DE29719613U1

DE29719613U1 - Optisches Speichersystem

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Publication number: DE29719613U1
Application number: DE29719613U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-05
Filing date: 1997-11-05
Publication date: 1998-07-30
Anticipated expiration: 2007-11-06

Description

Optisches Speichersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Speichersystem, insbesondere zum Speichern von Computerdaten, Videofilmen, Musik und digitalen Bildern.

Ein weit verbreiteter optischer Datenspeicher ist die Compact Disc, die in der Unterhaltungselektronik auch als CD und in der Datentechnik als CD-ROM bezeichnet wird. Auf diesen Datenträgern werden Informationen als digitale Signale gespeichert. Sie bestehen aus einer runden Plastikscheibe, auf die eine Schicht aus Aluminium aufgebracht ist, die durch eine Lackschicht geschützt ist. Die Aluminiumschicht ist der eigentliche Informationsträger. Bei der Herstellung wird eine spiralförmige Spur gezogen, in die mit Hilfe eines Lasers in bestimmten Abständen Vertiefungen eingebrannt werden, die als Pits bezeichnet werden. Anders als bei den herkömmlichen

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Patentanwälte ■ European Patent Attorneys · Zugelassene Vertreter beim Europäischen Patentamt
Zugelassene Vertreter beim Harmonisierungsamt für den Binnenmarkt

Rechtsanwalt: zugelassen zu den Hamburger Gerichten

Deutsche Bank AG Hamburg, Nr. 05 28497 (BLZ 200 700 00) ■ Postbank Hamburg, Nr. 28 42 206 (BLZ 200 100 20)
Dresdner Bank AG Hamburg, Nr. 933 60 35 (BLZ 200 800 00)

I ·

- 2,-Schallplatten
verläuft die bis zu 6 km lange Spur von innen nach außen. Beim Lesen wird die CD von einem scharf gebündelten Laserstrahl abgetastet. Trifft er auf eine Vertiefung, wird er absorbiert. Ist hingegen die Plattenfläche eben, wird der Laserstrahl reflektiert und von einer Fotodiode registriert. Bei Audiosignalen werden die Daten von einem Digital-/Analogwandler umgewandelt und zur Wiedergabe oder Verarbeitung weitergeleitet. Digitale Daten werden über einen Controller an die Zentraleinheit eines Computers weitergeleitet.

Es gibt auch schon zweiseitige Compact Discs, die allerdings für einen Zugriff auf die Rückseite umgedreht werden müssen.

Bei den bekannten ein- oder mehrschichtigen optischen Speichersystemen ist vor allem die sehr geringe Speicherdichte und die geringe Datenübertragungsrate durch die extrem langsamen Lese- und Schreib vorgänge nachteilig.

Davon ausgehend liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein optisches Speichersystem mit erhöhter Speicherkapazität und erhöhter Datenübertragungsrate zu schaffen.

Das Problem wird durch ein optisches Speichersystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Speichersystems sind in den Unteransprüchen angegeben.

-3 Das
optische Speichersystem hat einen optischen Datenträger, der eine oder mehrere Schichten aufweist, wobei jede Schicht eine spezifische optische Eigenschaft hat. Bevorzugt handelt es sich bei dem optischen Datenträger um eine Speicherplatte, auf der Daten entlang einer spiralförmigen Spur abgespeichert und gelesen werden können. Die spezifische optische Eigenschaft der Schicht ist vorzugsweise ein bestimmtes Absorptionsvermögen für eine spezifische Farbe.

