DE68921962T2

DE68921962T2 - Dreidimensionales optisches Speichersystem.

Info

Publication number: DE68921962T2
Application number: DE68921962T
Authority: DE
Inventors: Joseph Lindmayer
Original assignee: Quantex Corp
Current assignee: Quantex Corp
Priority date: 1988-11-29
Filing date: 1989-07-14
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2009-07-15
Also published as: CA1326903C; EP0371580B1; EP0371580A2; JPH02199630A; DE68921962D1; EP0371580A3; ATE120577T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Querverweis zu verwandten Anmeldungen

Der Inhaber hiervon ist auch der Inhaber der US- Patentanmeldung Seriennummer 870,877, angemeldet am 5. Juni 1986, veröffentlicht als US-A-4 864 536, und betitelt mit "Optische Speichermethode und -system", und der US-Patentanmeldung Seriennummer 184,263, angemeldet am 21. April 1988, veröffentlicht als US-A-4 915 982, und betitelt mit: "Dünnfilmphotolumineszenzartikel und Methode zur Herstellung dergleichen". Die Offenbarung der letzteren dieser Anmeldungen ist durch Bezugnahme hierin eingeschlossen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Massenspeichervorrichtungen zur Datenspeicherung. Genauer, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Massendaten- oder Informationsspeicherung unter ausschließlicher Verwendung von photoelektrischen Prozessen zum Schreiben, Lesen und Löschen gespeicherter Daten.
Zur Zeit bekannte optische Speichereinrichtungen erlauben allgemein zwei bis drei Größenordnungen von Daten pro Platte mehr zu speichern als mit magnetischen Verfahren und Einrichtungen. Wegen der Möglichkeit einer wesentlich umfangreicheren Speicherung von Daten und auch wegen des enormen geplanten Marktes für solche optischen Speicher, tritt momentan eine aktive Entwicklung von optischen Speichervorrichtungen in mehrere verschiedene Richtungen auf. Solche Aktivitäten sind auf Nur-Lese- bzw. Read-Only, Einmal-Schreibe-Öfters- Lese- bzw. Write-once-read many times (WORM) und löschbare optische Speichersysteme gerichtet. Während optische Read-Only- und WORM-Speicher bereits verfügbar sind, stoßen optische Speichersysteme auf viel größere Entwicklungsschwierigkeiten als Read-Only- und WORM- Systeme, weil die Qualitäten der benötigten Speichermedien Probleme wesentlich größerer technischer Komplexizität darstellen.
Optische Read-Only-Speichervorrichtungen zum Gebrauch als Computerperipherie, wie etwa CD-ROMs, wurden kommerziell mit dem Aufkommen der digitalen Audio- Kompaktscheibe verfügbar. Die momentane Plattendatenspeicherkapazität für solche Einheiten ist 200-600 Megabytes. Solche Platten werden fabrikmäßig unter Verwendung einer Gußpresse und von Metallisierungsschritten hergestellt und sind zur Verteilung von großen festen Datenbankinformationen mit niedrigen Kosten geeignet.
WORM-Vorrichtungen erlauben es dem Benutzer aber nur einmal seine eigenen Daten auf der Platte zu codieren. Datenbytes werden an physikalischen Plätzen durch irreversibles "Verbrennen" des Mediums mit einem Laser gespeichert. Solche permanente Codierung kann unbegrenzt zurückgelesen werden, wodurch die WORM-Technologie zur Archivspeicherung großer Mengen von Information, einschließlich digitalisierter Bilder, geeignet ist, wo Zufallszugriff auf eine große Datenbank wünschenswert ist.
Es ist die dritte Kategorie von optischen Plattenspeichervorrichtungen, nämlich löschbare Speichervorrichtungen, von der geglaubt wird, daß sie den größten Nutzen für Massenspeicherzwecke darstellt. Diese Vorrichtungen werden mit dem jetzigen Magnetband und dem Plattenmassenspeicher konkurrieren und in den kommenden Jahren einen größeren Einfluß auf die Computertechnologie haben. Gegenwärtig schließen die drei aktivsten Lösungen löschbarer optischer Speicherungen, die nun verfolgt werden, magnetooptische Materialsysteme, Farbpolymere und Techniken, die Kristallstruktur- oder Phasentransformation im Speichermedium an dem Punkt, auf dem geschrieben wird, erzeugen, ein. All diese Lösungen erfordern Wärme, die gewöhnlich die physikalische oder chemische Struktur des Materials bei der Durchführung der Schreib- oder Löschfunktion ändert. Dadurch hängt die Zeit, um Daten auf ein solches System zu schreiben, von einer gewissen Verweildauer ab, während der der Punkt, auf den Daten geschrieben werden, erhitzt oder anderweitig physikalisch transformiert werden muß.
Ein anderer Nachteil dieser Lösungen ist, daß die Leistungsfähigkeit der Medien hochempfindlich ist gegenüber Verschmutzungen, Verschmutzungsdiffusion, Oxidation und anderen Ungenauigkeiten, die sich zu Fehlern fortpflanzen und die nur nach mehrfachen Schaltzyklen oder in Zeiten nach der Fertigung und Prüfung der Vorrichtungen zutage treten. Von den oben beschriebenen drei Lösungen ist der Fortschritt mit magnetooptischen Materialien am größten gewesen. Laborergebnisse auf diesem Gebiet berichten von Millionen von Schreib/Löschzyklen. Siehe beispielsweise H-P. D. Shieh Ph.D. Thesis, Carnegie-Mellon University, Pittsburgh, Pennsylvania (1987).
Um löschbare optische Medien zur Massenspeicherung zu nutzen, müssen die optischen Medien schnell genug sein, um für hohe Datenraten unter Benutzung von Niederleistungslasern bestimmt zu werden. Die Medien müssen auch fast fehlerfrei Daten auf akzeptablen Computerindustriestandards erhalten, beispielsweise für mindestens zehn Jahre nicht mehr als einen unkorrigierbaren Fehler in 10¹² Bits. Deshalb war das Auffinden des richtigen physikalischen Phänomens, um als Basis für die Löschbarkeit in einem optischen Hochgeschwindigkeits- Hochauflösungs-Speichermedium zu dienen, für den Gebrauch mit einem optischen Plattenspeichersystem oder anderem optischen Speichersystem sehr schwierig gewesen. Die meiste Anstrengung auf dem Gebiet der optischen Platten während der letzten zehn Jahre wurde, wie oben beschrieben, für den Gebrauch von magnetooptischen Materialien verwendet. Jedoch ist die kommerzielle Realisierung einer löschbaren magnetooptischen Speicherung bis jetzt nicht erreicht worden, und es gibt auch jetzt keine Garantie, daß sie es je wird. Unglücklicherweise ist die Leistung der anderen oben diskutierten Lösungen allgemein nicht vergleichbar.
Um die bekannten Probleme zu bewältigen und eine Basis für ein einsetzbares optisches Plattenspeichersystem zu schaffen, ist eine neue Lösung für das Problem der optischen Speichermaterialien, die den Anforderungen der optischen Medien an Dichte, Geschwindigkeit und langer Wiederhollebensdauer genügen, entwickelt worden. Diese Erfindung nutzt das Phänomen des Elektroneneinfangens in einer Klasse von neuen Materialien, die einen Erdalkalikristall, typisch mit seltenen Erdelementen dotiert, enthalten. Dünne kristalline Filme von solchen Materialien werden auf verschiedenen Substraten wie Glas, poliertem Saphir oder Aluminium oder anderen optischen Qualitätssubstraten gebildet, um das Plattenspeichermedium zur Verfügung zu stellen.
Da das Einfangphänomen ein reiner Elektronenprozeß ist, können Lese-/Schreib-/Lösch-Operationen sehr schnell durchgeführt werden. Zusätzlich verspricht das physikalische Einfangphänomen, daß die Medienlebensdauer praktisch grenzenlos ist. Ebenso ergibt der Effekt des Elektroneneinfangens eine lineare Antwortcharakteristik, was dem Speichervermögen eine analoge Dimension verleiht. Dadurch könnte beispielsweise die potentielle Plattenspeicherkapazität einer 5-1/4 Zoll-Diskette auf mehrere Gigabyte erhöht werden. Offensichtlich ist die Dichte der gespeicherten Information extrem hoch.
Die hierin beschriebenen Materialien, die als Medien für das optische Plattenspeichersystem verwendet werden, sind Gegenstand der US-Patentanmeldung Seriennummer 184,263, angemeldet am 21. April 1988 und veröffentlicht als US-4 915 482, welche eine Teilfortsetzung (CIP) der US-Patentanmeldungen Seriennummer 870,877 und 870,809 ist, beide angemeldet am 5. Juni 1986 und veröffentlicht als US-4 864 536 bzw. US-4 830 875; andere brauchbare Materialien, als die Speichermedien hierin werden in den zusammen anhängigen US-Patentanmeldungen Seriennummer 034,332 und 034,334, beide angemeldet am 3. April 1987 und veröffentlicht als US-4 839 092 bzw. US-4 806 772; US-Patentanmeldung Seriennummer 147,215, angemeldet am 22. Januar 1988 und veröffentlicht als US-4 879 186; und US-Patentanmeldung Seriennummer 078,829, angemeldet am 28. Juli 1987 und veröffentlicht als US-4 842 960, offenbart. Der Inhaber hiervon ist der Inhaber jeder dieser Anmeldungen. Die Offenbarung jeder dieser Anmeldungen ist hierin mit der Ausnahme von US-4 864 536 und US-4 879 186 durch Bezugnahme berücksichtigt.
