DE3788280T2

DE3788280T2 - Optisches datensystem mit doppelbündel.

Info

Publication number: DE3788280T2
Application number: DE3788280T
Authority: DE
Inventors: William Mullen; Norman Peppers; Gerald Pierce; Louis Schaefer
Original assignee: Drexler Technology Corp
Current assignee: Drexler Technology Corp
Priority date: 1986-09-15
Filing date: 1987-09-04
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2007-09-05
Also published as: EP0323969B1; WO1988002169A1; KR880701942A; DE3788280D1; EP0323969A1; JPH02500472A; EP0323969A4; US4730293A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zur Ablesung und Aufzeichnung von Daten auf optischen Datenspeichermedien.
Frühere optische Daten-Aufzeichnungs-Ableser zeichnen typischerweise auf, indem sie einen Laserlicht-Abtaststrahl auf ein optisches Datenspeichermedium steuern, wobei sie Punkte erzeugen, die Informationselemente repräsentieren. Die Punkte haben Reflexionsvermögen, spezifische Durchlässigkeit oder andere optische Eigenschaft, welche mit der des Hintergrundmediums kontrastiert. Frühere Aufzeichnungs-Ableser lesen typischerweise die Daten ab, indem sie einen Abtaststrahl mit geringerer Laserlichtintensität auf das Medium steuern, wo dieses durch die Punkte zu einem oder mehreren Photodetektoren abgelenkt, zerstreut oder überführt wird. Im allgemeinen wird derselbe Laser sowohl für Aufzeichnung als auch Ablesung verwendet. Auf dem Medium können sich voraufgezeichnete Markierungen befinden, um es dem System zu gestatten, auf den Punkten genau zu laufen, zu registrieren und scharf einzustellen.
Die Patentschriften US-A-4360728, US-A-4 500 777, US-A-542 288 und US-A-4 544 835 von Drexler beschreiben derartige Datenablese- und -aufzeichnungssysteme für die Verwendung mit optischen Datenspeichermedien, die auf Karten angeordnet sind. Die Patentschrift US-A-4 284 71 6 von Drexler et al beschreibt einen Typ von laseraufzeichnungsfähigem Medium, das für solche Systeme geeignet ist.
In der Patentschrift US-A-4 290 122 von Bates et al emittiert ein erster Laser einen Strahl zum Aufzeichnen, während ein zweiter Laser einen Strahl liefert, der auf ein Beugungsgitter fokussiert ist. Das Gitter bricht den Strahl, um eine Vielzahl von Ablesestrahlen, die im wesentlichen die gleiche Intensität haben und voneinander entfernt sind, sowie ein Paar radialer Spurführungs- und Schärfeeinstellungskontrollstrahlen zu schaffen. Die Ablesestrahlen beleuchten verschiedene parallele Datenbahnen, welche durch eine Detektorgruppierung simultan abgelesen werden.
Frühere optische Datenablese- und Aufzeichnungssysteme sind fähig, Daten auf optischen Speichermedien in sehr viel höherer Dichte als Magnetsysteme und -medien zu speichern. Jedoch neigt dieses System beim Ablesen der Daten fehlerhaft zu arbeiten wegen Ausrichtungsschwierigkeiten zwischen der Quelle des Laserlichts, dem abzulesenden Datenpunkt und dem Photodetektor. Jede Falschausrichtung kann einen Fehler beim Ablesen von Daten hervorrufen, was Fehlersuche und Korrekturverfahren und Schaltkreise erforderlich macht. Typischerweise bringt es eine solche Fehlersuche mit sich, daß die Daten mehr als einmal gelesen werden müssen, um eine korrekte Ablesung zu erhalten, wodurch die gesamte Schnelligkeit des Systems verringert wird. Das Problem kann sich zusammensetzen aus der Falschausrichtung mehrerer Laserstrahlen und dadurch, daß Detektoren voraufgezeichnete Markierungen für das Laufen, Registrieren und die Scharfeinstellung zur selben Zeit ablesen wie die Datenpunkte oder mehrere Bahnen von Datenpunkten abgelesen werden.
Die Patentschrift US-A-4 334 299 beschreibt ein Aufzeichnungssystem, bei welchem ein Aufzeichnungspunkt durch einen Aufzeichnungsstrahl als ein löcheriges Signal auf einer Aufzeichnungsoberfläche ausgebildet wird. Ein Ablesestrahl wird durch eine von der Aufzeichnungsquelle getrennten Quelle bereitgestellt, ist größer als der Aufzeichnungsstrahl und folgt diesem in einem kurzen Abstand hinterher.
Die Patentschrift FR-A-2 575 568 beschreibt ein optisches Aufzeichnungsmedium, auf welchem Information aufgezeichnet werden kann und welches durch einen Strahl aus einer einzigen Quelle abgelesen werden kann, die durch ein Beugungsgitter aufgespalten wird, um eine Gruppe von drei Strahlen zu erzeugen, wobei jeder Strahl eine einzelne Bahn abliest, so daß das Registrieren, Laufen und Ablesen gleichzeitig ausgeführt werden können.
Gemäß der Erfindung wird ein optisches Datenablese- und -aufzeichnungssystem geschaffen mit
einer ersten Lichtquelle, die zur Aufzeichnung vorgesehen ist und einen Laser umfaßt, der in der Lage ist, einen modulierten Laserstrahl zu emittieren,
einer zweiten Lichtquelle, die zur Ablesung vorgesehen ist und einen zweiten Strahl emittiert,
Einrichtungen, die gleichzeitig den modulierten Laserstrahl und den zweiten Strahl handhaben und auf ein optisches Datenspeichermedium mit voraufgezeichneter Information darauf richten, wobei der Laserstrahl Datenpunkte gleichmäßiger Größe aufzeichnet, die geringer als etwa 10 Mikrometer ist, und wobei die voraufgezeichnete Information und die Datenpunkte in mehreren Bahnen arrangiert werden, und
Einrichtungen zur Ablesung der voraufgezeichneten Information und aufgezeichneten Datenpunkte von dem Medium, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strahl eine Breite besitzt, die im wesentlichen wenigstens zwei der Bahnen beleuchtet, und eine Beleuchtungsfläche hat, die wesentlich größer als die von dem Laserstrahl beleuchtete Fläche ist.
