DE1524795B2 - Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden auslesen von magnetisch gespeicherten informationen - Google Patents

Description

nicht möglich, da eine noch so geringe Verschiebung des Lichtstrahles bedeutet, daß die ausgelesenen Daten nicht mehr synchron mit der übergeordneten Steuerung und daher falsch sind. Solche geringen Verschiebungen des Strahlenganges können nicht vermieden werden. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit der magnetisch mit hoher Dichte gespeicherte, digitale Informationen mit Hilfe des Faraday-Effektes nacheinander ausgelesen werden können. Diese Aufgabe wird bei der anfangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ebenen der dünnen ferromagnetischen Schicht und des Informationsträgers gegeneinander geneigt sind.

Da, wie leicht zu ersehen, die den Film beeinflussende Magnetisierung unabhängig von der Geschwindigkeit des Aufzeichnungsmediums ist, ist das von dem Lichtdetektor abgegebene Signal ebenfalls unabhängig von einer solchen Bewegung. Daher kann auch eine statische Anzeige des Zustandes der abgetasteten Bereiche des Speichermediums erfolgen, andererseits ist aber auch eine dynamische Abtastung entlang einer Spur des Aufzeichnungsmediums möglich, wie dies bisher z. B. bei der Benutzung des Hall-Effektes zum Auslesen von magnetisch gespeicherten Informationen der Fall ist.

Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung besitzt ein hohes Auflösungsvermögen der elektrischen Reproduktion von magnetisch gespeicherten Signalen, ohne daß hierzu eine komplizierte Lichtfokussierung nötig wäre; auch sind keine besonderen Maßnahmen erforderlich, um Störungen zwischen reflektiertem und durchlassenem Licht zu verhindern. Es sei angemerkt, daß der Faraday-Effekt eine höhere Empfindlichkeit besitzt, als dies für den Kerr-Effekt der Fall ist. Daher sind die erhaltenen Signale leichter zu verarbeiten, wodurch eine höhere Wiedergabetreue als bei der Benutzung des Kerr-Effektes erhalten werden kann.

Die Vorrichtung ähnelt in ihrer Anwendung in gewisser Hinsicht ziemlich stark den bekannten mit Magnetköpfen arbeitenden Reproduktionsvorrichtungen, welchen eine induktive Kopplung zwischen dem Magnetkopf und dem Speichermedium zugrunde liegt. Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann daher relativ einfach bei der Reproduzierung von magnetbandgespeicherten Informationen benutzt werden, die in konventioneller Weise erstellt wurden; beispielsweise zur Reproduzierung käuflich erhältlicher Magnetbänder.

Es sei weiterhin erwähnt, daß durch Ausrüstung herkömmlicher Wiedergabegeräte mit dem Umsetzer nach der vorliegenden Erfindung sich eine Verbesserung sowohl der Wiedergabequalität als auch des Auflösungsvermögens im Vergleich zu dem Ursprungliehen Wiedergabegerät erzielen läßt und daß bei einer derartigen Umrüstung nur geringfügige Teile des ursprünglichen Gerätes unbrauchbar sind und keine weitere Verwendung finden.

Die schematisch in F i g. 1 skizzierte Wandlervorrichtung nach der Erfindung weist zunächst eine Abfühlvorrichtung für magnetische Tonaufzeichnungen auf, welche aus einem transparenten, magnetisch permeablen Film 1 besteht, der auf einem geeigneten Substrat IA aus Glas oder aus Quarz oder auf einem anderen transparenten nichtmagnetischen Material aufgebracht ist. Der Film 1 besteht aus einem magnetisch empfindlichen Material, beispielsweise aus Permaloy (80% Ni und 20% Fe). Am Eingang und Ausgang des Strahlenganges sind die Prismen 2 und 3 mit Polarisationswirkung vorgesehen, die beiderseits des Films 1 bzw. des diesen tragenden Substrats IA angeordnet sind.