Das Material, beispielsweise beschrieben in Seriennummer 184,263, zeigt eine extrem lineare Beziehung zwischen der Intensität des Schreibe-Eingangslichts und des Lese-Ausgangslichts, hervorgerufen durch einen Lesebefehl mit fester Intensität. Deshalb zeigt dieses Vermögen eine große Rauschspanne bei der binären Speicherung und ebenso eine erhöhte Informationsspeicherdichte, wenn es als analoges oder vielstufiges digitales Speichermedium eingesetzt wird. Vielstufig bezieht sich auf die Tatsache, daß beim Schreiben mit einer Vielzahl von Intensitäten des gleichen Laserstrahls die Linearität der resultierenden Emissionen nach dem Auftreffen eines Lese-Laserstrahl so ist, daß Information gespeichert und auf verschiedenen Intensitätsniveaus, beispielsweise bei einer Intensität von 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 und 1, erkannt werden kann.
Dieses besondere Medium ist in der Gestalt eines dünnen Filmes und kann mit Licht "geladen" und "entladen" werden, wobei Elektronen vom Grundzustand in ein erhöhtes Energieniveau angeregt werden. Speziell nach der Beleuchtung durch sichtbares Licht werden Elektronen in Hochenergieeinfangzustände gehoben, wo sie unbegrenzt bleiben können. Wenn die Elektronen, später beleuchtet durch infrarotes Licht, aus den Fallen entlassen werden, emittieren sie neues sichtbares Licht. Dadurch werden mit solchen Materialien digitale oder analoge Daten durch die Benutzung eines Niederenergielasers gespeichert und wieder erhalten, indem die Elektronen an einer bestimmten Stelle eingefangen und gelesen werden.
Solche photonischen Festkörpermaterialien haben Elektronen mit bistabilen Gleichgewichtszuständen; einen mit Elektronen in einem Grundzustand und den anderen, in dem die Elektronen in einem wohldefinierten, spezifischen, erhöhten Energiezustand "gefangen" sind. Elektronen werden durch die Absorption von sichtbaren Lichtphotonen in den höheren Energiezustand gehoben, wodurch sie verfügbare Fangstellen auffüllen. Ein Elektron in dem erhöhten Energiezustand kann aus seinem Fangzustand entlassen werden, indem den Elektron genügend Energie zugeführt wird, um ihm zu erlauben, aus diesen zu entfliehen. Wenn dies eintritt, fällt das Elektron zurück in seinen Grundzustand und emittiert ein entsprechend sichtbares Photon. Die Anzahl der Elektronen im angehobenen Energiezustand ist proportional zur Intensität des sichtbaren Lichts, das zur Aufnahme benutzt wird. Somit können, als Ergebnis solcher Charakteristiken, solche Materialien wirksam Lichtenergie "speichern".
Die reinen photoelektronischen Mechanismen, die solche Elektronenfallenmaterialien mit sich bringen, erübrigen die Notwendigkeit irgendeines thermischen Hubs und deshalb ist die Zahl der Elektronen, die in dem Material gefangen sind, dem Wesen nach linear. Da die lokale Auflösung des Schreibschritts nur von der Arbeitsweise der adressierenden Optiken abhängt, wird ein optischer Schreibpunktdurchmesser von einem Mikrometer wenigstens die Speicherung von 550 Megabyte auf einer 130 mm oder 5-1/4 Zoll Platte, beschichtet mit einem einzigen dünnen Filmmaterial, wie hierin beschrieben, erlaubt sein. Mehrfachschichten von dünnen Filmmaterialien erlauben entsprechend ein Mehrfaches von Datenspeicherung. Beispielsweise werden zwei Schichten von dünnen Filmmaterialien die Datenspeicherkapazität wenigstens auf 1,1 Gigabyte verdoppeln. Mit dem Gebrauch von Codiertechniken wie etwa MFM, modifizierte MFM, oder Aufnah- melängenbeschränkung (RLL), die Techniken die allgemein zur magnetischen Plattenaufnahme benutzt werden, kann die Speicherkapazität mit bis zu einem Faktor von 3 über der Verwendung von FM oder Frequenzmodulationscodierung erhöht werden. Die Anstiegs- und Abfallzeiten, die mit den optischen Lese- und Schreibpulsen verbunden sind, sind im Nanosekundenbereich. Dadurch wurden Leseund Schreibdatentransferraten ermittelt, die mindestens 200 Megabit pro Sekunde für optische Plattenlaufwerksmedien mit Elektronenfallenmaterialien sind.
Rotierende Plattenspeichersysteme benötigen Ortsangaben zur Wiedergewinnung der gespeicherten Information. Ein Satz dieser Ortsangaben informiert den Laufmechanismus, wo die angeforderte Information ist oder gespeichert sein wird. Der andere Satz sorgt für die Einstellung des Lese-/Schreibmechanismuses während des Laufes. Die Einstellparameter umfassen Fokussierung, Geschwindigkeit, Spuren und Markierungsstellen. Das Schreiben von Information hängt von den benutzten Medien ab, wie etwa einmal beschreibbare, magnetooptische, Farbpolymere oder phasenändernde, aber in allen Fällen bringt es einen Wechsel der Reflexionsparameter an dem Punkt, auf den geschrieben wird, mit sich. Die Lesemethode basiert auf der Erkennung solcher Reflexionsänderungen auf der Oberfläche der Platte.
Die allgemeine Methode, die momentan zur Spurführung bei optischen Platten mit reflektierender Oberfläche benutzt wird, wie etwa die Kompaktdiskette bzw. -platte, ist, sich auf eine gruppierte Spur als prinzipiellen Modus der Einstellung zu stützen und den Lese-/Schreibkopf auf die Mitte der Spur zu fokussieren. Die Geschwindigkeitsinformation ist entweder in dem wiederholten Muster der Zeichen oder in einer Tiefenmodulation der Gruppe enthalten.
Noch eine andere Spurführungsmethode, die momentan benutzt wird, ist als das "Abtast-Servo"-System bekannt. Dieses System stützt sich auf die Änderungen der Reflexion von Punkten auf der Plattenoberfläche. Die Punkte sind in einer Weise angeordnet, die Information über den Spurort, die Geschwindigkeit der Platte und die Angemessenheit der Fokussierung zur Verfügung stellt.
Das hierin dargestellte, löschbare, optische Plattenspeichersystem, welches sich auf einen dünnen Film aus Elektronenfallenmaterial als das Medium stützt, stützt sich nicht auf die Reflexion beim Auslesen. Dagegen kann die Emission des Mediums unter infraroter Anregung benutzt werden, um zuvor geschriebene Spurführungsinformation von der Platte wiederzugewinnen.
Jedoch hat selbst bei dem Patentinhaber gemachten Fortschritten das zweidimensionale Speichersystem, offenbart in der US-Patentanmeldung Seriennummer 225,846, veröffentlicht als US 5 007 037, gewisse Beschränkungen. Mit den Eintreffen und der kontinuierlichen Entwicklung von Parallelprozeßcomputern werden sehr schnelle Antwortspeichersystene mit extrem hohen Speicherdichtefähigkeiten benötigt.
Während es viel Interesse und Entwicklungstätigkeit für zweidimensionale löschbare optische Speicher gibt, wird eine solche Lösung eventuell gegen eine optischen Auflösungsgrenze laufen. Das heißt, ein fokussierter Licht- strahl, auch ein Laser, kann nur so klein gemacht werden, etwas unter einen Mikrometer im Durchmesser. Infolge dieser Begrenzung kann nur eine begrenzte Anzahl von auf einer Einheitsfläche gespeicherten Bits erreicht werden. Um diese physikalische Unzulänglichkeit zu überwinden, benutzt die vorliegende Erfindung ein dreidimensionales optisches Speichersystem, das heißt, eine Vielzahl von mindestens zwei Schichten von verschiedenen Elektronenfallenmaterialien, von denen jedes auf Licht verschiedener Wellenlängen reagiert, um die Speicherkapazität beispielsweise eines optischen Plattenspeichersystems, das mit einer auf eine solche Weise präparierten Platte ausgestattet ist, überaus zu erhöhen.
Als eine Alternative zur Benutzung "gestapelter" Schichten von verschiedenen charakteristischen Elektronenfallenmaterialien, kann auch ein gepufferter Stapel von zweidimensionalen Speicherebenen benutzt werden. Die Charakteristiken eines Elektronenfallenmaterials können separat, zusammen oder in einer definierten Sequenzen überwacht werden. Beide Elektronenfallenmedienschichten und optischen Schichten können benutzt werden.
Solid State Technology, Vol. 31, Nr. 8, August 1988, Seiten 135-138 diskutiert die Möglichkeit des Gebrauchs von Elektronenfallenphänomenen bei Energieniveaus zwischen einem Übertragungsband und dem Valenzband bei der Herstellung von optischen Einzel- und Mehrschicht- Lese/Schreibe-Platten.
US-4, 375 091 zeigt eine Vorrichtung, gemäß des Oberbe- griffs von Anspruch 1, die zur Positionierung eines optischen Lesekopfes über einer Videoplatte und zur Wiedergewinnung der Information von ihr geeignet ist.

