DE2516523A1

DE2516523A1 - Optischer speicher

Info

Publication number: DE2516523A1
Application number: DE19752516523
Authority: DE
Inventors: Erik Gerhard Natana Westerberg
Original assignee: WESTERBERG ERIK GERHARD NATANAEL
Current assignee: WESTERBERG ERIK GERHARD NATANAEL
Priority date: 1974-04-16
Filing date: 1975-04-15
Publication date: 1975-10-30
Also published as: SE7405076L; US3962688A; GB1507316A; JPS50141936A

Description

DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 86, POSTFACH 86 0245

Anwaltsakte: 25 9^0 1 5. APR. 1875

Erik Gerhard'Natanael Westerberg S-1&3 50 Täby / Schweden

Optischer Speicher

Die Erfindung betrifft einen optischen Speicher zum Speichern großer Informationsmengen mit einer großen Spei cherdichte, wobei die Aufnahme- bzw. Aufzeichnungs- und Lesezyklen bzw. -folgen mittels eines Rechners gesteuert werden, indem mittels eines Laserstrahls Information entsprechend einer Modulation des Strahles auf einer sich während des Betriebs drehenden Speicherplatte aufgenommen bzw. aufgezeichnet und von dieser ausgelesen wird, wobei

vii/xx/ha 509844/0983

t (089) 9g 82 72 8 Manchen 80, MauerkircheistraBe 45 Banken: Bayerische Vereinsbanl. München 453100

987043 Telegramme: BERGSTAPFPATENT München Hypo-Bank München 3892623

Η 3310 TO. EX: f)5 24 560 SPRG d Postsch-x* München 653 43 - 308

diese Modulation eine Feineinstellung des Strahles in der radialen Richtung der Platte schafft, während eine Grobeinstellung des Strahles mechanisch erfolgt.

Bei Datenspeichereinrichtungen in Form von sich drehen den Plattenspeichern, welche bei Anwendung von optischen Lese- und Aufzeichnungs- bzw. Aufnahmeverfahren eine sehr hohe Speicher- oder Schreibdichte ermöglichen, werden hohe Anforderungen nicht nur an die mechanische (Achs-) Lagerung der Platte, sondern auch an eine genaue Führung oder Steuerung des verwendeten Strahles gestellt, welcher auf eine eine bestimmte Information enthaltende Spur auf dem Plattenspeicher gerichtet ist, da die Spurteilung bzw. der seitliche Spurabstand nur etwa 5 Mikron (5^10 Tnm)betragen muß. Diese hohe Speicher- oder Schreibdichte, welche ein paar Größenordnungen größer ist als die, welche mit Magnetbändern oder Magnetplatten erreicht werden kann, ist unter anderem aufgrund der Verwendung einer Laserstrahlung möglich, wobei ein Verfahren zum Einbrennen kleiner Löcher in das Speichermedium der Speicherplatte vorgeschlagen worden ist. Infolge der hohen Spei cherdichte sind sehr genaue Lese- und Aufzeichnungsmechanismen erforderlich, und um die Schwierigkeiten im Hin blick auf diese Genauigkeit zu lösen, ist bereits die Verwendung von Lasertechniken sowohl zur Fein- als auch zur Grobeinstellung der Strahlung des Lasers vorgeschlagen worden, damit der Laserstrahl die geforderte Spur auf der

509844/0983

Platte trifft. Bei diesen bekannten Einrichtungen ist jedoch eine teuere und komplizierte Einrichtung erforderlich, und darüber hinaus würde es schwierig sein, diese Einrichtung so auszubilden, daß sie innerhalb solcher Toleranzen reproduzierbar bzw. wiederherstellbar ist, daß Speicher platten ohneweiters zwischen verschiedenen Rechenanlagen ausgetauscht werden könnten.