Von einer Lichtquelle 5 wird monochromatisches paralleles Licht geliefert, welches das Substrat sowie das auf diesen aufgebrachten Film normal zur Filmebene durchstrahlt. Dieses Licht fällt weiter auf einen Empfänger, der aus einer Photozelle, einer Photodiode oder einen Phototransistor besteht. Es dürfte sich verstehen, daß für viele Anwendungen auch Spiegel an Stelle der Prismen benutzt werden, können. Das Licht 4 fällt unter einem Winkel von etwa 56° auf das Prisma 2 auf, wobei dieser Winkel mit der Normalen zur Prismenoberfläche gebildet wird. Dieser Winkel wird manchmal auch Brewster-Winkel genannt. Das das Prima 2 verlassende Licht 7 ist daher in eindeutiger Weise linear polarisiert und durchläuft den tranparenten Film 1, in welchem er eine zusätzliche Polarisation infolge des Faraday-Effektes erfährt, was immer dann geschieht, wenn die Kante 8 des Filmes sich in unmittelbarer Nähe der Oberfläche eines magnetischen Speichermediums befindet, beispielsweise in der Nähe der Oberfläche des Magnetbandes 10. Das Licht trifft weiterhin auf das Prisma 3 auf, und zwar wiederum unter dem' Brewster-Winkel. Der auffallende polarisierte Lichtstrahl 11 wird daher durch das Prisma mehr oder weniger reflektiert oder absorbiert, was von dem jeweiligen Grad der Drehung des Polarisationsvektors aus der Einfallsebene abhängt. Die rückwärtige Oberfläche 12 des Prismas 3 kann mit einer lichtabsorbierenden schwarzen Farbe behandelt werden, um etwa durchgelassenes Licht unschädlich zu machen.

Befindet sich die Kante des Films 1 in der Nähe einer Umkehrstelle des magnetischen Flusses, z.B. einer Bitgrenze auf dem Magnetband 10, so wird ein Teilbereich des Films 1 nicht linear in die magnetische Sättigung getrieben, was dem einen oder dem anderen stabilen Zustand der Hysteresekurve entspricht. Welcher Zustand wirklich realisiert wird, hängt von der auf dem Magnetband vorliegenden magnetischen Polarität ab. Wie näher in der F i g. 3 dargestellt, erfährt das den Film durchsetzende Licht infolge des Faraday-Effektes eine Drehung seines PolarisationsvektorsPV in einer Richtung—/? oder in der entgegengesetzten Richtung +R in Abhängigkeit von der auf dem Film vorliegenden magnetischen Polarität. Aus dem Vorstehenden geht unmittelbar hervor, daß eine Photozelle, die ohne besondere zusätzliche Justiermaßnahmen bei 6 angebracht ist, gleiche Anzeigen für beide Vektoren +R und —R liefert, da beide Vektoren die gleiche absolute Verschiebung relativ zur Einfallsebene des Prismas 3 besitzen, die ihrerseits der Zeichenebene entspricht (F i g. 1).

Es ist daher nötig, die relativen Lagen der +R- und —Ä-Verschiebungen zu modifizieren, was dadurch geschieht, daß eine zusätzliche konstante Drehung des Polarisationsvektors oder der Einfallsebene oder beider eingeführt wird. Eine solche Drehung sollte von ausreichender Größe sein, damit sowohl die +R- als auch —R-Vektoren in dem gleichen über 90° reichenden Drehungsbereich relativ zur Einfallsebene erscheinen. Hierdurch wird sichergestellt, daß die photoelektrische Anzeige lediglich dem im Film 1 bewirkten Faraday-Effekt pro-

portional ist. Nach Wunsch kann die Bedeckung der rückwärtigen Oberfläche 12 des Prismas 3 entfernt werden, und ein weiterer, nicht gezeigter Lichtdetektor kann zur Registrierung des durch das Prisma 3 hindurchgelassenen Lichtes 13 A benutzt werden. In diesem Falle kann die Differenz zwischen den elektrischen Ausgängen des Lichtdetektors 6 und des nicht gezeigten Detektors als elektrisches Äquivalent für die auf dem Magnetband 10 gespeicherte Information zugrunde gelegt werden.

Auf Grund des Hystereseeffektes tendiert der Film 1 dahin, seinen magnetischen Zustand beizubehalten, während die Kante an Punkten der Flußumkehr auf dem Magnetband vorbeiläuft oder während kurzzeitig der magnetische Fluß stationär gehalten wird. Infolgedessen ist das erhaltene elektrische Signal unabhängig von der Geschwindigkeit der Bewegung des Magnetbandes 10 und gleichfalls weitgehend unabhängig von der Flußumkehrdichte auf dem Magnetband.

Es wurde abgeschätzt, daß bei dem heutigen Stand der Technik der Aufbringung dünner Schichten und der verfügbaren Lichtdetektoren Speicherdichten von einer 400 000 Bits/cm mit Hilfe einer Anordnung nach F i g. 1 hinreichend aufgelöst und reproduzierbar abgetastet werden können.

