DE10016585A1 - Optischer Datenspeicher - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein optischer Datenspeicher mit einem Speichermedium und einer Lichtquelle zur Einspeicherung von Daten in das Speichermedium. Dabei ist vorgesehen, daß das Speichermedium für das Einspeichern von Daten durch Erwärmen jenseits einer Schwelltemperatur gebildet ist und die Lichtquelle für die Bündelung von langwelligem Licht zwecks Erwärmung des Speichermediums auf eine Temperatur unterhalb der Schwelltemperatur und von kurzwelligem Licht ausgebildet ist, mit welchem nur das langwellig vorerwärmte Speichermedium auf eine Temperatur oberhalb der Schwelltemperatur aufheizbar ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft den Oberbegriff des unab
hängigen Anspruchs. Damit befaßt sich die vorliegende Erfin
dung mit optischen Datenspeichern.
Optische Datenspeicher sind per se bekannt. Beispiele hierfür
sind die DVD, die CD-ROM sowie deren ein- oder mehrfach be
schreibbare Varianten. Weiter ist es bekannt, daß auf aufge
wickelten Polymerfilmen Daten gespeichert werden können, ver
gleiche zum Beispiel DE GBM 298 16 802.2.
Bei dem letztgenannten Datenträger wird Polymermaterial punk
tuell durch Einstrahlen eines Lichtbündels erwärmt, worauf
sich die optischen Eigenschaft des Polymermaterials ändern.
Diese Änderung der optischen Eigenschaften kann nachfolgend
als Änderung eines Reflexionsvermögens erfaßt und ausgewertet
werden. Die Änderung tritt dabei nur dann ein, wenn eine be
stimmte minimale Erwärmung des Polymermaterials vorgenommen
wird.
Im Zuge der Miniaturisierung elektronischer Geräte wie Lap
tops, elektronischer Notizbücher usw. ist es erwünscht, die
zum Schreiben und Lesen eines optischen Datenspeichers benö
tigte Energie weitestmöglich abzusenken, um damit auch die
Anforderungen an die Leistungsversorgung zu verringern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues
für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
Die Lösung dieser Aufgabe wird unabhängig beansprucht. Bevor
zugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist somit darin zu se
hen, daß ein optischer Datenspeicher mit einem Speichermedium
und einer Lichtquelle zur Einspeicherung von Daten in das
Speichermedium bereitgestellt wird, bei welchem das Speicher
medium für das Einspeichern von Daten durch Erwärmen jenseits
einer Schwelltemperatur gebildet ist und die Lichtquelle für
die Bündelung von langwelligem Licht zwecks Erwärmung des
Speichermediums auf eine Temperatur unterhalb der Schwelltem
peratur und von kurzwelligem Licht ausgebildet ist, mit wel
chem nur das langwellig vorerwärmte Speichermedium auf eine
Temperatur oberhalb der Schwelltemperatur aufheizbar ist.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist somit zunächst dar
an zu sehen, das Speichermedium mit einer Schwellwerttempera
tur zu wählen, die zur Einspeicherung von Daten überschritten
werden muß, und dann das Licht mittels zweier unterschiedlicher
Wellenlängen einzustrahlen, um so das Speichermedium ge
zielt zu erwärmen. Dieses Vorgehen hat mehrere Vorteile. Zu
nächst kann das langwellige Licht mit höherem Wirkungsgrad
bereitgestellt werden, sodaß der Gesamtenergieaufwand für die
Erwärmung des Speichermediums geringer ist. Zudem muß die In
tensität des kurzwelligen Lichtes geringer ausfallen, wobei
insbesondere die gleiche oder die nahezu gleiche Intensität
wie beim Auslesen gewählt werden kann. Dies ermöglicht es,
die Lichtquelle für kurzwelliges Licht mit nur geringen
Schreibleistungen bereits zum Schreiben zu verwenden. Obwohl
das langwellige Licht naturgemäß schlechter fokussierbar ist,
wird dennoch mit der vorgeschlagenen Lichtquelle eine sehr
hohe Schreibdichte ermöglicht, da es ohne weiteres möglich
ist, innerhalb eines etwas ausgedehnten, durch langwelliges
Licht erwärmten Speichermediumbereiches nur einen kleinen Be
reich bis oberhalb der Schwelltemperatur aufzuheizen.