Bei einem aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 324 778 bekannten, optischen Speicher, bei welchem eine Fein- und Grobeinstellung des Strahles vorgenommen wird, wird die Grobeinstellung mittels eines drehbaren Spiegels durchge führt, während die Feineinstellung mittels einer akustischoptischen Ablenkung des Laserstrahles erfolgt. Dieser Strahl durchläuft ein stationäres, feststehendes, optisches Projektionssystem, und muß daher eine beträchtliche Ausdehnung zumindest in einer Ebene parallel zu der Speicherplatte aufweisen, um die betreffende Fläche auf der Platte zu überdecken; hierzu muß daher eine Projektionslinse verwendet werden, welche sowohl eine Korrektur als auch Ausgaben in der Größenordnung von einigen tausend D-Mark (von 5 000 schwedischen Kronen) erfordert. Ferner sind ein besonderer Modulator zum Ändern der Stärke des Laserstrahls, eine besondere akustisch-optische Ablenkeinrichtung zu dessen Ablenkung und schließlich ein Linsensystem zwischen dem Mo dulator und der Ablenkeinrichtung erforderlich, um den Durchmesser des Strahls zu vergrößern.

5098U/0983

Um diese Schwierigkeiten bei den bekannten Datenspeichern im Hinblick auf einen komplizierten Aufbau sowie auf teuere Bauteile zu beheben und zu beseitigen, ist gemäß der Erfindung der Datenspeicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gekennzeichnet durch einen in der Bahn des Laserstrahls angeordneten akustisch-optischen Modulator , welcher den Strahl sowohl amplituden- als auch frequenzmoduliert, so daß der Strahl durch Ablenkung feineingestellt wird oder verschiedene Stärken bzw. Intensitäten erhält, und durch eine mechanische Grobeinstelleinrichtung zur schrittweisen Verschiebung des Strahles in der radialen Richtung der Platte.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung dargestellt, in welcher der Aufbau des Datenspeichers gemäß der Erfindung schematisch= wiedergegeben ist.

In der Zeichnung weist der optische Speicher eine lichtdurchlässige bzw. durchscheinende Speicherplatte 2 auf, welche während des Betriebs mittels eines Antriebsmotors 3 gedreht wird. Auf einer Seite ist die Platte mit einem Speicherme dium, wie beispielsweise einem lichtundurchlässigen bzw. opaken Belag 1 in Form einer dünnen Folie oder einer Schicht bzw. einres Überzugs versehen. Ein Laserstrahl von einem Laser 4 geht durch einen akustisch-optischen Modulator 5 hindurch, und wird mittels eines Spiegels 6 reflek -

5098U/0983

tiert, wenn der Strahl auf diesen auftrifft, wobei der Strahl mittels einer Linse 10, welche in einer praktischen Ausführung aus mehreren preiswerten, üblichen Normalelementen zusammengesetzt ist, an dem Speichermedium 1 fokussiert bzw. scharf eingestellt wird .Ein photoelektrischer Strahldetektor 19 ist in der Bahn des Strahls gegenüber der Linse 10 auf der der Linse abgewandten Seite der Speicherplatte 2 angeordnet.

Von einem Rechner 29 zugeführte Information wird entlang konzentrischer Kreise oder Spuren auf der Speicherplatte 1, 2 aufgenommen bzw. aufgezeichnet, wobei jede Spur 16 JQk

14
oder 2 Bits in Form von Einsen oder Nullen enthält. Bei einer Spurteilung bzw. einem Spurabstand von beispielswei se 5 Mikron (5·10~ mm) und einer Spurausdehnung in radialer Richtung von 1,5cm weist die Platte 3 000 Spuren auf, so daß insgesamt etwa 45.10 Bits gleichzeitig gespeichert werden können. Eine Aufzeichnung auf der Platte erfolgt mit Hilfe des Laserstrahls, welcher zur Aufzeichnung einer bi nären Eins entsprechend einer Linie 4b oder 4c in der Weise reflektiert wird, daß er die geforderte Spur trifft und dort ein Loch in das Medium 1 mit einem Durchmesser in der Größenordnung von Mikrons einbrennt. Wenn eine binäre Null aufgezeichnet werden soll, wird der Strahl entsprechend der gestrichelten Linie 4a abgelenkt, so daß er an einer Seite der reflektierenden Fläche des Spiegels 6 vorbeigeht und dadurch nicht auf die Folie bzw. das Speichermedium 1 auf-

509844/0983

trifft.Nullen können selbstverständlich auch durch eine amplitudenmodulierte Änderung der Laserstrahlstärke aufgenom men bzw. aufgezeichnet weiden, so daß dieser kein Loch einbrennt.