ZUSAMMENFASSUNG UND AUFGABEN DER ERFINDUNG

Im Hinblick auf das Vorangehende sollte es offensichtlich sein, daß auf dem Gebiet ein Bedürfnis nach einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Betrieb und zur Konstruktion eines dreidimensionalen löschbaren Plattenspeichersystems existiert, bei dem ein als Speichermedium benutztes Elektronenfallenmaterial Schreiben, Lesen und Löschen insbesondere in einer unbegrenzten Zahl von Häufigkeiten erlaubt, und bei dem wenigstens zwei Schichten von Elektronenfallenmaterial, die jeweils eine Empfindlichkeit gegenüber einer verschiedenen Schreibstrahlwellenlänge besitzt, benutzt werden. Es ist deshalb eine primäre Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb und zur Konstruktion eines dreidimensionalen löschbaren optischen Plattenlaufsystems zur Verfügung zu stellen, das gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl von Elektronenfallenmedienschichten, so daß die Schreibe-, Lese- und Lösch-Funktionen mit hoher Dichte, Geschwindigkeit und ohne ernsthafte Degradation über einer großen Anzahl von gelöschten Funktionen ausgeführt werden können.
Ganz besonders ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein dreidimensionales löschbares optisches Plattenspeichersystem zur Informationsspeicherung zur Verfügung zu stellen, das in der Lage ist, pro Platte Größenordnungen von Daten mehr zu speichern als induktive Magnetmediensysteme oder auch als zweidimensionale löschbare optische Plattenspeichersysteme.
Noch spezieller ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein dreidimensionales löschbares optisches Plattenlaufspeichersystem zur Verfügung zu stellen, in dem Daten als Lichtenergie gespeichert werden und das nicht von Reflexionseigenschaften der Platte zum Bewirken der Speicherung oder des Auslesens von gespeicherter Information abhängt.
Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein dreidimensionales löschbares optisches Plattenspeichersystem zur Verfügung zu stellen, in dem Daten in paralleler Weise auf die Platte geschrieben und von ihr gelesen werden.
Es ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein dreidimensionales löschbares optisches Plattenspeichersystem zur Verfügung zu stellen, in dem einer oder mehrere Schreiblaserstrahlen, zentriert bei verschiedenen Wellenlängen des sichtbaren Lichts, benutzt werden, um gleichzeitig Daten auf entsprechend eine oder mehrere Elektronenfallenmedienschichten zu schreiben.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein dreidimensionales löschbares optisches Plattenlaufspeichersystem zur Verfügung zu stellen, in dem die Daten, gespeichert in jedem der Elektronenfallenmedienschichten, gleichzeitig durch die Benutzung eines einzelnen Infrarotleselichtstrahls freigegeben werden.
Es ist noch eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein dreidimensionales löschbares optisches Plattenlaufspeichersystem zur Verfügung zu stellen, in dem die Daten, freigegeben aus jeder der Vielzahl von Elektronenfallenmedienschichten, um eine vorbestimmte Wellenlänge des Lichts zentriert sind und deshalb ohne weiteres getrennt werden können.
Es ist auch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein dreidimensionales löschbares optisches Plattenlaufspeichersysten zur Verfügung zu stellen, in dem Daten als Lichtenergie in entweder digitaler oder analoger Form gespeichert werden können.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden entsprechend ihrer apparativen Aspekte durch Verfügungstellung der Merkmale von Anspruch 1, und entsprechend ihrer methodischen Aspekte, durch Verfügungstellung der Merkmale von Anspruch 14, gelöst.
Daten werden auf der Platte in Form einer gleichen Anzahl von Schreiblasern gelesen, die bei einer gleichen Anzahl von verschiedenen Wellenlängen des sichtbaren Lichts betrieben werden, vorzugsweise mit Wellenlängen, deren Scheitel zwischen 450 und 600 Nanometern liegen. Ein Leselaser wird benutzt, um die Platte mit naher Infrarotstrahlung zu beleuchten, die eine Wellenlänge mit Scheiteln zwischen 700 und 1450 Nanometern hat, aber vorzügsweise bei etwa 1000 Nanometern. Irgendwelche gespeicherten Bits (die beispielsweise eine binäre Eins repräsentieren) werden, wenn sie von naher Infrarotlesestrahlung angeregt werden, eine vorbestimmte Emissionsstrahlungscharakteristik verursachen, die ihren Scheitel in einer vorbestimmten Lichtbande hat, beispielsweise bei etwa 620 Nanometern (orange) und 495 Nanometern (blau). Solche detektierten Emissionen korrespondieren mit einer binären Eins, die auf diesen Punkten aufgenommen wurde. Die Abwesenheit einer solchen Emissionsstrahlungscharakteristik korrespondiert mit einer binären Null, die auf jenen Punkten aufgenommen wurde.
Das optische Plattenspeichersystem der vorliegenden Erfindung schließt auch eine optische Verarbeitungseinheit zur Übermittlung sowohl der Lese- als auch der Vielzahl von Schreibelaserstrahlen auf den Lese- Schreibekopf, sowie verschiedene Detektorelektroniken und Positionierungselektroniken zur Positionierung des Kopfes über der Platte ein. Der Datenausgang und Dateneingang wird durch eine Standardcomputerschnittstelle gehandhabt.
Die Platte ist aus einem Substrat aufgebaut, auf dem die mindestens zwei Schichten von Elektronenfallenmaterial als Dünnfilmmedien abgeschieden sind. Zwei oder mehr Dünnfilmmedienschichten sind unter Benutzung von abgeschiedenen optischen Beschichtungen getrennt. Somit kann Information durch mehrfarbige optische Signale geschrieben, gelesen und gelöscht werden. Die benötigte Zeit zur Durchführung irgendeiner- dieser Funktionen ist in der Größenordnung von etwa 5 Nanosekunden. Bei der Benutzung solcher Elektronenfallenmedienmaterialien kann eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Anfragen gemacht werden, bevor die Information nicht länger zugänglich ist.
Die Elektronenfallenmedienschichten werden unter Benut- zung solcher verschiedener Beschichtungstechniken wie die Elektronenkanonenverdampfung und Sputtern abgeschieden. Die Elektronenfallenschichten können direkt übereinander plaziert oder durch passive optische Schichten getrennt werden. Obwohl nur zwei Elektronenfallenmedienschichten in den Ausführungsformen hierin gezeigt und beschrieben sind, ist es sowohl möglich als auch wünschenswert, ein Speichersystem mit "n" Elektronenfallennedienschichten zu bilden, solange jede Schicht gegenüber einer unterschiedlichen Wellenlänge des sichtbaren Lichts für Schreibzwecke empfindlich ist und eine separate Wellenlänge des Ausgangslichts als Antwort auf einen infraroten Leselaserstrahl produziert.
Mit diesen und anderen Aufgaben, Vorteilen und Merkmalen dieser Erfindung, die nachfolgend offensichtlich werden können, kann die Natur der Erfindung durch den Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung, die angefügten Ansprüche und die verschiedenen hierin beigefügten Zeichnungen klarer verstanden werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist ein Diagramm, das die Wirkungsprinzipien des auf der Oberfläche der für die vorliegende Erfindung benötigten Platte angebrachten Dünnfilmspeichermediums zeigt;
Figur 2 ist ein Graph, der die Effizienz des Fallenfüllens eines besonderen Elektronenfallenfilms, geeigriet für die Nutzung mit der vorliegenden Erfindung, als eine Funktion der Wellenlänge der anregenden Energie zeigt;
Figur 3 ist ein Graph, der die relative Infrarotempfindlichkeit für die Lese- und Löschfunktionen für das gleiche besondere Elektronenfallenmaterial wie in Figur 2 zeigt;
Figur 4 ist ein Graph, der die Emissionswellenlängen von der Platte auf Infrarotbeleuchtung der Platte hin für das gleiche besondere Elektronenfallenmaterial, gezeigt in den Figuren 2 und 3, zeigt;
Figur 5 ist ein Graph der relativen Lumineszenz oder des Leseausgangs als eine Funktion der Schreibenergie für das gleiche besondere Elektronenfallenmaterial, wie in den Figuren 2-4 gezeigt;
Figur 6 ist ein bildliches Diagramm der Struktur einer optischen Platte für den Gebrauch mit dem vorliegenden löschbaren optischen Plattenspeichersystem;
Figur 7 ist ein schematisches Blockdiagramm der Elektronik und Optik, die zum Lesen, Schreiben und Löschen der Daten auf und von der Platte notwendig sind;
Figur 8 ist eine bildliche Teilausschnittszeichnung eines optischen Plattenspeichersystems, das mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann;
Figur 9 ist ein schematisches Blockdiagramm der Positionsservospurführung und des Geschwindigkeits-Servo-Spurschaltkreises für den Gebrauch mit dem optischen Plattenlaufspeichersystem der vorliegenden Erfindung; und
Figur 10 ist ein schematisches Blockdiagramm der optischen Prozeßeinheit und der Stellarmvorrichtung für den Gebrauch mit dem optischen Plattenlaufspeichersystem der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Nun im Detail Bezug nehmend auf die Zeichnungen, worin gleiche Teile durchwegs mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, ist in Figur 1 eine Erklärung der Wirkungsbasis der Klasse von optischen Speichermedienelektronenfallenmaterialien, benutzt mit dem löschbaren, optischen Plattenlaufspeichersystem der vorliegenden Erfindung, dargestellt. Wie in Figur 1 dargestellt, schließt das Grundmaterial mit weiter Bandlücke ausgewählte Verunreinigungen ein, die mit den Energieniveaus E und T verknüpft sind, ein. Das schmale E-Band ist zum Übertragungsband bestimmt, da Elektronwechselwirkung dort erlaubt ist. Beim Niveau T, das als das Fallenniveau bezeichnet wird, sind die Fallenstellen nicht übertragend, da sie von solcher Konzentration Abstand sind, daß Elektronwechselwirkung nicht erlaubt ist.
