DE3714803A1 - Optische vorrichtung zum aufzeichnen und wiedergeben einer auf einer speicherplatte gespeicherten information - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung zum Aufzeichnen und Wiedergeben einer auf einer Speicherplatte ge­ speicherten Information gemäß dem Oberbegriff des Hauptan­ spruchs.

Aus der US-Patentschrift 45 47 872 ist beispielsweise eine optische Schreib-Lese-Vorrichtung bekannt, mit der eine In­ formation auf ein thermooptisches Speichermedium sowohl auf­ gezeichnet als auch vom Speichermedium gelesen werden kann. Die auf der Speicherplatte gespeicherte Information liegt in Gestalt von strukturellen Veränderungen des Speichermediums, beispielsweise Vertiefungen oder Pits, vor. Zur Spurführung wird das von einem Laser erzeugte kohärente Strahlenbündel mittels eines Beugungsgitters in ein Schreib-Lesebündel und zwei Spurfolgebündel zur Spurführung aufgeteilt. Der Beu­ gungsstrahl nullter Ordnung ist das Schreib-Lesebündel und die beiden Beugungsstrahlen erster Ordnung bilden die zwei Spurfolgebündel. Mittels eines drehbar gelagerten Umlenk­ spiegels werden die Bündel zur Speicherplatte gelenkt und durch eine Objektivlinse auf die Speicherplatte zu voneinander räumlich getrennte Strahlungsflecken abgebildet. Die Speicher­ platte ist aus einem Substrat aus Glas oder Kunststoff aufge­ baut, auf dem sich als Speichermedium eine dünne, niedrig­ schmelzende Metallschicht befindet, die von einer transparenten Schutzschicht bedeckt wird. Das Einschreiben der Pits erfolgt durch Schmelzen der belichteten Metallschicht. Entsprechend der Modulation des Schreibbündels und der Relativbewegung der Speicherplatte zum Strahlungsfleck des Schreibbündels entsteht beispielsweise eine Informationsspur aus konzentrischen oder spiralförmig angeordneten Pits, die sich in ihrer Länge und ihrem Abstand unterscheiden. Zum Lesen der Information wird die Intensität des vom Laser emittierten Strahlenbündels soweit reduziert, daß eine thermische Belastung der Metallschicht ausgeschlossen werden kann. Die Strahlungsflecken der beiden Spurfolgebündel auf der Speicherplatte sind vom Strahlungs­ fleck des Schreib-Lesebündels durch einen festen Abstand a getrennt. Die drei Strahlungsflecken liegen auf einer gemein­ samen Geraden, welche die Informationsspur auf der Speicher­ platte unter einem vorgegebenen Winkel schneidet, der zusammen mit dem Abstand a so gewählt ist, daß jeweils nur eine Hälfte des Strahlungsfleckes der Spurfolgebündel die Informations- Pits überlagert. Jedem Spurfolgebündel ist ein Detektor zuge­ ordnet, dessen Ausgangssignaldifferenz beim Schreiben zur Regelung der Fokussierung durch eine Linearverschiebung der Objektivlinse und beim Lesen zur Regelung der Zentrierung durch eine Drehung des Umlenkspiegels dient.

Aus der europäischen Patentschrift 00 89 736 ist weiterhin ein Informationsspur-Zentriersystem bekannt, bei dem zur Zentrie­ rung ebenfalls die mittels eines Beugungsgitters erzeugten Beu­ gungsstrahlen erster Ordnung verwendet werden. In der dort offenbarten Vorrichtung ist das Beugungsgitter drehbar gelagert und kann durch einen piezoelektrischen Kristall in Drehschwin­ gungen versetzt werden. Die Drehachse des Beugungsgitters ist dabei so orientiert, daß die auf die Speicherplatte fokussier­ ten Strahlungsflecken der Beugungsstrahlen erster Ordnung ein­ ander entgegengesetzt in einer Richtung senkrecht zur Informa­ tionsspur auf der Platte schwingen. Die Strahlungsflecke des Beugungsstrahls nullter Ordnung und der Beugungsstrahlen erster Ordnung sind dabei stets längs einer Geraden angeordnet. Die Drehschwingung des Beugungsgitters verursacht somit eine Schwingung des Winkels zwischen der Informationsspur und dieser Geraden. Der räumliche Abstand der Strahlungsflecken bleibt dabei praktisch unverändert.

