DE2430619A1

DE2430619A1 - Programmierbares beugungsgitter

Info

Publication number: DE2430619A1
Application number: DE2430619A
Authority: DE
Inventors: Ernest James Torok
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1973-06-29
Filing date: 1974-06-26
Publication date: 1975-01-16
Also published as: US3861784A; IT1015253B; JPS5034555A; FR2235378B1; FR2235378A1; GB1481841A; JPS588486B2

Description

PATENTANWAtT

FRIEDENSSTRASSE 29/31 '

ρ 159024 SPiSRRY RAND CORPORATION, New York, fl, Y./U. S. Ao

Programmierbares Beugungsgitter

Die Erfindung betrifft eine elektrische Steuervorrichtung und ein Arbeitsverfahren zur optischen Bearbeitung eines Bildes. Sie weist eine Anordnung von optischen Zellen aus mehreren streifenartigen XY-Gebilden und ein Filmelement mit BäP.d3omänen auf. Die Wandabstände und die Wandorientierung der Banddoinänen sind an jedem Punkt des Filmelementes wahlweise beeinflußbar, damit ein elektrisch veränderbares Hologramm in der Anordnung der optischen Zellen erzeugt werden kann» Aufgrund der Gestalt der Domänenwände können verschiedene Aufgaben der optischen Bearbeitung gelöst werden.

Es ist bekannt, Bilder, z. B. Luftaufnahmen mit Hilfe Fourier'scher Transformationsverfahren unter Verwendung digitaler Rechenautomaten zu bearbeiten. Da solche Bilder verdreht bearbeitet werden müssen, beanspruchen die notwendigen Operationen zur Durchführung derartiger Aufgaben unvernünftige Arbeitszeiten des Rechenautomaten. Daher ist es erwünscht, derartige Luftaufnahmen direkt mit möglichst wenig Arbeitsgängen des Rechenautomaten zu bearbeiten, wie aus dem Aufsatzi "The Ultimate Computer" in der Zeitschrift: ¹¹IEEB Spectrum", (März 1972), Seiten 84 bis 91, hervorgeht.

In der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2.108.144 ist ein Lichtablenksystem in Form eines Beugungsgitters erläutert, bei dem die Domänenwände zwischen den Banddomänen eines magnetischen Films ausgenutzt x^erden. Von gewissen Hilfsmitteln werden der Abstand der benachbarten Domänenwände und die Orientierung in .Drehrichtung der

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parallelen Banddomänen verändert. Unter Benutzung des sich ergebenden Systems wird durch den Kerr- oder Faraday-Effekt der Brennpunkt eines Lichtstrahls beeinflußt, der auf die Ebene des Filmes gerichtet wird.

werden

Gemäß der Erfindung/holographische Verfahren zur Bearbeitung von Bildern in einem optischen System der direkten Verarbeitung ausgenutzt« In dem Gerät der zuvor genannten deutschen Offenlegungsschrift sind mehrere streifenartige Anordnungen derart gestaltet, daß in jedem Abschnitt des Filmes der Abstand und die Orientierung der Domänenwände einzeln und wahlweise gesteuert werden kann, damit eine willkürliche Anordnung der Dornänenwände hinsichtlich ihres Abstandes und ihrer Richtung ununterbrochen abgeändert werden kann. Von den Anordnungen der Dotnänenwände von unterschiedlicher Gestalt \?erden verschiedene Funktionen bei der Bildbearbeitung übernommen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen;

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines programmierbaren Beugungsgitters gemäß der Erfindung,

Figur 2 schematisch eine einzelne optische Zelle der XY-Matrix aus Zellen des Beugungsgitters der Figur 1,

Figur 3 typische Treibfeld- und Taktsignale, die für die Erfindung verwendet werden.

Figur 4 eine XY-Matrix aus neun optischen Zellen des Beugungsgitters der Figur 1 mit den typischen Domänenwandorientierungen und Magnetisierungsvektoren,

Figur 5 ein einziges Filmelement der Figur 4, bei dein die in Figur 4 grob wiedergegebenen Orientierungen der Domänenwände und der Magnetisierung ausführlicher dargestellt ist,

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Figur 6 ein Blockschaltbild eines Systems mit einem programmierbaren Beugungsgitter gemäß der Erfindung und

die Figuren 7a bis 7f verschiedene Formen von Beugungsgittern zur Lösung bestimmter optischer Aufgaben,

In Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines" elektrisch abänderbaren Gitters 10 gemäß der Erfindung zu sehen, das aus den anschließend von.der annähernd ebenen Oberfläche aus aufgezählten Komponenten besteht:

a) aus einer ebenen Anordnung 12 als Matrix mit X- und Y-EIementen, die je Magnetfelder in X- bzw. Y-Richtung erzeugen und einen Satz paralleler Bänder bilden; die Bänder der X-Elemente sind übereinander angeordnet und orthogonal zu denen der Y-Elemente orientiert, so daß die mit den X- und Y-Elementen gekoppelten Ströme orthogonal in X- und Y-Richtung verlaufende Magnetfelder in der Ebene des Gitters 10 erzeugen» Die genannten Elemente werden in einem bekannten chemischen Verfahren aus der doppelten Kupferverkleidung der dielektrischen Unterlage herausgeätzt;

b) aus einer Verdrahtungsmatrix 14 in Form einer mehrschichtigen, gedruckten Schaltungsplatte, die die X- und Y-Wahllei« tungen jeweils mit einem zugeordneten X- bzw. Y-Element der Anordnung 12 verbindet;

c) aus einem optischen Spiegel 16, der auf der den Bändern 13 benachbarten Seite eines Filmes 18 aufgebracht ist,und

d) aus dem Film 18 als Banddomänenschicht z. B. eines YFöGranatkristalls nach der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2.108el44; diese Schicht ist durchweg über die gesamte,

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Ebene des Gitters 10 zusammenhängend, dessen einzelne Abschnitte jeweils zu den übereinanderliegenden X- und Y-EIementen der Matrix 12 gehören, so daß eine optische Zelle wirksam wird, in der der Abstand und die Orientierung der Banddomanen durch die Veränderungen der Stärke und Richtung eines Gleichfeldes in der Filmebene beeinflußt werden. Die Hysteresis des Films 18 v/ird gleichzeitig von einem anregenden, magnetischen Viechselfeld überwunden, das zur Ebene des Gitters 10 orthogonal gerichtet ist.

In der Figur 2 ist schematisch eine optische Zelle 20 aus einem einzelnen X-Eleinent 22, einem Y-Element 24 und einem Film 26 dargestellt, die übereinanderliegen, und von denen der letztere den Abschnitt des Filmes 18 der Figur 1 bildet, der insbesondere mit diesen beiden X- und Y-Elementen22 und 24 induktiv gekoppelt ist*

Von Stromsignalquellen 23 und 25 der Figur 2 werden die X- und Y-V/ahlströme abgegeben, die zur Erzeugung der in der X- und Y-Richtung verlaufenden Magnetfelder H^ und Hy mit den X- und Y-Eleinenten 22 und 24 gekoppelt werden. Wegen der Kopplung mit dem Film 26 ergibt sich in dessen Ebene ein resultierendes Feld H« als Vektorsumme aus der Polung und Grüße der orthogonalen Magnetfelder Η_χ und Hy. Dadurch daß die Polung und Größe der letzteren abgeändert werden, entsteht in der Ebene des Filmes 26 das resultierende Gleichfeld der gewünschten Richtung und Polung. In der schematischen Darstellung enthält das X- bzw* Y-Element 22 bzw, 24 vier parallele Leitungen 22a bis 22d bzw. 24a bis 24d, die mit Leitungen 22e und 22f bzw. 24e und 24f gekoppelt sind. Eine Quelle 28 liefert ein anregendes Wechselfeld Hm senkrecht zur Ebene des Filmes 26, das während der Aufprägung der Magnetfelder Η_χ und Hy die Hysterese des Filmes 26 überwindet.

In der Figur 3 sind über der Zeit die gleichzeitig angelegten Hagnetfelder H^ und Hy in der Ebene des Filmes 26 und das senkrecht

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zu dieser wirkende Wechselfeld Hrj, aufgetragen. Wie angegeben, können die Magnetfelder Η_χ und Hy₅ die je eine unterschiedliche Polung und Größe besitzen, nahezu gleichzeitig hervorgerufen und beendet werden, während das anregende V/echselfeld Η,ρ von abnehmender Amplitude nur zu Beginn der Magnetfelder Η_χ und Η_γ auftritt.