Ein Verfahren, welches dazu benutzt werden kann, den Polarisationsvektor PV in eine geeignete relative Orientierung zu drehen, besteht darin, das Prisma 3 um eine vertikale Achse 4 zu drehen oder eine äquivalente Konstruktion des Prismas zu wählen, derart, daß das Licht, das durch die Information auf dem Magnetband in einem Drehsinn +R polarisiert wurde, die Photozelle 6 nur geringfügig beeinflußt, während das Licht, welches in entgegengerichtetem Sinne —R gedreht wurde, die Photozelle 6 sehr viel stärker beeinflußt. Es wurde fesgestellt, daß ein NiFe-FiIm, der beispielsweise eine Dicke von 1500 ÄE aufweist und auf ein Substrat IA aus Glas oder Quarz aufgebracht ist, in der einen oder in der anderen Richtung in die Sättigung magnetisiert werden kann und daß hierzu lediglich eine magnetische Koerzitivkraft in der Größenordnung von etwa .0,5 Oerstedt benötigt wird und daß ein Drehwinkel für das Prisma 3 existiert, bei dem kein Licht an der Stelle der Photozelle 6 empfangen wird bei Vorliegen des einen stabilen Sättigungszustandes des Filmes. Es wurde ferner festgestellt, daß das Licht, welches dem Detektor 6 zugeleitet wird, für den entgegengesetzten Magnetisierungszustand des Filmes einen diskreten und unterschiedlichen Wechsel des von dem Detektor gelieferten Ausgangssignals bewirkt.

Eine Alternative besteht darin, die Konstruktion oder die Orientierung des ersten Prismas 2 zu ändern, um den Polarisationsvektor um einen geeigneten Winkel bezüglich der Einfallsebene des Prismas 3 zu drehen.

Eine weitere Möglichkeit ist in F i g. 6 gezeigt und besteht darin, ein 'A-Wellenlängen-Plättchen 15 in den Lichtweg zu bringen, wodurch eine konstante Drehung des Polarisationsvektors bewirkt wird, so daß bei Vorliegen des einen magnetischen Sättigungszustandes des Films 1, z. B. entsprechend der +/?-Drehung, kein Licht den Detektor 6 erreichen kann. In diesem Falle wird für den entgegengesetzten Zustand des Films 1 entsprechend der Drehung—/? eine diskrete maximale Änderung des Detektorausgangssignals beobachtet werden.

Es versteht sich, daß für einen empfindlichen Film 1 Störungen durch äußere magnetische Streufelder durch eine geeignete Abschirmung verhindert werden sollten, was durch die Bezugsziffer 16 angedeutet ist. Es wurde festgestellt, daß ein intensiverer differentieller Farady-Effekt erzielt wird, wenn der Film 1 in einem anderen als einem rechten Winkel relativ zum einfallenden Licht 7 und zu der Tangente auf die Oberfläche des Magnetbandes 10 angeordnet wird. Zufriedenstellende Resultate können erreicht werden, indem Film 1 mit Substrat IA (Fig. 2) in einem Winkel H von 60 oder 45° gegen die Richtung des durchsetzenden Lichtes 7 orientiert werden. Der Film 1 in F i g. 1 bzw. 1 in F i g. 2 ist empfindlich gegenüber magnetischen Aufzeichnungskomponenten parallel zur Wellenfront des den Film durchsetzenden Lichtes. Ein für den Faraday-Effekt geeignetes Wandlermedium 30, welches empfindlich ist für Komponenten des magnetischen Vektors des Aufzeichnungsmaterials, welche in Richtung der durchsetzenden Lichtstrahlen verlaufen, ist in F i g. 4 gezeigt.