Bei einem solchen optischen Datenablese- und -aufzeichnungssystem kann Falschausrichtung und Fehlerhaftigkeit während des Ablesens von Daten verringert werden ohne die Systemgeschwindigkeit zu verringern.
Auf diese Art und Weise kann ein modulierter Laserstrahl Datenpunkte auf einem Medium aufzeichnen, und eine zweite unabhängige Lichtquelle mit einem zweiten Strahl kann einen wesentlich größeren Bereich des Mediums beleuchten, um mit einem einzelnen Strahl gleichzeitig beide voraufgezeichneten Informationen, wie etwa Servobahninformation, und Datenpunkte abzulesen. Die zweite Lichtquelle ist vorzugsweise ein LED oder eine Licht emittierende Diode. Ein Photodetektor mit mehreren Detektorelementen kann die voraufgezeichnete Information und Datenpunkte von dem beleuchteten Bereich ablesen. Manche der Detektorelemente können Datenpunkte ablesen, wobei jedes dieser Elemente eine solche effektive Öffnung hat, daß das Element Licht von höchstens einem Datenpunkt empfängt und diesen abliest. Ein einzelner Datenpunkt kann von mehr als einem Element abgelesen werden. Andere Detektorelemente können voraufgezeichnete Information, wie etwa Bahnlinien und Taktmarkierungen auf dem Medium ablesen.
Das Datenspeichermedium wird typischerweise auf einer Karte montiert. Die Datenpunkte sind auf der Karte in parallel voneinander entfernt befindlichen Datenwegen ausgerichtet. Parallel zu den Datenwegen sind Bahnlinien zur Bereitstellung der Spurführungsfunktionen. Takt- und Datenmarkierungen in Form voraufgezeichneter Punkte können in den Datenwegen angeordnet sein. Vorzugsweise ist mehr als ein Datenweg zwischen nachbarlichen Paaren von Bahnlinien angeordnet.
Das System kann Ausrichtungsschwierigkeiten verringern, weil der beleuchtende Strahl stark ist und nicht perfekt mit den Datenpunkten und dem Detektor zusammenpassen muß. Weiterhin werden nicht viele Strahlen gebraucht, um Datenpunkte, Bahnlinien und Taktpunkte auf dem Medium abzulesen, da der weite Strahl die gleichzeitige Beleuchtung sowohl der voraufgezeichneten Informationen als auch der Datenpunkte schafft. Ein weiterer Vorteil ist, daß mehr als ein Datenweg beleuchtet werden kann und so zur gleichen Zeit ablesen kann, was die Ablesegeschwindigkeit um mehr als das Vierfache steigert.
Die Erfindung ist anhand eines Beispiels in den beiliegenden Zeichnungen schematisch dargestellt, bei denen
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems ist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems ist,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die mit dem System von Fig. 1 verwendete Datenkarte ist, Fig. 4 ein Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3 ist,
Fig. 5a, 5b und 5c vergrößerte Draufsichten eines kleinen Teils der Karte von Fig. 3 sind,
Fig. 6 eine Draufsicht eines Detektors des Systems von Fig. 1 ist, welche die Phantomabbildung der Karte von Fig. 5a überlagert,
Fig. 7 eine Draufsicht eines anderen Detektors des Systems von Fig. 1 ist, welches die Phantomabbildung der Karte von Fig. 5b überlagert, und
Fig. 8 eine Draufsicht eines Detektors von Fig. 7 ist, welche die Phantomabbildung der Karte von Fig. 5c überlagert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 umfaßt ein optisches Datenablese- und -aufzeichnungssystem, im vorliegenden Beispiel einen Datenkarten-Ableseaufzeichner 10, einen Laser 12, der fähig ist, einen modulierten Laserstrahl 14 zu emittieren, eine zweite Lichtquelle 16, die einen zweiten Lichtstrahl emittiert, optische Elemente für das Steuern der Strahlen 14 und 18 zu einem optischen Speichermedium hin, hier auf einer Karte 20 angeordnet, und schließlich einen Detektor 22 zum Ablesen von Daten auf der Karte 20.
Der Laser 1 2 wird nur zum Aufzeichnen von Datenpunkten auf der Karte 20 verwendet und wird während des Datenablesens unterhalb der Schwelle für das Aufzeichnen auf dem Medium gehalten. Der Strahl 14 sollte, beim Aufzeichnen, ausreichende Laserimpulsenergie zur Oberfläche des aufzeichnenden Materials liefern, um Punkte zu bilden. Typischerweise werden 5-20 Milliwatt benötigt, abhängig von dem aufzeichnenden Material.
Ein 20-Milliwatt Halbleiterlaser, der auf eine Strahlengröße von fünf Micron focussiert ist, zeichnet bei Temperaturen von etwa 200ºC auf und ist fähig, Punkte in weniger als 25 Mikrosekunden zu erzeugen. Andere Laserstrahlen, auf einen Strahlendurchmesser von einem bis zehn Mikron focussiert, sind ebenso fähig, Punkte auf optischen Speichermedien aufzuzeichnen. Die Wellenlänge des Lasers sollte mit dem aufzeichnenden Material kompatibel sein.
Die zweite Lichtquelle 16 ist vorzugsweise eine Licht emittierende Diode (LED), und wird verwendet für das Ablesen von Datenpunkten auf der Karte 20 sowie für das Spurführen, Takten und Scharfeinstellen. Das LED 16 emittiert den zweiten Strahl niedriger Intensität 18 sowohl während des Ablesens als auch des Aufzeichnens. Die zweite Lichtquelle 16 kann auch aus einem defokussierten Laser 23 bestehen, wie in Fig. 2 gezeigt.
