DE2920856A1 - Farbwiedergabesystem unter ausnutzung des faraday-koeffizienten eines magnetschirmes - Google Patents
Farbwiedergabesystem unter ausnutzung des faraday-koeffizienten eines magnetschirmesInfo
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Description
027 ' P S I E I N
FRIEDENSSTRASSE 29/31
TEUFON: IÜSTEIN 8£5r J ERA-2476
FRIEDENSSTRASSE 29/31
TEUFON: IÜSTEIN 8£5r J ERA-2476
ρ 241024 SPERRY RAND CORPORATION, New York, N. Y./U. S. A,
Farbwiedergabesystem unter Ausnutzung des Faraday-Koeffizienten
eines Magnetschirmes
Die Erfindung betrifft ein Wiedergabesystem in Farbe mit einem magnetischen
Schirm unter Ausnutsung des Faraäay-Koeffizienten der
Dispersion, wobei die Farbe dem weißen Licht entnommen wird.
In der USA-Patentschrift Nr. 3.Q59.S38 von R. C. Sherwood u. a.
ist ein nagneto-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: "An Overview of Optical Data Storage11, erschienen in der Zeitschriftί "Proceedings of the IEEE",
Band 63, Nr. 8r (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 magneto-optiachen Speichers bis Über die Curie-Temperatur des Speichermediums, also
des Aufzeichnungsträgers gesteigert. Während der Abkühlung können
der geschlossene 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 dlinne 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 gewisse ferrimagnetische Materialien, z, B. Gadoliniumeisen-
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graiiat (GSFeGr) verwendet v/erden, die sv/ei Magnetisierungen «äier Subgitter
in entgegengesetzten Richtungen aufweisen, Bei der Kompen-
sations-Temperatur des Aufzeichnungsträgers löschen sich diese Magnetisierungen
der Subgitter einander aus, und das Speichermedium, also der Aufzeichnungsträger erreicht eine äußerst hohe Koerzitivkraft
H , Einige Grads außerhalt dieser Kompensatlons-Temperatur
fällt die Koerzitivkraft H abs und das Sehalten der Magnetisierung
wird leicht, Dadurch daß der Aufzeichnungsträger bei der Kempen™
sations-Tempsratur betrieben v?i?*d, kann ein Schaltfeld gleichzeitig
mit einem Erhitzungsimpuls aus einem Laser angelegt werden, von den?
der- erwärmte Fleck Ubar eine Temperatur hinaus erwärmt wird, bei
der sich die Koerzitivkraft unter dem angelegten Schaltfeld befindet.
Dieses Aufzeichnungsverfahren ist experimentell an Einkristallen und dünnen Filmen aus Gadoiiniumeisengranat demonstriert worden«
Eine abgeänderte Form dieses Verfahrens beruht auf der Ausnutzung von Kompensations-Wanddomänen im Gallium-substituierten Yttriumeisengranat.
Wie aus einem Aufsatz von V/. 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, (l.März 1969), Seiten 1497 - 1498, erschienen ist, ist zusätzlich die Faraday-Rotation eines planpolarisierten Lichtstrahles
untersucht worden, der auf einen Eisengranatfilm einfällt.
Für mehrfarbige Wiedergaben werden in den optischen Systemen mehrere Verfahren benutzt. In ihnen wird die Kristallachse eines piezoelektrischen Lic'atventiles wahlweise orientiert, um den Durchgang
von Licht verschiedener Wellenlängen zu steuern und damit Wiedergaben in mehreren Farben zu erreichen; vergleiche die USA-Patentschrift Nr. 2.616.962 von H. Jaffee i 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. 3.428.743
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<. 3.783.184 von M. N. Ernstoff ! Außerdem
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■wird in einem Aufsatz von E, Dilatush mit dem Titel: "3~Coior
Laser Beam and Aeousto-Gptie Cell Pave the Wajr for Fractieal Uses",
erschienen in der Zeitschrift: ^EDN", (5. Juli 1974}, Seiten 16 und
173 ein optisches System erläutert, In dem ein einzelner Laser*s der
Licht mit rotor, grüner und blauer- Wellenlänge emittiert, über eine akustisch-optische Zelle gespeist wird« die gleichseitig von
drei Modulations-Fx'equensen angetrieben wird. Duron ihre Einstellung verlassen drei Strahlen in diesen Farben die akustisch.-optische
Zelle unter demselben Winkel. Bas Endergebnis ist ein einzelner,
modulierter, dreifarbiger., kollinearer Strahl} der abgelenkt
und seinerseits auf einen Vorführschirm geworfen werden kann»
Wenn gemäß der Erfindung in Anwandung des Aufzaichnungsverfahrens
mit der Kompensations-Temperatur gleichseitig örtliche Bereiche eines magnetisierbaren Speichermediuras, z. B. eines Filmes aus Gadoliniumeisengranat
von einem energiereichen Strahl z. B. aus einem COg-Laaer und von einem orientierenden Magnetfeld in der Ebene beeinflußt
werden, gelangen sie selektiv in einen von vier Magnetisierungszuständen,
die in einer solahen vorgegebenen Beziehung zueinander entstehen, daß auf Grund des Faraday-Effektes in jedem Magnetisierungszustand
der Polarisationswinkel der vier Farben innerhalb eines planpolarisierten Strahles weißen Lichtes um unterschiedliche