Hierfür geeignetes Material stellen beispielsweise Kristalle aus Gadolinium-Eisen-Granat dar. Zur Zeit verfügbare Granate besitzen eine Dicke von 2,5-10 cm³ und weisen eine Winkeldifferenz in der Größenordnung von 15° des infolge des Fara'day-Effektes polarisierten durchgehenden Lichtes auf. Aufzeichnungsdichten von 400 Bit/cm werden leicht von derartigen Kristallen aufgelöst bzw. reproduzierbar abgefühlt. Da diese Kristalle in keiner Weise nichtlinearen Hystereseeffekten unterliegen, sondern ein breitbandiges Frequenzverhalten aufweisen, so kann die durch den Faraday-Effekt bewirkte Polarisation derartiger Kristalle leicht den Änderungen von linearen magnetischen Aufzeichnungen folgen und diese ohne Verfälschung wiedergeben, d.h. somit Aufgaben erfüllen, wie sie bei der Wiedergabe von Schalleffekten oder auch von Fernsehbildern benötigt werden. Obwohl im allgemeinen das Auflösungsvermögen derartiger Kirstalle nicht so günstig liegt, wie dies für die Filme für die Umsetzung binärer Signale der Fall ist, so können sie doch dort benutzt werden, wo die Filme z. B. wegen ihrer Nichtlinearität unbrauchbar sind.

Zur Verhinderung von Streureflexionen des Lichtes sollten die unteren Oberflächen der Prismen 2 und 3 mit lichtabsorbierender Farbe bedeckt werden.

Wie in F i g. 5 gezeigt, kann ein Mehrspursystem unter Benutzung von Filmen zur Signalumwandlung benutzt werden, wobei jede einzelne Spur etwa der einer Anordnung der F i g. 1 und 2 entspricht.

Hierzu sind auf Glas- oder Quarzunterlagen aufgebrachte streifenförmige ferromagnetische Filme 31, 32, 33 und 34 über den zugehörigen Spuren des Aufzeichnungsträgers bzw. Magnetbandes 31 Λ, 32Λ, 33 A und 34 A angebracht. Die Zwischenräume 315, 32 B und 33 B zwischen den Streifen entsprechen den Spuren 31C, 32 C, 33 C auf dem Aufzeichnungsträger 36 und können zur Unterdrückung von unerwünschtem Übersprechen infolge Reflexion von Streulicht mit schwarzer Farbe bedeckt werden. Die Lichtdetektoren 31£>, 32Z), 33£> und 34D können in passenden Abständen gegenüber dem Ausgangsprisma 38 angeordnet werden, und je nach Bedarf sind auch noch weitere Lichtdetektoren 31E, 32 E, 33 E und 34 zur Aufnahme des das Prisma 38 durchsetzenden Lichtes

zur Differentialdetektion entsprechend der Differenz zwischen den elektrischen Ausgangssignalen D und E vorgesehen. Ein Wellenplättchen 39 wird zur Drehung des Polarisationsvektors innerhalb einer jeden Lichtspur um einen konstanten Betrag benutzt, wie bereits

oben erwähnt wurde. Es ist für den Fachmann klar, daß der Aufzeichnungsträger nicht auf bandförmige Magnetbänder begrenzt ist, sondern daß auch Magnettrommeln oder plastische Bänder benutzt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Auslesen von magnetisch gespeicherten Informationen, bei der ein in einer ersten Polarisationsvorrichtung teilweise polarisierter Lichtstrahlengang durch eine in unmittelbarer Nähe des Informationsträgers angeordnete dünne Schicht eines ferromagnetischen Materials beeinflußt und nach einer weiteren Drehung seines Polarisationsvektors in einer zweiten Polarisationsvorrichtung einem Lichtdetektor zugeführt wird, wobei die gesamte konstante Drehung des Polarisationsvektors so gewählt wird, daß ein erster magnetischer Zustand des Informationsträgers kein oder nur ein geringfügiges, der entgegengesetzte magnetische Zustand des Informationsträgers dahingegen ein starkes elektrisches Ausgangssignal des Lichtdetektors bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der dünnen ferromagnetischen Schicht (1) und des Informationsträgers (10) gegeneinander geneigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der dünnen Schicht und des Informationsträgers (10) um 45 bis 90° gegeneinander geneigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Polarisationsvorrichtung das Umlenk-Prisma (2), als zweite Polarisationsvorrichtung das Umlenk-Prisma (3) vorgesehen ist, an denen der Strahlengang jeweils unter dem Brewster-Winkel reflektiert wird und daß zum Auslesen binärer Informationen der zwischen den reflektierenden Flächen beider Prismen liegende Teil des Strahlenganges eine auf den Träger (IA) aufgebrachte dünne Schicht (1) aus Permalloy in zu dessen Oberfläche normaler, zur Fortbewegungsrichtung des dicht an einer Kante des Films (1) bzw. Träger (IA) vorbeigeführten Informationsträgers paralleler Richtung durchsetzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkung des Strahlenganges mit Hilfe von Spiegeln durchgeführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine konstante zusätzliche Drehung des Polarisationsvektors des Lichtstrahlenganges durch eine Drehung eines oder beider Umlenkprismen realisiert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine konstante zusätzliche Drehung des Polarisationsvektors des Lichtstrahlenganges durch eine spezielle Konstruktion der Umlenkprismen realisiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gedurch gekennzeichnet, daß eine konstante zusätzliche Drehung des Polarisationsvektors des Lichtstrahlenganges durch Einfügung eines Plättchens aus optisch-aktivem Material in den Strahlengang realisiert ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auslesen einer stetigen Information die dünne ferromagnetische Schicht (1) aus Gadolinium-Eisen-Granat besteht.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Auslesen von magnetisch gespeicherten Informationen, bei der ein in einer ersten Polarisatiosvorrichtung teilweise polarisierter Lichtstrahlengang durch eine in unmittelbarer Nähe des Informationsträgers angeordnete dünne Schicht eines ferromagnetischen Materials beeinflußt und nach einer weiteren Drehung seines Polarisationsvektors in einer zweiten Polarisationsvoro richtung einem Lichtdetektor zugeführt wird, wobei die gesamte konstante Drehung des Polarisationsvektors so gewählt wird, daß ein erster magnetischer Zustand des Informationsträgers kein oder nur ein geringfügiges, der entgegengesetzte magnetische Zustand des Informationsträgers dahingegen ein starkes elektrisches Ausgangssignal des Lichtdetektors bewirkt.