Der Laserstrahl 14 ist durch eine Linse 24 auf einen polarisierenden Strahlenzerleger 26 gerichtet. Der Strahl 18 von dem LED 16 ist durch eine Linse 28 auf den Strahlenzerleger 26 gerichtet. Die in den Strahlenzerleger eintretenden Strahlen 14 und 18 kommen als ein vereinigter Strahl heraus, wobei sie eine leicht versetzte optische Achse 35 teilen. Der vereinigte Strahl auf der Achse 35, der aus dem Strahl 18 mit geringer Intensität und dem Laserstrahl 14 mit starker Leistung während Datenaufzeichnung und mit schwacher oder keiner Leistung während Datenablesung aufgebaut ist, wird durch eine fokussierende Linse 32 auf die Karte 20 gerichtet. Die Karte 20 ist typischerweise mit einem durchsichtigen kratzfesten Schutzüberzug 34 versehen, der auf dem Datenspeichermedium auf der Karte angeordnet ist.
Die Linse 32 hat eine solche Brennweite, daß sie den Laserstrahl 14 auf der Karte 20 auf einen schmalen Punkt bringt, wie etwa auf einen Durchmesser von ein bis zehn Mikrometern. Die Linse 32 hat typischerweise eine Brennweite von drei bis vier Millimetern. Der Strahl 18 fokussiert nicht auf einen schmalen Punkt, sondern beleuchtet vielmehr einen wesentlich größeren Bereich des Mediums auf der Karte 20 als Strahl 14. Typischerweise beleuchtet Strahl 18 einen Bereich, der zwischen einem Durchmesser von 10 Mikrometern und einem Durchmesser von bis zu 60 Mikrometern liegt. Der Strahl 18 kann elliptisch sein.
Die Karte 20 wird auf einer Plattform 36 bewegbar in der durch Pfeil A angedeuteten Richtung gehalten. Bewegung der Plattform 36 erzeugt eine Grobabtastung in Längsrichtung entlang Datenbahnen auf dem Medium auf der Karte 20. Das System 10 ist in einer Richtung in die Seite für die Grobabtastung und aus ihr heraus in einer lateralen Richtung über die Datenbahnen hinweg bewegbar. Feinabtastung kann bewerkstelligt werden durch das Bewegen eines oder mehrerer optischer Elemente in System 10, wie etwa die Linse 32. Alternativ dazu können Daten auf der in Fig. 2 gezeigten Scheibe 37, die in einer durch Pfeil B angedeuteten Richtung drehbar ist, aufgezeichnet und von dort abgelesen werden.
Das Medium auf der Karte 20 beleuchtende Licht wird von dem Medium reflektiert und durch Datenpunkte oder voraufgezeichnete Information gestreut oder absorbiert. Von den Punkten gestreutes oder absorbiertes Licht kontrastiert mit von dem umgebenden Feld, wo keine Punkte existieren, reflektierten Licht. Das Licht wird dann durch die Linse 32, einen Spiegel 38 und eine Linse 42 zu wenigstens einem Detektor 22 gelenkt. Die Linse 32 ist exzentrisch in Bezug auf den optischen Weg 35 gezeigt, so daß reflektiertes Licht durch die Linse 32 entlang eines separaten optischen Weges 44 zurückkehrt. Dies erlaubt es, ein nicht-polarisationsempfindliches Spurführungs- und Einstellungssystem zu verwenden, wodurch die Kosten für das Medium verringert werden können. Alternativ dazu kann die Linse 32 im Verhältnis zu der optischen Achse 35 zentriert werden, wie in Fig. 2 gezeigt, wobei reflektiertes Licht entlang dem optischen Weg 44 zu Detektor 29 durch eine Viertelwellenplatte 41 und einen Strahlenzerleger 45 gelenkt wird.
Die Brennweite der Linse 42 wird bestimmt durch die Größe und Ausgestaltung des Detektors 22 und umgekehrt. Der Punkt auf dem Medium sollte auf den Detektorelementen des Detektors 22 abgebildet sein. Die Vergrößerung eines Punktes wird bestimmt durch die Brennweiten der Linsen 32 und 42. Vorzugsweise ist die Brennweite der Linse 42 ungefähr 10 mm, es wurden aber Linsen mit einer Brennweite von bis zu 360 mm verwendet. In diesem Fall sind im allgemeinen mehrere Wendespiegel, repräsentiert durch Spiegel 46, vorgesehen, um den optischen Weg 44 in eine kompakten Struktur zu falten. Für Linsen 42 mit einer Brennweite von etwa 10 mm sind derartige Wendespiegel 46 nicht erforderlich.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2, stellt ein optisches Datenablese- und -aufzeichnungssystem 11 alternative Merkmale des Systems 10 von Fig. 1 dar. Als zweite Lichtquelle kann anstatt eines LED ein defokussierter Laser 23 verwendet werden. Der Laser 23 emittiert einen Strahl 17, welcher im allgemeinen heller ist als ein LED, jedoch immer noch unterhalb der Schwelle für das Aufzeichnen von Daten auf dem Medium. Auf diese Art und Weise hat der Laser 23 den Vorteil, daß der Detektor 29 und ein Detektor 49 nicht so empfindlich wie Detektor 22 in Fig. 1 sein müssen. Typischerweise beleuchtet der Laser 23 nicht einen so großen Bereich des Mediums auf der Scheibe 37 wie ein LED, so daß die Abgleichung des Strahls 17 mit Datenpunkten auf der Scheibe und mit den Detektoren 29 und 49 für den defokussierten Laser 23 kritischer ist als für das LED 1 6 von Fig. 1.
Ein im allgemeinen mit dem Laser 1 2 in Fig. 1 identischer Laser 1 3 dient als erste Lichtquelle und emittiert einen Strahl 15. Der Strahl 15 ist durch eine Linse 21 auf einen polarisierenden Strahlzerleger 25 gerichtet. Der Strahl 17 ist ebenfalls durch eine Linse 27 auf den Strahlenzerleger 27 gerichtet, wo die Strahlen 15 und 17 zusammengefaßt werden und auf der gemeinsamen optischen Achse 35 heraustreten. Die zusammengefaßten Strahlen gelangen dann durch den polarisierenden Strahlenzerleger 45 und die Linse 32 zu einem aufzeichnenden Medium auf der Scheibe 37. Die Scheibe 37 ist um ihr Zentrum 39 drehbar in der durch Pfeil B angedeuteten Richtung. Die Scheibe 37 kann ebenso in die entgegengesetzte Richtung drehbar sein.
Die Linse 32 ist, anstatt versetzt wie in Fig. 1, im Verhältnis zu der optischen Achse 35 zentriert. Auf der Scheibe 37 leuchtendes Licht kehrt entlang dem Weg 35 zurück wie der einfallende Strahl und wird dann entlang dem optischen Weg 44 durch den Strahlenzerleger 45 auf die Detektoren 29 und 49 hingeführt. Mit dieser linsen-zentrierten Anordnung kann eine höhere Datendichte aufgezeichnet und aufgelöst werden als mit der exzentrischen Anordnung von Fig. 1.