Winkelgrade gedreht wird, Dar planpolarisierte
Strahl weißen Lichtes wird dann auf,das Speichermedium gerichtet,
wodurch die vier MagnetisierungszustSnde der örtlichen Bereiche
wahlweise die Polarisationsebene des zugeordneten Teile des planpolarisierten
ssai^sn Lichtes um vier zugehörige,, unterschiedliche
Winkel drehen. Zwischen dem Speichermedium und dem Betrachter wird
dann ein Analysator eingesetzt, dessen Polarisationsebene passend orientiert, also hinsichtlich der Polarisationsebene des einfallenden
weißen Lichtstrahles gedreht ist. Der Betrachter sieht den Effekt jedes örtlichen Bereiches auf den planpolarisierten, weißen
Lichtstrahl, wie ein örtlicher Teil einer der vier Farben sich am Analysator darbietet. Die Farben der vierfarbigen Wiedergabe werden
somit räumlich durch die vier magnetisierbaren Zustände des Speicherraediuras
angeordnet, wie es durch das Aufzeichnungsverfahren
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mit der Kompensations-Temperatur erreicht wird.
AusfUhrungsbai spiele der Erfindung sind an der Zeichnung dargestellt
und »erden im folgenden ausführlich erläutert«. Es zeigen:
Figur 1 ein optisches Wiedergabesystertt für mehrere Farben, von
Cam bei Anwendung eier- Kcnipensatioris-Temperatur die sich
hinsichtlich der Farbe unterscheidenden Informationen in ein magnetisches Speichermedium eingeschrieben werden,
Figisr 2 die sich unterscheidenden magnetischen Informations&u-»
stände der örtlichen Bereiche im magnetischen Speichermedium der Figur 1,
Figur 3 den Verlauf von Signalen zum Einschreiben der vier magnetischen Farbinformations-Zustände in die örtlichen
Bereiche des magnetischen Speichermediums der Figur 2,
Figur 4 die Orientierung der Polarisationsebenen des auf das magnetische Speichermedium einfallenden, weißen Lichtstrahles,
c'ie durch den Polarisator der Figur 1 und den Analysator bestimmt ist, wenn die wahlweise gedrehten
Polarisationsebenen des weißen Lichtstrahles, der vom magnetischen Speichermedium Ubertragetiist, selektiv
gefiltert werden,
Figur 5 eine Auftragung des Verhältnisses der abgelenkten Intensität
zur Intensität des einfallenden Lichtstrahles flir Speichennedien, al3o Aufzeichnungsträger aus verschiedenen
Materialien,
Figur 6 eine Auftragung des Faraday-Koeffizienten über der Wellenlänge
des einfallenden Lichtstrahles für ein magnetisches Speichermedium aus Rubidiuraeisenfluorid (RbFeF3),
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Figur 7 eine weitere AusfiShrungsform eines optischen Wiedergabesystems
von mehreren Farben gemäß der Erfindung,
Figur 8 die sich unterscheidenden magnetischen Inf.ormafcionszusfcände
der örtlichen Bereich© beim magnetischen Speiche rmeöi um aer Figur 7 und
Figur S eine dritte Ausführungsform des optischen Wiedergabesystems
gemäß der Erfindung,
Bei dar ersten Ausflihrungsform der Erfindung gemäß der Figur 1
wird ein Aufzeichnungsverfahren mit Hilfe der Kompensations-Teraperatur
angewendetes mm örtliche Bereiche eines magnetisierbar en
Speichermediums in die gewünschten magnetischen Zustände hinein-.zubringen.
Das Wiedergabesystem weist einen magnetischen Schirm
10 aufj der einen Film aus dem magnetischen Rubidiumeisenfluorid
(RbFeF3) 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 (Figur 2}
auf dem Schirm 10 ein Magnetfeld H aufbaut, das orthogonal zu seiner Ebene und somit zur Ebene des Filmes 12 verläuft. Ein COg-Laser
20 erzeugt einen kohärenten, monochromatischen Lichtstrahl 22, der senkrecht auf einen Lichtäblenker 24 auftrifft, dessen Aufbau in
der USA-Patentschrift Nr. 3.752»563 von E. J. Torok u, a. erläutert
ist. Ein Steuergerät 26 wirkt auf den Lichtablenker 24 in der Weise ein, daß der Lichtstrahl 22 in einer typischen Folge der
Abtastung eines Rasters horizontal und vertikal über die ebene
Oberfläche des magnetischen Schirms 10 geführt wird, während einer
Klemme 28 des CO2-Lasers 20 ein entsprechendes Steuersignal zugeleitet
wird, um den Lichtstrahl 22 passend hinsichtlich seiner Intensität
zu modulieren und dabei die gewünschte Information in den magnetischen Schirm 10 einzuschreiben,
Der abgelenkte Strahl 22a? der unter der Mitwirkung des Ablenkers
24 wie bei der typischen Abtastung eines Rasters den Film 1? über-
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quert, wird von dsm Schreibsteuersignal an der Klemme 28 und
dem Magnetfeld H synchronisiert, das von der Wicklung 16 ausgeht, die von einem entsprechenden Signal in einer Leitung 30
beeinflußt wird. Bei der typischen Arbeitsweise läuft der Aufzeichnungsvorgang
folgendermaßen ab:
A, Vom Steuergerät 25 wird ein Steuersignal über die Leitung 30 der Stromquelle 18 zugeleitet, wodurch die Wicklung 16 am
Film 12 das Magnetfeld H 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.
