird das Magnetfeld H_n- weggenommen und der Lichtstrahl 22 abgeschaltet, und man läßt den Film 22 abkühlen, wodurch die Magnetisierung der beeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes die Übertragung jeglichen Lichtes unmöglich machen kann. Hiermit wird der Schreibvorgang abgeschlossen, bei dem die beeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes 12 in den zugehörigen magnetischen Zustand gebracht wurden, der die Übertragung von Rot, Blau oder Grün ermöglicht oder die jeglichen Lichtes unmöglich machen kann.

Beim Lesevorgang, also beim Vorführen sendet eine weiße Lichtquelle 38, der über eine Klemme 40 ein Lesesteuersignal zugeführt wird, einen Lichtstrahl 42 aus, der auf einen Polarisator 44 fällt. Von diesem wird der Lichtstrahl z. B. in einer vertikalen Ebene polarisiert, die durch einen Pfeil 46 (Fig.4) angedeutet ist. Der linearpolarisierte weiße Lichtstrahl 42a trifft dann auf den magnetischen Schirm 10 auf, an dem alle örtlichen Bereiche des Filmes 12 die Polarisationsebene de.> Lichtstrahles 42a drehen. Die Polarisationsebene ist dann so weit gedreht, daß der zugehörige Zustand zur Übertragung von Rot, Blau, Grün oder Schwarz wiedergegeben wird, was durch den vorausgegangenen Schreibvorgang bestimmt wurde. Die einzelnen Strahlen, deren Polarisationsebenen somit unterschiedlich gedreht sind, fallen dann auf einen Analysator 48, dessen Polarisationsebene, wie durch einen Pfeil 50 angegeben, um einen Winkel Φ aus der Polarisationsebene des Polarisators 44 herausgedreht ist, die durch den Pfeil 46 angedeutet ist. Beim Winkel Φ = 90° soll sich der Analysator 48 mit dem Polarisator 44 kreuzen. Der Betrachter 52 sieht dann auf dem Analysator 48 ein mehrfarbiges, also zumindest vierfarbiges Bild, in dem die räumliche Verteilung der vier Farben Rot, Blau, Grün und Schwarz der räumlichen Verteilung der magnetischen Zustände entspricht, in denen sich die örtlichen Bereiche des Filmes 12 befinden.

In der F i g. 2 sind schematisch die vier aufgezeichneten Informationszustände Rot. Blau, Grün und Schwarz gezeigt, die je in einmaliger Weise durch die zugehörige Länge des Vektors wiedergegeben sind, um das Aufzeichnen mit Hilfe der Kompensations-Temperatur zu veranschaulichen. Die Magnetisierung M₁₁ in den örtlichen Bereichen des Filmes 12, die die normalisierte Komponente der Magnetisierung parallel zum Lichtweg ist, wird dabei durch die Längen 1.1/2,1/4 und 0 für die vier magnetischen Zustände zur Übertragung der Farben Rot, Blau, Grün und Schwarz angezeigt. Damit wird die räumliche Verteilung der magnetischen Zustände anschaulich gemacht, die von der magnetooptischen Vorrichtung der F i g. 1 erreicht werden kann.

Wenn ein polarisierter Lichtstrahl durch ein magnetisches Material hindurchgeht, wird seine Polarisationsebene gedreht. Der Betrag der Drehung, also der Drehwinkel Φ ist durch das Produkt aus der Dicke Tdes Materials, dem Faraday-Koeffizienten F und der normalisierten Komponente M₁₁ /Mo der parallel zum Lichtweg verlaufenden Magnetisierung bestimmt:

Φ = FTM. IM₀

Wenn ein solches magnetisches Material zwischen annähernd gekreuzten Polarisatoren, also einem Polarisator und einem Analysator angeordnet wird, können durch den Analysator die magnetischen Domänen gesehen werden. An gewöhnlichen magnetischen Materialien mit kleinem Faraday-Koeffizienten erscheinen die magnetischen Domänen als Kontraste bildende helle und dunkle Grauschatten. Es gibt jedoch auch hochwirksame Materialien mit einem großen Verhältnis der Faraday-Rotation zur Absorption, aus denen hochwirksame Vorführgeräte, Modulatoren und Ablenker hergestellt werden können (Fig.5). Insbesondere