Bei den genannten Vorrichtungen ist es stets erforderlich, die zueinander wenigstens annähernd parallel verlaufenden Informationsspuren mittels eines Zwischenbereiches, dessen räumliche Ausdehnung senkrecht zur Informationsspur in der Größenordnung der Breite der Informationsspur liegt und dessen optische Eigenschaften sich von denen der Informationsspur unterscheiden, voneinander zu trennen. Bei den in den beiden genannten Druckschriften offenbarten optischen Schreib-Lese- Vorrichtungen wird der als Führungsspur dienende Zwischenbe­ reich beispielsweise durch die ungestörte Oberfläche des Spei­ chermediums gebildet.

Zur Führung des Lesestrahls sind jedoch auch Speicherplatten bekannt, die mit Nuten oder Führungsrillen versehen sind. Der Bereich zwischen den Nuten oder Rillen dient dabei als Informa­ tionsspur. Die Speicherplatten können dabei sowohl mit thermo­ optischen Speichermedien (europäische Patentschrift 00 70 761) als auch mit magnetooptischen Speichermedien (deutsche Offen­ legungsschrift 35 19 070) versehen sein.

In der deutschen Offenlegungsschrift 31 06 653 ist weiterhin eine Speicherplatte mit einem magnetooptisches Speichermedium offenbart, bei der parallel zu einer Informationsspur aus amorphem magnetischen Material eine Führungsspur annähernd gleicher Breite verläuft, die aus einem Material gleicher Zusammensetzung, jedoch in kristallisiertem Zustand besteht. Die Eigenschaften des magnetischen Materials sind dabei so ge­ wählt, daß dessen Schreibtemperatur, beispielsweise beim Curie- Punkt-Schreiben, niedriger liegt als seine Kristallisations­ temperatur. Die Unterschiede in den optischen Eigenschaften zwischen der amorphen Phase des magnetischen Materials und der kristallinen Phase können dann mittels geeigneter optischer Komponenten zur Spurverfolgung herangezogen werden.

Die genannten Führungsspuren oder Zwischenbereiche sind somit für die Speicherung von Information nicht nutzbare Gebiete der Speicherplatte. Einer Erhöhung der Speicherdichte durch Ver­ ringerung der Abmessungen der Führungsspuren sind jedoch Grenzen gesetzt, da einerseits eine Strukturierung der Füh­ rungsrillen bei Breiten und Abständen im Sub-µm-Bereich sehr aufwendig ist und da andererseits durch Lithographiefehler, Fehler beim Plattenprägevorgang und Bahnverfolgungsfehler eine Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses verur­ sacht wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine optische Schreib-Lese-Vorrichtung anzugeben, die eine Erhöhung der Speicherdichte auf Speicherplatten ermöglicht.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Der steuerbare Abstand a zwischen dem Schreib-Lesebündel und dem Spurfolgebündel er­ möglicht die Verwendung einer Speicherplatte, bei der einer Führungsspur jeweils mehrere Informationsspuren zugeordnet werden können. Da den einzelnen Informationsspuren kein parallel zu ihnen verlaufender Bereich auf dem Speichermedium zugeordnet werden muß, der zur Führung des Schreib-Lesebündels geeignet ist, kann der räumliche Abstand jeweils benachbarter Informationsspuren verringert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind zur Teilung des Strah­ lenbündels zwei relativ zueinander drehbar gelagerte Umlenk­ spiegel vorgesehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind für die von der Speicherplatte reflektierten Strahlen teildurchlässige Umlenkspiegel vorgesehen, von denen wenig­ stens einer drehbar ist.

