DE2202252C3

DE2202252C3 - Verfahren und Einrichtung zum optischen Wiederauffinden von Informationen

Info

Publication number: DE2202252C3
Application number: DE2202252A
Authority: DE
Inventors: Akira Kawasaki Ishii (Japan)
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1971-01-20
Filing date: 1972-01-18
Publication date: 1974-04-18
Also published as: US3832698A; DE2202252A1; GB1377302A; NL7200809A; FR2127556A5; JPS5231696B1; DE2202252B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum optischen Wiederauffinden von Information. Sie betrifft eine Einrichtung zum optischen Wiederauffinden von Information unter Verwendung der Holograpl ic und insbesondere eine Einrichtung zum Wiederauffinden von information

202

f.Uj· cine Speichereinrichtung großer Kapazität, welche /J₁^ eine große Menge Information in Form eines HoIo-5' gramrnspeichcrs speichert, wobei der Anpassung oder , iiifsiUbereinstiinmung zwischen einer Abfrageinformaiion ψϊ^ψά der gespeicherten Information auf der Möglich- ,. !^0i&uit beruht, eine Korrelation durch ein Hologramm ■ig$0hi erfassen und die gewünschte information aus einer -|_}Hgrpßen Menge gespeicherter Information wieder auf- <_; einzufinden.

^* Es ist bekannt, die Korrelaüonserfassungsfunktion ; eines Hologramms in praktischen Anwendungsnamen, rZ, B. zur Erkennung eines Musters, Identifizierung eines Buchstaben usw. zu verwenden. Eine Einrichtung zum Wiederauffinden von Information unter Verwendung von Hologrammen kann mit relativ geringen Kosten mit einer wesentlich größeren Kapazität als eine konventionelle Speichereinrichtung unter Verwendung von Magnetbändern, Magnetkernen, Halbleiterelementen usw. hergestellt werden. Entsprechu.d ist ein weites Anwendungsgebiet für das Wiederauffinden von Information betreffend umfangreicher Literaturstellen oder Patentdokumente unter ,-Verwendung der Holographie zu erwarten.

Ganz allgemein ist jedoch der Korrelationsausgang eine analoge Große, so daß die übereinstimmungserfassung zwischen einer Hologrammspeicherinformation und einer Abfrageinformation auf der Grundlage der Messung der Größe des Korrelationsausgangs zu beträchtlichen Schwierigkeiten fühlt. So ist z. B. eine hohe mechanische Genauigkeit ein zwingendes Erfordernis für tatsächlich ausgeführte Vorrichtungen. Bei dieser Sachlage ist, mit Ausnahme des Falls der Wiederauffindung eines bestimmten Musters oder eines bestimmten Buchstabens, in einer konventionellen Einrichtung zum optischen Wiederauffinden mit Hologrammspeichern, basierend auf dem Prinzip der bloßen Messung der Größe des Ubercinstimmungssignals im Ausgang, eine korrekte Koinzidenzerfassung nicht immer gewährleistet.

Ein Beispiel für eine Einrichtung zum Wiederauffinden von Information unter Verwendung von Hologrammen ist in der USA.-Patentschrift 3 572 881 gezeigt. In dieser bekannten Einrichtung werden Hologramme zum Wiederauffinden vorher auf einer fotografischen Platte vorbereitet durch Interferenz zwischen einem durch als Abfrageinformation benutzte Schlüsselworte räumlich modulierten Laserstrahl und einem durch die wieder aufzufindende \ Speicherinformation räumlich modulierten Lascr-

*, strahl. Eine große Zahl solcher Hologramme zum >. Wiederauffinden werden auf einer fotografischen Platte vorbereitet und in einer entsprechenden An- - Ordnung festgelegt. Beim Wiederauffinden der gewünschten Information werden aus den vorher aufgezeichneten Schlüsselworten ausgewählte Schlüsselworte als Abfrageinformation verwendet, und durch Verwendung der Abfrageinformation wir'⁴, ein Laserstrahl räumlich moduliert. Durch Beleuchten der Hologrammspeichergruppe für da3 Wiederauffinden wird die dem ausgewählten Schlüsselwort entspre- bo cbende Speicherinformation reproduziert. Diese bekannte Einrichtung weist einen Nachteil insofern auf, als die Abfrageinformation auf die ursprünglich vorbereiteten Schlüsselwortgruppen beschränkt ist und daher eine breite Anpassungsfähigkeit des Wiederauffindeverfahrens nicht erwartet werden kann. Mit anderen Worten läßt sich keine beliebige Freiheit für die Auswahl von Schiüsselworten erreichen.

Ziel der Erfindung ist es, die genannten Nach'eile bei konventionellen Einrichtungen zum optischen Wiederauffinden von Information unter Verwendung der Holographie zu vermindern. Inabesondere hut die Erfindung das Ziel, eine Einrichtung zum optischen Wiederauffinden von Information zu schulten, bei welcher jede gewünschte Abfrageiiiformation zpm Wiederauffinden der Hologrammspeicherinfcrmalion Verwendet werden kann.