ίο hat das Material Rubidiumeisenfluorid im gesamten sichtbaren Bereich eine nahezu vollständige Wirksamkeit, durch die Anwendungen und Geräte ermöglicht werden, die mit den bisherigen Materialien, z. B. den Eisen-Nickel-Legierungen mit 36 bis 81% Nickel von hoher magnetischer Suszeptibilität bei geringen Feldstärken und niedrigem Hysterese-Verlust nicht in Betracht kommen, weil deren Wirksamkeit nur ein Tausendstel eines Prozentes (0,001%) beträgt. Da mit der weiter gehenden Forschung diese Materialien noch verbessert werden können, wird die Anwendung dieser Geräte noch attraktiver.

Wenn die magnetischen Domänen eines Wismut-substituierten Eisengranates (also eines Materials mit einer hohen Faraday-Wirksamkeit) unter einem polarisierenden Mikroskop geprüft werden, sind einige magnetische Domänen gelb, andere grün, weitere rot und schließlich auch einige schwarz. Durch eine Rotation des Analysators können die Farben verschoben werden. Eine Erklärung, wie die Faraday-Rotation aus einem

JO Strahl weißen Lichtes Farben hervorruft, sei in Verbindung mit der F i g. 6 erläutert, die die Faraday-Rotation eines magnetischen Filmes aus Rubidiumeisenfluorid (RbFeF3) in Grad/cm als Funktion der Wellenlänge des Lichtes in λ zeigt, wobei größere Wellenlängen einen kleineren Faraday-Koeffizienten als kürzere Wellenlängen einen kleineren Faraday-Kocffizicntcn als kürzere Wellenlängen aufweisen. Diese Dispersion, also die Differenz der Faraday-Koeffizienten als Funktion der Wellenlänge ist für die

■to magnetischen Materialien ein typsches Merkmal. Bei einigen magnetischen Materialien wechselt der Faraday-Koeffizient mit der Wellenlänge sogar das Vorzeichen. Wegen dieser Dispersion sind die Polarisationswinkel der Lichtstrahlen verschiedener Wellenlänge bei ihrem Austritt aus dem magnetischen Material unterschiedlich. Einige Wellenlängen haben einen Polarisationswinkel, der einen Durchlaß durch den Analysator nicht ermöglicht; diese Wellenlängen werden aus dem den Analysator verlassenden Licht herausgenommen, so daß das weiße Licht in farbiges Licht umgewandelt wird. Gemäß der Gleichung (1) ist der Drehwinkel θ der Polarisation derjenigen Komponente der Magnetisierung proportional, die zur Filmebene senkrecht steht Bei einer Zunahme dieser Komponente M_M wird für

alle Wellenlängen die Größe der Rotation der Polarisation gesteigert. Da jedoch der Faraday-Koeffizient F von der Wellenlänge abhängig ist, nimmt die Rotation der Polarisation für die verschiedenen Wellenlängen in unterschiedlichem Maße zu. Bei einem Wert der Komponente M₀ sind die Rotationen dann derart, daß nur grünes Licht durch den Analysator hindurchgeht, während bei einem anderen Wert nur blaues Licht, bei einem dritten Wert nur rotes Licht und schließlich bei einem vierten Wert gar kein Licht mehr durch den Analysator hindurchgelassen wird. Auf diese Weise erscheinen die verschiedenen Bereiche des magnetischen Materials entsprechend dem unterschiedlichen Wert der Komponente M₁₁ in mehreren Farben.

ι;; is

Mit Hilfe einer Vorrichtung, die diese verschiedenen Werte der Komponente M₁₁ in die gewünschten Bereiche des Filmes einbringt, können vierfarbige Bilder vorgeführt werden.