3, Ferner wird vom Steuergerät 26 ein Zeitgabesignal Über
eine Leibung 34 dem COg-Laser 20 zugeführt, wahrend zugleich über
die Klemme 28 ein Schreibsteuersignal für Rot in den COg-Laser 20
und ein Steuersignal für die Abtastung des Rasters über eine Leitung 32 in den Ablenker 24 eintreten.
C. Vom Schreibsteuersignal für Rot (Figur 3) wird der abgelenkte
Strahl 22a impulsförmig gemacht, wenn er bei der Abtastung die erste Zeile in der X-Richtung durchläuft, während des
Zeilensprunges um die Breite einer einzigen Zeile in der Y-Richtung nach unten verschoben wird und dann durch N aufeinanderfolgende
Zeilen geführt wird, bis die zweidimensional, 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 ununterbrochen Über die Leitung 30 an die Stromquelle 18 herangebracht. Am Ende dieser Abtastung zum
Aufzeichnen der roten Farbe wird das Magnetfeld H unterdrückt und der Lichtstrahl 22 ausgeschaltet; den Film 12 läßt man abkühlen,
wobei die Magnetisierung der beeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes 12 in den magnetischen Zustand zur übertragung von Rot versetzt
werden.
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D, Vom Steuergerät 26 wird Über die Leitung 30 der Stromquelle
18 ein Schreibsteueraignal für Blau zugeleitet, wodurch die
Wicklung 16 am Film 12 das Magnetfeld H orthogonal zur Ebene des Filmes 12 von solcher Stärke aufbaut, daß die beeinflußten örtlichen
Bereiche des Filmes 12 in den magnetischen Zustand zur übertragung
von Blau gebracht werden.
Ε» Aus dem Steuergerät 28 wirci über die Leitung 34 ein
Zeitvorgabesignal an den Cö^-Laser abgegeben3nwährend zugleich ein
Schrsibsteuersignai für Blau Über die Klemme 28 an den COp-Laser
20 und ein Steuersignal zur Abtastung des Rasters über die Leitung
32 an den Ablenker 24 herangebracht werden,
F. Vom Schreibsteuersignal für Blau (Figur 3) wird der abgelenkte
Strahl 22a impulsförmig gemacht, wenn er bei der Abtastung der ersten Zeile in der X~Richtung gelenkt wirds während des Bücksprunges
um eine Zeilenbreite nach unten in «ler ^-Richtung verschoben wii*d
und dann bei der weiteren Abtastung alle II aufeinanderfolgenden Zeilen durchläuft, bis die gesamte sweidimensionale, ebene Stirnfläche des Filmes 12 räumlich dem impulsförmlgen Strahl 22a- ausgesetzt
1st, wie durch das Schreibsteuersignal fUr Blau an der Klemme 28 und das Steuersignal zum Abtasten des Rasters in der Leitung
32 festgelegt wird. Während aller Abtastungen der N Zeilen liegt
das Sehreibsteuersignal für Blau ständig an der Leitung 30 und damit an der Stromquelle IS9 die das Magnetfeld M aufbaut. Am Ende
der Abtastung der N Zeilen wird das Magnetfeld H weggenommen und
der Lichtstrahl 22 unterbrochenj den Film 12 läßt man abkühlen,
so daß die Magnetisierung der beeinflußten örtlichen Bereiche des
Filme» 12 in «Jen Zustand für die Übertragung von Blau versetzt
wird,
G. Vom Steuergerät 26 wird auf die Leitung 30" ein Schreibst
euer signal für GrGn gelegt, wodurch von der Stromquelle 18 über
die Wicklung 16 am Film 12 senkrecht zu dessen Ebene das Magnetfeld H von solcher Stärke aufgebaut wird; daß die beeinflußten
örtlichen Bereiche des Filmes Ig in den magnetischen Zustand sur
übertragung von Grün gelangen*
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H. Vom Steuergerät 26 wird Über die Leitung 34 dem COg-Laser
20 ein Zeltvorgabesignal zugeführt, während zugleich an den
CO ρ-Laser 20 Über die Klemme 28 ein Schreibeteuersignal für Grün
und über die Leitung 32 an den Ablenker 24 ein Steuersignal fUr die
Abtastung des Rasters angelegt werden.