Mit der Erfindung soll eine Einrichtung zum optischen Wiederauffinden von Information geschaffen werden, in welcher die Übereinstimmung zwischen der Abfragcinformation und der Holognimmspcirherinformation durch Erfassen einer Schwingungskomponente in der Ausgangswellenform beim Abiasten des Hologramms bestimmt wird. Hierdurch soll mit der Erfindung eine hohe Genauigkeit beim Erfassen der Koinzidenz durch eine relativ einfache Einrichtung verwirklicht werden, verglichen mit der konventionellen Einrichtung, welche auf dem Prinzip des Messens der Größe des Übereinstimmungssignals im Ausgang basiert.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum optischen Wiederauffinden von Information erfindungsgemäß gelöst durch das Aufzeichnen abzufragender Information in einem Hologramm durch Codieren der Information in einem 2-aus-N-Code, Abtasten des Hologramms durch einen Laserstrahl im Ausgang eines Modulators, in welchem der Laserstrahl durch eine ebenfalls in einem 2-ausity-Code codierte Abfrageinformation räumlich moduliert wird, und Erfassen einer Schwingungskomponente in dem sich ändernden Korrelationsausgang zwischen dem Hologramm mit der aufgezeichneten Information und der Abfrageinformation zum Bestimmen einer Koinzidenz der Informationen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zum optischen Wiederauffinden von Information umfaßt zur Lösung der /aufgäbe der Erfindung einen Modulator zum räumlichen Modulieren eines Laserstrahls entsprechend einer Abfrageinformation in einem 7-aus-N-Code, einen Hologrammträger mit aufgezeichneter Information, welcher Hologramme aufweist, die jeweils die Information in einem 2-aus-W-Codc codiert enthalten, eine Lichtablenkeinrichtung zum Zuführen des modulierten Abfragelichts zu dem Hologrammträger zum Abtasten der Hologramme, eine Lichtführungseinrichtung zum Ableiten des durch das Abtasten erzeugten Korrelalionsausgangslichtes von dem Hologrammträger, einen Detektor für Koinzidenz, bestehend aus Lichterfassungselementen zum Erfassen des Koirelationsausgangslichts, und eine elektrische Schwingungserfassungseinrichtungzum Erfassen einer Schwingungskomponente in dem Korrelationsausgang von der Hologrammanordnupg zur Bestimmung der Koinzidenz der aufgezeichneten Information und der Abfrageinformation.

Die Erfindung schafft ein sehr zuverlässiges Verfahren der Erfassung der Koinzidenz zwischen einer Abfrageinformation und der Hologrammspeicherinformation unter Verwendung der Korreiationserfassungsfunktion des Hologramms. Sie führt zu einer Einrichtung zum optischen Wiederauffinden von Information, welche auf dem obigen Prinzip der Übereinstimmungserfassung aufgebaut ist.

Bei diesem Verfahren und dieser Einrichtung ist der Informationsinhalt für die Korrelationserfassung auf einen solchen in digitaler Form begrenzt, z. B.

auf eine Information, welche durch eine Reihe von Lichtpunkten gebildet wird, und weiter ist die information in einem 2-aus-JV-Code. codiert. So werden äie eine codierte Information enthaltenden Hologramme von »einem mit, der Abfrageinformation modulierten Laserstrahl abgetastet. Die Abfrageinformation ist auf die gleiche* Weise codiert, und die Änderung im Korrelationsausgang wird geprüft, ob sie eine Schwingungskomponente in der Wellenform enthält, öder nicht. Durch dieses Verfahren wird die Üngenauigkeit in der Beurteilung bei der konventionellen Korrelationserfassung verringert bzw. beseitigt

So wird eine praktische Einrichtung zum Wiederauffinden von Information aus einer großen Menge von in Hologrammen gespeicherter Information geschaffen, wobei die Koinzidenz auf die obenerwähnte verbesserte Art der Korrelationserfassung zum Wiederauffinden einer gewünschten Information aus der Hologrammspeicherinformation großer Kapazität erfaßt wird.

Die neue Korrelationserfassung ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Abfrageinformation als auch die gespeicherte und abzufragende Information digital in einem 2-aus-JV-Code codiert sind, daß die Hologramme durch einen mit der Abfrageinformation räumlich modulierten Laserstrahl abgetastet werden und daß die Koinzidenz der Information dadurch erfaßt wird, daß geprüft wird, ob eine Schwingungskomponente in der Ausgangswellenform des Korrelationsausgangslichts des Hologramms auftritt oder nicht.

Dementsprechend ist in dem konventionellen Korrelationserfassungssystem die Koinzidenz einer Information durch Messung der Größe des Korrelationsausgangs bestimmt worden. Wie bereits erwähnt, neigt em solcher Korrelationsausgang dazu, sich während des Betriebs des Systems zu verändern, und daher können in dem Ergebnis der Messung der Ausgangsgröße Fehler auftreten. Weiter hat das System, welches das Prinzip der Messung und Abschätzung der Ausgangsgröße verwendet, den Nachteil der Üngenauigkeit beim Bestimmen der Koinzidenz, weil es übliche Praxis gewesen ist, die Ausgangsgröße ständig sowohl während der Zeit der Koinzidenz als auch der Niclukoinzidenz zu messen, und weil die Ausgangsgröße während der Zeit der Koinzidenz und derjenigen der Nichtkoinziden/ möglicherweise keine großen Unterschiede aufweisen kann, im Gegensatz zu einem solchen kon veniionellen System ist es bei der Erfindung ausreichend, eine Schwingungskomponente in dem Korrelationsausgang während der Abtastperiode zu erfassen, d. h. die Differenz zwischen zwei deutlich unterschiedlichen Zusätzen zu unterscheiden. Die Erfassung erfolgt daher mit großer Stabilität, und die Zuverlässigkeit ist weitgehend verbessert.