Die Ablenkung erfolgt mit Hilfe des akustisch-optischen Modulators 5» welchem ein Signal von einem Signalgenerator 13 zugeführt wird, wobei der Laser durch das Signal, weicheis eine Frequenz zwischen 30 und 70MHz hat, sowohl amplitudenals auch frequenzmoduliert wird. Entsprechend dieser Modulationsfrequenz wird der Ablenkwinkel des Strahls in dem Modulator 5 geändert, und wenn keine Modulation vorhanden ist, folgt der Strahl der gestrichelten Linie 4a,und trifft dann nicht auf die reflektierende Spiegeloberfläche auf. Entsprechend dem Grad der Amplitudenmodulation wird die Intensität des Strahls zwischen dessen voller Stärke und null geändert, so daß der Strahl zur Aufzeichnung (von Information) Löcher in die Folie bzw. das Speichermedium 1 bren nen kann und zum Lesen durch diese hindurchgeht, ohne daß Löcher eingebrannt werden.

Zwischen der Speicherplatte 1,2 und dem Rechner 29 ist ein Pufferspeicher in Form eines Schieberegisters 14 angeordnet, dessen Länge und damit dessen Speicherkapazität der Bitan -

Ik zahl entlang einer Spur, d.h. der vorerwähnten Zahl von 2 entspricht. Der Inhalt des Registers 14 muß synchron mit der Drehung der Speicherplatte weitergestellt oder verscho-

509844/0983

Ik l4

ben werden, so daß die 2 -Bits genau die 2 -Ziffernstellen des Registers ausfüllen, wenn die Platte ausgelesen wird. Diese Synchronisierung wird mit Hilfe eines Taktim pulsgenerators mit einem Taktkanal bzw. einer -spur durchgeführt, welche nahe des Umfangs der Platte in Form einer kreisförmigen Spur mit kleinen, entlang der Spur gleichmäßig verteilten Löchern angeordnet ist, welche die Platte

Ik
in 2 gleiche Sektoren oder Winkel unterteilen. Der Gene rator weist ferner eine Lichtquelle 16 und einenPhotodetektor 15 auf, welche über einen Verstärker 17 mit einem Ein gang des Rechners 29 verbunden sind.

Die bereits beschriebene Feineinstellung des Laserstrahls mittels der Modulation in dem Modulator 5 ist auch mit einer Grobeinstellung verbunden, da die Auftreffstelle des Strahles auf der Platte 1,2 mittels der Feineinstellung nicht über die gesamte radiale Ausdehnung der Spuren bewegt bzw. verschoben werden kann, so daß diese Auftreffstelle immer mit der ausgewählten Spur übereinstimmt. Die Grobeinstellung schließt eine gleichzeitige mechanische Verstellung bzw. Verschiebung des Spiegels 6, der Linse 10 und des De tektors 19 in einer radialen Richtung bezüglich der Spei cherplatte ein; hierbei ist das aus diesen drei Elementen bestehende System an einem gemeinsamen Träger 7 angebracht, welcher wiederum an einem in einem feststehenden Teil 9 verschiebbaren Teil 8 angebracht ist. Eine Schraube 11 mit einem Präzisionsgewinde ist in diesem verschiebbaren Teil 8

509844/0983

verdrehbar, wobei die Schraube eine Verlängerung der An triebswelle eines linearen Schrittschaltmotors 12 darstellt.