Wie in Figur 1 angedeutet, regt sichtbare Strahlung oder aufladendes Licht die Träger so an, daß sie die Fallenstellen füllen können. Die Fallentiefe in dieser Gruppe von II-VI-Phosphoren bzw. Leuchtstoffen ist etwa 1,2 Elektronenvolt, genügend über dem thermischen Energiebereich, so daß Elektronen nicht durch thermische Erregung verdrängt werden können. Durch die Steuerung der Fallendichte kann der Tunnelaustausch beim Fallenniveau T ausgeschaltet werden. Unter solchen Bedingungen können die gefangenen Elektronen nicht miteinander kommunizieren und die Möglichkeit der Rekombination ist dadurch ausgeschlossen.
Wenn die aufladende Strahlung aufhört und das Elektronenfallenmaterial im angeregten Zustand ist, sind die Fallen gefüllt, das Übertragungsband E ist leer, und eine Rekombination von dem Fallenniveau T zum Valenzband G existiert nicht. Als eine Konsequenz werden die Elektronen auf dem Fallenniveau T bleiben oder für mehrere Jahre "gespeichert" sein.
Wenn das geladene Elektronenfallenmaterial dann infrarotem oder nahem infrarotem Licht ausgesetzt ist, wird genügend Energie, gleich der Differenz zwischen der Energie eines Elektrons im Übertragungsband E minus der Energie eines Elektrons auf dem Fallenniveau T, zur Verfügung gestellt, die dazu dient, die Elektronen von dem Fallenniveau T zum Übertragungsband E zu bewegen. Während die Elektronen im Übertragungsband E sind, können sie wechselwirken und dann in den Grundzustand oder das Valenzband G zurückkehren. Sobald jedoch-die Elektronen vom Übertragungsband E zum Valenzband G zurückkehren, wird ein Photon der Energie E minus G emittiert. Durch die Auswahl eines geeigneten Dotierelements der seltenen Erden können die Wellenlängen des Lichts, abgegeben durch das Photon, das emittiert wird, wenn ein Elektron vom Übertragungsband E zum Valenzband G herabfällt, vorbestiinmt werden. Der Nachweis des Auftretens einer solchen Emission dient dazu, anzuzeigen, ob ein besonderer Punkt, adressiert auf der Plattenoberfläche, ein Bit (eine 1 anzeigend) oder Nicht-Bit (eine 0 anzeigend), oder umgekehrt, enthält.
Im Gegensatz zu den physikalischen Änderungen, die beim Gebrauch eines Schreiblaserstrahls in bekannten Lösungen löschbarer (und nichtlöschbarer) optischer Speichersysteme auftreten, erfordert, das Schreiben und Löschen eines Punktes auf der Oberfläche des Elektronenfallenmaterials nur eine Änderung des Energiezustandes der Elektronen an jenem Punkt. Solange keine Erwärmung beteiligt ist, treten latente, fälschlich hervorgerufene Lese-, Schreibe- und löschbare Formen der Degradation nicht auf. Folglich ist die Anzahl der Schaltzyklen in dem Elektronenfallenmaterial virtuell unbegrenzt und übersteigt 10 Millionen Schreib/Löschzyklen ohne beobachtete Änderung des dünnen Films.
Das Auffüllen der Fallen beim Fallenniveau T erfordert, daß eine Schwellenergie überschritten wird. Eine charakteristische Kurve eines der bevorzugten Elektronenfallenmaterialien für die Benutzung als ein Speichermedium mit der vorliegenden Erfindung ist in Figur 2 gezeigt. Dieses bevorzugte Material ist in der schwebenden US-Patentanmeldung Seriennummer 078,829, angemeldet am 28. Juli 1987, offenbart. Wie in Figur 2 gezeigt, beginnt das Schwellenergieniveau, das überschritten werden muß, um das Fallenniveau T zu füllen, bei Wellenlängen des sichtbaren Lichts, kürzer als 600 Nanoneter.
Nachdem die im Fallenniveau T enthaltenen Fallen gefüllt sind, kann das Auftreffen von naher Infrarotstrahlung verursachen, daß Elektronen freigegeben werden. Ein Graph, der die relative Infrarotempfindlichkeit gegenüber den Spitzen der Infrarotstrahlung zeigt, ist in Figur 3 gezeigt. In allen Beispielen gelten die in den Figuren 2-5 gezeigten Graphen für das gleiche, in Verbindung mit Figur 2 beschriebene Material. Wie in Figur 3 beschrieben, tritt für das Material, das hierin für den Gebrauch mit der bevorzugten Ausführungsform diskutiert wird, die effizienteste Freigeberate bei Wellenlängen mit Spitzen von gerade unter 1 Mikrometer oder bei etwa 1000 Nanometer auf.
Wie in Figur 4 gezeigt, zeigt, wenn einer der dünnen Leuchtstoff- bzw. Phosphorfilme, hierin für den Gebrauch in der bevorzugten Ausführungsform dargelegt, durch infrarote Strahlung mit Spitzen, deren Wellenlängen in Figur 3 gezeigt sind, dieser Leuchtstoff- bzw. Phosphorfilm eine Emissionscharakteristik, die im orangen Lichtband bei etwa 620 Nanometern scheitelt. Es sollte jedoch bemerkt werden, daß die Figuren 2-5 nur repräsentativ sind, und daß die Scheitelwellenlängen durch die Änderung der Dotierstoffe aus seltenen Erdelementen abgeändert werden können, um andere Emissionscharakteristiken zu produzieren. Zusätzlich können die speklralen Breiten der Antworten innerhalb gewisser Grenzen geändert werden.
Die Anzahl der Elektronen, die in dem höheren Energiezustand auf dem Fallenniveau T gefangen sind, ist proportional zur Menge an Schreibenergie, die auf die Oberfläche des dünnen Films des Elektronenfallenmaterials einfällt. Wie in Figur 5 gezeigt ist, wird Sättigung für dieses dünne Filmmaterial bei einem Niveau von 5 Millijoules pro Quadratzentimeter erreicht. Bei niedrigeren Flußniveaus wird innerhalb von Größenordnungen Linearität beobachtet. Zusätzlich ist die Ausleseemission auch bezüglich der Intensität des Schreibestrahls linear. Diese Linearitätscharakteristik des Elektronenfallenmaterials erlaubt es einem solchen Material unter Benutzung des hierin offenbarten optischen Plattenlaufsystems, analoge Signale aufzunehmen und zurückzulesen, wie etwa Video oder analoge Datentransaktionen, die Amplitudenmodulation verwenden, welche nicht mit anderen optischen Plattenlaufsystemen möglich ist.
Wenn die in einem Fallenniveau T enthaltenen Fallen physikalisch mehr als eine Tunneldistanz getrennt sind, kommunizieren sie nicht miteinander und Selbstentladung ist ausgeschlossen. Diese Bedingung entspricht einer höchsten Dichte von angeregten Elektronen in der Größenordnung von etwa 10²&sup0; pro Kubikzentimeter. Jedesmal, wenn ein Infrarotsignal auf den geladenen Elektronenfallenfilm, charakterisiert in den Figuren 2-5, gegeben wird, tritt Emission von orangem Licht auf. Natürlich nimmt die Anzahl von Elektronen, die in den Fallen auf dem Fallenniveau T bleiben, mit jedem emittierten Photon ab. Abhängig von der Detektorempfindlichkeit, die in diesem Fall für dieses Material bei 620 Nanometern liegt, können viele Lesevorgänge gemacht werden, bevor die Fallen entleert sind. Für die hierin gegebenen Beispiele benötigt die komplette Löschung eines Bitspeicherpunktes mit 1 Mikrometer Durchmesser etwa 1 Picojoule an infraroter Energie. Natürlich kann die Ausbeutung durch Lesen bei niedrigeren Intensitätsniveaus vermieden werden. Periodisches Auffrischen und unmittelbares Neuschreiben der Daten sind beide möglich.
Wie kurz oben beschrieben ist, enthält die Fähigkeit der Elektronenfallenmaterialien, Energie, die in Form von Licht empfangen wurde, zu "speichern" und diese Energie auf eine Abfrage durch einen anderen Lichtstrahl freizugeben, das Mittel des digitalen Schaltens, das durch die Speichermedien der vorliegenden Erfindung genutzt wird. Datenpunkte auf der Speichermedienoberfläche, die Elektronen im erhöhten Zustand gefangen haben, können als "ein" oder eine binäre Eins interpretiert werden, während jene mit keinen Elektronen im erhöhten Zustand als "aus" oder binäre Null interpretiert werden. Umgekehrt können geänderte Datenpunkte als "Nullen" und ungeänderte Datenpunkte als "Einsen" interpretiert werden. Es ist auch möglich; die gesamte Platte mit sichtbarem Licht zu "laden" und Daten mit Hilfe des infraroten Lesestrahls zu schreiben. In diesem Fall würden die Eins en und Nullen auf der Platte auf Punkten gespeichert werden, die entladen worden sind, und umgekehrt.