In Fig. 2 lenkt ein Strahlenzerleger 40 auf dem optischen Weg 44 zwischen dem Strahlenzerleger 45 und einer Linse 43 einen Teil des reflektierten Lichts zu dem zweiten Photodetektor 49 und einen Teil des Lichts durch die Linse 43 zu dem ersten Photodetektor. Der Detektor 49 wird für Autofocus verwendet, und kann ein beliebiger der nach dem Stand der Technik für das Fokussieren verwendeten Detektoren sein. Der Detektor 29 liest Daten von dem Medium auf der Scheibe 37 ab durch Wahrnehmen reflektierten Lichts, weniger Streuung und Absorption. Außer dort, wo es vermerkt ist, gleicht Detektor 29 dem Detektor 22 von Fig. 1, welcher unten detaillierter beschrieben wird.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Datenkarte 20 mit einer Größe dargestellt, die die meisten Kreditkarten haben. Die Breite einer solchen Karte beträgt ungefähr 54 mm und die Länge ungefähr 85 mm. Diese Abmessungen sind nicht entscheidend, aber bevorzugt, weil eine solche Größe leicht in eine Brieftasche paßt und sie in der Vergangenheit als eine zufriedenstellende Größe für Bankautomaten und ähnliches herausgebildet hat. Das Kartenträgermaterial 51 ist ein dielektrisches, üblicherweise ein Kunststoffmaterial wie etwa Polyvinylchlorid oder ähnliches Material. Es wird Polykarbonatkunststoff bevorzugt.
Die Oberflächenbeschaffenheit des Trägers sollte eine wenig spiegelnde Reflektivität haben, vorzugsweise weniger als 10%.
Der Träger 51 trägt einen Streifen 52. Der Streifen 52 ist ungefähr 15 Millimeter breit und erstreckt sich über die Länge der Karte 20. Alternativ dazu kann der Streifen andere Größen und Ausrichtungen haben. Der Streifen ist verhältnismäßig dünn, ungefähr 100 -500 Mikrons, wenngleich dies nicht entscheidend ist. Der Streifen kann auf der Karte aufgebracht werden durch jegliches Verfahren, das Flachheit erreicht. Der Streifen ist mit einem Kleber an der Karte befestigt und durch den Schutzüberzug 34 bedeckt, wie etwa einen transparenten Laminatüberzug 34, etwa einen transparenten Laminatbogen, welcher sowohl dazu dient, den Streifen 52 flach zu halten als auch den Streifen vor Staub und Kratzern zu schützen. Der Bogen 34 ist ein dünnes, transparentes Kunststoffbogen-Laminatmaterial oder ein Überzug, wie etwa ein transparenter Lack. Der Bogen 34 ist typischerweise etwa 380 Mikrometer dick. Das Material besteht vorzugsweise aus Polykarbonatkunststoff.
Die umgekehrte Seite des Trägers 51 kann Identifikationshinweise auf den Verwender haben, die auf der Oberfläche der Karte eingestanzt sind. Andere Hinweise, wie etwa Kartenverfallsdatum, Kartennummer und ähnliches können ebenso bereitgestellt werden.
Das Hochauflösungslaser aufzeichnende Material, welches den Streifen 52 bildet oder welches die Scheibe 37 in Fig. 2 überzieht, kann jegliches reflektiv aufzeichnendes Material sein, welches für die Verwendung als optische Scheibe entwickelt wurde, so lange die Materialien auf dünnen Substraten ausgebildet werden können. Nachaufzeichnung-Direktablesematerialien (DRAW) sind mit den Datenaufzeichnungssystemen von Fig. 1 und 2 leichter zu handhaben, da der Detektor 22 oder 29 dem Aufzeichnestrahl 14 oder 15 folgt, was das Kontrollieren von Datenaufzeichnung erleichtert. Ein Vorteil reflektierender Materialien ist, daß die Ablese-/Aufzeichnungsausrüstung auf einer Seite der Karte ist und das automatische Fokussieren leichter ist. Zum Beispiel unterrichtet das in der Patentschrift US-A-4 230 939 erteilt für de Bont et al, beschriebene hochauflösende Material über eine dünne Metallaufzeichnungsschicht reflektierender Metalle, wie etwa Bi, Te, In, Sn, Cu, Al, Pt, Au, Rh, As, Sb, Ge, Ga. Materialien, welche bevorzugt werden, sind solche mit hoher Reflektivität und niedrigem Schmelzpunkt, besonders Cd, Sn, TI, In, Bi, und Amalgame. Suspensionen von Teilchen reflektierender Metalle in organischen Kolloiden bilden ebenfalls Laser aufzeichnende Medien niedrigen Schmelzpunktes. Silber ist ein solches Metall. Typische Aufzeichnungsmedien sind in unseren Patentschriften US-A-4 314 260, US-A-4 298 648, US-A-4 278 758, US-A-4 278 756, US-A-4 269 917, US-A-4 184 716 und US-A-4 312 938 beschrieben.
Das Laser aufzeichnende Material, welches gewählt wird, sollte mit dem Laser, welcher zum Schreiben darauf verwendet wird, kompatibel sein. Manche Materialien sind bei bestimmten Wellenlängen empfindlicher als andere. Zu bevorzugen ist eine gute Empfindlichkeit für Infrarotlicht, weil Infrarot auf dem transparenten Laminatbogen weniger durch Kratzer und Schmutz beeinflußt wird. Das gewählte Aufzeichnungsmaterial sollte einen günstigen Störabstand haben und die Hochkontrast-Datenbits, welche das Ablese-/Aufzeichnungssystem, mit welchem es verwendet wird, bilden.
Das Material sollte, wenn es Temperaturen von etwa 82ºC (180ºF) längere Zeit ausgesetzt wird, keine Daten verlieren. Das Material sollte auch fähig sein, bei Geschwindigkeiten von wenigstens einigen tausend Bits/Sec. aufzuzeichnen. Dies schlief im allgemeinen die Verwendung von Materialien aus, die lange Erhitzungszeiten erfordern oder die langsamen chemischen Reaktionen bei Vorhandensein von Hitze unterworfen sind, welche eine Aufzeichnung von lediglich ein paar Bits/Sec. erlauben. Für den Einsatz optischer Datenscheiben wurde eine große Anzahl stark reflektierender Laser aufzeichnender Materialien verwendet.