In der Figur 4 ist schematisch ein Gitter 40 aus einer Matrix Filme 26a bis 26i wiedergegeben, in der die zugehörigen Orientierungen der Domänenwände durch Vektoren 41a bis 41i angegeben sind. Diese Vektoren 41a bis 41i sind längs einer nahezu zusammenhängenden Linie von Domänenwänden 42 bis 45 ausgerichtet, die durch sich ändernde Wandabstände voneinander getrennt sind«

Aus Gründen der Größe hat in der Darstellung jeder Film 26a bis 26i nur eine Domänenwand, die längs der zugeordneten, ununterbrochenen Linie 42 bis 45 orientiert ist; der sich ändernde V/andabstand wird dabei durch den sich ändernden Abstand zwischen den benachbarten Linien 42 bis 45 wiedergegeben,, Da der Film 26 auf dem Gitter 10 zusammenhängt und die X- und Y-Elemente vom Film 26 durch einen endlichen Zwischenraum getrennt sind, wird das resultierende Feld H_R in den Filmen 26a bis 26i über die Filmebene geglättet. Somit wird die Orientierung der Domänehwände in den Filmen 26a bis 26i von dem jeweils benachbarten Film beeinflußt, wodurch eine Anordnung von nahezu ununterbrochenen, gekrümmten Domänenwänden von sich änderndem liandabstand zustandekommt, wie durch die Polung und Größe der betreffenden Wahlströme I^ und Iy festgelegt ist, die mit den zugehörigen X- und Y-Elementen gekoppelt sind (Figur 2).

In der Figur 5 ist ein Beispiel für weitere Doinänenwände gegeben, die beim Film 26e zwischen den Domänenwänden 43 und 44 vorhanden sein können. Drei solche Domänenwände 43a bis 43c verlaufen also zwischen den Domänenwänden 43 und 44, wobei zwischen ihnen zugehörige Hagnetisierungsvektoren 50 bis 53 eingezeichnet sind. Natürlich können in

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Wirklichkeit noch mehr oder auch weniger Domänenwände als in der Figur 5 vorhanden sein·

Figur 6 zeigt ein Blockschaltbild mit einem programmierbaren Beugungsgitter 62, in dem eine Anordnung nahezu ununterbrochener; gekrümmter Domänenwände mit sich änderndem v/andabstand und geänderter Orientierung ausgebildet ist. Von einer Steuerung 64 werden X- und Y-Wähler 66 und 68 und eine Viechselstromquelle 70 derart angesteuert, wie in Verbindung mit den Figuren 2 und 3 erläutert ist, damit den

optischen Zellen, die in der XY-IIatrix des Beugungsgitters 62 ausgebildet sind, wahlweise V/ahlströme +Iy und +Ι_γ passender Größe und Polung zugeleitet werden können· Von einem solchen System 60 werden die spezielle Orientierung, die Größe und die Polung des sich ergebenden magnetischen Gleichfeldes H_R in der Ebene aller Filme der entsprechenden optischen Zellen festgelegt, um eine Anordnung von Doinänenwänden in der gewünschten Gestalt innerhalb des ebenen Filmes mit den Banddomänen zu erzeugen, der aus der Matrix der optischen Zellen gebildet ist. Das System der Figur 6 kann mit Hilfsmitteln arbeiten, bei denen der Informationsgehalt verschwindet und die Viahlströmdallen optischen Zellen gleichzeitig zugeführt werden müssen; im anderen Fall wird ein Film mit einer wesentlichen Koerzitivkraft benutzt, wobei die Wahlströme jeder optischen Zelle der Reihe nach zugeleitet werden.

Wie bereits in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2.108.144 erwähnt, liegt die Magnetisierung des Filmes 18 z. B. aus einem YFeGranatkristall in Form mehrerer Banddcmänen vor» Er kann den Faraday- oder Kerr-Effekt aufweisen; seine magnetischen Eigenschaften aber müssen derart sein, daß seine Magnetisierung in mehreren im wesentlichen parallelen Banddomänen gemäß der Figur 5 verläuft, die voneinander durch je eine Domänenwandketrennt sind. Ihre Magnetisierungen sind in entgegengesetzter Orientierung nach oben und unten unter einem Winkel zur ebenen Oberfläche des Filmes ausgerichtet, wobei die