A = AoC\^r θ (2)

worin A die Amplitude ist, deren Quadrat die Intensität / ist:

/=/oCOs20 (3)

Wenn die Gleichung (3) mit der Gleichung (1) kombiniert wird, ergibt sich die Gleichung (4):

)=Io(X) Co^[F(X)TM₁₁ /M₀]
Beispiel 1

Die drei Wellenlängen Ai, A2 und Xy entsprechen den Farben Rot, Grün und Blau. Unter der Annahme von drei Faraday-Koeffizienten Fi, F₂ und Fj soll der Karaday-Koeffizient Ft doppelt so groß und der Faraday-Koeffizient Fi viermal so groß wie der Faraday-Koeffizient Fi sein. Die Dicke Tdes Filmes sei derart gewählt, daß das Produkt Fi · 7=90° wird. Die Polarisationsebene des Analysators sei unter dem Winkel Φ = 67,5° aus der Polarisationsebene des Polarisators herausgedreht, also um 22,5° von der Löschung entfernt (Fig. 4).

Farbe 1 (Schwarz):

Wenn der Film in seiner Ebene magnetisiert wird, ist die Komponente M₁₁ =0, und die Polarisationsebene des Lichtes wird nicht gedreht. Wenn das in den Analysator eintretende Licht für alle Wellenlängen die Intensität /0 besitzt, verfügt es bei allen drei Wellenlängen nach seinem Austritt aus dem Analysator noch über die Intensität von 0,14 In-

Farbe 2 (Blau):

Wenn der Film derart magnetisiert wird, daß die Komponente M„ =1/4 Mo beträgt, wird das blaue Licht um 90°. das grüne Licht um 45° und das rote Licht um 22,5° gedreht. Aus dem Analysator treten das blaue Licht mit einer Intensität /β=0,86 /ο, das grüne Licht mit einer Intensität von /c=0,14 /0 und das rote Licht mit einer Intensität /« = 0aus.

Farbe 3 (Grün):

Bei einer Magnetisierung des Filmes in der Weise, daß die Komponente M₁₁ = 1/2 Mo ist, wird das blaue Licht um 180°, das grüne um 90° und das rote um 45° gedreht. Beim Verlassen des Analysators beträgt die Intensität des blauen Lichtes /ß=0,14 /0, die des grünen Lichtes /c=0,86 /0 und die des roten Lichtes /«=0,14 /0.

Farbe 4 (Rot):

Wenn die Magnetisierung des Filmes so vorgenommen wird, daß die Komponente Mo_M = Mo ist wird das blaue Licht um 360°, das grüne Licht um 180° und das rote Licht um 90° gedreht. Aus dem Analysator tritt dann das blaue Licht mit der Intensität /ß=0,14 /0, das grüne mit der Intensität /_c=0,14 I₀ und das rote Licht mit der Intensität Ir=0,86 /0 aus.

Beispiel 2

Der Analysator möge so orientiert sein, daß der Winkel Φ=60° gegenüber der Polarisationsebene des Polarisators beträgt Die drei Wellenlängen Ai₁A₂ und X₃ für Rot Grün und Blau seien so gewählt daß sich ihre entsprechenden Faraday-Koeffizienten wie 5:11 :17 beziehen, als;/F, = 3,4 Fi und F₂ = 2,2 F, sind. Die Dicke T des Filmes sei derart gewählt, daß das Produkt Fi T= 150 beträgt.

Farbe 1 (Schwarz):

Bei der Sättigung des Filmes, wenn also die Komponente M₁₁ =Mo ist, ist die Wellenlänge Ai um 330° und die Wellenlänge λ, um 510° gedreht. Da die Polarisationsebene des Analysators um 60° aus der ίο Polarisationsebene des Polarisators herausgedreht ist und 150°-60° = 90°, 330° - 60° = 270° = 3,90° und 510°-60° = 450° = 5,90° sind, werden alle drei Wellenlängen Ai, A₂ und Aj vollständig ausgelöscht.

