Голографическое устройство записи и воспроизведения электрических сигналов Советский патент 1988 года по МПК G03H1/04 G11B7/65 

Изобретение относится к области голографической записи информации и предназначено для записи и воспроизведения изменяющихся во времени элек трических сигналов, а также для хранения записей этих сигналов и может быть использовано в телевизионной технике для создания устройств записи, хранения и воспроизведения телевизионных цветных программ (сигналов) , в технике звукозаписи, в геоло горазведочных и других комплексах для записи данных сейсмодатчиков, в вычислительной технике в качестве устройств памяти большого объема и т.д. Известно покадровое голографирование электрических сигналов. В устройствах покадровой записи телевизионных сигналов телевизионньй элек трический сигнал записывается в виде кадров на транспарантах, которые голографируются по схеме Фраунгофера. При воспроизведении информации с таких голограмм над поверхностью носителя создается неподвижное изображение в виде сетки из равноудаленных светящихся дорожек, каждая из которых образует одномерное распределение амплитуд. Информация считывается фотоприемником, который следует за дорожкой, з еличенной через микроскоп . Основным недостатком покадровой голографической записи электрических сигналов является сложность устройства слежения за дорожкой при считывании информации. Наиболее близким к изобретению является голографическое устройство записи и воспроизведения голографических сигналов, содержащее источник когерентного света, делитель, расположенные последовательно, опорный и предметный каналы с оптическими элементами для сведения лучей на носител записи, модулятор, расположенный в предметном канале, и блок восстановления с фотоэлектрическим преобразователем. Устройство основано на прин ципе поэлементной записи, при этом электрический сигнал управляет модулятором, который установлен в сигнальном луче голографического устрой ства. Картина интерференции когерент ных сигнального и опорного лучей,изменяющаяся как функция электрического сигнала, регистрируется в виде голограммы на движущемся относительно этих лучей фоточувствительном носителе.. При считывании информации с двнГ-. жущегося носителя восстановленное светом изображение с помощью фотоэлектрического преобразователя оказывается представленным в виде электрического сигнала, идентичного исходномуНедостатком такого устройства является необходимость при записи и воспроизведении в реальном масштабе времени высокочастотных электрических сигналов, например телевизионных, перемещать носитель с высокой скоростью, соответствующей максимальной частоте спектра сигнала, а также необходимость высокой стабильности скорости перемещения носителя. Кроме того, сложной является система управления оптического модулятора изза высокой частоты его переключений и высоки требования к быстродействию фотоприемного устройства. Целью изобретения является повышение надежности и качества работы . устройства путем уменьшения скорости относительного движения носителя, ослабления требований к стабильности скорости движения, быстродействию модулятора и фотоприемника и его чувствительности. . Это достигается тем, что в голографическом устройстве записи и воспроизведения электрических сигналов, содержащем источник излучения, делитель, расположенные последовательно, опорный и предметный каналы с оптическими элементами для сведения лучей на носитель записи, модулятор, расположенный в предметном канале, и блок восстановления с фотоэлектрическим преобразователем, модулятор выполнен в виде линейного многоканального модулятора.света, а фотоэлектрический преобразователь - в виде линейного многоэлементного фотоприемника, при этом в устройство дополнительно введены оптическая многоканальная система формирования сигнальных пучков, коммутатор, запоминающие ячейки и блок формирования считанного сигнала, причем каждый из выходов коммутатора подсоединен к управляющему входу одной из запоминающих ячеек, которые своими выxoдa IИ

подсоединены к входам линейного многоканального модулятора света.

В качестве модулятора света используется линейный многоканальный имеющий N каналов модулятор света и .дополнительно используется коммутатор и запоминающие ячейки. Коммутато распределяет исходный, электрический сигнал последовательно на N запоютна ющих ячеек через определенные промежутки времени, равные половине периода максимальной частоты спектра электрического сигнала. Эти промежутки времени можно назвать временем существования элементарных сигналов, из которых складывается исходный злектрический сигнал; Запоминающие ячейки сохраняют исходную величину модулирующего сигнала на соответствующих элементах модулятора в течение времени, больщего чем интервал между переключениями коммутатора, но меньшего, чем общее время переключения всех N каналов модулятора. Это поэво ляет.увеличить время записи элементарного сигнала, уменьшить скорость и частоту переключений отдельных каг налов модулятора по сравнению с обычной одноканальной схемой записи элек

трических сигналов,

I -..

При воспроизведении записи с движущегося с той же скоростью, что и при записи, носителя используется лганейный многоэлементный фотоприем- / ник, имеющий N приемных элементов, на которые последовательно с частог .той переключения коммутатора при записи попадают изображения, восстанов леншле с голограммы. Они освещаю.т калздый элемент фотоприемника в течение времени, равного времени запоминания Сигнала в соответствующей запоминающей ячейке при записи. Так как это время больше времени- существования .элементарного сигнала, то, следовательно, имеется дополнительное время для -накопления сигнала в фотоприемнике и есть возможность исполь- зовать фотоприемник с ме,ньшей чувствительностью или уме ньшить мощность источника света для считьшания голограммы. Для формирования считанного электрического сигнала при воспроизведении используется блок, который осуществляет последовательный опрос элементов фотоприемника с частотой переключения коммутатора при записи.

В качестве фотопреобразователя для воспроизведения может быть использовано также устройство типа телевизионной переда ющей трубки, например видикон. Тогда оно заменит линейный многоэлементный фотоприемник и блбк формирования вьгходного сигнала и будет выполнять их функции.