Da es auf jedem solchen Punkt genügend Elektronen gibt, die den Energiezustand wechseln bzw. Energiezustände schalten können, bestimmt die vorliegende Erfindung optisch, ob ein Punkt eine binäre Null oder einer ohne wechselnde "Schalt"-Einstellung ist. Dieses wird durch die Abfrage des Punktes mit einem infraroten Strahl niedriger Intensität erreicht, um einen kleinen Bruchteil der Elektronen mit erhöhter Energie freizugeben, genug um zu bestimmen, ob der Punkt eine binäre Eins oder eine binäre Null ist. Jedoch werden aus einem praktischen Grund nicht genug der Elektronen mit erhöhter Energie zu entleeren, um den Bestand an erregten Elektronen, an diesem Punkt gespeichert, signifikant auszubeuten. Durch die Benutzung der besonderen Elektronenfallendünnfilmmaterialien, die hierin für Medienspeicherung diskutiert werden, werden Schalt- oder Schreibe/Lösch-Geschwindigkeiten von 5 Nanosekunden oder weniger erreicht.
Wie vorhin diskutiert, ist die vorliegende Erfindung auf den Gebrauch von Mehrfachschichten mit verschieden dotierten Elektronenfallenmaterialien gerichtet, wobei sich eine über der anderen auf der Platte oder einem anderen Substrat befindet. Da jede Schicht eine andere Wellenlänge der Ausgangsemission produziert, ist es möglich, auf dieser Basis die Lesestrahlsignale zu trennen.
Während das vorliegende, dreidimensionale, optische Speichersystem so beschrieben ist, daß es zwei verschieden dotierte Medienbeschichtungen benutzt, ist es auch möglich, eine Vielzahl von verschieden dotierten Medienbeschichtungen zu verwenden. Beispielsweise hat der Patentinhaber zum gegenwärtigen Zeitpunkt mindestens vier solche verschieden dotierte Medien entwikkelt, die vier verschiedene optische Antworten produzieren. Die Information, die gespeichert und von einem dreidimensionalen, optischen Speichersystem wieder erhalten werden muß, ob es zwei oder mehr Medienschichten benutzt, kann durch mehrfarbige, optische Signale geschrieben, gelesen und gelöscht werden.
Da das hierin benutzte Medienmaterial eine extrem lineare Beziehung zwischen der Intensität des Schreibeeingangslichts und des Lichtausgangs für das Medienmaterial, getriggert durch ein Lesesignal mit fester Intensität, zeigt, können Daten in analoger Form wie auch in digitaler Form gespeichert werden.
Zusätzlich sind die Anforderungen an die Lese-, Schreib- und Löschlaserleistung für die vorliegende Erfindung niedrig. Es genügt für die Schreibenergie ein Bruchteil von 1 Picojoule pro Kubikmikrometer zu sein, beispielsweise etwa 0,5 Picojoule pro Kubikmikrometer. Die Leseenergie liegt bei einigen Femtojoules, beispielsweise etwa 10 Femtojoules pro Kubikmikrometer. Die Löschenergie ist etwa 1 Picojoule pro Kubikmikrometer.
Figur 6 ist eine Seitenansicht der optischen Platte, die das Plattensubstrat 12 zeigt, auf dem die Elektronenfallen- und optischen Schichten abgeschieden sind. Das Plattensubstrat 12 ist vorzugsweise aus Aluminiumoxidmaterial gefertigt. Jedoch kann es auch aus anderen Materialien wie etwa Gläsern gemacht werden, die ohne weiteres mit dünnem Filmmaterial beschichtet werden können und die den zum Erhalten einer kristallinen Struktur der Dünnfilmmaterialien notwendigen Temperaturen widerstehen. Das erste Material, das auf dem Plattensubstrat 12 abgeschieden wird, kann eine freigestellte Zwischenschicht aus optischem Material 14 mit einer Dicke von etwa mehreren hundert Angström sein. Der Zweck dieser Zwischenschicht 14 ist, eine kristalline Oberflächenstruktur für die erste Elektronenfallenschicht 16 zu definieren. Sie stellt auch eine chemische Barriere dar, um irgendein Durchsickern des Substratmaterials in die Elektronenfallenschicht 16 abzuhalten. Irgendein geeignetes Material, wie etwa CaO, MoO&sub3; oder ZnS, können benutzt werden, jedoch wird ZnS bevorzugt. Irgendein geeigneter Abscheideprozeß kann benutzt werden.
Die zweite auf der Platte 10 abgeschiedene Schicht auf der Zwischenschicht 14 ist die erste Elektronenfallenschicht 16. Die Dicke des Elektronenfallenmaterials 16 ist vorzugsweise etwa 5 Mikrometer. Die Abscheideprozesse, die in den schwebenden US-Patentanmeldungen, auf die hingewiesen und auf die Bezug genommen wird, beschrieben sind, können benutzt werden, um diese Schicht auf der Zwischenschicht 14, die bereits auf dem Plattensubstrat 12 abgeschieden ist, abzuscheiden.
Eine dritte oder Schutzschicht 18 kann optimalerweise gesputtert, aufgedampft, durch Elektronenstrahl abgeschieden oder auf der ersten Elektronenfallenschicht 16 durch irgendeine andere bekannte Abscheidemethode wie etwa chemische Dampfabscheidung, etc. niedergebracht werden. Die Schutzschicht 18 dient dazu, die Elektronenfallenschicht 16 vor der chemischen Vergiftung durch chemische Abdichtung der Elektronenfallenschicht 16 chemisch zu schützen. Die Schutzschicht 18 dient auch dazu, eine optisch klare Beschichtung über der Elektronenfallenschicht 16 zur Verfügung zu stellen. Sie kann sich vorzugsweise aus Aluminiumoxid oder einem anderen geeigneten Material zusammensetzen.
Die nächste Schicht, die auf der Schutzschicht 18 abgeschieden ist, ist eine andere Zwischenschicht 20. Der Gebrauch der Zwischenschicht 20 ist freigestellt. Falls benutzt, dient sie den gleichen Funktionen wie die erste Zwischenschicht 14. Eine zweite Elektronenfallenschicht 22 wird durch physikalische Dampfabscheidung auf der Zwischenschicht 20 (oder Schutzschicht 18, wenn keine Zwischenschicht 20 vorhanden ist) erzeugt. Sie ist anders dotiert als die erste Elektronenfallenschicht 16 und produziert so, wenn sie gelesen wird, sichtbares Licht einer anderen Wellenlänge. Eine Schutzschicht 24, die die gleichen Charakteristiken wie die Schutzschicht 18 hat, wird auf der zweiten Elektronenfallenschicht 22 niedergebracht.
Eine Überzugschicht 26 aus Kunststoff oder einem anderen optisch klarem Siegelmaterial kann optional dazu verwendet werden, die zweite Schutzschicht 24 zu beschichten. Diese Überzugschicht 26 funktioniert wie ähnliche Beschichtungen auf Audiokompaktdisketten als eine Barriere für Verunreinigungen- aus der Umgebung.
Eine optische Platte 10, aufgebaut wie oben beschrieben und wie in Figur 6 gezeigt, kann mit Hilfe eines Lasers formatiert werden, der durch die Schichten über der Elektronenfallenschicht 22 brennt und die zweite Elektronenfallenschicht 22 auf Dauer in einem Muster zerstört, das die geforderte Formatierung und Spuranzeigeinfornation anzeigt. Formatierungs- und Spuranzeigeinformationsschemen, wie jene in konventionellen Winchesterlaufwerken oder WORMS benutzten, können auf diese Weise so benutzt werden, daß sie dem gegenwärtigen optischen Plattenlaufsystem mit der gleichen Funktion dienen. Da die erste Elektronenfallenschicht 16 immer eine bekannte Beziehung zur zweiten Elektronenfallenschicht 22 hat, ist es nicht notwendig, jene Schicht getrennt zu formatieren.
Die Methode der Zerstörung der Elektronenfallenschicht 22 funktioniert wie folgt. Das Elektronenfallenmaterial, das für den Gebrauch hierin offenbart ist, produziert unverzüglich ein Licht, wenn es einem Schreibelaserstrahl mit sichtbaren Licht ausgesetzt ist, zusätzlich zur Verursachung der Elektronenspeicherung auf dem Fallenniveau T. Diese sofortige Emission, wenn sie dem Schreibelaserstrahl ausgesetzt ist, kann benutzt werden, um die gespeicherte Spur- und Formatinformation durch das Anschalten des Schreibelaserstrahls, wenn er über den Format- oder Spurteilen der Platte ist, herauszuholen. Die Bitgebiete, zerstört durch das Schreiben mit einem viel höheren als der normalen Wattleistung, wie etwa 5 Milliwatt bei Benutzung eines Lese/Lösch-Laserstrahls, werden, wenn sie von einem Schreibelaserstrahl getroffen werden, kein Elektron speichern und werden nicht unverzüglich ein Licht abgeben.