I. Das Schreibsteuer'signal für Grün (Figur 3) macht den
Strahl 22a impulsförmig, wenn er zur Abtastung der ersten Zeile in
der X-Riehtung längs dieser geführt„ während des RUcksprunges um
eine Zeilenbreite in der Y-Richtung nach unten versetzt und dann
bei der weiteren Abtastung durch alle N aufeinanderfolgenden Zellen hindurch gelenkt wird, bis die zweidimensionale, ebene Stirnfläche
des Filmes 12 räumlich dem Strahl 22a völlig ausgesetzt
1st, wie durch das Schreibsteuersignal an der Klemme 28 für GrUn
und durch das Steuersignal zur Abtastung des Rasters in der Leitung 32 festgelegt wird. Bei der Abtastung all dieser N Zeilen
liegt das Sehreibsteuersignal für GrUn ständig an der Leitung 30 und damit an der Stromquelle 18 an. Am Ende dieser Abtastung wird
das Magnetfeld H abgeschaltet und der Lichtstrahl 22 unterdrückt; den FtIm 12 lißt~man abkühlen» wodurch die Magnetisierung der beeinflußten
örtlichen Bereiche des Filmes 12 in den Zustand zur übertragung von Grün versetzt
J. Das Steuergerät 26 bringt Über die Leitung 30 ein
Schreibsteuersignal für Schwarz an die Stromquelle 18 heran« wodurch die Wicklung 16 am Film 12 orthogonal zu diesem das Magnetfeld
H von solcher Stärke hervorruft, daß die beeinflußten örtlichen" Bereiche des Filmes 12 in den magnetischen Zustand zur Über
tragung von Schwarz gebracht werden.
K, Vom Steuergerät 26 wird über die Leitung 34 dem COg-Laser
20 ein Zeitvorgabesignal zugeleitet» während zugleich dem CO2-Laeer
§0 über die Klemme 28 ein Schreibeteuereignal für Schwarz
und dem Ablenker 24 über die Leitung 32 ein Steuersignal zur Abtastung
des Rasters zugeführt werden.
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L. Vom Schreibsteuersignal für Schwarz (Figur 3) wird der
abgelenkte Strahl 22a impulsförmig gemacht, wenn er bei seiner Abtastung
in der X-Richtung die erste Zeile durchläuft, während des RUcksprunges um eine Zeilenbreite in der Y~Richtung nach unten gelenkt
und bei den Abtastungen der N aufeinanderfolgenden Zeilen geführt wird, bis die zweidimensional 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 Schreibsteuersignal ständig über die Leitung 30 an der Stromquelle 18 angelegt. Am Schluß der Abtastungen für Schwärs wird das
Magn&fcfeld H weggenommen und der Lichtstrahl 22 abgeschaltet, und
man läßt den Film 22 abkühlen, wodurch die Magnetisierung der beeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes in Sen Zustand zur übertragung
von Schwarz versetzt wird. Hiermit wird der SchreibVorgang
abgeschlossen, bei dem die beeinflußten örtlichen Bereiche des Filmes 12 in den zugehörigen magnetischen Zustand gebracht wurden,
der den Zustand für die übertragung von Rot, Blau, Grün oder Schwarz darstellt.
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 (Figur 4) angedeutet ist.
Der planpolarisierte weiße Lichtstrahl 42a trifft dann auf den magnetischen Schirm 10 auf, an dem alle örtlichen Bereiche des Filmes
12 die Polarisationsebene des Lichtstrahles 42a in einer einmaligen
Weise drehen, wobei Teilstrahlen entstehen. Die Polarisation jedes Teilstrahles ist dann in der Weise gedreht, daß die zugehörigen
Zustände zur übertragung von Rot, Blau, GrUn oder Schwarz
wiedergegeben werden, was durch den vorausgegangenen Schreibvorgang bestimmt wird. Diese Teilstrahlen fallen dann auf einen Analysator
48, dessen Polarisationsebene, wie durch einen Pfeil 50 angegeben,
um einen Winkel 0 aus der Polarisationsebene des Polarisators 44
ORIGINAL INSPECTED Q 0 9 8 B 07 0 6 3 8
herausgedreht ist» die durch den Pfeil 46 angedeutet ist. Beim Winkel
0 = 90° >-oll eich 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 de-
n&a sich die örtlichen Bereiche des Filraes 12 befinden.
In der Figur 2 sind schematise!! die vier aufgezeichneten Informationsaustände
Rot, Blau, Grün und Schwarz gezeigt, die je In einmaligerWelse
durch die zugehörige Länge des Vektors wiedergegeben sinc&i «ni das Aufzeichnen mit Hilfe der Kompensations-Temperatur zu
veranschaulichen3 Die Magnetisierung M.. in den örtlichen Bereichen
des Filmes 12, die die normalisierte Komponente der Magnetisierung parallel 212m Lichtweg ist, wird dabei durch die LängenI1 1/2, 1/4
und 0 für die vier magnetischenZustände zur übertragung der Farben
Hot, Blau, GrLIn und Schwarz angezeigt. Damit wird die räumliche Verteilung der magnetischen Zustände anschaulich gemacht, die vom
magneto-optisohen System der Figur 1 erreicht werden kann.