Das neue Verfahren und die neue Einrichtung führen zu einer großen Flexibilität bezüglich der Auswahl der Abfrageinformation. Es wird nämlich jedes gewünschte Wort oder jeder Buchstabe in der gespeicherten abzufragenden Information als Abfrageinformation ausgewählt, und jede Kombination hiervon kann ebenfalls verwendet werden. Entsprechend können beliebige gespeicherte Buchstaben oder Zahlen als Abfrageinformation gewählt werden. Mit anderen Worten ist ein Abfragen durch natürliche Worte möglich. Infolge dieses Merkmals haben das neue Verfahren und die neue Einrichtung einen großen Vorteil beim Wiederauffinden von Literatursteilen oder Patentinformationen. ^J
Ausfuhrungsbeispieie der Erfindung sind in der

S Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Herstellen von mit der Erfindung verwendeten Hologrammen,

ίο F i g. 2 eine Darstellung eines möglichen Codemusters, welches ir einem Modulator zum codieren der durch Hologramme gespeicherten Information verwendet wird,
F i g. 3 eine schematische Ansicht von Hologrammanordnungsgruppen auf einem fotografischen Film, F i g. 4 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Abtasten von HoIogramrnanordnungen durch Abfrageätrahlen,
F i g. 5 eine Seitenansicht der in F i g. 4 gezeigten

Einrichtung,

F i g. 6 Wellenformen zur Erläuterung der Lichtamplitudenverteilungen des in einem 2-aus-W-Code modulierten Modulatorausgangs und
F i g. 7 zwei Wellenformen im Ausgangssignal,

welche Koinzidenz von Information bzw. Nichtkoinzidenz von Information darstellen.

F i g. 1 zeigt ein grundlegendes Ausführungsbeispiel der Vorbereitung von eine abzufragende Information speichernden Hologrammen, wie sie in der neuen Einrichtung verwendet werden. In F i g. 1 wird ein kohärenter Laserstrahl! durch eine zylindrische Linse 3 zu einem Strahl mit schmaler Bandform fokussiert und trifft aui einen Modulator 1, welcher durch eine zu speichernde digitale Information gesteuert wird. Der Modulator 1 ist wie dargestellt mit einer Mehrzahl von Abschnitten S₁, S₂-S_n aufgebaut. In der dargestellten Ausfiihrungsform sind zehn Abschnitte S| ... S₁₀ vorgesehen. Die in dem Hologramm zu speichernde Information wird als 2-aus-JV-C'ode codiert. In der dargestellten Ausführungsform entsprechen die zehn

Abschnitte S₁ bis S]₀ ödcf allgemein die Ar-Abschnitte S₁ bis S*, des Modulators 1 der Zahl JV des 2-aus-JV-Codes. Durch die Auswahl von beliebigen zwei

Abschnitten aus den JV oder zehn Abschnitten Für das öffnen und Durchlassen des Lichtes des Laserstrahls 2 unter gleichzeitigem Geschlosrenhalten der übrigen /V-2 oder acht Abschnitte zum Unterbrechen des Laserstrahls wird der Laserstrahl digital in einem

2-aus-JV-Code codiert, welcher im folgenden abgekürzt auch als /V^c-2-Code bezeichnet werden wird. Eine solche Auswahl des Codemusters oder ein solches digitales Codieren wird hier als Modulation bezeichnet. F i g. 2 zcigi einige mögliche Codemuster im JV^c-2-

Code. In F i g. 2 zeigt die linke Spalte (A) einen Fall, bei welchem die beiden Abschrtitte S, und S₂ offen sind, die zweite Spalte (B) zeigt einen Fall, in welchem die Abschnitte S, und S₃ offen sind, und die letzte Spalte (JV^c-2) zcigf die Abschnitte S., und S₁₀

offen. Durch eine solche Auswahl von zwei geöffneten

Abschnitten kann allgemein ein JV^c-2-Code erzeugt

werden, und durch diesen Code wird die zu speichernde

abgefragte information digital codiert.

Der einfachen Darstellung halber ist jeder Ab-

schnitt des Modulators 1 als eine einfache mechanische Blende dargestellt, in der Praxis ist es jedoch mi " ... diese Abschnitte als elektrische Blenden bas< urd auf dem Prinzip eines elektrooptischen Kristalls.

I ν ί

/ r welches mit hoher Geschwindigkeit durch eine elek- '"J' tronische Schaltung gesteuert werden kann, auszu-

^ ?führen ■%,

, , „ Es ist weiter möglich, die Blendeneinheit des Modu- _t' ' lators 1 als elektromagnetische' Blende unter Ver-¹^ Rwendung des Prinzipseines Bändchenmikrofons aus-

^ ,zuführen. ti *■·■.£<-.. ·

' " _r Nach dem beschriebenen Code tritt der Laserstrahl ^r' " nur durch die beiden ^offenen Abschnitte des Modu- _/' j. lators 1 und läuft f'danrijclurch iine für die Fourier-' ' ' transformation ausgebildete Linse 4 mit einer Brennweite / und trifft als Eingangssignaliichtstrahl auf eine Platte oder einen Film 5 zum Fotoaufzeichnen, welcher im Brennpunkt angeordnet ist. Andererseits wird ein von der gleichen Quelle wie der Laserstrahl 2 '' abgeleitetes Bezugslicht 6 auf den Film 5 gestrahlt, to daß durch Interferenz zwischen dem Signallicht und dem Bezugslicht ein Hologramm aufgezeichnet wird Vor dem Film 5 zum Fotoaufzeichnen ist eine Maske 7 mit einer öffnung, deren Größe einem gewünschten Mikrohologramm entspricht, angeordnet, und durch Bewegen dieser Maske 7 in seitlicher oder horizontaler Richtung, wie durch die Pfeile in F i g. 1 angedeutet, kann auf dem Film 5 eine Zeile von .; Mikrohologrammen aufgezeichnet werden.

Nach Beendigung der Aufzeichnung einer hori- % zontalen Reihe oder Zeile von Mikrohologrammen \ wird der Film 5 zum Fotoaufzeichnen vertikal be- '% wegt, so daß auf einem einzigen Film 5 eine Anordnung von Mikrohologrammen in Matrixform, wie '■_ in F i g. 3 g«aeigt, vorgesehen werden kann.

Die Maske 7 kann zweckmäßig als ein mechanisches Element wie eine Metallplatte ausgeführt sein, welche sich vor dem Film 5 bewegt.