_|5 Farbe 2 (Blau):

Bei einer solchen Magnetisierung, daß die Komponente M_# = —0,1889 Ma beträgt (wobei das Voizeichen — die entgegengesetzte Richtung zur Farbe 1 bedeutet), wird die Wellenlänge Ai um -28,33°, die Wellenlänge A₂ um —62,30° und die Wellenlänge A₃ um -96,33° gedreht. Die Intensität des den Analysator verlassenden roten Lichtes ist 0,008 I₀. die des grünen Lichtes -0,286 I₀ und die des blauen Lichtes 0,839 I_n beim Verlassen des Analysators.

Farbe 3 (Grün):

Bei dieser Magnetisierung des Filmes ist die Komponente M„ = -0,32 M₀. Die drei Wellenlängen werden dann in der folgenden Weise gedreht, nämlich Ai um -48°, A₂ um -105,6° und A₃ um -181,3°. Beim Verlassen des Analysators hat das rote Licht die Intensität /« = 0,242 I₀, das grüne Licht die Intensität /_c=0,938 /o und das blaue Licht die Intensität /_fl = 0.23 I₀.

Farbe 4 (Rot):

Der Film wird so magnetisiert, daß die Komponente M₁₁ = —0,75 /Wo wird. Die weiieniänge Ai wird um 106,5°. die Wellenlänge A₂ um -234,3° und die Wellenlänge Aj um -362,1° gedreht. Beim Austritt aus dem Analysator ist die Intensität des roten Lichtes /« = 0,945 /o, die des grünen Lichtes /_c = 0,169 I₀ und die des blauen Lichtes I_B=0,219 I₀.

Bei einer geringen Preisgabe an Qualität kann man auch für die rote Farbe des Beispiels 2 die Komponente M_u =036 Mb und für Schwarz die Komponente M_# =0,19 Mo wählen. Somit ist ein weiter Bereich an Dispersions-Eigentümlichkeiten akzeptabel. Die Farben entsprechend den obigen Werten ermöglichen die Anwendung eines Kristalls, also des magnetischen Filmes 12 von nur 40% der Dicke, die im Beispiel 2 erforderlich wäre, sowie die Verwendung eines stärker absorbierenden Materials.

Bei einer weiteren Ausführungsform eines vierfarbigen magneto-optischen Vorführsystems erfolgt an der Stelle der thermomagnetischen Aufzeichnung eine Projektion unter Ausnutzung beweglicher Blasendomänen. Gemäß der Fig.7 wird von einer weißen Lichtquelle 72 ein Lichtstrahl 70 durch einen Polarisator 74 auf eine mehrschichtige magnetische Speicherebene 76 mit Blasendomänen geworfen, in der zwei magnetische Filme durch einen nichtmagnetischen Film voneinander getrennt sind. Nach seiner Polarisation läuft der Lichtstrahl 70 durch einen nichtgekreuzten Analysator 78 und einen Projektor 80 hindurch, der das t>5 Bild der Speicherebene 76 auf einen Schirm 82 wirft Von den beiden magnetischen Filmen der Speicherebene 76 werden die Blasendomänen festgehalten, die sowohl voneinander in den beiden Filmen unabhänsris

sein können als auch übereinander angeordnet werden (Fig. 8). Die beiden Filme haben eine unterschiedliche licke, damit das polarisierte Licht, das den von der Blase definierten, örtlichen Bereich durchsetzt, je nach deren Vorhandensein oder Fehlen einer Drehung seines Polarisationswinkels um einen von vier unterschiedlichen Werten unterliegt. Nachdem der weiße, polarisierte Lichtstrahl 70 durch einen gegebenen Bereich der Speicherebene 76 und durch den Analysator 78 hindurchgegangen ist, sind die Teilstrahlen, die nunmehr zu einem farbigen Lichtstrahl 84 gehören, in A.bhängigkeit von den Zuständen der Blase im betreffenden Bereich entweder grün, schwarz, rot oder gelb.