Das System 6, 7, 8, 10 und 19, das über die Platte 1, 2 in radialer Richtung bewegbar ist, wird infolgedessen schrittweise verschoben, wenn der Motor 12 erregt und damit ange schaltet wird, wobei die Wegstrecke pro Schritt mit Hilfe einer entsprechend gewählten Steigung der Schraube 11 von etwa 5 bis etwa 50 Mikron geändert werden kann. Hierbei wird der erste Wert gefordert, wenn die radiale Verschie bung nur mechanisch erfolgt, wobei dann der scharf einge stellte Strahl konzentrische Kreise mit einem (Spur-) Ab stand von 5 Mikron beschreibt. Eine schnellere Spurwahl wird erhalten, wenn durch das mechanische schrittweise Weiterschalten ein größerer Wert, beispielsweise 50 Mikron erreicht werden kann, wobei eine Strahlablenkung in neun Schritten erforderlich ist, um die dazwischenliegenden Spuren zu überstreichen.

Bei der Feineinstellung des Laserstrahls durch eine Ablen kung in dem Modulator 5 kann es vorkommen, daß der Strahl nicht genau auf die für eine Auslesung vorgesehene Spur trifft, sondern etwas zu einer Seite hin verschoben wird. Dies kann dann mit Hilfe entsprechender Einrichtungen festgestellt werden, mittels welcher dann der Strahl zick-zack über die Spur bewegt wird, um die Amplitude des von dem Photodetektor 19 abgegebenen Signals zu messen; hierbei wird

- 9 509844/0983

dann der Auftreffpunkt des Strahls auf der Platte an einer Stelle eingestellt, welche einer Maxinialamplitude ent spricht. Eine Information von dem Rechner 29 wird auf folgende Weise auf die Speicherplatte 1,2 aufgezeichnet bzw. dort aufgenommen. Mittels des Rechners wird ein Schalter in die in der Zeichnung dargestellte Kontaktstellung ge stellt; hierauf füllt der Rechner das Schieberegister Ik über dessen üateneingang 23, indem 2 -Fortschalt- oder Schiebeimpulse über ein UND-Glied 28 gleichzeitig an den Schiebeimpulseingang 2k des Registers Ik angelegt werden. Hierauf bringt der Rechner 29 einen Schalter 27 in die in der Zeichnung dargestellte Kontaktstellung und bestimmt eine anschließende oder gleichzeitige Einstellung des Strahles auf die geforderte Spur auf der Speicherplatte 1,2, beispielsweise auf die Spur 376. Die den 37 Dekaden in dieser Adresse entsprechenden Signale werden über eine Leitung 22 dem Schrittschaltmotor 12 zugeführt, welcher dann schrittweise das verschiebbare Teil 8 zusammen mit dem zugehörigen Linsensystem 6, 10 zu der Spur 370 verschiebt. Ein der Ziffer 6 entsprechendes Signal wird dann über eine Leitung 26 an den Hochfrequenzgenerator 13 abgegeben, wo durch der Generator auf eine diese Ziffer kennzeichnende Frequenz eingestellt wird. Die Generatorfrequenz kann beispielsweise spannungsgesteuert werden, wobei der Rechner verschiedene den Ziffern 0 bis 9 entsprechende Spannungen auswählt und dem Generator 13 die erforderliche Spannung über die Leitung 26 zuleitet.

- 10 -

509844/0983

Wenn die Speicherplatte eine bestimmte Winkelstellung ein nimmt, beispielsweise eine Stellung, welche durch ein Loch in dem Taktkanal gekennzeichnet ist, welches einen größeren Durchmesser als die übrigen Löcher in dieser Spur aufweist^ und welche mittels des Detektors 19 in Verbindung mit dem Verstärker 18 gefühlt wird, dann wird der Taktimpulsgenerator 15 bis 17 mit dem Schiebeimpulseingang 2k des Registers Ik verbunden, um dessen Informationsinhalt zu leeren, wel eher über den Schalter 27 dem Generator 13 zugeführt wird. Dieser Generator erregt dann entsprechend der ihm zugeführten Information den Modulator 5iso daß dadurch die von dem Modulator ausgehende Stärke des Laserstrahls entsprechend der Information geändert wird, welche entweder in Form von Löchern (Einsen) oder in Form von lichtundurchlässigen, opaken Stellen (Nullen) entlang der Speicherplattenspur 376 aufgezeichnet bzw. aufgenommen ist.