Jedes der Mikrohologramme in einer Matrix enthält eine Information, welche durch den Modulator 1 in einem 2-aus-/V-Code moduliert ist. Zum Beispiel kann ein Mikrohologramm einen Buchstaben wie »A« so speichern, wie es in der linken Spalte in F i g. 2 als Darstellung für den Modulator 1 gezeigt ist, welcher zwei geöffnete Abschnitte S₁ und S₂ hat, und das nächste Mikrohologramm kann einen weiteren Buchstaben mit einem anderen Code in der gleichen Codeserie speichern.

F i g. 3 zeigt ein Beispie) einer Hologrammatrix unter Verwendung eines fotografischen Films mit hoher Auflösung aus Platte oder Film 5 zum Fotor aufzeichnen. Der fotografische Film, auf welchem Hologrammatritzen aufgezeichnet werden, kann »Hologrammband« genannt werden. In dem Beispiel ^₇ des in F i g. 3 gezeigten Hologrammbands 5' stellt _f - ": ein Block 8 von Hologrammen eine Hologrammmatrix dar, welche aus einer Mehrzahl von Mikrohologrammen 9 besteht, und auf dem Hologrammband 5' sind eine Mehrzahl von Blöcken oder HoIo- ^: / , grammatrizen mit bestimmten Intervallen zueinander angeordnet und aufgezeichnet.

Wenn z. B. ein Fall betrachtet wird, in weichem eine ^K >· Literaturstelle mit dem Wort »communication« gespeichert wird, so wird der Inhalt der Literaturstelle in der Hologrammatrix gespeichert. Nimmt man an, daß in einer Spalte der Matrix das Wort »communi-,7 cation« durcn Verwendung von 13 Mikrohologrammen, deren jedes einen Buchstaben des Wortes, wie

< / V^Z'.^{B<
>>c<<1 >>0<<t >>m<<) >
>m<<}< ^usw* speichert, gespeichert

wird, dann können entsprechende Äbfrageihforinatio-

* ^J ₅nen mit dem gleichen Inhalt wie »c«, »o«; »m«, »m«

;j usw. in, dieser Aufeinanderfolge verwendet werden, um die Existenz des entsprechenden Wortes mit den gleichen Buchstaben an aufeinanderfolgenden Stellen herauszufinden. Die Steuerung eines solchen Abfragesignals und die Erfassung der Koinzidenz wer-

S den durch' ein nicht' gezeigtes zentrales Leitwerk des Systems und. eine im einzelnen''nicht gezeigte Ausgangsprozessorschaltung gesteuert. Ή

Fig. 4' ist eine schematische Ansicht eines Beispiels derj Korrelationserfassung durch Abtasten ent'

ίο sprechend der Erfindung. In Fig. 4 bezeichnet die Bezügsziffer 2' einen dort dargestellten Laserstrahl, welcher auf einen Lichtdefleklor 12 auftrifft. In dem Lichtdetektor 12 wird der Laserstrahl 2' abgelenkt und trifft auf eine zylindrische Linse 10 und dann

is auf eine sphärische Linse 11. Die beiden Linsen erzeugen aus dem abgelenkten Eingangsstrahl einen schmalen Strahl und führen diesen einem Modulator Γ zu Der Modulator Γ ist ein Eingangsmodulator, welcher den ankommenden Laserstrahl 2' entsprechend der gewünschten Abfrageinformation in einem 2-aus-W-Code, wie in F i g. 2 gezeigt, moduliert. Das durch den Modulator Γ verlaufende modulierte Licht wird als Strahl 13 in schmaler Bandform auf das Hologrammband 5' gestrahlt, welches seinerseits dieaufzufindende Hologrammspeicherinformation enthält, welche auf eine Weise, wie im Zusammenhang mit F i g. 1 erläutert, eingespeichert worden war. In F i g. 4 ist zur Vereinfachung der Zeichnung nur eine kleine Anzahl von Hologrammeinheiten, verglichen mit der tatsächlichen Anzahl, wie in F i g. 3 gezeigt, dargestellt. Es ist zu bemerken, daß ein Hologramm z. B. Abmessungen in der Größenordnung von 0,25 χ 0,25 mm aufweist, und daher eine große Anzahl von Hologrammen in einer HoIogrammatrix auf dem Hologrammband S' aufgezeich-. net werden kann.

Durch Bewegen des Hologrammbandes 5' zwischen einem Paar von Spulen 21 und ?V können ein Block von Hologrammen oder eine Hologrammatrix atf

dem Hologrammband S', in eine Abfrageposition bewegt werden. Das Abtasten einer Hologrammatrix wird nach dem Anhalten der Bewegung des Hoiogrammbandes 5' durch Ablenken des bandförmigen modulierten Strahls 13 aus abgelenktem Licht über diese Hologrammatrix in Längsrichtung des Hologrammbandes 5' mit konstanter Geschwindigkeit bewirkt. Während des Abtastens des Hologramms wird eine Korrelatiotisanpassung zwischen der als Eingangssignal auf dem Modulator Γ gegebenen Ab-

frageinformation und der in dem Hologranimband 5' enthaltenen Hologrammspeicherinformation erzielt, beruhend auf die Möglichkeit, die Korrelation durch das Hologramm zu erfassen, und der Korrelationsausgang wird so in Form einer Änderung der Stärke

des durchtretenden Lichts beobachtet; Das erforderliche Abtasten für eine Hologrammatrix wird durch ein vorbestimmtes Programm gesteuert vöij einem zentralen Leitwerk wiederholt, Wönn z. B. afp Abtastung nach einem Wort »communication« erfolgt,

wird zuerst die Matrix von einem Laserstrahl abgetastet, welcher mit einem Code entsprechend dem Buchstaben »c« moduliert ist. Nach dem Abtasten eines ganzen Mairixblocks wird darin dieser Block nach dem nächsten Buchstaben »o« usw. abgetastet