Da ein binäres Muster von Einsen und Nullen durch den Gebrauch eines, wie oben beschriebenen, starken Lasers hergestellt werden kann, korrespondieren die zerstörten Gebiete, die kein Licht abgeben, mit binären Nullen. Die nicht zerstörten Bits der Format- und Spurinformationsteile der Platte werden ein Licht abgeben, das eine binäre Eins repräsentiert. Auf diese Weise können die Format- und Spurschemen, benutzt bei Winchesterlaufwerken oder WORMS, bei den vorliegenden optischen Plattenlaufsystem benutzt werden. Dies gilt auch für andere bekannte Methoden, wie etwa der Gebrauch von Spurinfornationen, die auf der Substratplatte selbst enthalten sind. In einer gleichen Weise wie bei Winchester-Festplattenlaufwerken, kann ein Indexsignal mit Hilfe einer Halleffektvorrichtung, die in dem Spindelmotor enthalten ist, welcher die optische Platte rotieren läßt, zur Verfügung gestellt werden. Zwei solcher Vorrichtungen sind gewöhnlich für Redundanzzwecke vorgesehen. Andere bekannte Schemen zur Erzeugung eines Indexsignals können auch benutzt werden.
Bezug nehmend nun auf Figur 7, ist darin ein allgemeines schematisches Blockdiagramm der Elektronik und Optik zum Lesen und Schreiben von Daten auf und von der Platte und zur Übermittlung dieser Daten auf einem Hilfscomputer bzw. Host-Computer gezeigt. Die Daten vom Host-Computer (nicht gezeigt) werden durch eine Computerschnittstelle 20 geschickt, die beispielsweise eine Standard-ST506-Schnittstelle, wie gewöhnlich bei Winchester-Plattenlaufwerken und WORMS benutzt, oder irgendeine andere geeignete Schnittstelle sein kann. Daten werden von der Computerschnittstelle auf die digitalen Eingangselektronik 22 des Laufwerks ausgegeben. Die digitale Eingangselektronik, unter Mikroprozessorsteuerung der Leistungs- und Steuerschaltung 24, dient zur Formatierung der von der Computerschnittstelle 20 empfangenen Daten in eine geeignete Form, die von der Schreibelektronik 26 benutzt wird, um den Betrieb der Schreibläser 28a und 28b zu steuern.
Eine der Funktionen der digitalen Eingangselektronik 22 ist, die von der Computerschnittstelle 20 empfangenen Daten in serielle Form zu konvertieren, so daß sie für die Schreibelektronik 26 benutzt werden können, um die Schreiblaser 28a und 28b zu modulieren oder an- und auszuschalten. Da zwei verschieden dotierte Elektronenfallenmaterialien in dem dargestellten Beispiel der vorliegenden Erfindung benutzt werden, werden zwei Schreiblaser 28a und 28b mit verschiedenen Wellenlängen benötigt. Beispielsweise sind die zwei Elektronenfallenmedienschichten 26 und 22 gegenüber verschiedenen Wellenlängen des sichtbaren Lichts empfindlich. Unter Bestrahlung eines infraroten Leselasers 38 wird jede ein Lichtsignal mit unterschiedlicher Wellenlänge emittieren. Zwei solcher Medienmaterialien werden in den zusammen anhängigen US-Patentanmeldungen Seriennummern 034,333 und 034,497 (blau) und 034,332 (orange) des gleichen Inhabers und beide am 3. April 1987 angemeldet sowie als US 4 822 520 bzw. US 4 812 659 und US 4 839 092 veröffentlicht, beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird. Ein Medium, das eine rote Lichtwellenlänge emittiert, wird offenbart in der US-Patentanmeldung Seriennummer 147,215 des Patentinhabers, angemeldet am 22. Januar 1988 und veröffentlicht als US 4 879 186.
Im Falle eines Zweinedienschichtsystems können die Schichten beispielsweise entsprechend oranges Licht von ungefähr 620 nm Wellenlänge und blaues Licht von ungefähr 495 nm Wellenlänge enittieren. Diese Medienmaterialien sind gegenüber Schreibwellenlängen, die kürzer, sind als ihre Emissionswellenlängen, empfindlich. Im Fall eines Dreischichtsystems kann zusätzlich eine Schicht, die rotes Licht bei etwa 650 nm Wellenlänge emittiert, verwendet werden.
Die amplitudenmodulierten Strahlen der Schreiblaser 28a und 28b werden durch die optische Prozeßeinheit 30 verarbeitet, die die verarbeiteten Schreibestrahlen an den Kopf 32 überträgt, der dann die Strahlen auf die Scheibe 10 fokussiert. Die Fokuselektronik 34 arbeitet, um einen Strahl jeder Wellenlänge von etwa 1 Mikrometer Durchmesser zum Schreiben der Daten auf die Platte zu produzieren. Alternativ kann jeder Schreiblaser 28a und 28b individuell betrieben werden, so daß nur eine Medienschicht 16 oder 22 zu einem Zeitpunkt beschrieben wird.
Der Schreiblaser kann ein Gaslaser, wie etwa ein Argonlaser, sein. Um jedoch das gesamte optische Plattenlaufsystem einschließlich des Lasers, des Lasernetzteils und der zugehörigen Laufwerk- und Lasersteuerelektronikschaltung in ein Gehäuse der Größe eines Standard-5-1/4-Zoll-Laufwerks von halber oder voller Höhe, d.h., 5,75 Zoll (146 mm) Breite x 8 Zoll (203 mm) Tiefe x 1-5/8 Zoll (41 mm) Höhe oder 5,75 Zoll (146 mm) x 8 Zoll (203 mm) x 3,5 Zoll (89 mm), einzubauen, muß ein Festkörperbauteil yerwend,et werden. Da zur Zeit keine Festkörperlaser verfügbar sind, die einen Strahl mit einem Scheitel bzw. Feak im visuellen Lichtbereich erzeugen, nutzt die vorliegende Erfindung zwei oder mehr frequenzverdoppelte Festkörperdioden, wie den 840 nm Diodenlaser mit Kollimatoroptik und Verdoppler, verfügbar von Matsushita Corporation von Japan. Die Schreibelektronik 26 ist mit mindestens zwei solcher Diodenlaser, obgleich mit verschiedenen Ausgangswellenlängen, ausgestattet. Die digitalen Eingangselektronik 22 ist die gleiche wie die Elektronik, die in Winchester-Plattenlaufwerken oder -WORMS eingesetzt wird.
Um die auf die Platte geschriebenen Daten sowie die auf der Platte enthaltene Format- und Spurinformation zu lesen, veranlaßt der in der Leistungs- und Steuereinheit 24 enthaltene Mikroprozessor die Laserelektronik 36, den Leselaser 38 zu aktivieren, um seinen Infrarotstrahl amplitudenzumodulieren oder an- und auszuschalten, welcher auf das fest montierte optische System 31 übertragen wird. Wie oben beschrieben, wird bevorzugt, daß der Leselaser eine Scheitelwellenlänge von ungefähr 1 Mikrometer oder 1000 Nanometer hat. Das fest montierte optische System 31 der optischen Prozeßeinheit 30 überträgt den verarbeiteten Leselaserstrahl mit Hilfe des Kopfes 32 und der Fokussierelektronik 34 auf die Oberfläche der Platte 10, um zu bewirken, daß die gespeicherten Elektronen als binäre Einsen (oder als ein analoges Signal) durch die Schreiblaser geschrieben werden, um die Elektronenfallenschicht T zu verlassen und Photonen abzugeben. Die Photonen werden durch den Kopf 32 wahrgenommen, der sie auf die optische Prozeßeinheit 30 überträgt. Der Leselaser 38 verursacht Lichtemissionen von jeder der Medienschichten, die separat wahrgenommen und verarbeitet werden können, da sie von verschiedenen Wellenlängen sind. Nach der Verarbeitung durch das fest montierte optische System 31, werden die zwei Lichtstrahlen mit den entsprechenden Scheiteln bei einer Wellenlänge von etwa 650 Nanometern und 495 Nanometern an die Detektoreinrichtung 40 und dann an die Detektorelektronik 42 übertragen, wo diese Strahlen in elektrische Signale, entsprechend dem Datenmuster der wahrgenommenen Photonen auf jeder der Medienschichten 16 und 22 auf der Platte 10, gewandelt werden.
Der Ausgang des Detektors 42 wird in die Ausgangselektronik 44 gespeist, die neben anderen Funktionen den seriellen Datenstrom von der Platte in einen parallelen Datenstrom zur Ausgabe zurück durch die Computerschnittstelle 20 zum Host-Computer wandelt. Eine solche Ausgangselektronik, wie jene in Winchester-Festplatten oder WORMs benutzte, kann vorzugsweise als Element 44 verwendet werden. Die Detektoranordnung 40 funktioniert auch unter Anwendung eines Rückkopplungsschleifensystems, um der Fokuselektronik 34 ein Rückkopplungssignal zur Verfügung zu stellen, die den Kopffokus für die Lese- und Schreiblaserstrahlen auf der Platte aufrechterhält.
Der Lese/Fokus-Laser ist vorzugsweise eine "GALA"- Laserdiode, Modell-Nr. 1-9107, verfügbar von D.0. Industries. Sie liefert einen infraroten Laserstrahl mit einem Scheitel bei 830 nm. Alternativ können der Lese/Fokus-Laser 38, die zugehörige Laserelektronik 36, die Detektoranordnung 40, die Detektorelektronik 42, die Fokuselektronik 34 wie auch vieles des fest montierten optischen Systems 31, wie später mehr im Detail beschrieben wird, ein Pencom Holographic Optical Head, Modell-Nr. 02 und Pencom-Laserlaufwerk und Fokus- Stellelektronik Modell-Nr. 1800, erhältlich von Pencom International Corporation, sein. Der Kopf 32 kann vorzugsweise in achromatisches Autofokusobjektiv sein, ähnlich dem monochromatischen Olympus "TAOHS" Autofokusobjektiv Modell-Nr. p37, erhältlich von Olympus Corporation von Japan.