Der Vorteil eirer Anwendung der Blasen ist darin zu erblicken, daß diese in der Speicherebene 76 seriell von einem örtlichen Bereich zum nächsten fortgepflanzt werden können. Die Spur eines bekannten Musters kann derart gestaltet sein, daß sich für ein Vorführsystem ein Blasenraster ergibt. Mit Hilfe eines ßiasengenerators werden die Blasen an der einen Ecke des Musters in die Speicherebene 76 eingeschrieben. Dieser Blasengenerator schreibt beliebige Blasenkombinationen (Fig.8). Gemeinsam mit passenden Treibfeldern werden die Blasen des Musters längs dem von der Spur definierten Raster zum nächsten Muster fortgepflanzt, und es werden dabei neue Blasen an der Schreibstation eingeschrieben. Es wird also jede Blase von einem Muster zum nächsten bewegt, und eine dritte Blase wird eingeschrieben. Auf diese Weise wird das gesamte Raster gefüllt. Am Ende des Rasters ist ein Löschgerät angeordnet, von dem unerwünschte Blasen verdrängt werden, wenn ein neuer Satz Blasen in das Raster eingeschrieben wird. Die Muster (oder sonstigen Fortpflanzungselemente) können zur Steigerung der optischen Wirksamkeit der Speicherebene 76 durch Ionenätzung ausgebildet sein, die man den Nickel-Eisen-Legierungeit ims 36 bi5 öiv'ü Nickel von hoher magnetischer Suszeptibilität bei geringen Feldstärken und niedrigem Hysterese-Verlust vorzieht. Ferner kann der Durchmesser der Blasen vergrößert werden, wenn das zum Strahl senkrechte Feld verringert wird.

In der F i g. 9 ist eine dritte Ausführungsform eines vierfarbigen magneto-optischen Vorführsystems veranschaulicht, bei dem natürliches Licht als Quelle des weißen Lichtes benutzt wird. Am Bildrand ist eine handelsübliche Kathodenstrahlröhre 100 von einem magnetischen Schirm 102 fest verschlossen, der aus einem zusammenhängenden Film 104 aus einem magnetischen Material, z. B. Rubidiumeisenfluorid (RbFeFj) von etwa 1 mm Dicke, einem Polarisator 106 und einem reflektierenden Überzugsfilm 108 z. B. aus Aluminium von etwa 500 Ä Dicke zu einem Stück zusammengesetzt ist. Von einem Elektronenstrahl 110 werden die gewünschten Informationszustände in die örtlichen Bereiche des Filmes 104 durch lokalisiertes Erwärmen und eine thermische Leitung eingeschrieben. Der Überzugsfilm 108 aus Aluminium wirft das weiße Licht 112, vorzugsweise das a'is der Umgebung zurück.

Bei dieser Ausführungsform werden die örtlichen Bereiche des Filmes 104 in die Informationszustände der vier Farben in ähnlicher Weise versetzt, wie in Verbindung mit den Ausführungsformen der F i g. 1 bis 3 erörtert wurde. Lediglich der Polarisator 106 übernimmt die Funktionen sowohl des Polarisators 44 als auch des Anaiysators 48 (F i g. i), damit die vier Farben entsprechend der räumlichen Verteilung der Informationszustände der örtlichen Bereiche des Filmes 104 auf dem magnetischen Schirm 102 räumlich verteilt werden« Gemäß der F i g. 9 ist die Rückseite des magneto-optischen Filmes 104 mit dem reflektierenden Überzugsfilm 108 aus Aluminium und die Vorderseite durch das als Polarisator 106 wirksame Blatt bedeckt, das zusätzlich als Analysator wirksam ist. Das Licht 112 aus c^m Rt.um trit* durch den Polarisator 106 ein und wird dabei polarisiert. Sobald das polarisierte Licht durch <Jas magneto-optische Material durchgeht, wird seine Polarisationsrichtung gedreht. Danach wird es vom