Wenn ein polarisierter Lichtstrahl durch ein magnetisches Material
hindurchgeht, wird seine Polarisationsebene gedreht. Der Betrag der Drehung, also der Drehwinkel' θ ist durch das Produkt aus der
Dicke T des Materials, dem Faraday-Koeffizienten F und der normalisierten
Komponente M(J/M0 der parallel zum Lichtweg verlaufenden
Magnetisierung bestimmt:
β « FTMn/M0 (1) .
Wann ein solches magnetisches Material zwischen annähernd gekreuzten
Polarisatoren, also einem Polarisator und einem Analysator ankönnen
geordnet wird, / 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 Vor-
geordnet wird, / 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 Vor-
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führgez'äte, Modulatoren und Ablenker hergestellt werden können
(Figur δ). Insbesondere hat das Material Rubidiumeisenfluorid im gesamten sichtbaren Bereich eine nahezu vollständige Wirksam»
keitj durch die Anv/endungen 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 sines Pro
zentes {0,001 %) beträgt» Da mit clsr weiter gehenden Forschung diese Materialien noch verbessert werden können, wird die Anwendung
dieser Geräte noch attraktivex·.
Wenn die magnetischen Domänen eines Wismut-substituierten Eisengra
nates, (also eines Materials mit einer hohen Faraday-Wirksamkeit) unter einem polarisierenden Mikroskop geprüft werden, sind einige
magnetische Domänen gelb5 andere grün, weitere rot und schließlich
auch einige schwarz» Durch eine Rotation des Analysators können die Farben verschoben \ferden. Eine Erklärung, wie die Faraday-Ro™
tation aus einem Strahl weißen Lichtes Farben hervorruft, sei in Verbindung mit der Figur 6 erläutert, die die Faraday-Hotation eines
magnetischen Filmes aus Rubidiumeisenfluorid (RbFeF3) in Grad/
cm als Funktion der Wellenlänge des Lichtes in ^ zeigt, wobei größere Wellenlängen einen kleineren Faraday-Koeffizienten als kür
zere Wellenlängen auf v/eisen. Diese Dispersion, also die Differenz der Faraday-Koeffizienten als Funktion der Wellenlänge 1st für die
magnetischen Materialien ein typisches Merkmal. Bei einigen magnetischen Materialien wechselt der Faraday-Koeffisient mit der Wellenlänge sogar das Vorseichen. Wegen dieser Dispersion sind die
Polarisationswinkel der Lichtstrahlen verschiedener Wellenlänge bei ihrem Austritt aus dem magnetischen Material unterschiedliche
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.
11
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2320356
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 K.. wird
für alle Wellenlängen die Größe der Rotation der Polarisation gesteigert,, Da Jedoch der Faraday-Koeffisient F von der Wellenlänge
abhängig ist5 nimmt die Rotation der Polarisation für die verschiedenen
Wellenlängen in unterschiedlichem Maße zu, Bei einem Wert der
Komponente M. , sind, die Rotationen dann derart, daß nur grünes
Licht durch dsn Analysator hindurchgeht, während bei einem anderen
Wert nur blaues Lichts bei einem dritten Wert nur rofces 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 Matex*ials entsprechend dem
unterschiedlichen Wert der Komponente M., in mehreren Farben. Mit Hilfe einer Vorrichtung, die diese verschiedenen Werte der Komponente
M, in die gewünschten Bereiche des Filmes einbringt, können vier-farbige Bilder vorgeführt werden,
A a AQ cos ® (2) ,
worin A die Amplitude ist., deren Quadrat die Intensität I ist:
1 = I0 cos2 Φ (3) .
Wenn die Gleichung (3) mit der Gleichung (1) kombiniert wird, ergibt
sich die Gleichung (4):
1(1) - I0(λ) cos2 [F(I)TMj j/mJ (4) .
Die drei Wellenlängen A1, A« und A_ entsprechen den Farben Rot,
Grün und Blau, unter der Annahme von drei Faraday-Koeffizienten F1,
Fp und F3 soll der Faraday-Koeffizient F„ doppelt so groß und der
Faraday »Koeffizient F3 viermal so groß wie der Faraday-Koeffizient
F1 sein. Die Dicke T des Filmes sei derart gewählt, daß das Produkt
F1.'! β 90° wird. Die Polarisationsebene des Analysators sei unter
12 -
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TtS
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dem Winkel 0 = 67,5° aus der Polarisationsebene des Polarisators
herausgedreht, also um 22,5° von der Löschung entfernt (Figur 4).