65. Da der durch den Modulator Γ gehende ^r. - : n abgelenkten Lichts bandförmig erweitert win., wird eine Zeile der Hologrammatrix, welche ans einer Anzahl von Hologrammen besteht, gleichzeitig zur

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[«!MJÖbeiprüfung der Übereinstimmung abgetastet. Dies öjÄktmeines''der wirksamen Merkmale der neuen EiniÄrichtüiäg; ·

^^^: _;Das Korrelationslicht im Ausgang des Hologramms f'Mstnftt aufeine sphärische Linse 14 und wird.'über eine piMzylindnsche Linse 15 einem Detektor 16 für die Ko- mfyiiandeazablesahg zugeführt. Die Linsen 14 und IS feS|'iind ■ vorgesehen, um die mehrfachen Lichtstrahlen fif-^ΛΤΆ Ausgang des Hologramms von einer gleichzeitig tsfeten Hologrammzeile in¹ der Hologrammatrix d di flöt il Lihtthln

pilfaüfzulösen und die aufgelösten einzelnen Lichtstrahlen |ife?Vom Ausgang des Hologramms einem entsprechenden ill^Lisseeleoient 17 zuzuführen, welches in dem Detektor ^"**i6 zur Kciüzidcnzablesung angeordnet ist. ||# Es gibt alternative Möglichkeiten und Verfahren ψΐΐψζατα Trennen des Lichts in den entsprechenden Ausfe^gängen der Hologramme. Zum Beispiel kann bei pf^iier Vorbereitung einer Zeile von Hologrammen, fp^lwie in F i g. 1 gezeigt, durch die horizontale Bewellppi'gung der Maske 7 der Winkel des auf den Film 5 fjfef'zur fotografischen Aufzeichnung fallenden Bezugs- ||' "Kchtso an jeder Stelle des Hologramms um einen bestimmten Winkel in horizontaler Richtung abgelenkt werden. Durch diese Anordnung wird das Licht im Ausgang des Hologramms nach dem Prüfen der Übereinstimmung in F i g. 4 in die entsprechende Ablenkrichtung jedes Hologramms abgelenkt, so dali eine Trennung des Lichts im Ausgang jeden Hologramms möglich ist. Bei diesem alternativen Verfahren kann die zylindrische Linse 15 weggelassen werden.

Zans Auslesen des Inhalts der Hologrammspeichermatrix, welche als die Abfrageinforraation, z. B. das| ,Wort »communication« enthaltend erfaßt won" ist, ist ein getrennter Laserstrahl 2" vorgesehen, [solches Auslesen kann an einer von der oben erl Wien Erfassung der Übereinstimmung getrenntra||| Stelle durchgeführt werden. j -M

In F i g. 4 ist ein Lichtdetektor 18 zur Ablenkung^ ftes Laserstrahls 2" vorgesehen, um jedes Hologramm^S oder Mikrohologramm 9' einer Hologrammatrix &ΦψΜ zustrahlen, in welchem die Koinzidenz der gespeichert* !fen Information mit der Abfrageinfonnation %fe||f gestellt worden isti Die gespeicherte Information wird ' über eine sphärische Linse 19 auf einem Detektor 20 zum Aufnehmen der Ablesung reproduziert. ¹ Eine ausführlichere Erläuterung der Korrelationserfassung wird auch mit Bezugnahme auf Fig.5 gegeben werden, welche eine Seitenansicht der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsfotm darstellt

Es wird angenommen, daß die Abfrageinformatioii im Eingang des Modulators Γ S_k (ξ) und eine abgefragte Information in einem Hologramm S, (f) ist und daß beide Informationen im 2-aus-JV-Code co- , diert sind. In F i g. 5 beziehen sich die Ordinate ί ;· auf die Ebene des Modulators Y und weitere Ordinaten χ und ο auf die Ebenen des Hologramrnbandes 5' bzw. des Detektors 16 für die Koinzidenzablesung. Der Hologrammspeicher, welcher vorher , wie im Zusammenhang mit F i g. 1 dargestellt, erstellt worden ist, umfaßt die Übertragungskomponente, welche in bezug auf die abgefragte Information S₁ (i» durch folgende Gleichung gegeben ;st:

ji

expjiJkm(x- -t- e>.p-iiii'ih- <»,Sj( ' ."'.'

dabei sind

exp(x) ein Ausdruck für eine Exponentialfunktion.

i die Einheit der imaginären Zahlen. : = 2π/λ wobeiAdieWellenlängedesLaserstrahls2ist. ^An m der Winkel zwischen der optischen Achse (D

:>;<:>ea Korrelationslicht im Ausgang crmigt die io.se-vje Kerrelationsamplitude*j_t(«) im Ausgang auf da aufnehmenden Oberfläche des Detektors 16 7ur Kcir./idfnzablcsur.f; nach dem Durchlaufen durch

die Linien 14 und i5. * P

HIKC ·* UlIU UVI

lichtes 6,

C),

f die Irennweite der Linse 4, 5 die Fouriertransformierte von i • die konjugierte Komplexe und α der Positionsindex χ = α des Mikrohoiogramms 9, welches durch den Strahl J3 des abgelenkten Lichts abgetastet wird.

; ·» Der Strahls 13 des durch den Modulator 1' gelientlien abgelenkten Lichts ist gegeben durch' die folgende

so

. [in

^exp(l7

(2)

55 (3)

wobei C₁ cm Faktor hl.