Zum Auslesen wird der umgekehrte Ablauf durchgeführt. Der Rechner 29 bringt dann den Schalter 25 in die durch gestrichelte Linien wiedergegebene Kontaktstellung und wartet einen Augenblick, bis die Speicherplatte 1,2 die bestimmte Winkelstellung einnimmt und der Taktimpulsgenerator 15 bis 17 mit dem Schiebeimpulseingang 2k des Registers Ik verbunden ist, um dessen Information zu schieben. Das Einstellen auf die geforderte Spur ist vorher in derselben Weise durchgeführt worden, wie es für eine Aufzeichnung beschrieben worden ist. Ferner ist der Generator I3 so eingestellt wor-

- 11 -

509844/0983

den, daß der Laserstrahl eine derart begrenzte Intensität aufweist, daß das Speichermedium 1 nicht beschädigt oder während eines Lesevorgangs weggebrannt wird. Signale, welche der auf der Platte gespeicherten Information entspre chen, werden nunmehr von dem Photo__detektor 19 aus züge führtj in dem Verstärker 18 verstärkt und an den Registereingang 23 angelegt, so daß das Register Ik synchron mit der

Ik

Drehung der Speicherplatte gefüllt wird. Nach 2 Schiebeimpulsen unterbricht der Rechner 29 die Informationszufuhr zu dem Register, indem beispielsweise die Zufuhr von Schiebeimpulsen an dem Eingang Zk abgeschaltet wird. Die Übertragung von dem Schieberegister zu dem Rechner erfolgt dadurch, daß der Schalter 27 zu der in gestrichelten Linien darge stellten Kontaktstellung geschaltet wird, während die Schiebeimpulse wieder an dem Eingang 2k angelegt sind,und der Dateneingang 23 nicht verbunden ist.

Patentansprüche

- 12 -

509844/0983

Claims

Patentansprüche

f Iy Optischer Speicher zum Speichern großer Informationsmengen mit einer großen Speicherdichte, wobei Aufnahme- bzw. Aufzeichnungs- und Lesezyklen von einem Rechner gesteuert werden, indem mittels eines Laserstrahls Information ent sprechend einer akustisch-optischen Modulation des Strahles auf einer sich während des Betriebs drehenden Speicherplatte aufgezeichnet bzw. aufgenommen und von dieser ausgelesen werden, wobei diese Modulation eine Feineinstellung des Strahls in der radialen Richtung der Platte schafft, wäh rend eine Grobeinstellung des Strahls mechanisch erfolgt, gekennzeichnet durch einen in der Bahn des Laserstrahls (ka bis kc) angeordneten akustisch-optischen Modulators (5)5 welcher den Strahl sowohl amplituden- als auch frequenzmoduliert, so daß dieser durch Ablenkung feineingestellt wird oder verschiedene Stärken erhält, und durch eine mechanische Grobeinstelleinrichtung (7 bis 9» 11, 12) zur schrittweisen Verschiebung oder Verstellung des Strahls in der radialen Richtung der Platte (1,2).
2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei chn et, daß die Grobeinstelleinrichtung (7 bis 9, 11, 12) einen Schrittschaltmotor (12) aufweist, welcher entsprechend den Signalen von dem Rechner (29) ein Linsen-

- 13 -

509844/0983

system (6, 10) verstellt, welches in der Bahn des Strahls angeordnet ist, um den Laserstrahl zu bestimmten Stellen auf der Speicherplatte (1,2) zu leiten.
3. Speicher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit einem Pufferspeicher zum Speichern der auf der Speicherplatte aufzuzeichnenden bzw. aufzunehmenden oder von ihr auszulesenden Information in binärer Form, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher ein Schieberegister (lk) mit einer Kapazität ist, um dieselbe Anzahl Bits zu speichern, wie sie auf einer kreisförmigen Spur auf der Platte enthalten sind, wobei die Bits zu und von dem Register zugeführt und in dem Register synchron mit der Drehung der Platte verschoben werden.

509844/0983

Leerseite