Farbe 1 (Schwarz):
Vfenn der Film in seiner- Ebene magnetisiert wird, ist die Komponente
M.j = Ot und die Polarisationsebene des Lichtes wird nicht gedreht.
Wenn das in den Analysator eintretende Licht für alle Wellenlängen die Intensität IQ besitzt, verfügt es bei allen drei Wellenlängen
nach seinem Austritt aus dem Analysator noch über die Intensität von 0,14 IQC
Farbo 2 (Blau):
V/enn der Film derart magnetisiert wird, daß die Komponente MJ; = 1/4
Μ- 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 Ig *= 0,86 IQ, das grüne Licht mit
einer Intensität von Iß = O114 I0 und das rote Licht mit einer Insität
IR - 0 aus ο
Farbe 3 (Grün):
Bei einer Magnetisierung des Filmes in der Weise, daß die Komponente M, j ss 1/2 MQ 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 Iß = 0,14 IQ, die des
grünen Lichtes IG = 0,86 IQ und die des roten Lichtes IR = 0,14 IQ.
Farbe 4 (Rot):
Wenn die Magnetisierung des Filmes so vorgenommen wird, daß die
Komponente M.. «ML 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 I0 — 0,14 I_, das
ο U
grüne mit der Intensität IQ = 0,14 IQ und das rote Licht mit der
Intensität Iß = 0,86 IQ aus.
- 13 -
/Φβ3β ORIGINAL INSPECTED
it
Der Analysator möge so orientiert seint daß der Winkel 0 = 60° gegenüber
dei" Polarisationsebene des Polarisators beträgt. Die drei
Wellenlängen 'A1, X, und "Λ3 für Rot, Grün und Blau seien so gewählt,
daß sich ihre entsprechenden Faraday-Koeffisienten wie S:11:17 beziehen,
also F„ -- 3,4 F1 land Fn - 2*2 F.. sind. Die Dicke T des
Filmes sei derart gewählt, daß das Produkt ΡχΤ » 150 beträgt,
Bsi der Sättigung das Filmes, wenn also die Komponente M,, - Mn
ist, ist die Wellenlänge X, um 330° und die Wellenlänge1}' um 510°
gedreht. Da die Polarisationsebene des Analysators um 60 aus der 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 "^1, ^2 und /^3 vollständig ausgelöscht.
Farbe 2 (Blau):
Bei einer solchen Magnetisierung, daß die Komponente M?, = -0,1889
Mq beträgt, (wobei das Vorzeichen - die entgegengesetzte Richtung
zur Farbe 1 bedeutet), wird die Wellenlänge ^1 um -28,33°, die
Wellenlänge ^2 um -62,30° und die Wellenlänge ^3 um -96,33° gedreht. Die Intensität des den Analysator verlassenden roten Lichtes ist 0,008 Iq, die des grünen Lichtes -0,286 JQ und die des
blauen Lichtes 0,839 IQ 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/^., um -48°,^« um -105,6° und ^3 um -181,3°. Beim
Verlassen des Analysators hat das rote Licht die Intensität IR =
0,242 IQ, das grüne Licht die Intensität IQ - 0,938 I0 und das
blaue Licht die Intensität I3 - 0,23 IQ.
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BAD IGL
Farbe 4 (Rot):
Der FiIiF wird so magnetisiert, daß die Komponente M1 = -0,75 M0
wird» Die Wellenlänge%■ 1 wird um 106,5°» die Wellenlänge ^2 um
-23493° und die Wellenlänge ^3 um -362,1° gedreht„ Beim Austritt
aus dem Analysator ist die Intensität des roten Lichtes I_ =
rt
0,945 I0, die des grünen Lichtes IQ = 0,169 1Q und die des blauen
Lichtes ϊβ = 0,219 IQ.
Bei einer geringen Preisgabe an Qualität kann man auch für die rote
Farbe des Beispiels 2 die Komponente M. { = 0,36 M0 und für
SeSsSüara die Komponente M1 ( = 0,19 KL wählen.' Somit ist ein weiter Bereich an Dispersions-SigentiMlichkeiten 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 erforderlieh wäres sowie die Verwendung eines
stärker absorbierenden Materials-,
Bei einer weiteren Ausführungsform eines vierfarbigen magneto-optischen
Vorführsystems erfolgt an der Stelle der ther-HmcHBagnefciBchem
Aufzeichnung eine Projektion unter Ausnutzung beweglicher Blasendomänen. Gemäß der Figur 7 wird von einer weißen Lichtquelle 72
ein Lichtstrahl 70 durch einen Polarisator 74 auf ©ine raehrschich·»
ti ge magnetische Speicherebene 76 mit Blasendomänen geworfen, in
der zwei magnetische Filme durch einen nichtroagnetisehen Film voneinander
getrennt sind. Nach seiner Polarisation läuft der Lichtstrahl 70 durch einen nichtgekreusten Analysator 78 und einen Projektor
80 hindurchj der das 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 unabhängig sein können als auch
übereinander angeordnet werden (Figur 8). Die beiden Filsi© haben
eine unterschiedliche Dicke, damit das polarisierte LiClIt9das den von
der Blase definierten, örtlichen Bereich durchsetzt.je nach
deren.Vorhandensein oder Fehlen einer Drehung seines Polarisationswinjcelsum
einen wn vier antersehiedliehen Werften unterliegt · Macls-
15
dem 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 s in Abhängigkeit von den Zuständen der Blase
ins betreffenden Bereich entweder grün, schwarz, rot oder gelb.