Bevorzugt wird das Speichermedium ein Polymermaterial sein,
das insbesondere mehrlagig angeordnet ist. Die Mehrlagigkeit
kann durch Übereinanderstapelung mehrerer Speicherlagen oder
Aufwicklung des Polymermaterials erreicht werden, vgl. insbe
sondere DE GBM 298 16 802.2.
Es ist bevorzugt, wenn zwischen den Polymerlagen im Fall
mehrlagigen oder gewickelten Speichermediumaufbaus eine re
flexionsverringernde Schicht vorgesehen ist, die insbesondere
so gewählt werden kann, daß sowohl Reflexionen von langwelli
gem als auch kurzwelligem Licht verringert werden.
Um die Erwärmung des Speichermediums zu ermöglichen, wird be
vorzugt ein Absorber vorgesehen. Dieser Absorber kann als
Lack oder Beschichtung auf einem Polymermaterialträger aufge
bracht sein oder in das Polymermaterial selbst integriert
sein bzw. durch dieses realisiert sein. Der Absorber wird da
bei bevorzugt so gewählt, daß er kurzwelliges Licht aus
schließlich dann stark absorbiert, wenn er bereits erwärmt
ist. Um diese Erwärmung zu ermöglichen, weist der Absorber
eine hohe Absorbtion im Bereich des langwelligen Lichtes auf.
Das Speichermedium kann dabei indirekt auf die Temperatur un
terhalb der Schwelltemperatur erwärmt werden, und zwar durch
die aus dem Absorber in die Umgebung abfließende Wärme. Be
vorzugt ist der Absorber so gewählt, daß er ein langwelliges
Licht bis hin zu einer an einer Absorbtionskante liegenden
Wellenlänge absorbieren kann, wobei die Lage der Absorbtions
kante durch Erwärmen zum kurzwelligen hin verschoben werden
kann. Die Erwärmung mit langwelligem Licht ist dabei im opti
schen Datenspeicher der vorliegenden Erfindung bevorzugt so
intensiv und die Wellenlänge des kurzwelligen Lichtes so ge
wählt, daß nur der erwärmte Absorber für das kurzwellige
Licht nach bzw. bei Bestrahlung mit dem langwelligen Licht
absorbierend wird. Der Absorber kann ein thermochromes Mate
rial sein.
Bevorzugt ist es, wenn das langwellig emittierte Licht im In
fraroten liegt, und zwar typisch im Wellenlängenbereich zwi
schen 800 und 1200 µm. Das kurzwellig emittierte Licht wird
im sichtbaren Bereich liegen.
Für die Emission des Lichtes sind bevorzugt Laserdioden vor
gesehen. Dabei können für lang- und kurzwelliges Licht sepa
rate Laserdioden vorgesehen sein, was deren Beschaffung ver
einfacht. In einem solchen Fall kann eine Koppeleinheit, bei
spielsweise in Form eines teildurchlässigen Reflektors, vor
gesehen sein, um das Licht unterschiedlicher Wellenlängen aus
den Dioden vor dessen Bündelung auf das Speichermedium zusam
menzuführen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Mittel zur
insbesondere berührungslosen Temperaturmessung vorgesehen,
mit welchem die Temperatur des Speichermediums bestimmt wird.
Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Intensität des
rückreflektierten infraroten bzw. langwelligen Lichtes be
stimmt wird. Die Temperaturmessung kann dann herangezogen
werden, um die Leistung des Infrarotlasers auf ein gewünsch
tes Maß zu regeln, damit die Temperatur des Speichermediums
dicht an die Schwelle bewegt werden kann. Während schon das
grundlegende Konzept, Licht zweier unterschiedlicher Wellen
längen in das Speichermedium einzustrahlen, um die Einspei
cherung der Daten in das Medium zu bewirken, bereits dazu
führt, daß eine weitgehende Unabhängigkeit von der Umgebung
stemperatur erreicht wird, insbesondere eine Unabhängigkeit
von temperaturbedingtem und ungewolltem Variieren der Absorb
tionskoeffizienten eines verwendeten Absorbers, kann durch
die Messung der IR-Rückreflexion die Intensität des einge
strahlten Lichtes stets so eingeregelt werden, daß die Ein
speicherung temperaturunabhängig mit minimal erforderlicher
und dennoch ausreichender Energie erfolgt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt die Intensität
des lang- zu kurzwelligen Lichtes im Bereich von 2 : 1, ins
besondere bevorzugt 5 : 1. Damit ist die Intensität des kurz
welligen Lichtes stets deutlich geringer zu halten, was auch
im Hinblick auf die für die Lichtquellen wie Laserdioden er
forderlichen Investitionen vorteilhaft ist.