Daten werden aufgezeichnet durch das Bilden von Punkten in dem umgebenden Feld der reflektierenden Schicht selbst, wobei die Reflektivität des Datenpunktes verändert wird. Daten werden abgelesen durch Aufspüren des optischen reflektierenden Kontrastes zwischen dem reflektierenden Umgebungsfeld unaufgezeichneter Bereiche und den aufgezeichneten Punkten.
Punktreflektivität von weniger als der Hälfte der Reflektivität des umgebenden Feldes erzeugt ein Kontrastverhältnis von wenigstens zwei zu eins, welches ein ausreichender Kontrast für Ablesung ist. Bevorzugt wird ein größerer Kontrast. Bevorzugt wird eine Streifenfeld-Reflektivität von etwa 50% mit einer Reflektivität eines Punktes im reflektierenden Feld von weniger als 10%, so daß dies ein Kontrastverhältnis von größer als fünf zu eins ergibt. Alternativ dazu können die Daten auch aufgezeichnet werden, indem man die Reflektivität des Streifens erhöht. Zum Beispiel kann der aufzeichnende Laser ein Feld stumpfer mikroskopischer Zacken auf dem Streifen verschmelzen, um flache glänzende Punkte zu erzeugen. Dieses Verfahren ist beschrieben in SPIE, Ausgabe 329, Optical Disk Technology (1982), Seite 202. Eine Punktreflektivität, die mehr als das zweifache der umgebenden zackigen Feldreflektivität beträgt, erzeugt ein Kontrastverhältnis von wenigstens zwei zu eins, weiches ein ausreichender Kontrast zum Ablesen ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5a ist eine vergrößerte Abbildung von Laserablesung auf dem Laser aufzeichnenden Materialstreifen 52 zu sehen. Die gestrichelte Linie 54 korrespondiert mit der gestrichelten Linie 54 in Fig. 3. Der Streifen 52 hat laseraufgezeichnete Datenpunkte 56 und Taktpunkte 66, und voraufgezeichnete Information darauf. Die Datenpunkte 56 und die Taktpunkte 66 sind in parallel voneinander entfernt liegenden Datenwegen 58 und 59 aufgereiht. Die voraufgezeichnete Information umfaßt Bezugspunktinformation, wie etwa eine Vielzahl von parallelen Bahnlinien 60, 62 und 64. Derartige Information wird verwendet, um Positionsfehlersignale, die als Rückmeldung bei der Motorkontrolle dienen, zu erzeugen. Daten können ebenfalls auf den voraufgezeichneten Bahnlinien aufgezeichnet werden. Programmanweisungen können ebenso voraufgezeichnet werden, damit das System an besonderen Stellen Daten aufzeichnet und abliest. Jede der verschiedenen Industrien, sei es die medizinische, die Personal-, Finanz- und Versicherungsindustrie, hat spezifische Formate für ihre besonderen Bedürfnisse. Patentschrift US-A-4 304 848 beschrieb, wie das Formatieren photographisch ausgeführt werden kann. Das Formatieren kann ebenso ausgeführt werden unter Verwendung von Laseraufzeichnung auf den Bahnlinien 60, 62 und 64, den Taktpunkten und anderer voraufgezeichneter Information. Alternativ dazu können, wie in Fig. 5c, vorformatierte Bahnlinien 60, 62 und 64 fehlen, und die laseraufgezeichneten Datenpunkte 56 für die Spurführung verwendet werden.
In Fig. 5a sind die laseraufgezeichneten oder vorformatierten Taktpunkte 66 gleichmäßig auf dem Datenweg 58 verteilt. Die laseraufgezeichneten oder vorformatierten Datenpunkte 56 befinden sich auf dem Datenweg 58 zwischen den Taktpunkten 66. Die Anwesenheit von einem Datenpunkt 56 zwischen jeweils zwei Taktpunkten kann dazu verwendet werden, ein 1 Bit anzuzeigen, während die Abwesenheit eines Datenpunktes, wie etwa in einem freien Bereich 68, verwendet werden kann, ein 0 Bit anzuzeigen. Es können auch andere codierende Schemata und Formate verwendet werden. Zum Beispiel können Steuermarken wie etwa die Taktpunkte 66, auf einer separaten Taktbahn plaziert werden, oder können in die Bahnlinien integriert werden. Fig. 5a zeigt nur eine Datenbahn 58 zwischen einem Paar nachbarlicher Bahnlinien 60 und 62. Gleichermaßen ist der Datenweg 59 der einzige Datenweg zwischen den Servobahnlinien 62 und 64. Die Bahnlinien sind 2 bis 30 Mikrometer voneinander entfernt abhängig von der laseraufgezeichneten Punktgröße. Für einen Laser aufgezeichneten Punkt mit einem Durchmesser von 5 Mikron sind die Servobahnlinien typischerweise 15 Mikrometer voneinander entfernt. Mehr als ein Datenweg kann zwischen nachbarlichen Servobahnlinien angeordnet sein, wenn die Bahnlinien weiter voneinander entfernt sind. In Fig. 5b sind die Bahnlinien 70 und 72 etwa zehn Laserpunktdurchmesser voneinander entfernt mit vier Datenwegen 74, 76, 78 und 80 dazwischen. In Fig. 5c fehlen Bahnlinien vollständig, und nur die Datenwege 170, 172, 174, 176, 178 und 180 sind dargestellt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist eine Abbildung 82 eines Teils des Mediums auf der Karte 20 auf die Detektoren 22 und 50 fokussiert. Die Detektoren 22 und 50 sind soweit es das Abbild 82 betrifft, als verbunden gezeigt, müssen aber nicht körperlich verbunden sein. Der Detektor 22 liest eine Servobahnlinie 84 für die Spurführung und einen Datenweg 102, der laseraufgezeichnete oder vorformatierte Taktpunkte 86, 88 und 90 enthält, regelmäßig auf Steuerungshinweise sowie die laseraufgezeichneten oder vorformatierten Datenpunkte 92 und 94 ab. Ein freier Bereich 96 zwischen den Taktpunkten 88 und 90 wird ebenfalls als ein Datenbit gelesen. Der Detektor 50 liest eine Bahnlinie 98 für das Fokussieren, wie unten erklärt werden wird. Der fokussierende Detektor kann alternativ dazu einer Datenbahn folgen, wie in Fig. 8 zu sehen. Der Detektor 29 in Fig. 2 ist wie der Detektor 22 ohne den fokussierenden Detektor 50. Statt dessen ist ein separater fokussierender Detektor 49 bereitgestellt.