Die optische Achse der Linsen 14 und 15 hafc« Neigung m gegen die normale der Hologrammatrjz ■öbeciiäche. , '⁷ⁱ%Sif

Die Qleichurtg(3) kann wie folgt umgeschriebäir werden: · , -^«j^s

60

iin welcher · ^:

«, S₁Xx) die Fouriertransformiierte vpn-S-, (|) und > ' s der Positionsindex_fx"=is des Strahles 13 des \, abgelenkten Lichtes amd. ' _ar

", Das Korjrelationsiicht inn Ausgang des Hologramms wist gegebeniduieih die fuigende^Gleichung als ein dk d t Ausdrucken'Gleichung (1)

■:* Produkt aus dem ersten AusdruckiMiGleichungil) ^hf ,der Gleichung (2): · ' ' ψ*\£*Η - 6|

wobei C₂ ein Faktor ist, ^;.

ο ^0]βΛ,Τ,^α(ϊη Modulatoren! und 1' ./-aus-iV.Code codierten ί Informationen h^{*>. ^wf den eine Amplitudenverteiiung __ wie sie durch Dicht der Amplitude 1 und der Y i;g- 6 dargcstclK, bestimmt ist der

einewi

<&ή

■· tioaen in bezug auf den Abtastbetrag (S- a) abhängig davon zeigt, ob S₁ (f) mit S*(f) zusammenfallt oder nicht. Wenn S_f (ξ) mit S* (I) zusammenfällt, d. h.

■ wenn ξ, =* & und flf, = d*, ergibt die Amplitude <l>_Jk(a) die Verteilung der Stärke/(a, S) -\<l>_)k(u)f- gegeben durch die folgende Gleichung:

sin²ws(|aj-d)cos²(rc

(4)

\a\

<d

IO

.,C₃ ein Faktor und

"■ d die Abmessung der öffnung des Modulators sind. '⁵

ζ: Wenn der Korrelationsausgang von einem an der isteile a = 0 angeordneten Koinzidenzabieseelement ' aufgenommen wiro und die Empfangsbreite Id hat, .ist der elektrische Ausgang/(S) durch die folgende ao ..Gleichung gegeben:

I(s) = j J(a,s)da= C₄T(S)t
dabei sind

(5)

und C₄ ein Faktor

Wenn S, (ί) nicht mit S_k (ß) zusammenfällt, d. h. wenn S₁ Φ S_k oder d, Φ d_k. liegt der Fall vor, daß von dem Koin^idenzempfangselement ein elektrischer Ausgang Null abgeleitet wird und der Fall, daß davon ein elektrischer Ausgang/(S) abgeleitet wird.

ns) = -*■ r(s).

(6)

Wenn angenommen wird, daß die relative Geschwindigkeit der Abtastung einer Hologramivtatrix ν ist, wie sie durch den breiten Pfeil in F i g. 5 angedeutet ist, so ist s gegeben durch

s = vt//.f ,

wobei t die Zeit ist.

Entsprechend wird der durch die Gleichung (5) gegebene übereinsummende Ausgang eine schwingende Wellenform aufweisen, deren Ampl'tudenhüllkurve ausgedrückt ist durch /' (vt/>.f) und die Schwingperiode Xf/vd_k. .

Andererseits wird der durch die Gleichung (6) gegebene nicht übereinstimmende Ausgang eine nichtschwingendc Wellenform haben, dessen Amplitude /'(«//./) V₄ der Hüllkurvenamplitude zum Zeitpunkt der Koinzidenz entspricht. In F i g. 7 stellt die Wellenform 22 ein Ausführungsbeispie) der Ausgangswellenform dar, v/cnn eine Koinzidenz erfaßt wird, und die Wellenform 23 stellt die Ausgangswellcnform dar. wenn eine solche Koinzidenz nicht vorhanden ist. . Infolge der Änderung des Wertes d_k entsprechend -der Änderung der Koinx'idenzinformation wird die - Schwirigunipperiode /.f/vd_k verschiedene Werte haben. /,Durch Auswahl dei' Breite d der Öffnung zu d < p/2 *' können jedoch der Kojnzidcnzausgang und der Nicht- ^koinzidenzauegang mit Hilfe eines Hochpaßfilters, ^!-u.— Grenzfrequenz poßXf ist, getrennt werden.

In diesem Falle wird eine Koinzidenz zwischen der Abfrageinformation S_k[ß und der gespeicherten Information S, (α) oder die Nichtkoinzidenz durch die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Ausgangssignals an einem solchen Hochpaßfilter mit der Grenzfrequenz pvßXf erfaßt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestenl jedes Leseelement 17 des Detektors 16 zur Kotnzidenzablesung aus einem lichtempfindlichen Element, z. B. einer Fotodiode, und der Ausgang ist mit einem Hochpaßfilter mit der Grenzfrequenz ρνβλ/ verbunden. Durch Erfassen des Ausgangs des Hochpaßfilters wird die Koinzidenz der Information erfaßt.

Zum Erfassen der erwähnten Schwingungskomponente können alternative Verfahren statt des Hochpaßfilters m Rftracht kommen. Zum Beispiel kann auch ein Kammfilter ,.: ■*-:*!. .-<*«ien. dessen Bandpaßstruktur die Zähne eines Kammer ω..«;ϋί v«4 welches einen Bandpaß bei jeder Frequenz einer übereinstimmenden schwingenden Wellenform au;-weist. Weiter kann ein homodynes Schwingungserfossungsverfahren unter Verwti·' ^ °⁵nes Svnchronisationsausgangs als Bezugssignal als ei<ic auictic elektrische Schwingungserfassungseinrichtuii^ verwendet werden.

Das System umfaßt weiter eine nicht gezeigte !Prozessor- oder Rechenschaltung, welche die Folge und die Adressen der Mikrohclograrnme speichert, für welche die Koinzidenz der Abfrageinformation erfaßt werden ist. Die Prozessorschaltung, die Speicherschaltung und das Wiederauffindeprogramm sind auf bekannte Weise ausgeschaltet und bilden keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung, so daß keine ausführliche Erläuterung gegeben wird.