Es sei darauf hingewiesen, daß Schutz begehrt wird auch für
ein Verfahren zum Einspeichern von Daten auf ein Speicherme
dium, in welchem durch Erwärmen jenseits einer Schwelltempe
ratur optisch Daten eingespeichert werden können, dadurch gekennzeichnet,
daß zunächst langwelliges Licht eingestrahlt
wird, um das Speichermedium auf eine Temperatur unterhalb der
Schwelltemperatur zu erwärmen und dann kurzwelliges Licht
eingestrahlt wird, um das mit langwelligem Licht vorerwärmte
Speichermedium auf eine Temperatur oberhalb der Schwelltempe
ratur aufzuheizen.
Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der
Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:
Fig. 1 eine optische Datenspeichervorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Nach Fig. 1 umfaßt eine allgemein mit 1 bezeichnete Daten
speichervorrichtung eine Lichtquelle 2, deren Licht auf ein
Speichermedium 3 gebündelt wird. Lichtquelle 2 und Speicher
medium 3 sind mittels eines Motors relativ aneinander durch
Drehung beweglich.
Das Speichermedium 3 ist aus einer Vielzahl übereinanderge
wickelter Lagen gestreckten PMMAs aufgebaut. In der Figur
sind aus Gründen der Veranschaulichung lediglich zwei Lagen
3a, 3b gezeigt. Zwischen den PMMA-Lagen ist eine Schicht 3c
vorgesehen, die für ein Haften der Lagen 3a, 3b des Polymer
materials aneinander sorgt und zugleich hochtransparent und
von praktisch dem gleichen Berechnungsindex wie das Polymer
material ist.
Die Lichtquelle 2 umfaßt eine IR-Laserdiode 4, deren Licht
nach Kollimierung durch eine entsprechende Optik 5 auf einen
Strahlteiler 6 und durch eine Fokussieroptik 7 gelenkt wird.
Die Fokussieroptik 7 fokussiert das Licht auf eine der wahlweise
bestimmbaren Lagen 3a, 3b und ist zu diesem Zweck ver
schieblich, wie durch Pfeil 8 angedeutet.
Die Lichtquelle 2 umfaßt weiter eine Laserdiode 9 für sicht
bares und somit kurzwelligeres Licht, deren Laserstrahlung
durch eine Kollimieroptik 10 kollimiert wird, und dann durch
den Strahlteiler 6 tretend auf die Fokussieroptik 7 gerichtet
wird. Der Strahlteiler 6, durch welchen einerseits das sicht
bare Licht der Laserdiode 9 tritt und an welchem andererseits
die IR-Strahlung aus der IR-Laserdiode 4 auf die Fokussierop
tik 7 reflektiert wird, dient somit als Koppeleinheit zur
Kopplung des lang- und kurzwelligen Lichtes.
Die Fokussieroptik 7 ist so gewählt, daß der unter optimalen
Bedingungen mit dem IR-Licht erzielbare Brennfleck größer ist
als jener, der mit dem sichtbaren Licht der Laserdiode 9 er
reicht werden kann, wie durch die unterschiedlich großen Be
reiche 11a, 11b des Brennfleckes 11 angedeutet.
In der Polymerschicht ist ein thermochromer Absorber eingear
beitet, der in kaltem Zustand lediglich im infraroten absor
biert und nach seiner Erwärmung seine Absorbtionskante so
verschiebt, daß er auch das von der Laserdiode 9 emittierte
sichtbare Laserlicht absorbieren kann.
Der optische Datenspeicher umfaßt weiter eine Temperatursen
soranordnung 12, die die Temperatur des Polymermaterials im
Brennfleck optisch erfaßt. Dazu wird das vom Brennfleck rück
reflektierte infrarote Licht hinter dem Strahlteiler 6 mit
einer kleinen Linse 12a auf ein für die infrarote Strahlung
empfindliches Photoelement 12b gelenkt. Das Photoelement 12b
ist mit einer Steuerung 13 verbunden, welche über Leitungen
14 und 15 auch die Laserdiodenleistung bereitstellt. Die
Steuerung 13 ist dabei so ausgebildet, daß die an die Laser
diode 4 über Leitung 15 gespeiste Energie veränderbar ist.