Ferner gehört zu dem Speichersystem eine Schreibeinrichtung, die gezielt in jeder Schicht Daten durch unterschiedlich starke Veränderung der spezifischen optischen Eigenschaft der Schicht abspeichern kann. Vorzugsweise hat dabei die Schreibeinrichtung für jede Schicht einen Laserstrahl mit der von der Schicht absorbierten, spezifischen Farbe und mit einer steuerbaren Intensität. Der Laserstrahl wird von der Schicht mehr oder weniger absorbiert, brennt diese entsprechend weg und verändert hierdurch deren Absorptionsvermögen. Die Stärke der Veränderung wird über die Intensität des Laserstrahls gesteuert. Schichten mit Absorptionsvermögen für andere Farben als der des Laserstrahls werden hierdurch nicht verändert. Dadurch, daß an jedem Speicherplatz der Schicht (Pit) durch unterschiedlich starke Veränderung der spezifischen optischen Eigenschaft mehr als zwei Möglichkeiten der Informationsdarstellung bestehen, werden erhöhte Speicherdichten und Datenübertragungsraten erreicht. Vorzugsweise ist die spezifische Eigenschaft jeder Schicht in Abstufungen veränderbar, insbesondere in sechzehn Abstufungen.

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Überdies hat das Speichersystem eine Leseeinrichtung, die gezielt aus jeder Schicht die dort abgespeicherten Daten durch Abtasten der Veränderung der spezifischen optischen Eigenschaft der Schicht lesen kann. Vorzugsweise hat die Leseeinrichtung für jede Schicht einen Laserstrahl mit der von der Schicht absorbierten, spezifischen Farbe und mit einer bestimmten Intensität. Der Laserstrahl wird von der Schicht derselben Farbe entsprechend dem Absorptionsvermögen dieser Schicht abgeschwächt. Schichten mit Absorptionsvermögen für andere Farben schwächen hingegen den Laserstrahl nicht ab. Folglich kann die Leseeinrichtung die gespeicherten Daten jeder Schicht anhand der Abschwächung des zugeordneten Laserstrahls ermitteln. Dabei können Laser und ein Detektor auf verschiedenen Seiten des Datenträgers oder auf derselben Seite angeordnet sein, wobei auf der anderen Seite ein Spiegel angeordnet ist.

Vorzugsweise hat der optische Datenträger mehrere übereinander angeordnete Schichten. Ein optischer Datenträger mit fünf übereinander angeordneten Schichten, deren spezifische optische Eigenschaft jeweils in sechzehn Abstufungen verändert werden kann, hat ein vielfaches der Speicherkapazität einer herkömmlichen CD-ROM-Scheibe und ermöglicht insbesondere mit parallel arbeitenden Schreib- bzw. Leseeinrichtungen eine vielfache Datenübertragungsrate. Die Schichten können aber auch seriell gelesen werden.

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Eine andere spezifische optische Eigenschaft der mindestens einen Schicht kann deren Eigenschaft sein, Licht in bestimmter Weise zu polarisieren, wobei der Grad der Polarisierung von der Schreibeinrichtung veränderbar ist, die Schicht den Lesestrahl der Leseeinrichtung entsprechend polarisiert und ein Analysator den Polarisierungsgrad des Lesestrahls ermittelt.

Die Erfindung bezieht die völlige räumliche Trennung der Schreibeinrichtung und Leseeinrichtung ein. Diese kann beispielsweise dadurch gegeben sein, daß von einem Anbieter mit einer Schreibeinrichtung beschriebene Datenträger zur Verfugung gestellt und von verschiedenen Nutzern mit Leseeinrichtungen genutzt werden.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Schichtenstruktur eines optischen Datenträgers in stark vergrößertem Querschnitt;

Fig. 2 ein optisches Speichersystem in grob schematischer Blockdarstellung.

Gemäß Fig. 1 hat der optische Datenträger! fünf Schichten 2' bis 2^V. Jede dieser Schichten absorbiert Licht mit einer spezifischen Farbe. So absorbiert die Schicht 2' dunkelblaues, die Schicht 2" hellblaues, die Schicht 2'" grünes, die Schicht 2^1V gelbes

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und die Schicht 2^V rotes Licht. Das Absorptionsvermögen jeder Schicht 2' bis 2^V für ihre spezifische Farbe ist durch die Schichtdicke bestimmt. Diese ist vor dem Abspeichern von Daten bei sämtlichen Schichten 2' bis 2^V gleich.