Während des Koinzidenzerfassungsvorgangs durch Abtasten, wie oben erläutert, kann, we/m ein Synchronisationsausgang erforderlich ist, eine Spalte von Hologrammen in der Hologrammatrix, wie in F i g. 3 gezeigt, in Richtung der Abtastung angeordnet als Synchronisationshologramm verwendet werde i. Zur Vorbereitung des Synchronisationshologramms können alle Abschnitte S, ... S_n ia dem Modulator ί in F i g. 1 geöffnet werden, und das Hologramm kann auf die gleiche Weise wie oben beschrieben hergestellt werden. Während ats übereinstimmerfassungsvorgangs erzeugt das Synchronisationshologramm ebenfalls eine Ausgangswellerform für Übereinstimmung mit jeder Frageinformation und diese Wellenform kann ais Synchronisiersignal nach der Erfassung verwendet werden.

Bei der obigen Erläuterung wurde die gespeicherte Information in einem Hologramm, beispielsweise als ein einziger Code betrachtet. Das Korrelationserfassungsverfahren ist jedoch nicht auf diesen einzigen Code beschränkt, sondern kann ebenso im Falle der Erfassung einer Mehrzahl von Codes angewendet werden. In diesem Falle kann der Detektor 16 zur Koinzidenzablesung zusätzlich entsprechend der Anzahl der abgefragten Codes so aufgebaut werden, daß die Übereinstimmung gleichzeitig festgestellt wird. Wenn z. B. ein Hologramm drei gleichzeitig abzufragende Codes aufweist, sind entsprechende Säl/.e von Detektoren 16 zur Koinzidenzablesuog vorzubereiten.

Weiter ist es möglich, die fJbercinstiir.:. j Erfassung für eine Mehrzahl von Abfragcinform ·:-( ncn durch Anordnung einer Anzahl paralleler Modula-

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to

Sorcn Γ durchzuführen, Γη diesem Falle ist es, um den Ubercinsttmmungsausgang jeweils getrennt zu erhalten, erforderlich, das obenerwähnte Verfahren der Ablenkung des Einfallswinkels des Bezugslichtes in jeder Aufzeichnunpsposition der Hologramme zur Zeit der Erstellung einer Hoiogrammatrix einzuführen, !n diesem Falle muß eine entsprechende Anzahl von Leseelementcn zur Koinzidenzerfassung in dem Detektor 16 zur Koinzidenzablesung vorgesehen werden.

Entsprechend den obigen Erläuterungen wird zum Abtasten der Hologrammalrix ein Lichtdeflcktor verwendet. Es ist jedoch auch möglich, das Licht der Abfrageinformation festzuhalten und die Oberfläche der Hologrammatrix relativ zu dem Licht zu bewegen, um den Hologrammspeicher durch die Abfrageinformation abzutasten. In diesem Falle können die Hologramme auf einer sich drehenden Trommel oder Scheibe ähnlich einer Magnettrommel oder einer Magnetscheibe vorgesehen werden.

Entsprechend der Korrelationserfassung mit Abtastung, wie oben erläutert, wird die Übereinstimmung bestimmt durch Erfassen der Anwesenheit der Schwingungskomponente in dem Korrelationsausgang. Dementsprechend ist die Übereinstimmungserfassung sehr leicht, verglichen mit der üblichen Praxis, weiche auf dem Prinzip der Messung des Ausgangspegels beruht und eine sehr hohe Genauigkeit erfordert, z. B. in der Größenordnung von wenigen Mikron für die mechanische Übereinstimmung. Das erfindungsgemäße Verfahren hat daher eine hohe Zuverlässigkeit und große Genauigkeit für die Korrelationserfassung in einem Wiederauffindungssystem für Information.

Mit dem neuen Verfahren und der neuen Einrichtung kann eine gewünschte Information mit sehr hoher Geschwindigkeit aus einer extrem großen Menge vo.i Information, welche auf einem Hologranimband mit hoher Dichte aufgezeichnet ist, und mit hoher Zuverlässigkeit wiederaufgefunden werden, und es ist ebenfalls möglich, eine parallele Übereinstimmungserfassung mit hoher Geschwindigkeit für eine Mehrzahl von Hologrammen durchzuführen.

Die in der neuen Einrichtung zum Wiederauffinden von Information verwendeten Hologramme sind mit einer Informationsspeicherfunktion und außerdem mit einer Korrelationserfassungsfunktion versehen. Daher kann der Aufbau der steuernden logischen Schaltung und der Speichereinrichtung in dem Prozessor der Einrichtung zum Wiederauffinden sehr einfach sein. Es kann daher durch Kombination mit einem Rechner geringer Kapazität ein wirtschaftliches Verfahren mit dem ausschließlichen Zweck des Wiederauffindens von Information verwirklicht werden. Dies ergibt einen großen Vorteil gegenüber dem konventionellen System, welches Magnetbänder und einen elektronischen Rechner großer Kapazität verwendet.