ίο reflektierenden Überzugsfilm 108 zurückgeworfen und geht nochmals durch das magneto-optische Material hindurch, in dem seine Polarisationsrichtung erneut in derselben Richtung wie zuvor gedreht wird. Der Anteil des Lichtes, der durch das als Polarisator und

is Analysator wirksame Blatt 106 hindurchfällt, erreicht das Auge des Betrachters. Falls die Totalreflexion einer speziellen Wellenlänge A des Lichtes 0° oder ein ganzzahliges Vielfaches von 180° beträgt, geht das gesamte Licht dieser Wellenlänge hindurch. Im Kalie, daß die Rotation einer bestimmten Wellenlänge 90° oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon beträgt, wird alles Licht dieser Wellenlänge unterdrückt. Da das magneto-optische Material einen Faraday-Koeffizienten F aufweist, der sich gemäß der Fig. 6 mit der Wellenlänge des Lichtes ändert, werden einige Wellenlängen durch den Analysator hindurchgelassen und andere absorbiert, wodurch sich das weiße Licht in farbiges umwandelt. Mit der Änderung des magnetischen Zustandes des magneto-optischen Materials ändert sich auch die Farbe, wie bereits erläutert wurde.

Wie bereits in Verbindung mit den Beispielen 1 und 2

dargelegt wurde, folgt die Amplitude des. Lichtes einer

gegebenen Wellenlänge A mit einem Poiarijationswinkel θ bezüglich des Anaiysators, aus dem es· justritt, der

Gleichung (2), und gemäß der Gleichung.^· ist seine Intensität das Quadrat der Amplitude Ä. Die Kombination der Gleichungen (i) und (3) ergibt die folgende Gleichung (5):

IMc]
Beispiel 3

Das Licht aus der Umgebung sei aus drei Wel'^nlängenAi,A₂undA₃entsprechendden Farben Rot, Grün und Blau zusammengesetzt. Ferner soll der Faraday-Koeffizient F₂ für die Wellenlänge der Farbe Grün dreimal so groß wie der Faraday-Koeffizient Fi für Rot und der Faraday-Koeffizient Fj für Blau fünfmal größer als der Faraday-Koeffizient Fi für Rot sein. Die Dicke Γ des magneto-optischen Materials sei so gewählt, daß bei einer Sättigung in der senkrechten Richtung die totale Faraday-Rotation 0 = 90° für die rote Wellenlänge A, betragen soll.

Farbe 1 (Schwarz):

Das magneto-optische Material wird in der senkrechten Richtung gesättigt, so daß die Komponente M =Mo ist. Dann sind die Produkte 2F|T=90°, 2F₂T= 270° und 2F₃r=450°. All diese Faraday-Rotationen sind ungeradzahlige Vielfache von 90°, und auf Grund der Gleichung (5) sind die Intensitäten aller austretenden Wellenlängen A,, A₂ und A₃ sämtlich Null. Die vorgeführte Farbe ist also Schwarz.

Farbe 2 (Blau):

Das magneto-optische Material wird einem magnetischen Zustand unterworfen, bei dem die Komponente M =0^ Af₀ ist Dann seien die Produkte 2Fi 7=81°, 2F₂T= 243° und 2F₃T= 405°, und aus der Gleichung (5)

ergeben sich die Intensitäten: Ir= 0,02a I₀. /g=0,206 /₀ und /_s= 0,50 /ο.

Farbe 3 (Grün):

Der magnetische Zustand des magneto-optischen Materials sei derart eingestellt, daß die Komponente M„ =0,667 M₀ ist Wenn die Produkte 2F₁T= 60°, 2F₂T= 180° und 2F₃T=SOO⁰ sind, ergeben sich aus der Gleichung (5) die Intensitäten: /r=0,25 I₀, Ic=UOO I₀ und Ib=025 Iq.