Zum Schwenken der drehbar gelagerten Umlenkspiegel sind insbe­ sondere piezoelekrischen Positionierantriebe geeignet.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer optischen Vor­ richtung zum Aufzeichnen und Wiedergeben einer auf einer Spei­ cherplatte gespeicherten Information gemäß dem Hauptanspruch ermöglicht den Aufbau von Speicherplatten, bei denen einer Füh­ rungsspur ein Bereich zugeordnet ist, auf dem mehrere Informa­ tionsspuren angeordnet werden können. Hierzu sind insbesondere Speicherplatten mit magnetischen Speichermedien geeignet.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in deren

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer optischen Vorrichtung zum Auf­ zeichnen und Wiedergeben einer auf einer Speicherplatte gespeicherten Information gemäß der Erfindung veran­ schaulicht ist. In

Fig. 2 ist die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungs­ form eines Schreib-Lesekopfes näher erläutert. In

Fig. 3 ist eine Speicherplatte, die für die Verwendung der er­ findungsgemäßen Vorrichtung besonders geeignet ist, veranschaulicht.

Fig. 4 und 5 zeigen verschiedene bevorzugte Ausführungs­ formen der auf der Speicherplatte angeordneten Füh­ rungsspuren.

Gemäß Fig. 1 enthält eine optische Vorrichtung zum Aufzeichnen und Wiedergeben einer auf einer Speicherplatte 2 gespeicherten Information eine Lichtquelle 4, beispielsweise einen Halbleiter- Laser, die ein Strahlenbündel 6 erzeugt. Die Speicherplatte 2 kann beispielsweise ein thermooptisches oder magnetooptisches Speichermedium enthalten. Das Strahlenbündel 6 wird in einem Schreib-Lesekopf 8 in ein Schreib-Lesebündel 10 und wenigstens ein Spurfolgebündel 12 zerlegt und auf die Speicherplatte 2 fokussiert. Das Schreib-Lesebündel 10 und das Spurfolge­ bündel 12 bilden auf der Speicherplatte 2 voneinander durch einen Abstand a räumlich getrennte Foki 38 bzw. 34. Der Schreib-Lesekopf 8 ist mit Hilfsmitteln zur Erzeugung eines steuerbaren Abstandes a versehen, so daß der Fokus 38 des Schreib-Lesebündels 10 entsprechend dem in der Figur darge­ stellten Doppelpfeil linear in vorgegebenen Grenzen relativ zum Fokus 34 des Spurfolgebündels 12 verschoben werden kann. Im Schreib-Lesekopf 8 sind außerdem Einrichtungen zur räumlichen Trennung der von der Speicherplatte reflektierten Strahlen in ein reflektiertes Spurfolgebündel 16 und ein reflektiertes Schreib-Lesebündel 14 enthalten. Das reflektierte Schreib- Lesebündel 14 und das reflektierte Spurfolgebündel 16 werden jeweils über in der Figur nicht näher dargestellte optische Komponenten einer Empfangsvorrichtung 18 bzw. 20 zugeführt, deren Ausgangssignale in einer Steuer- und Auswerteeinheit 22 weiterverarbeitet werden. Die Steuer- und Auswerteeinheit 22 steuert sowohl den Abstand a als auch entsprechende Servoan­ triebe zur Zentrierung, Fokussierung oder Linearverschiebung des Schreib-Lesekopfes 8.