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mittlere Magnetisierung In die Filmebene gerichtet ist, wie die Vektoren 52 und 53 zeigen,, Wegen der Aufprägung des resultierenden Gleichfeldes Hn der richtigen Polung und Größe und des anregenden VJechselfeldes H«, z„ Β» orthogonal zu den Domänenwänden des Filmes können die Yfandorientierung und-abstände der Banddomänen wahlweise beeinflußt werden. Durch die Aufprägung eines resultierenden Gleichfeldes H_R parallel, also in derselben Richtung wie der vorhandene magnetische Vektor des Filmes mit- abnehmender Größe wird der Wandabstand verringert, während bei einer zunehmenden Größe des Vektors der Wandabstand vergrößert wird» Falls umgekehrt das resultierende Gleichfeld H_R antiparallel ist, also in der entgegengesetzten Richtung' zum jeweils vorhandenen Magnetisierungsvektor des Filmes von abnehmender Größe verläuft, nimmt der Wandabstand zu, während bei einer sich steigernden Größe der Viandabstand abnimmt; wie zuvor legt die Orientierung des resultierenden Gleichfeldes H_R die Orientierung der Domänenwände in der Ebene des Filmes fest. Unter Ausnutzung dieser Gesetzmäßigkeiten lassen sich mit dem System der Figur 6 zahlreiche Anordnungen der Domänenwände im Beugungsgitter 62 erreichen.

Wie zuvor erläutert, soll das Gitter gemäß der Erfindung in einem optischen Verarbeitungssystem angewendet werden. Die verschiedenen Ge-, stalten der Beugungsgitter mit Anordnungen nahezu ununterbrochener gekrümmter Domänenwände mit einem sich ändernden Abstand und einer sich ändernden Orientierung dienen der direkten Vorbereitung bei der Bearbeitung von Luftaufnahmen oder Radarbildern* In den Figuren 7a bis 7f sind einige typische Formen von Beugungsgittern zur Ausführung von vorgeschriebenen optischen Bearbeitungsaufgaben angegeben·

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Programmierbares Beugungsgitter mit einer Anordnung optischer Zellen, die Je ein ebenes,, dünnes magnetisches Filmelement mit Banddomänen enthalten, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß Wähler (23, 25 bsw« 66, 68) ein resultierendes magnetisches Gleichfeld (H_R) von einer vorgegebenen veränderbaren Orientierung und Größe dem Filmelement (26) aufprägen, daß eine Quelle (28 bzw. 70) eines magnetischen Vieehselfeldes (H_T) mit der Anordnung (12 bzw„ 62) der optischen Zellen (20) induktiv gekoppelt ist, und daß eine Steuerung (64) auf die Wähler (23, 25 bzw, 66, 68) derart einwirkt, daß in den Filmelementen (26) mehrere nahezu ununterbrochene _% gekrümmte Domänenwände (42 bis 45) mit veränderlichem Wandabstand in einer vorgegebenen Verteilung erzeugbar sind.

2 _β Beugungsgitter nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (12 bzw» 62) eine ebene Matrix mit ein Magnetfeld (Η_χ) in X-Richtung erzeugenden X-Elementen. (22) und eine ebene Matrix mit ein Magnetfeld (Η_γ) in !-Richtung erzeugenden !-Elementen (24) enthält, daß ein gesondertes,innerhalb einer gemeinsamen Ebene liegendes Filmelement (26) mit nur einem zugeordneten X-Element (22) und nur einem zugeordneten I-Element (24) induktiv gekoppelt ist und mit diesen übereinanderliegenden Elementen (22, 24) eine optische Zelle (2Q) bildet, äaß dsr Wähler (23), der an allen X-Elementen (22) angeschlossen ist, wahlweise einen X-Wahlstrora (+Ιχ) von gegebener Polung und Amplitude dem^gewählten X-Element (22) zuleitet, daß der Uähler (25), der gesondert an allen Ϊ-Elementen (24) angeschlossen ist, wahlweise einen Y-Wahlstrom (±Iy) von gegebener Polung und Amplitude nur dem X-Element (24) zuführt, das dem gewählten X-Element (22) überlagert ist-

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■3■· Beugungsgitter nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch ge k e η η ζ e 1 c h η et, daß die Filmeletaente (26a - 26i) in der Anordnung (12) optischer Zellen (2C) einzelne Abschnitte einer zusamraenhängenden Schicht (13) sind«

4 β Beugungsgitter nach dem Anspruch 1, dadurch C e k e η χι ζ ei c h η e t, daß die Größe des magnetischen V/echselfeldes (Hm) nur während der anfänglichen Anlegung des resultierenden Gleichfeldes (H_R) derart gewählt ist, daß die Hysteresis des Filraeleraentes (26) Überwunden wird.

5 ο Beugungsgitter nach dem Anspruch ^»dadurch gek en η ζ e i c h η e t, daß das magnetische rfechselfeld (H_m) etwa senkrecht zur Ebene des Filraeleraentes (26) verläuft»

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