Ein breiter Strahl beleuchtet einen großen Bereich des Mediums. Wenigstens der Bereich 100, durch eine gestrichelte Kreislinie begrenzt, einschließlich Teilen der Bahnlinien 84 und 98 und der Datenweg 102 dazwischen wird beleuchtet, so daß Licht von dem Medium reflektiert oder zerstreut wird zur Ablesung durch die Detektoren 22 und 50. Die Detektoren 22 und 50 sind typischerweise Multielement-Dipolreihen von Photodioden. Der Detektor 22 in Fig. 6 zum Beispiel umfaßt Detektorelemente 104, 106, 110 und 112.
Die Detektorelemente 104 und 106 nehmen beide Licht des Mediums wahr, das durch die Bahnlinie 84 reflektiert, zerstreut, absorbiert oder anders modifiziert wurde. Elektrische Signale von den Elementen 104 und 106 werden abgezogen, um ein Bahn-Fehlersignal zu erzeugen für Rückmeldung und Servomotorkontrolle. Wenn der Detektor 22 "auf Bahn" ist, nehmen die Detektorelemente 104 und 106 eine gleiche Menge von Licht wahr und erzeugen dabei ein Nullamplituden-Fehlersignal. Wenn der Detektor "von der Bahn" ist, werden das eine oder das andere der Detektorelemente 104 und 106 eine größere Menge an Licht empfangen und dabei ein für die Menge und Richtung der Falschspurführung kennzeichnendes Fehlersignal erzeugen.
Die Detektorelemente 110 und 11 2 nehmen reflektiertes Licht wahr, weniger das Licht, das von dem Datenweg 102 zerstreut oder absorbiert wurde. Elektrische Signale von den Elementen 110 und 11 2 werden hinzugefügt, um ein Daten- und Taktsignal zu erzeugen. Alternativ dazu kann ein einzelnes Detektorelement verwendet werden, um den Datenweg 102 wahrzunehmen. Sobald das Medium abgetastet wird, werden verschiedene Punkte auf der Datenbahn regelmäßig abgelesen.
Der Detektor 50 umfaßt Detektorelemente 116 und 118. Jedes dieser Detektorelemente kann entweder eine einzelne Photodiode oder eine Zusammenstellung verschiedener Photodioden umfassen, deren elektrische Signale zusammengefügt werden. Die Detektorelemente 116 und 118 nehmen beide das von der Bahnlinie 98 reflektierte Licht wahr, weniger das zerstreute oder absorbierte Licht. Elektrische Signale werden von den Elementen 116 und 118 abgezogen, um ein Fokus-Fehlersignal für Autofokus-Rückmeldung und -Kontrolle zu erzeugen. Sobald das System in Fig. 1 mit der exzentrischen fokussierenden Linse 32 in den Fokus hinein und heraus gebracht wird, wechselt die Abbildung des beleuchteten Teils der Bahnlinie 98 von einem Detektorelement zum anderen. Wenn das System "in Fokus" ist, empfangen die Elemente 116 und 118 eine gleiche Lichtmenge und erzeugen dadurch ein Nullamplituden-Fehlersignal. Wenn das System "aus dem Fokus" ist, wird das eine oder das andere Detektorelement 116 und 118 eine größere Lichtmenge empfangen und dadurch ein Fokus-Fehlersignal erzeugen, das für die Entfernung und Richtung zur Fokusstellung kennzeichnend ist.
In Fig. 7 ist eine Abbildung 121 des Mediums auf der Karte 20 auf die Detektoren 122 und 150 fokussiert. Die Daten auf dem Medium sind entsprechend dem Format von Fig. 5b angeordnet. Es befinden sich vier Datenwege 124, 126, 128 und 130 zwischen Paaren nachbarlicher Bahnlinien 132 und 134. Ein großer Bereichsstrahl beleuchtet einen großen Bereich 136 des Mediums einschließlich mindestens eines Teils der Bahnlinien 132 und 134 und jede der vier Datenwege 124, 126, 128 und 130, die durch die Detektoren 122 und 150 wahrgenommen wurden. Obwohl die Detektoren 122 und 150, soweit es die Abbildung 121 betrifft, als verbunden dargestellt werden, brauchen sie nicht körperlich verbunden zu sein.
Die Detektoren 112 und 150 sind typischerweise Multielement- Linearreihen von Photodiodenelementen, wie die Detektoren 22 und 50 in Fig. 6. Der Detektor 122 umfaßt ein Elementenpaar 138 und 140, deren Signale abgezogen werden, um ein Spurführungs-Fehlersignal und vier Elemente von Elementenpaaren 142, 144, 146 und 148 beziehungsweise zum Ablesen der Datenwege 124, 126, 128 und 130 zu erzeugen. Der Detektor 150 hat, wie der Detektor 50 in Fig. 6, zwei Detektorelemente 152 und 154, welche ein Fokus-Fehlersignal erzeugen.
In Fig. 8 ist eine Abbildung 161 des Mediums auf der Karte 20 auf die Detektoren 122 und 150 fokussiert. Die Daten auf dem Medium sind auf das Format in Fig. 5c eingerichtet und man kann sechs Datenwege 170, 172, 174, 176, 178 und 180 sehen. Ein Strahl beleuchtet einen großen Bereich 136 einschließlich jedes der sechs Datenwege, die durch die Detektoren 122 und 150 wahrgenommen wurden.
Die gezeigten Detektoren 122 und 150 sind die gleichen wie die in Fig. 7 aber die Detektoren 22 und 50 in Fig. 6 können ebenso verwendet werden. Die Detektoren 122 und 150 sind fähig, mehr Bahnen gleichzeitig zu lesen als die Detektoren 22 und 50. Der Detektor 122 umfaßt Elementenpaare, wie etwa die Elemente 138 und 140. Es sind auch vier andere Elementenpaare 412, 144, 146 und 148 gezeigt. Jedes Elementenpaar liest einen der Datenwege 170, 172, 174, 176 oder 178 ab. Es können Signale von einem Elementenpaar, wie etwa den Elementen 138 und 140 abgezogen werden, um ein Spurführungs-Fehlersignal zu erzeugen. Der Detektor 150 hat die zwei Detektorelemente 152 und 154, welche ein Fokus-Fehlersignal erzeugen. Andere Autofokusdetektoren nach dem Stand der Technik können ebenso verwendet werden. Auf diese Art und Weise wird ein Lichtstrahl mit einem großen Beleuchtungsbereich sowohl für die Ablesung von Datenwegen als auch voraufgezeichneter Information verwendet.