Bei? Vorteil einer Anwendung der Blasen ist darin zu erblicken, daß
diese in der Speicheret ens 76 seriell von einem örtlichen Bereich
si» nächsten fortgepflanzt werden können. Bie Spur eines bekannten
Musters kann derart gestaltet sein, äaß sich für ein Vorfiihrsystem
ein Blassnraster ergibt, Mit Hilfe eines Blasengenerators werden die Blasen an der einer» Ecke des Musters in die Speicherebene 76
eingeschrieben. Wie aus der USA-Patentschrift Nr. 3,965.299 von B =
J* Lin hervorgeht, schreibt dieser Blasengenerator beliebige BIasenkorabinationen
(Figur 8). Geraeinsam mit passenden Treibfeldern werden die Blasen des Musters längs dem von der Spur definierten
Raster zum nächsten Huster fortgepflanzt, und es werden dabei neue
Blasen an der Schreibstation eingeschrieben. Es wird also jede Blase von eLnem Muster zum nächsten bewegt, und eine dritte Blase
wird eingesehrieben. 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-Legierungen aus 36 bis 81 % 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 Figur 9 ist eine dritte Ausführungsform eines vierfarbigen
magneto-optisehen VorfUhrsystems veranschaulicht, bei dem natürliches
Licht als Quelle des weißen Lichtes benutzt wird. Am Bild— rand ist eine handelsübliche Kathodenstrahlröhre 100 von einem
magnetischen Schirm 102 fest verschlossen, der aus einem zusammen-
- 16
9098 SO/0638
Film 104 aus einem magnetischen Material, z. B. Rubidiumeisenfluorid
(RbFeF3) von etwa 1 mm Dickes einem Polarisator 106
und einem reflektierenden Überauigsfilm 108 z. B» aus Aluminium von
etwa 500 A Dicke zu einem Stück zusammengesetzt ist. Von einem
Elektronenstrahl 110 werden die gewünschten Info^mationszustände
in die örtlichen Bereiche des Filmes 104 durch lokalisiertes Erwärmen, und eine thermisch« .Leitung eingesehrieben. Ber ÜberzugsfiliB
108 aus Aluminium wirft das weiße Licht 112, vorzugsweise das aus
Be.i. dieser Ausführangsform werden dia örtlichen Bereiche des Filmes
104 in die Informaticnszustände der vier Farben In ähnlicher Weise
versetzt, wie in Verbindung mit den AusfUförungsformen der Figuren
1 bis 3 erörtert wurde» Lediglich der Polarisator 106 übernimmt
die Funktionen sowohl des Polarisators 44 als äwcl» des Analysators
48 (Figur l)t 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 Figur 9 ist die Rückseite des magneto-optischen Filmes
104 mit deii reflektierenden tlberzugsfilm 108 aus Aluminium und die
Vorderseite durch das als Polarisator 106 wirksame Blatt bedeckt, das zusätzlich als Analysator wirksam ist. Das Licht 112 aus dem
Raum tritt durch das Blatt 106 ein und wird dabei polarisiert» Sobald das polarisierte Licht durch das magneto-optische Material
durchgeht, wird seine Polarisationsrichtung gedreht. Danach wird es vom 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 Polarisabor und Analysator wirksame Blatt 106 hindurchfällt, erreicht das Auge
des Betrachters. Falls die Totalreflexion einer speziellen Wellenlänge % des Lichtes 0° oder ein ganzzahliges Vielfaches von 180°
beträgt, geht das gesamte Licht dieser Wellenlänge hindurch. Im Fall®, daß die Rotation einer bestimmten Wellenlänge 90° oder ein
wngeradzahliges Vielfaches davon beträgt, wird alles Licht dieser
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ZO
Wellenlänge unterdrückt. Da das magneto-optische Material einen Faraday-Koeffizienten
F aufweist, der sich gemäß der Figur 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-optiachen Materials ändert sich
auch die Farbe, wie bereits erläutert wurde«
Wie bereits in Verbindung mit den Seispielen 1 und 2 dargelegt wurde
s folgt die .Amplitude des Lichtes siner gegebenen Wellenlänge %
mit einem Polarisationswinkel ® besUglieh des Analysators, aus dem
es austritt j der Gleichung (2)s und gemäI3 der· Gleichung (3) ist
seine Intensität das Quadrat der Amplitude A, Die Kombination der Gleichungen (1) und (3) ergibt die folgende Gleichung (5):
lOi) = IQ(1) cos2[2F("2I)TM ,/M0] (5) .
