DE10016585A1 - Optischer Datenspeicher - Google Patents

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.