Das Leistungs- und Steuerteil 24 des Laufwerks dient auch dazu, die optische Platte auf einer konstanten Rotationsrate bzw. Drehzahl in einer bekannten Weise zu halten, die von Winchester-Platten und WORM-Laufwerksystemen benutzt wird. Es wird bevorzugt, die optische Platte bei einer Rate von mindestens 4000 Umdrehungen pro Minute rotieren zu lassen. Da das optische Plattenlaufsystem der vorliegenden Erfindung keinen Kopf benutzt, der auf der Plattenoberfläche ruht, wenn die Platte nicht rotiert, besteht keine Notwendigkeit, die Platte gegenüber Rotation zu sichern, wenn das Laufwerk abgeschaltet ist. Die Leistungs- und Steuerelektronik 34 läßt jedoch die Platte bei einer gleichförmigen Geschwindigkeit und mit einem Minimum an Schwankung rotieren, wie es allgemein bei magnetischen Winchester- Festplattenlaufwerken und WORMS gemacht wird. Beide dieser Funktionen können in irgendeiner bekannten Weise erreicht werden.
Bezug nehmend nun auf Figur 8, ist darin eine bildliche Ausschnittszeichnung des optischen Plattenlaufsystems gezeigt, das mit der vorliegenden Erfindung genutzt werden kann. Das Laufwerk enthält einen Spindelmotor 11, der eine Spindel 50 betreibt, auf die mindestens eine Platte 10 fest montiert ist. Die Platte 10 ist zum Zwecke der Klarheit proportional kleiner gezeigt, als sie tatsächlich ist. Wie hierin diskutiert, hat das Plattenlaufsystem der vorliegenden Erfindung Dimensionen, die mit einem Standardeinschub eines Personalcomputers zur Aufnahme eines 5-1/4-Zoll-Winchester-Plattenlaufwerks, eines Floppy-Laufwerks oder eines WORMS übereinstimmt. Die optische Platte selbst hat vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 130 mm mit einem Innendurchmesser von 40 mm, das ist die gleiche allgemeine Größe wie die einer magnetischen 5-1/4-Zoll-Standardfestplatte. Das Laufwerk enthält auch einen Stellaufwerksmotor 52, der als ein linearer Antrieb zur Positionierung des Kopfes 54 über der Platte 10 gezeigt ist. Obwohl der Stellaufwerksnotor als linearer Antrieb gezeigt ist, kann, wie in dem Gebiet bekannt ist, alternativ ein Motor vom Rotationstyp für einen Rotationspositioniermechanismus benutzt werden.
Das optische Plattenlaufsystem der vorliegenden Erfindung hat folgende Spezifikationen:

LAUFWERKSSPEZIFIKATIONEN

Platte

Spurenanzahl/Seite 19.700
Spurabstand 1,6 Mikrometer
Aufnahmematerial ETOM (2 Schichten)
Datentransferrate 200 Mbits/sek.
Speicherkapazität 1,1 Gigabytes

Laufwerk

Rotationsmethode CAV
Plattenrotationsgeschwindigkeit > 4000 U/min
Schreiblaserleistung 0,1 mW
Schreiblaserwellenlänge 450 nm, 488 nm
Leselaserleistung 0,5 nW
Leselaserwellenlänge 830 nm
Löschleistung 2,0 mW
Masse des bewegten Schlittens < 10 g

System

Plattendurchmesser 130 mm
Datentransferrate > 40 Mbits/sek
Durchschnittszugriffszeit 20 ms
Signal/Rauschverhältnis (Bandbreite 30 kHz) 57 dB
Fehlerrate (ohne ECC) 10&supmin;&sup6;
Fehlerrate (mit ECC) 10&supmin;¹²
Direktes Lesen nach Schreiben Ja
Schreibverifikation Ja
Wie kurz in Verbindung mit Figur 7 beschrieben, benutzt das Plattenlaufwerk der vorliegenden Erfindung eine optische Prozeßeinheit 30, die in Verbindung mit Figur 10 detaillierter beschrieben werden wird. Ein Elektronikkartengehäuse 80 zur Aufnahme der elektronischen Verdrahtungen planparallel zur optischen Prozeßeinheit kann auch in den Aufbau des optischen Laufwerksystems der vorliegenden Erfindung eingeschlossen werden. Es sollte bemerkt werden, daß für den einwandfreien Betrieb das gesamte Plattenlaufsystem in einer solchen Weise eingeschlossen werden sollte, daß Licht von außen und verschmutzende Partikel die Oberfläche der Platte nicht erreichen können. Dies wird allgemein in Verbindung mit Winchester-Plattenlaufwerken praktiziert, wie etwa ein Partikelfiltersystem, das auch vorzugsweise für das Laufwerk der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann.
Es sollte auch bemerkt werden, daß, obwohl Figur 8 eine Ausführungsform eines optischen Plattenlaufwerks der vorliegenden Erfindung mit einer einzigen optischen Platte zeigt, ein solches optisches Plattenlaufwerk mit einem zusätzlichen Kopf versehen werden könnte, um die untere Oberfläche der Platte 10 zu nutzen, sobald sie in einer Weise, wie oben beschrieben, geeignet präpariert worden ist. Figur 8 zeigt auch eine optische Prozeßeinheit 30, die für eine Einzelmedienschicht geeignet ist. Die optische Prozeßschaltung, die für eine Zweimedienschichtplatte geeignet ist, ist detaillierter in Figur 10 gezeigt. In gleicher Weise kann eine Vielzahl von Köpfen und Platten verwendet werden, um die Speicherkapazität des optischen Plattenlaufsystems zu erhöhen. Die Platte 10 könnte auch mit zusätzlichen Elektronenfallenschichten (mehr als zwei) beschichtet werden, um ihre Speicherkapazität zu erhöhen.
Das löschbare optische Plattenlaufsystem der vorliegenden Erfindung nutzt vorzugsweise ein ähnliches oder das gleiche Spurführungssystem, wie es momentan bekannt ist und in WORM-Laufwerken eingesetzt wird. Ein alternatives Servospursystem, speziell zum Betrieb eines Rotationsstellmechanismuses für den Einsatz in der vorliegenden Erfindung entworfen, ist in den Figuren 9A und 98 gezeigt. Die Schaltung von Figur 9A ist ein Positionsspurservosystem, das Spurfolgefunktionen ermöglicht. Die Schaltung in Figur 98 stellt Geschwindigkeitrückkoppelsignale für Spursuchoperationen zur Verfügung.
Bezug nehmend nun auf Figur 9A ist ein schematisches Blockdiagramm des Positionsspurservosystems für den Einsatz mit einem Rotationsstellgrobpositioniermechanismus zusammen mit einem Feinspurmechanismus auf Galvanometerbasis gezeigt. Der Rotationsstellmechanismus, wie er auf dem Gebiet der Plattenlaufwerke bekannt ist, arbeitet hauptsächlich in einem Niederfrequenzbereich -unterhalb seiner Resonanz, während das Galvanometer in einem höheren Frequenzbereich arbeitet. Das Rotationsstell-/Galvanometersystem funktioniert, als ob es ein resonanzfreies Stellglied wäre, weil die Übergangsfrequenz zwischen den beiden Subsystemen hoch genug ist, um die Bewegung des Galvanometers zu vernachlässigen, das mechanisch vom Rotationsarmstellglied getrennt ist.
Der Ausgang des Detektors D&sub1; von Figur 10 wird in einen Phasenentzerrer 90 von Figur 9A gespeist. Der Ausgang des Phasenentzerrers 90 wird entsprechend in die Eingänge der beiden Tiefpaß- und Hochpaßfilter 92 und 94 gespeist. Der Ausgang des Tiefpaßfilters 92 wird zum Antrieb des Stellmotors 54a benutzt, während der Ausgang des Hochpaßfilters 94 in das Galvanometer 96 gespeist wird. In bekannter Weise wird ein Spurfehlersignal beim Betrieb des Stellmotors 54a und des Galvanometers 96 erzeugt, das schließlich zurück in den Phasenentzerrer 90 gespeist wird. Auf diese Weise reduziert die Rückkopplungsschleife von Figur 9A die Spurversatzfehler des Rotationsstellmotors 54a auf einen Bereich von Zehntel von Mikrometer. Das Galvanometer 96 reduziert diesen Fehler auf einen Bereich von Hundertstel von Mikrometer. Da der Winkelbereich des Galvanometers in der Größenordnung von Sekunden ist, ist irgendein durch Strahlablenkung, verursachter Spurversatz vernachlässigbar.
Figur 98 ist ein schematisches Blockdiagramm des Geschwindigkeitsspurservosystems für den Gebrauch in der vorliegenden Erfindung. Die Spursuchoperation wird mit einem bekannten Geschwindigkeits-Profilsystem durchgeführt. Ein Laserstrahlpunkt, startend von einer Spur, landet nach der Beschleunigung, Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit und schließlicher Abbremsung auf einer Zielspur. Während der Abbremsphase wird die Geschwindigkeit mit Bezug auf eine Distanzgeschwindigkeitstabelle, gespeichert in dem ROM 102, gesteuert, die so programmiert ist, daß die Geschwindigkeit des Stellmotors 54a bei der Zielspur fast Null wird. Die Distanz zwischen dem Startpunkt und der Zielspur wird durch Spurkreuzungssignale gemessen und durch einen Spurzähler 100 gezählt. Die Geschwindigkeit im Hochgeschwindigkeitsbereich wird durch die Zeitdauer jedes Signals erhalten. Im unteren Geschwindigkeitsbereich wird die Zeitdauer durch das Differential des Signals an jedem Null-Kreuzungspunkt erhalten.