Claims

1. Optisches Datenablese- und -aufzeichnungssystem (10, 11) mit einer ersten Lichtquelle (12, 13), die zur Aufzeichnung vorgesehen ist und einen Laser umfaßt, der in der Lage ist, einen modulierten Laserstrahl (14, 15) zu emittieren, einer zweiten Lichtquelle (16, 23), die zur Ablesung vorgesehen ist und einen zweiten Strahl (18, 17) emittiert,

Einrichtungen (32), die gleichzeitig den modulierten Laserstrahl (14, 15) und den zweiten Strahl (18, 17) handhaben und auf ein optisches Datenspeichermedium (20, 37) mit voraufgezeichneter Information (60, 62, 64, 70, 72) darauf richten, wobei der Laserstrahl (14,15) Datenpunkte (56, 92, 94) gleichmäßiger Größe aufzeichnet, die geringer als etwa 10 Mikrometer ist, und wobei die voraufgezeichnete Information und die Datenpunkte in mehreren Bahnen (58, 59, 74 bis 80, 170 bis 180) arrangiert werden, und

Einrichtungen (22, 29) zur Ablesung der voraufgezeichneten Information (60, 62, 64, 70, 72) und aufgezeichneten Datenpunkte (56, 92, 94) von dem Medium, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strahl (18, 17) eine Breite besitzt, die im wesentlichen wenigstens zwei der Bahnen beleuchtet, und eine Beleuchtungsfläche (100, 136) hat, die wesentlich größer als die von dem Laserstrahl (14, 15) beleuchtete Fläche ist.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die zweite Lichtquelle (16) ein LED ist.