Beispiel 3
Das Licht aus der Umgebung sei aus drei Wellenlängen A-,, Ao un& An
Das Licht aus der Umgebung sei aus drei Wellenlängen A-,, Ao un& An
Lc. O
entsprechend den Farben Rot, Grün und Blau zusammengesetzt. Ferner
soll der Faraday-Koeffizient F„ fUr die Wellenlänge der Farbe Grün
dreimal so groß wie der Faraday-Koeffizient F- für Rot und der Faraday-Koeffizient
F_ für Blau fünfmal größer als der Faraday-Koeffizient
F, für Rot sein. Die Dicke T des magneto-optischen Materials
sei so gewählt, daß bei einer Sättigung in der senkrechten Richtung die totale Faraday-Rotation Φ = 90° für die rote Wellenlänge
^1 betragen soll.
Farbe 1 (Schwarz):
Das magneto-optische Material wird in der senkrechten Richtung gesättigt,
so daß die Komponente Mj. » MQ ist. Dann sind die Produkte
2F1T = 90°, 2F2T * 270° und 2F3T * 450°. All diese Faraday-Rotationen
sind ungeradzahliqe Vielfache von 90°, und auf Grund
der Gleichung (5) sind die Intensitäten aller austretenden Wellenlängen A1, ^2 und A3 sämtlich nullo Die vorgeführte Farbe ist
also Schwarz.
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Farbe 2 (Blau):
Das magneto-optische Material wird einem magnetischen Zustand unterworfen,
bei dem die Komponente M1, = 0,9 Mn ist. Dann seien die
Produkte 2F1T = 81°, 2FOT = 243° und 2FOT = 405°, und aus der Gleichung
(5) ergeben sich die Intensitäten: IR = 0,025 1Q, Iq= 0»206
I0 und I3 = 0,50 I .
Farbe 3 (Grün):
Der magnetische Zustand des magneto-optischen Materials sei derart
eingestellt, daß die Komponente M, = 0,667 MQ ist., Wenn die Produkte
2F1T = 60°, 2F2T m 180° und 2F3T - 300° sind, ergeben sich
aus der Gleichung (5) die Intensitäten: In = 0,25 In, In = 1,00 In
It Uu U
und Ig = 0,25 IQ.
Farbe 4 (Rot):
Farbe 4 (Rot):
Das magneto-optische Material sei in einen Zustand gebracht, in dem die Komponente M,, = 0,2444 Mn ist. Falls die Produkte 2F^T =
22°, 2F2T * 66° und 2F3T = 110° sind, errechnen sich die Intensitäten:
I0 = 0,86 In, I1, β 0,165 In und I0 = 0,117 In aus der Glei-
Xt Ul* Uo U
chung (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 ausgebilde-
- 19 909850/Q639
til
ten Teilstrahlen gehen dann durch einen nichtgekreuzten Analysator
hindurch und erscheinen in einer mehrfarbigen Projektion auf dem
magnetischen Schirm.
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909850/063«
Claims (5)
- PATENTANSPRÜCHEIl Mehrfarbiges Vorführsystem mit einem magnetischen Schirm, der zumindest einen Film aus einem magneto-optischen Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß örtliche Bereiche des Filmes (12; 76; IO4) entsprechend der von ihnen wiederzugebenden Farbe in einen von zumindest drei magnetischen Zuständen überführbar sind, in denen der Faraday-Koeffizient (F) des Materials derart unterschiedliche Werte (F , F bzw. F) besitzt, daß ein einfallender planpolarisierter, weißer Lichtstrahl (42a; 70; 112)nach seinem Durchgang durch den Bereich und einen nachgeschalteten Analysator (48; 78; IO6), dessen Polarisationsebene (50) gegenüber der Polarisationsebene (46) des einfallenden Lichtstrahles (42a; 70; 112) um einen Winkel ($) gedreht ist, als monochromatischer Lichtstrahl (84) austritt, dessen Wellenlänge!X , "X , \) dem magnetischen Zustand des jeweiligen örtlichen Bereiches entspricht.
- 2. Vorführsystem nach dem Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (10) von einer Spule (l6) mit mehreren Windungen umgeben ist, von der ein Magnetfeld (H ) senkrecht zum Film (12) herstellbar ist, und daß zur Überführung 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) hinwegführbar ist, wobei das Magnetfeld (H ) eine von drei Intensitäten aufweist.
- 3. Vorführsystem nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (102) von einer Spule mit mehreren Windungen umgeben ist, von der ein Magnetfeld (H ) senkrecht9Ü9ÖS0/063*zum Film (104) in einer von zumindest drei Intensitäten herstellbar ist, und daß zur Überführung der örtlichen Bereiche in einen der magnetischen Zustände ein Kathodenstrahl (110) in einem Fernsehraster über den Film (104) hinwegführbar ist.
- 4. Vorführsystem nach dem Anspruch 35 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. Vorführsystem 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 herstellbar ist.909850/0833
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