Es sind Wandler bekannt, welche Gebrauch machen von der beim Kerr-Effekt auftretenden Lichtpolarisation, wobei das von einer magnetisierten Oberfläche reflektierte Licht zugrunde gelegt wird. Ein Nachteil dieses Vorgehens besteht darin, daß beim Auslesen sehr hoch konzentrierter Informationen der Lichtstrahl sehr genau fokussiert und ausgerichtet werden muß und daß das reflektierte Licht mit großer Präzision auf den Detektor gerichtet werden muß, wenn eine korrekte Reproduktion der magnetisch gespeicherten Information erfolgen soll. Ein Lichtpolarisationseffekt größerer Intensität, der ebenfalls schon zur Reproduktion von magnetisch gespeicherter Information benutzt wurde, ist der Faraday-Effekt.

Dieser Faraday-Effekt bewirkt die Polarisation eines Lichtstrahlenganges, der ein transparentes, aus einer ferromagnetischen Substanz bestehendes Medium in Gegenwart eines magnetischen Feldes durchsetzt. Demgemäß ist ein Verfahren zum Auslesen von magnetisch gespeicherten Informationen bekannt, bei dem ein in einer ersten Polarisationsvorrichtung teilweise polarisierter Lichtstrahlengang auf eine in unmittelbarer Nähe des Informationsträgers angeordnete dünne Schicht eines ferromagnetischen Materials fällt und nach einer weiteren Drehung seines Polarisationsvektors in einer zweiten Polarisationsvorrichtung einem Lichtdetektor zugeführt wird. Die verschiedenen magnetischen Zustände des Informationsträgers bewirken verschieden starke Ausgangssignale des Lichtdetektors. Die ferromagnetische Schicht liegt parallel zu einem größeren Abschnitt des Informationsträgers und enthält somit zur gleichen Zeit eine größere Informationsmenge. Der auf diese Schicht fallende polarisierte Lichtstrahl umfaßt die gesamte Schicht oder einen großen Teil davon, so daß auch das von der Schicht auf den Lichtdetektor geworfene Licht eine größere Informationsmenge enthält. Erst im Lichtdetektor erfolgt durch sequentielle Abtastung eine Selektion der Einzelinformationen. Dies ist jedoch nur dann durchführbar, wenn die nachher wieder zusammengesetzten Einzelinformationen ein sinnvolles Ganzes, beispielsweise ein Bild, ergeben. Eine Verschiebung z. B. des Lichtstrahlenganges hat auf den Auslesevorgang keine Wirkung, da das Bild als Ganzes verschoben und somit wieder richtig erkannt wird. In der digitalen Datenverarbeitung werden jedoch überwiegend nichtredundante oder wenig redundante Informationen gespeichert, die sequentiell aus dem speichernden Medium ausgelesen werden. Mit der bekannten Einrichtung ist ein Auslesen von mit hoher Dichte gespeicherten digitalen Informationen