Durch gezielte lokale Veränderungen der Schichtdicken lassen sich nun in dem Datenträger 1 Informationen speichern. Die Schichtdicke kann in Abstufungen von 0 bis &eegr; vorliegen, wobei 0 der vollständigen Entfernung der Schicht und &eegr; der maximalen Schichtdicke entspricht. Im Ausführungsbeispiel ist &eegr; gleich 15, d.h. 16 verschiedene Schichtdicken sind möglich.

Im Speicherplatz oder Pit 3 entspricht die Dicke der Schicht 2' der Stufe 14, die der Schicht 2" der Stufe 9, die der Schicht 2'" der Stufe 4, die der Schicht 2^iv der Stufe 1 und die der Schicht 2^V der Stufe 15. In hexadezimaler Schreibweise ist somit in dem Pit 3 die folgende Information abgespeichert:

E 941 F
In Binärschreibweise entspricht dies:

1110.1001.0100.0001.1111

-7-

Dies sind 2 Byte und 1 Nibble auf nur einem Speicherplatz, auf dem bei einer herkömmlichen CD nur ein Bit Platz hat.
Allgemein gilt:

p = lgn^k/lg2
mit

&eegr; = Anzahl der Abstufungen
k = Anzahl der Schichten
&rgr; = Anzahl der Bytes pro Pit

Man kann also maximal eine dezimale Zahl bis n^k auf einem Pit speichern.

Das Einschreiben der Daten in die Schichten 2' bis 2^V erfolgt mittels einer - nicht gezeichneten - Schreibeinrichtung, die Laser mit verschiedenen Farben entsprechend den von den Schichten 2' bis 2^V absorbierten Farben aufweist. Die Laserstrahlen sind senkrecht zu den Schichten 2' bis 2^V ausgerichtet. Das Licht jedes Lasers wird von der zugeordneten Schicht 2' bis 2^V mehr oder weniger absorbiert und von den übrigen Schichten praktisch vollständig durchgelassen. Jede Schicht 2' bis 2^V kann somit durch Bestrahlen mit Laserlicht mit der von der Schicht absorbierten Farbe gezielt weggebrannt werden. Über die Intensität des Laserstrahls ist steuerbar, in welchem

-8-Ausmaß
die Schicht 2' bis 2^V an jedem Speicherplatz weggebrannt wird. Die Intensität ist über die Leistung des Laserlichts bzw. dessen Verweildauer an jedem Speicherplatz beeinflußbar. Durch Steuern der verschiedenen Laser kann die Schreibeinrichtung somit in verschiedenen Schichten 2' bis 2^V gezielt Daten abspeichern. Hierbei können die Laser parallel eine spiralförmige Spur abfahren und in einer Vielzahl aufeinanderfolgender Pits 3 Daten abspeichern.

Fig. 2 zeigt die optische Speicherplatte 1 in einer Leseeinrichtung 4 mit angeschlossenem Computer 5. Die Leseeinrichtung 4 hat verschiedene parallele Laser 6, deren Farben den von den Schichten 2 der Speicherplatte 1 absorbierten Farben entsprechen. Die Laser 6 sind senkrecht zur Speicherplatte 1 ausgerichtet.

Auf der gegenüberliegenden Seite der Speicherplatte 1 befinden sich im Strahlengang Fotodetektoren 7. Diese messen die Intensität des von den Lasern 6 durch die Speicherplatte 1 gestrahlten Laserlichtes. Die Intensität wird mit Hilfe eines Decoders 8 mit der Ausgangsintensität der Strahlen aus den Lasern 6 verglichen. Daraus errechnet der Decoder 8 die jeweilige Stärke der Schicht 2' bis 2^V, die die dem Laser entsprechende Farbe hat. So werden die in den einzelnen Speicherplätzen 3 dauerhaft abgelegten Informationen gelesen.

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Ein Controller 9 steuert die Laser 6 und Detektoren 7 entlang oder an eine bestimmte Stelle der Datenspur und das Drehen der Speicherplatte 1. Außerdem kontrolliert er die Weiterleitung des Datenstroms aus dem Decoder 8 an den Computer 5.