На фиг,1 показана схема записи электрических сигналов в голографическом устройстве записи и воспроизведения; на фиг.2 показан один из вариантов временной диаграммы работы оптического модулятора (а --распределение амплитуды исходного электрического сиг нала; Ъ - амплитуда сигнала в первом канале модулятора, с амплитуда сигнала во втором канале модулятора , d - амплитуда сигнала в . 1-ом канале модулятораj е - амплитуда сигнала в N-OM канале модулятора), на фиг..З дана схема воспроизведения электрических сигналов в голографйческом устройстве записи и воспроизведения.

I , ; . .

Схема записи электрических сигналов состоит из источника когерентного света - лазера 1, делителя 2, канала опорного луча. 3, фоточувствительного носителя записи 4, канала сигнального луча 5, зеркала 6, цилиндрических линз 7 и 8, линейного многоканального модулятора света 9, цилиндрической линзы 10, голограммной дорожки 11, коммутатора 12 и запоминающих ячеек 13.

Запись осуществляется следуимцим образом. Свет, излучаемый лазером 1, делится на зеркале 2 на два луча. Один из них, отраженный зеркалом 2, образует опорный луч 3, который направляется на фоточувствительньй носитель 4. Другой луч 5, прошедший через зеркало 2, является сигнальны Отразившись отзеркала 6, сигнальный луч расширяется телескопической системой цилиндрических линз 7 и S и освещает линейный многоканальный модулятор света, а затем сводится цшишд рической линзой 10 на поверхности но сителя 4 в месте падения опорного луча 3. Линзы 7,8,10 и модулятор 9 расположены так, что сигнальный луч 5 расширяется в одной плоскости с опорным лучом 3. При перемещении носителя 4 на его фоточувствительном слое записьюается голограммная дорожка 11; Необходимая для записи скорость перемещения носителя 4 определяется шириной (размером) засвечиваемого в момент съемки пятна на поверхности фотослоя вдоль направле.ния движения и частотой переключений отдельного Г канала модулятора. Скорость V перемещения тем меньше, чем меньше ширина пят на и частоту переключений. Электрический сигнал F(с) подается на вход коммутатора 12, который через определенные промежутки времени, равные периоду мак симальной частоты спектра электричес кого сигнала, последовательно распре деляет сигнал на N зaпo шнaющиx ячее 13. Запоминающие ячейки сохраняют ис ходную величину модулирующего сигнала для управления соответствующими каналами модулятора света 9 в течени времени, которое может быть больше половины периода максимальной частоты сигнала, но не больше общего времени переключения всех N каналов модулятора. Как коммутируется сигн.ал в различ ные каналы модулятораи какова длительность управляющих сигналов в каналах модулятора света, представлено на фиг.2. Схема воспроизведения электрических сигналов с. голограммыJ которая .состоит из считывающего луча 14, голограьмной дорожки 11, носителя запи си 4, восстановленных лучей I5j линейного многоэлементного фотоприемника 16 и блока 17 формирования считанного сигнала, показана на фиг.3. Воспроизведение осуществляется следующим образом. Считьшанщий лазерный лз 14 освещает голограммную дорожку 11, расположенную на носителей, который перемещается вдоль дорожки со скоростью, равной скорости движения носителя при записи. Восстановленные с .голограммы лучи 15 попадают на много элементный фотоприемник, имеющий N ячеек (элементов). Считывание электрических сигналов с элементов фотоприемника осуществляется с помощью блока, который последовательно oiipaпшвает все элементы .фотоприемника и формирует на выходе исходный-электрический сигнал, который был записан на носителе. Скорость или частота опроса элементов фотоприемника йри этом равна частоте переключений коммутатора при записи. Время существования элементарного светового сигнала на элементе фотоприемника .равно времени, в течение которого запоминающая ячейка сохраняет управляющий сигнал на модуляторе. Временная диаграмма работы элементов фотоприемника аналогична диаграмме работы соответствующих каналов модулятора при записи (фиг.2, Ье), а на выходе будет наблюдаться электрический сигнал, аналогичный показанному на фиг.2,а. Для воспроизведения вместо многоэлементного фотоприемника и блока опроса и формирования выходного сигнала можно также использовать оптоэлектронный преобразователь с последовательным считьюанием, например видикон, в котором объединены функции многоэлементного фотоприемника и блока формирования выходного сигнала. Предлагаемое устройство сохраняет такие достоинства голографического метода, как повьш1енная надежность и высокая плотность записи информации. Вместе с тем, предлагаемое устройство позволяет снизить скорость движения носителя при записи и воспроизведении и снизить требования к стабильности движения, что особенно важно при записи и воспроизведении высокочастотных электрических сигналов. Так, при регистрации цветных телевизионных программ на дисках стандартных размеров диаметром до 30 см скорость вращения диска может быть доведена до 78j 33 и менее об/мин. Это позволит использовать в видеопроигрывателях соответствующие узлы, двигатели и электронные блоки управления существующих электрофонов или магнитофонов.

f/2...t...V n-..L...N i2...L

/2...i...V /...i.

1043584

1, -

ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО . ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, содержащее источник когерентного света, делитель, расположенные последовательно, опорный и предметный каналы с оптическими элементами для сведения лучей на носитель записи, модулятор, расположенный в предметном канале, и блок восстановления с фотоэлектрическим преобразо вателем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьшения надежности и качества работы устройства, модулятор выполнен в виде линейного многоканального модулятора света, а фотоэлектрический преобразователь в виде линейного многоэлементного фотоприемника, при этом в устройство дополнительно введены оптическая многоканальная система формирования сигнальных пучков,, коммутатор, запоминающие ячейки и блок формирования считанного сигнала, причем каждый из выходов коммутатора подсоединен к управляющему входу одной из запоминающих ячеек, которые выходами подеое:динены к входам линейного многока;нального модулятора света.