Die Anwendung des neuen Verfahrens und der neuen Einrichtung ist nicht begrenzt auf ein Wiederauffinden von Liten. jurstellen oder Patentinformationen, sondern es kann auch zum Wiederauffinden eines Bildes dadurch verwendet werden, daß das Bild in den Hologrammen zusammen mit einer Information aufgezeichnet wird. Das Verfahren und die Einrichtung können auch für viele andere Verwendungszwecke und weite praktische Anwendungsgebiete angewendet werden, und die Einrichtung ist sehr wirkungsvoll als wirtschaftliche Wiederauffindeeinrichtung für Information mit großer Kapazität.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

2 202

Patentansprüche:

.-/' 1. Verfahren zum optischen Wiederauffinden '£%'von Information, g p_fk e η π ζ e i c h ρ e t durch 5, ■'-- Aufzeichnen abzufragender Information in < Hologramm durch Codieren der 7nfor-1 In einem 2-aus-/v^a-Code, Abtasten des '"'υ, Hologramms durch einen Laserstrahl im Ausgang feines Modulators, in welchem der Laserstrahl ;o ^: !"durch eine ebenfalls in einem 2-aus-N-Code coi;dierte Abfrageinformation räumlich moduliert !, '/ ,wird, und Erfassen eiher.ijchv/i.Tigungskomponente ; ',',j-.'jn dem sich ändernden· Korrehtionsausgang zwi- '. · ""ichen dem Hologramm mit der aufgezeichneten Information und der Abfrageinformation zum Bestimmen einer Koinzidenz der Informationen. , 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Modulator (V) zum räumlichen Modulieren eines '' .Laserstrahls (.T) entsprechend einer Abfragejnforrnatiou in einem 2-aus-JV-Code, einen Hologrammträger (5') mit aufgezeichneter Information, welcher Hologramme (8,9) aufweist, die jeweils die Information in eiaem 2-aus-W-Code codiert enthalten, eine Lichtablenkeinrichtung (10, 11, 12) zum Zuführen des modulierten Abfragelichts zu dem Hologrammträger (5') zum Abtasten der Hologramme (8,9), eine Lichtführungseinriclnurig(14, 15) zum Ableiten des durch das Abtasten erzeugten Korrelationsausgangslichtes von dem Hologrammträger (5'), einen Detektor (16) für Koinzidenz, bestehend aus Lichterfassungselementen (17) zum Erfassen des Korrelationsausgangsiichts, und eine , elektrische Schwingungserfassungseinnchtuiigzum Erfassen einer Schwingungskomponente in dem Korrelationsausgang von der Hologrammanordnung zur Bestimmung der Koinzidenz der aufgezeichneten Information und der Abfrageinformation.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schwingungserfassungseinrichtung ein Hochpaßfilter ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaßfilter zum Erfassen der Schwingungskomponente eine Grenzfrequenz hat, welche proportional der Abtastgeschwindigkeit und dem Abstand der Öffnungen des Modulators (V) und umgekehrt proportional der Wellenlänge des Laserlichts beim Aufzeichnen der HoIogramme (8,9) sowie der Brennweite einer Linse (4) zur Fouriertransformation beim Aufzeichnen der Hologramme (8,9) ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl der Lichterfassungselemente (17) entsprechende Anzahl von elektrischen Schwingungserfassungseinrichtungen vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichterfassungselement (17) eine Fotodiode ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch Modulatoren (V) zum Modulieren eines Laserstrahls entsprechend einer Abfrageinformation in einem 2-aus-W-Code, Linse» (10, II) zum Erzielen eines zylindrisch konvergierenden Aofragelaserstrahls auf den Modulatoren (V), eine Hologrammanordnung (8) mit einem
ST

2-aus-yV-Code aufgezeichneter Information, emen Detektor (!<> > zur Koinridcnzab. iesurig,, bestehend aus einer Mehrzahl von Leseilememen(17) zum Erfassen des Kondition* äusgangsiiehts von jedem der Hologramme (9) zur E&ung eiiw» fotoelektrisch umgesetzten Ausgangs, Linsen (14,15) zum Fuhicn des Korre^

^;Ai_atiöfl8ausgangsKchts von jedem der Hologramme 9 zu dem Leseclement (17) zur Koinzidenzerfassung, eine Koinzidenzerfassungsschaltung mn einer elektrischen Schwingungserlassungseinrichtung zum Erfassen einer Schwingungskompoinente in dem Ausgang des Leseelcments(l7) zur

Wkoinzidenzerfassung, und ein Abtastsystem zum Abtasten der Oberfläche der Hologrammanordnung i8) durch das Ausgangslicht des Modulator., (V) durch eine Relativbewegung zwischen der die Information speichernden Hologrammanordnun» (8) und dem modulierten Abfragelicht.

8 Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen der Hologrammanordnung (8) und dem modulierten Abfragelicht durch Ablenken des modi. Iierten Abfrigelichts durchführbar ist, währen! ein Block $) von Hologrammatrizen angelhii-

ten ist. ,..jji.

9 Einrichtung nach Anspruch 7. dadurch ge kennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen der Hologrammanordnung (8) und dem modu Iierten Abfragelicht durch eine Drehbewegung der Hc'ogrammanordnung durchführbar ist.

10. Einrichtung nach einem der Anspruch.· 7 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Hologrammanordnung auf einem langen fiilmförmigen fotografisch aufzeichnenden Material (5') durch Aufzeichnung einer Anzahl von Hologrammblök· ken mit jeweils einer Mehrzahl von Mikrohologrammen (9) in Matrixform vorgesehen ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spalte νου Hologrammen (9) in einer Hologrammatrix als Synchronisierhologramm vorgesehen ist, welches einen vollen »Ein«-Code zum Erzielen eines Synchronisiersignals beim Abtasten der Spalte von Hologrammen der Hologramraatrix durch einen beliebigen "ode der Abfrageinformalion aufgezeichnet enthäSt.

12. Einrichtung nach cinrm der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hologramme (9) in einer Zeile senkrecht zur Abtastrichtung durch das modulierte Abfragelicht so hergestellt sind, daß der Einfallswinkel eines Bezugslichts auf jede Hologrammaufzeichnungsposition in der Zeile für jede Aufzeichnungsposition von Hologrammen in der Zeile verschieden gemacht worden ist, so daß das Korrelationsausgangslicht von jedem Hologramm (9) zur Zeit der Erfassung der Koinzidenz getrennt auflösbar ist.