3. System nach Anspruch 1, bei dem die zweite Lichtquelle (23) ein defokussierter Laser ist.

4. System nach Anspruch 1, bei dem die voraufgezeichnete Information mehrere parallele Bahnlinien (60, 62, 64, 70, 72) umfaßt, wobei wenigstens ein Datenweg (58, 59, 74 bis 80) zwischen jedem nachbarlichen Paar der Bahnlinien angeordnet ist und wobei die voraufgezeichnete Information weiterhin mehrere Taktpunkte (66) und Datenpunkte (56) in den Datenwegen umfaßt.

5. System nach Anspruch 1, bei dem die erste (12, 13) und zweite (16, 23) Lichtquelle Anteil an einer gemeinsamen optischen Achse haben.

6. System nach Anspruch 1, bei dem das optische Datenspeichermedium (20, 37) ein Nach- aufzeichnung-Direktablesemedium ist, wobei die Lichtquelle für das Ablesen (16, 23) dem Laserstrahl (14, 15) folgt, um aufgezeichnete Datenpunkte in Bezug auf die voraufgezeichnete Information zu sichern.

7. System nach Anspruch 1, bei dem die Ableseeinrichtung einen Photodetektor (22, 50, 122, 150) umfaßt, der durch Reflexion von der beleuchteten Fläche (100, 136) des Mediums (20, 37) gestreutes Licht empfängt, wobei der Photodetektor (22, 29) mehrere Detektorelemente (104 bis 112, 138 bis 154) hat und wobei einige dieser Elemente voraufgezeichnete Information ablesen und andere dieser Elemente Datenpunkte ablesen.

8. System nach Anspruch 7, bei dem die voraufgezeichnete Information mehrere parallele Bahnlinien (60, 62, 64, 84, 98, 132, 134) umfaßt, wobei wenigstens ein Datenweg (102, 124 bis 130, 170 bis 180) durch Laser aufgezeichnete Datenpunkte (92, 94) hat, die jeweils zwischen einem nachbarlichen Paar der Bahnlinien angeordnet sind, wobei die mehreren Detektorelemente des Photodetektors in Paare von Elementen für jede Bahnlinie und jeden Datenweg aufgeteilt sind.

9. System nach Anspruch 8, bei dem das Paar von Elementen auf einer Bahnlinie Information für Servospurführung durch einen Unterschied zwischen Signalen von diesem Paar von Elementen vorsieht.

10. System nach Anspruch 8, bei dem das Paar von Elementen auf jedem Datenweg ein Daten- und Taktsignal durch Summierung vorsieht.

11. System nach Anspruch 1 mit Einrichtungen (36) zur Unterstützung einer Platte (20) mit einem darauf angeordneten optischen Datenspeichermedium, um eine optische Ablesung von der Platte (20) und einer Aufzeichnung auf ihr zu gestatten.

12. System nach Anspruch 11, bei dem die zweite Lichtquelle (16) ein LED ist.

13. System nach Anspruch 12, bei dem wenigstens einige der voraufgezeichneten Information zusammen mit den Datenwegen beleuchtet wird, wobei diese voraufgezeichnete Information Spurführungsinformation umfaßt.

14. System nach Anspruch 11, bei dem die zweite Lichtquelle (23) ein defokussierter Laser ist.

15. System nach Anspruch 11, bei dem mehrere der Datenwege gleichzeitig durch den zweiten Strahl (18, 17) beleuchtet werden.

16. System nach Anspruch 11, bei dem das optische Datenspeichermedium ein Nachaufzeichnung-Direktablesemedium ist, wobei die Ableseeinrichtung dem Laserstrahl folgt, um aufgezeichnete Datenpunkte in Bezug auf die voraufgezeichnete Information zu sichern.

17. System nach Anspruch 11, bei dem die Ableseeinrichtung einen Photodetektor (22, 50, 122, 150) umfaßt, der so angeordnet ist, daß er durch Reflexion von der beleuchteten Fläche (100, 136) des Platten (20) Mediums gestreutes Licht empfängt, wobei der Photodetektor mehrere Detektorelemente (104 bis 112, 138 bis 154) hat, wobei einige dieser Elemente voraufgezeichnete Information ablesen können und andere dieser Elemente Datenpunkte ablesen können.

18. System nach Anspruch 17, bei dem die voraufgezeichnete Information mehrere parallele Bahnlinien umfaßt, wobei wenigstens einer der Datenwege durch Laser aufgezeichnete Datenpunkte hat, die zwischen jedem nachbarlichen Paar von Bahnlinien angeordnet sind, wobei die mehreren Detektorelemente in Paare von Elementen für jede Bahnlinie und jeden Datenweg aufgeteilt sind.

19. System nach Anspruch 18, bei dem das Paar von Detektorelementen auf einer Bahnlinie Information für Servospurführung durch einen Unterschied zwischen Signalen von dem Paar von Elementen liefert und ein zweites Paar der Detektorelemente auf einer Bahnlinie Information für Selbstfokussierung durch einen Unterschied zwischen Signalen von dem zweiten Paar von Elementen liefert.

20. System nach Anspruch 18, bei dem das Paar von Detektorelementen auf einem Datenweg ein Daten- und Taktsignal durch Summierung liefert.