Farbe 4 (Rot):

Das magneto-optische Material sei in einen Zustand gebracht, in dem die Komponente M₀ =0,2444 Mo isL Falls die Produkte 2F₁7=22°', 2F₂T= 66° und "5 2F}T=\'0° sind, errechnen sich die Intensitäten: /«=0,86 Io, /c=0,165 I₀ und /_ß=0,117 I₀ aus der Gleichung (5).

Zusammenfassend gesehen, wird ein energiereicher

Strahl auf einen magnetischen Schirm geworfen, während zugleich ein hinsichtlich der Intensität moduliertes Magnetfeld senkrecht zur Oberfläche des Schirmes verläuft Infolge der Wärmewirkung des energiereichen Strahles, die mit der magnetischen Orientierung des hinsichtlich der intensität modulierten Magnetfeldes kombiniert wird, entstehen örtliche Bereiche von unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften auf der ebenen Oberfläche des magnetischen Schirmes. Anschließend wird ein polarisierter Strahl weißen Lichtes, der den magnetischen Schirm durchsetzt, während des Durchganges durch diese örtlichen Bereiche entsprechend der jeweiligen Wellenlänge verschieden gedreht. Die von den unterschiedlich drehenden Bereichen ausgebildeten Teilstrahlen gehen dann durch einen nichtgekreuzten Analysator hindurch und erscheinen in einer mehrfarbigen Projektion auf dem magnetischen Schirm.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Speichern und Wiedergeben von Farbinformationen mit einem magnetischen Schirm zur Aufzeichnung, der zumindest einen Film aus einem magneto-optischen Material aufweist dessen Faraday-Koeffizient von der Wellenlänge des bei der Wiedergabe durch ihn hindurchgehenden Lichtes abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß kleinen örtlichen Bereichen (Domänen) des Speichermediums (Film 12; 76; 104) eine von zumindest drei zum Weg des einfallenden Lichtes (42a; 70; 112) parallelen Magnetisierungen (M₁₁) aufprägbar ist, deren Größen sich so weit unterscheiden, daß das einfallende weiße, linearpolarisierte Licht (42a; 70) nach seinem Durchgang durch den Bereich (Domäne) und einen nachgeschalteten Analysai^r (48; 78; 106), dessen Polarisationsebene (50) gegenüber der Polarisationsebene (46) des einfallenden Lichtes (42a; 70) um einen Winkel (Φ) gedreht ist, als Licht in einer von drei Farben austritt oder gelöscht wird.

2. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (10) von einer Spule (16) mit mehreren Windungen umgeben ist, weiche ein Magnetfeld (H₇.) senkrecht zum Film (12) erzeugt, und daß zur Oberführung der örtlichen Bereiche des Filmes (12) in einen der magnetischen Zustände ein Strahl (22a) aus einem Laser (20) von einem Lichtablenker (24) in einem Fernsehraster über den Film (12> hinwtgführbar ist, wobei das Magnetfeld (H₇.) einv. von zumindest drei Intensitäten aufweist.

3. Vorrichtung nach dem Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (102) von einer Spule mit mehreren Windungen umgeben ist, welche ein Magnetfeld (H₇.) senkrecht zum Film (104) in einer von zumindest drei Intensitäten erzeugt, und daß zur Überführung der örtlichen Bereiche in einen der magnetischen Zustände ein Kathodenstrahl (110) in einem Fernsehraster über den Film (ϊ04) hinwcgführbar ist.

4. Vorrichtung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (102) die Stirnfläche einer Kathodenstrahlröhre (100) bildet und aus der Kombination eines Polarisators und Analysators (106), aus dem magneto-optischen Film (104) und aus einem reflektierenden, für den Kathodenstrahl (110> durchlässigen Überzugsfilm (108) zusammengesetzt ist.

5. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm zwei magneto-optische Filme (76) enthält, in die Blasendomänen in einem solchen Muster einführbar sind, daß in dem jeweiligen örtlichen Bereich durch das Vorhandensein oder Fehlen einer Blasendomäne in dem einen und'oder anderen Film (76) einer von vier magnetischen Zuständen hersteilbar ist.

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