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 enthält der Schreib-Lese­ kopf 8 als Strahlteiler 80 zwei relativ zueinander drehbar gelagerte Umlenkspiegel 82 und 84, die das von einer Licht­ quelle erzeugte Strahlenbündel 6 zu einer Objektivlinse 86 umlenken, die das von den Umlenkspiegeln 82 und 84 einfallende Licht auf die Speicherplatte 2 fokussiert. Im Beispiel der Figur ist der Umlenkspiegel 84 um eine Drehachse, die die Zeichenebene im Punkt P schneidet, drehbar gelagert, so daß mittels eines elektromechanischen oder piezoelektrischen Positionierantriebes 90 der Umlenkspiegel 84 gegen den Um­ lenkspiegel 82 um einen steuerbaren Winkel α geneigt werden kann. In einer realen Anordnung liegt der maximale Winkel α in der Größenordnung von wenigen Zehntelgraden. Der Umlenkspiegel 82 erzeugt ein Schreib-Lesebündel 10 und der Umlenkspiegel 84 erzeugt ein Spurfolgebündel 12, die von der Objektivlinse 86 im Abstand a auf der Speicherplatte 2 zu dem Strahlungsflecken 38 bzw. 34 fokussiert werden. Zum Wechsel der Informationsspur bei festgehaltener Führungsspur ist somit lediglich die Relativverstellung des Umlenkspiegels 84 erfor­ derlich, die wesentlich schneller als ein Spurversatz des gesamten Schreib-Lesekopfes 8 vorgenommen werden kann. Dadurch werden die Zugriffszeiten zur gespeicherten Information ver­ kürzt. Die Relativverstellung des Umlenkspiegels 84 erfolgt in definierten Winkelschritten. Der zum Wechsel der Informa­ tionsspur erforderliche Winkelschritt ergibt sich aus dem Winkelabstand der Führungsspuren und aus der Anzahl der zwischen den Führungsspuren angeordneten Informationsspuren. Dabei kann zur Kalibrierung der erforderlichen Winkelschritte vorteilhaft der Maximalwinkel verwendet werden, der sich ergibt, wenn sich das Schreib-Lesebündel 10 in der Führungsspur befindet, die der Führungsspur, auf die das Spurfolgebündel 12 gerichtet ist, benachbart ist. Diese Kalibrierung kann bei jedem Spurwechsel des Spurfolgebündels 12 wiederholt werden. Die von der Speicherplatte 2 reflektierten Strahlen werden mittels zweier teildurchlässiger Umlenkspiegel 87 und 88 in voneinander räumlich getrennte reflektierte Schreib-Lesebündel 14 und reflektierte Spurfolgebündel 16 aufgeteilt und in der Figur nicht dargestellten Detektoren zugeführt. In der Figur sind außerdem optische Elemente, beispielsweise Polarisations­ filter oder Polarisationsprismen, die zur Aufbereitung des Schreib-Lesestrahls und des Spurfolgestrahls erforderlich sind, nicht dargestellt, da sie an die optischen Eigenschaften der jeweiligen Speichermedien und an die jeweils im reflektierten Strahl genutzte Information, beispielsweise bei magneto­ optischen Speichermedien die Umwandlung linear polarisierten Lichtes in elliptisch polarisiertes Licht, entsprechend angepaßt sein müssen. Weiterhin können noch zusätzliche Einrichtungen zur Spurverfolgung vorgesehen sein, die eine Kontrolle des Fokus oder der Zentrierung erleichtern. Bei­ spielsweise kann es vorteilhaft sein, zum Ausgleich von Zentrierfehlern den Spurfolgestrahl mittels eines Beugungs­ gitters in mehrere Strahlenbündel aufzuteilen.