Die Steuerung weist weiter einen Dateneingang 16 auf, über
den die zu speichernden Daten in binärer Form empfangen wer
den.
Die optische Datenspeichervorrichtung arbeitet wie folgt:
Bei sich relativ zueinander bewegenden Lichtquelle und Spei
chermedium werden Daten am Eingang 16 zu der Steuerung 13 zur
Speicherung bereitgestellt. Daraufhin wird die IR-Laserdiode
4 über Leitung 15 so stark erregt, daß die emittierte IR-
Laserstrahlung, die nach Kollimierung durch die Optik 5 und
die Durchführung durch die Koppeleinheit 6 und die Fokus
siereinheit 7 tritt, ausreicht, um das Polymermaterial in der
gewünschten Schicht, in welcher eingeschrieben werden soll,
auf eine Temperatur zu erwärmen, bei welcher der Absorber im
Sichtbaren absorbiert. Das Erreichen dieser Temperatur wird
mit dem Temperatursensor 12 erfaßt und der Steuerung 13 ge
meldet. Bei hoher Umgebungstemperatur wie beispielsweise im
Auto erreichbaren 45°C ist dabei die über Leitung 15 an die
Laserdiode 4 gespeiste Energie deutlich niedriger als es bei
Winterbedingungen im Freien der Fall ist.
Auf das erwärmte Medium wird dann entsprechend der zur Ein
speicherung der Daten 16 erforderlichen Modulation Licht aus
der Laserdiode 9 durch Erregung derselben über die Leitung 14
eingestrahlt. Das Laserlicht aus der Laserdiode 9 tritt durch
die Optik 10, die Koppeleinheit 6 und wird kolinear zum in
fraroten Licht aus der Laserdiode 4 auf die vorerwärmte Poly
merschicht gerichtet. Aufgrund der Vorerwärmung des Absorbers
hat sich dessen Absorbtionskante so weit verschoben, daß er
nun auch sichtbares Licht absorbieren kann. Die zusätzlich
eingestrahlte Energie reicht dabei aus, um das Polymermateri
al nichtflüchtig zu verändern. Der Fleck, auf welchem diese
nichtflüchtige Veränderung erreicht wird, ist dabei abhängig
von der Modulationsweise der Laserdiode 9 und der Relativge
schwindigkeit, mit welcher das Speichermedium 3 und der Fo
kus- bzw. Brennpunkt 11 zueinander bewegt werden. Die Erwär
mung des Polymermaterials auf eine Temperatur oberhalb der
Schwelltemperatur ist dabei aber räumlich geringer als der
Bereich, in welchem das Polymermaterial nahe bis an die
Schwelltemperatur heranerwärmt ist. Dies ist dadurch bedingt,
daß das kurzwellige Licht aus der Laserdiode 9 wesentlich
besser fokussierbar ist als das langwellige Licht aus der La
serdiode 4. Die Anordnung erlaubt so trotz der sehr kleinen
Brennflecke und damit einhergehend der hohen Speicherdichte
dennoch eine energiesparende Speicherung großer Mengen an Da
ten.
Claims (21)
1. Optischer Datenspeicher mit einem Speichermedium und ei
ner Lichtquelle zur Einspeicherung von Daten in das
Speichermedium, dadurch gekennzeichnet, daß das Spei
chermedium für das Einspeichern von Daten durch Erwärmen
jenseits einer Schwelltemperatur gebildet ist und die
Lichtquelle für die Bündelung von langwelligem Licht
zwecks Erwärmung des Speichermediums auf eine Temperatur
unterhalb der Schwelltemperatur und von kurzwelligem
Licht ausgebildet ist, mit welchem nur das langwellig
vorerwärmte Speichermedium auf eine Temperatur oberhalb
der Schwelltemperatur aufheizbar ist.
2. Optischer Datenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Speichermedium ein Polymermaterial ist
und/oder Polymermaterialträger umfaßt.
3. Optischer Datenspeicher nach dem vorhergehenden An
spruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymermaterial
mehrlagig aufgebaut ist.