Claims

-10- Ansprüche

1. Optisches Speichersystem, insbesondere zum Speichern von Computerdaten, Videofilmen, Musik und digitalen Bildern, mit

- einem optischen Datenträger (1), der eine oder mehrere Schichten (2) aufweist, wobei jede Schicht (2) eine spezifische optische Eigenschaft hat,

- einer Schreibeinrichtung, die gezielt in jeder Schicht (2) Daten durch unterschiedlich starke Veränderung der spezifischen optischen Eigenschaft der Schicht (2) abspeichern kann, und

- einer Leseeinrichtung (6, 7), die gezielt aus jeder Schicht (2) dort abgespeicherte Daten durch Abtasten der Veränderung der spezifischen optischen Eigenschaft der Schicht (2) lesen kann.

2. Speichersystem nach Anspruch 1, bei dem der optische Datenträger eine Speicherplatte (1) ist.

3. Speichersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schreibeinrichtung Daten entlang einer Spur in der jeweiligen Schicht (2) abspeichert und die Leseeinrichtung (6, 7) die abgespeicherten Daten entlang der Spur liest.

4. Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jede Schicht (2) als spezifische optische Eigenschaft bestimmtes Absorptionsvermögen für eine spezi-

J :

fische Farbe hat, die Schreibeinrichtung Daten durch unterschiedlich starkes Verändern des Absorptionsvermögens der Schicht (2) abspeichert und die Leseeinrichtung (6, 7) die Veränderung des Absorptionsvermögens der Schicht (2) abtastet.

5. Speichersystem nach Anspruch 4, bei dem die Schreibeinrichtung für jede Schicht (2) einen Laserstrahl mit der von der Schicht (2) absorbierten, spezifischen Farbe und mit einer steuerbaren Intensität hat, der das Absorptionsvermögen der Schicht (2) durch Bestrahlen ändert, wobei das Ausmaß der Veränderung von seiner Intensität abhängt.

6. Speichersystem nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Leseeinrichtung (6, 7) fur jede Schicht (2) einen Laserstrahl mit der von der Schicht (2) absorbierten, spezifischen Farbe und mit einer bestimmten Intensität hat, mit ihrem Laserstrahl die Schicht (2) durchstrahlt und die Abschwächung des durchgestrahlten Laserstrahls ermittelt.

7. Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die spezifische Eigenschaft jeder Schicht (2) in Abstufungen (0 bis n) veränderbar ist.

8. Speichersystem nach Anspruch 7, bei dem die spezifische Eigenschaft jeder Schicht (2) in sechzehn Abstufungen vorliegen kann.

- 12-

9. Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem im Datenträger (1) mindestens fünf Schichten (2' bis 2^V) übereinander angeordnet sind.

10. Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem mindestens ein Laser (6) zum Erzeugen des Laserstrahls und mindestens ein Detektor (7) zum Ermitteln der Abschwächung des Laserstrahls auf verschiedenen Seiten des optischen Datenträgers (1) angeordnet sind.

11. Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem mindestens ein Laser zum Erzeugen des Laserstrahls und mindestens ein Detektor zum Ermitteln der Abschwächung des Laserstrahls auf derselben Seite des optischen Datenträgers (1) angeordnet sind und auf der gegenüberliegenden Seite des optischen Datenträgers (1) ein Spiegel zum Reflektieren des Laserstrahls angeordnet ist.

12. Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der optische Datenträger (1) in jeder Schicht einen Schreibsektor aufweist, in dem keine Daten abgespeichert werden, verschiedene Schichten (2) relativ zueinander beweglich sind und die Schreibeinrichtung Daten in einzelnen Schichten (2) abspeichert, indem sie zumindest die ihr näher liegenden Schichten (2) festhält und durch die Schreibsektoren der festgehaltenen Schichten (2) Daten in der Schicht (2) abspeichert, wobei sie die Schicht (2) bezüglich der Schreibsektoren bewegt.

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13. Speichersystem nach Anspruch 12, bei dem die Schichten (2) nach dem vollständigen Beschreiben fest miteinander verbunden werden.

14. Speichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem ein Controller (9) zum Steuern des optischen Datenträgers (1), der Schreib- und/oder der Leseeinrichtung und des Datenflusses vorhanden ist.