Gemäß Fig. 3 ist eine Speicherplatte 2 mit Führungsspuren 32 versehen, die in Gestalt von Vertiefungen, beispielsweise einer Nut mit trapezförmigem Querschnitt in der Speicherplatte 2 an­ geordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Substrat bzw. Schutzüberzug der Speicherplatte 2 nicht dargestellt. Als Speichermedium ist vorzugsweise ein magnetisches Material vor­ gesehen. Das Schreib-Lesebündel 10 ist im Fokus 38 und das Spurführungsbündel 12 im Fokus 34 fokussiert, deren geome­ trische Abmessungen in der Größenordnung der Wellenlänge des verwendeten Lichtes liegen. Ihr gegenseitiger Abstand beträgt a. Zwischen den Führungsspuren 32 ist ein Informa­ tionsbereich 35 vorgesehen, der mehrere Informationsspuren 36 enthalten kann, deren Grenzen zu der jeweiligen Nachbarspur im Beispiel der Figur mittels einer gestrichelten Linie angedeutet sind. Die Informationsspuren 36 verlaufen parallel zu den Führungsspuren 32, so daß sich bei kreisscheibenförmigen Platten beispielsweise konzentrische Spuren ergeben. Der Strahlungsfleck 38 des Schreib-Lesestrahles 10 kann relativ zum Strahlungsfleck 34 des Spurfolgestrahls 12 senkrecht zur Füh­ rungsspur 32 entsprechend dem in der Figur dargestellten Doppelpfeil verschoben werden. In den Informationsspuren 36 liegt die Information beispielsweise in Gestalt der Richtung der Magnetisierung vor. Die Breite des Informationsbereiches 35 beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 100 µm, so daß maximal etwa 100 Informationsspuren 36 zwischen zwei Führungsspuren 32 angeordnet sein können.

Entsprechend Fig. 4 ist die Führungsspur 32 in Gestalt einer V-förmigen Nut im Speichermedium der Speicherplatte 2 ange­ ordnet.

Die Führungsspuren 32 können entsprechend dem Beispiel der Fig. 5 auch in Gestalt von aneinandergereihten Vertiefungen 40 anstelle von durchgehenden Rillen vorliegen.

Für die Führungsspuren 32 können auch anstelle von Nuten oder Vertiefungen Erhebungen auf der Speicherplatte 2 vorgesehen sein, so daß der zwischen den Führungsspuren 32 befindliche Informationsbereich 35 in Form einer Vertiefung in der Spei­ cherplatte 2 vorliegt. In einer weiteren vorteilhaften Aus­ führungsform einer Speicherplatte mit magnetischem Speicher­ medium können die Führungsspuren auch entsprechend dem in der deutschen Offenlegungsschrift 31 06 653 offenbarten Beispiel durch Zonen gebildet sein, die sich in ihrer thermodynamischen Phase vom Bereich der Informationsspuren unterscheiden.

Claims (8)

1. Optische Einrichtung zum Aufzeichnen und Wiedergeben einer auf einer Speicherplatte (2) gespeicherten Information mit einer Lichtquelle zur Erzeugung eines Strahlenbündels (6), sowie einem Schreib-Lesekopf (3) mit einer Fokussiervorrichtung und einem Strahlteiler (80) zur Teilung des Strahlenbündels in ein Schreib-Lesebündel (10) und wenigstens ein Spurfolgebündel (12), deren Foki (38 bzw. 34) auf der Speicherplatte räumlich durch einen Abstand a voneinander getrennt sind, gekenn­ zeichnet durch einen steuerbaren Abstand a.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Teilung des Strahlenbündels (6) zwei relativ zueinander drehbar gelagerte Umlenkspiegel (82 und 84) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der teildurchlässige Umlenkspiegel (87) für das reflektierte Schreib-Lesebündel (14) drehbar gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß teildurchlässige Umlenkspiegel (87, 88) für die von der Speicherplatte reflektierten Strahlen vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß piezoelektrische Positionier­ antriebe (90) zum Schwenken der drehbar gelagerten Umlenkspie­ gel vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Aufzeich­ nen und Wiedergeben von Information auf bzw. von einer Spei­ cherplatte (2) mit mehreren Führungsspuren (32) und mehreren wenigstens annähernd parallelen Informationsbereichen (35), in denen die Information in Informationsspuren (36) speicherbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer Führungsspur (32) jeweils ein Informationsbereich (35) zur Aufnahme mehrerer zueinander paralleler Informationsspuren (36) zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsspuren (36) in Gestalt von Vertiefungen im Speichermedium angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Speicherplatte (2) ein magnetisches Speichermedium enthält.