4. Optischer Datenspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Polymermaterial gewickelt ist.
5. Optischer Datenspeicher nach einem der Ansprüche 3 oder
4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Polymerlagen
eine reflexionsverringernde Schicht angeordnet ist.
6. Optischer Datenspeicher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Polymer
lagen ein Absorber vorgesehen ist.
7. Optischer Datenspeicher nach dem vorhergehenden An
spruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber als Ab
sorberschicht auf dem Polymermaterial aufgetragen ist.
8. Optischer Datenspeicher nach dem vorhergehenden An
spruch, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymermaterial
selbst absorbiert.
9. Optischer Datenspeicher nach dem vorhergehenden An
spruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber so ge
wählt ist, daß er im nicht erwärmten Zustand langwelli
ges Licht absorbiert und im erwärmten Zustand eine si
gnifikant angestiegene Absorbtion für kurzwelliges Licht
aufweist.
10. Optischer Datenspeicher nach dem vorhergehenden An
spruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber ein
thermochromes Material ist.
11. Optischer Datenspeicher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das emittierte
langwellige Licht aus der Lichtquelle im infraroten
liegt, insbesondere mit einer Wellenlänge zwischen 800
und 1200 µm.
12. Optischer Datenspeicher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das emittierte
kurzwellige Licht im sichtbaren Bereich liegt.
13. Optischer Datenspeicher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Emission
von wenigstens lang- oder kurzwelligem Licht eine Laser
diode vorgesehen ist.
14. Optischer Datenspeicher nach dem vorhergehenden An
spruch, dadurch gekennzeichnet, daß für die Emission von
lang- und kurzwelligem Licht jeweils eine separate La
serdiode vorgesehen ist.
15. Optischer Datenspeicher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koppelein
heit vorgesehen ist, um das Licht unterschiedlicher Wel
lenlängen vor dessen Bündelung auf das Speichermedium
zusammenzuführen, insbesondere um dessen koaxiale Fokus
sierung zu ermöglichen.
16. Optischer Datenspeicher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel zur
insbesondere berührungslosen Temperaturmessung vorgese
hen ist, um die Temperatur des Speichermediums zu be
stimmen.
17. Optischer Datenspeicher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelung
vorgesehen ist, um die Intensität der Infrarotstrahlung
in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur zu verän
dern.
18. Optischer Datenspeicher nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis
der eingestrahlten Intensität von lang- zu kurzwelligem
Licht mindestens 2 : 1, insbesondere 4 : 1 beträgt.
19. Optische Datenspeichervorrichtung mit einer Lichtquelle
zur Einspeicherung von Daten in ein Speichermedium, wel
ches zum Einspeichern von Daten durch Erwärmen jenseits
einer Schwelltemperatur gebildet ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lichtquelle für die Bündelung von
langwelligem Licht zwecks Erwärmung des Speichermediums
auf eine Temperatur unterhalb der Schwelltemperatur und
von kurzwelligem Licht ausgebildet ist, mit welchem nur
das langwellig vorerwärmte Speichermedium auf eine Tem
peratur oberhalb der Schwelltemperatur aufheizbar ist.
20. Speichermedium zur Einspeicherung von Daten durch Erwär
men jenseits einer Schwelltemperatur, dadurch gekenn
zeichnet, daß am oder im Speichermedium ein Absorber
vorgesehen ist, der Licht einer ersten Wellenlänge zur
Erwärmung des Speichermediums auf eine Temperatur unter
halb der Schwelltemperatur absorbiert und der im erwärm
ten Zustand auch Licht einer zweiten Wellenlänge absorbiert,
um mit diesem eine Erwärmung auf eine -Temperatur
oberhalb der Schwelltemperatur zu erreichen.
21. Verfahren zur optischen Speicherung von Daten, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Speichermedium vorgesehen wird,
welches durch Erwärmen jenseits einer Schwelltemperatur
Daten nicht flüchtig speichern kann, eine Lichtquelle
mit langwelligem Licht zwecks Erwärmung des Speicherme
diums auf eine Temperatur unterhalb der Schwelltempera
tur auf das Speichermedium gebündelt wird und dann kurz
welliges Licht auf das mit langwelliger Strahlung vorer
wärmte Speichermedium eingestrahlt wird, um dieses auf
eine Temperatur oberhalb der Schwelltemperatur aufzuhei
zen.
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Publication Number | Publication Date |
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