Der Ausgang des Spurzählers 100 wird in den ROM 102 eingegeben, dessen digitaler Ausgang durch einen Digital/Analog-Wandler 104 in ein korrespondierendes Analogsignal gewandelt und in einen Differentialverstärker 106 gespeist wird, dessen Ausgang in beide der Tiefpaßund Hochpaßfilter 92 und 94 gespeist wird. Die Ausgänge dieser Filter werden benutzt, um den Stellmotor 54a und das Galvanometer 96 zu betreiben. Der Differenzierer 106 ist auch angeschlossen, um ein Signal zu empfangen, das anzeigt, ob der Stellmotor entweder im Hochgeschwindigkeits- oder im Niedergeschwindigkeitsmodus betrieben werden muß.
Figur 10 ist ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der optischen Prozeßeinheit 30, die für eine Platte 10 mit zwei Elektronenfallenmedienschichten 16 und 22 geeignet ist. Ebenso ist die Stellmotorvorrichtung 54 gezeigt. Der modulierte Strahl des ersten Schreiblasers 28a wird von einem ersten Breitbandspiegel M&sub1; auf einen zweiten Breitbandspiegel M&sub2; reflektiert und passiert dann zwei Linsen L&sub1; und L&sub2;, bis er ein Elenent eines Polarisationsstrahlaufteilers PBS&sub2; erreicht, der vorzugsweise zur Ausgabe eines Laserstrahls mit Scheitel bei einer Wellenlänge von etwa 450 Nanometern dient. PBS&sub2; ist vorzugsweise ein 488 nm Polarisationsstrahlteilerkubus, Modell-Nr. 03P85 013, verfügbar von Melles Griot Corporation. Die Linse L&sub1; ist vorzugsweise eine 50 Millimeter präzisionsoptimierte achromatische Doppellinse, während die Linse L&sub2; vorzugsweise eine 200 Millimeter präzisionsoptimierte achromatische Doppellinse ist, beide verfügbar von Melles Griot Corporation.
Nach der Reflexion durch den Polarisationsstrahlteiler PBS&sub2; passiert der Schreiblaserstrahl den Spiegel M&sub8;, der ein 850 nm Reflektor ist, und dann den Spiegel M&sub9;, der vorzugsweise ein Reflexionsspiegel mit 650 Nanometer Wellenlänge ist, und die Linse L&sub6;, die ein Olympus "TAOHS" Autofokusobjektiv, wie oben diskutiert, ist. Der 450 nm Schreibstrahl wird dann an einem Breitbandspiegel M&sub7; reflektiert und um 90º umgelenkt, um auf der Oberfläche der optischen Platte 10 aufzutreffen. Die Linse L&sub6; und der Breitbandspiegel M&sub7; sind auf der Stellinotorvorrichtung 54 untergebracht, die eine Stellarmvorrichtung und einen Kopf enthält.
Wie vorhin erläutert, können beide Schreiblaserstrahlen 28, die unterschiedliche Wellenlängen haben, gegenüber denen die zwei Medienschichten 16 bzw. 22 empfindlich sind, entweder einzeln oder gleichzeitig betrieben werden. Offensichtlich werden nur auf die Medienschicht, die empfindlich gegenüber der im Betrieb befindlichen besonderen Schreibstrahlwellenlänge ist, Daten geschrieben.
Der 650 nm Reflektor M&sub9; kann vorzugsweise ein 6328 dielektrischer Reflektor sein, Modell-Nr. 02 MFG007/279, verfügbar von Melles Griot Corporation. Er arbeitet so, daß er nur Wellenlängen mit einem Scheitel um 620 nm reflektiert, wie etwa das orange Licht oder Daten, die von der ersten Elektronenfallenschicht 16 der Platte 10 als Antwort auf den Leselaserstrahl abgegeben werden. Der Spiegel M&sub7;, der die einfallenden Schreib- und Leselaserstrahlen zur Fokussierung auf die Linse L&sub6; in einen Pfad 90º gegenüber den eintreffenden Strahlen reflektiert&sub1; ist vorzugsweise ein Breitbandreflektor, Modell-Nr. 10D10BD-1, verfügbar von Newport Corporation. Die Spiegel M&sub1; und M&sub2; sind vorzugsweise die gleichen Spiegel wie der Spiegel M&sub7;. Der Spiegel M&sub7; dient auch zur Reflexion der Daten, die auf der Platte in Form von orangem Licht gespeichert und durch die Linse L&sub6; auf den Spiegel M&sub7; fokussiert sind, in einen Pfad von 90º gegenüber den Eingangspfad. Ein solcher "Lichtstrahl" ist wirklich ein Strom von orangem Licht oder "Bits", der von der Platte 10 gelesen wird. Die Stellarmvorrichtung kann irgendeine bekannte Konstruktion besitzen. Geeignete derartige Vorrichtungen werden in wohlbekannten WORM-Laufwerken benutzt.
Der modulierte Strahl des zweiten Schreiblasers 28b liefert einen Ausgangslaserstrahl mit einem Scheitel, dessen Mitte bei einer Wellenlänge von etwa 495 Nanometer liegt. Der Modulatorstrahl dieses zweiten Schreiblasers 28b trifft auf den polarisierenden Strahlteiler PBS2 mit einem Winkel von 90º gegenüber dem eintreffenden Schreiblaserstrahl 28a auf und passiert somit den polarisierenden Strahlteiler PBS2 und den Spiegel M8 und M9 und trifft auf die Linse L6 auf. Der zweite Schreibstrahl mit 495 Nanometern wird dann vom Breitbandspiegel M&sub7; reflektiert und um 90º umgelenkt, um auf der Oberfläche der optischen Platte 10 aufzutreffen. Wie vorangehend beschrieben, wird in der gleichen Weise wie das orange Licht, verknüpft mit der ersten Elektronenfallenmedienschicht 16, das blaue Licht, verknüpft mit der zweiten Elektronenfallenschicht 22 und dem Schreiblaser 28b, von der Platte weg reflektiert und durch die Linse L6 auf den Spiegel M&sub7; fokussiert. Wieder ist ein solcher "Lichtstrahl" in Wirklichkeit ein Strom von blauem Licht oder "Bits", der von der zweiten Medienschicht 22 der Platte 10 gelesen wird.
Der Lese/Fokus-Laser 38, der vorzugsweise seine Scheitelwellenlänge im infraroten Bereich, zentriert um eine Wellenlänge von 800-1100 Nanometern, hat, wird zunächst um 90º durch einen Breitbandspiegel M&sub4; reflektiert und dann um weitere 90º durch einen zweiten Breitbandspiegel M&sub5;, der den Lese/Fokus-Laserstrahl auf die Rückseite eines polarisierten Strahl-teilers PBS&sub1;, mit einer zentralen Wellenlänge um 830 Nanometern, richtet. Der Lese/Fokus-Strahl, der in einer Ebene parallel zur Oberfläche der Zeichnung polarisiert ist, passiert den polarisierten Strahlteiler PBS&sub1; und eine Viertelwellenplatte λ&sub4;, die vorzugsweise ein Modell Nr. 02URQ001, verfügbar von Melles Griot Corporation, ist. Die Viertelwellenplatte ändert die Polarisation des Lesestrahls auf Zirkularpolarisation. Der Lesestrahl trifft dann auf einen 850 nm Reflektorspiegel M&sub8; auf, der den Strahl um 90º neigt, um auf den 650 nm dielektrischen Reflektorspiegel M&sub9; aufzutreffen. Der Lese/Fokus-Strahl passiert den Spiegel M&sub9; in der gleichen Weise wie die Schreiblaserstrahlen und trifft auf die Linsen- und Spiegelkonbination L&sub6; und M&sub7; des Kopfes 32, befestigt an der Stellmotorvorrichtung 54, auf, die ihn auf die Oberfläche der Platte 10 fokussiert.
Ein Teil des Lese/Fokus-Strahls wird von der Oberfläche der Platte 10 weg durch das Objektiv, gebildet von der Linse L&sub6; und dem Spiegel M&sub7;, und durch den Spiegel M&sub9; zum Spiegel M&sub8; reflektiert. Infolge seiner Reflexion weg von der Oberfläche der Platte 10 ist die Polarisation des Fokusstrahls nun in entgegengesetzter zirkularer Richtung zur Zirkularpolarisation des Lese/Fokus- Strahls. Der Fokusstrahl wird durch den Spiegel M&sub8; um 90º reflektiert und durch die Viertelwellenplatte λ&sub4; geleitet, die seine Polarisation ins Vertikale oder Senkrechte zur Oberfläche der Zeichnung ändert. Er trifft dann auf die Front des polarisierten Strahlteilers PBS&sub1; auf, der vorzugsweise ein 830 nm polarisierter Strahlteilertubus, Modell-Nr. U3 PBS063, verfügbar von Melles Griot Corporation, ist. Der Strahlteiler PBS&sub1; reflektiert den Fokusstrahl mit einem Winkel von 90º zum einfallenden Strahl, was den Fokusstrahl dazu veranlaßt, auf dem Spiegel M&sub5; aufzutreffen, der vorzugsweise ein Diodenlaserreflektor, Modell-Nr. 10 DIOBD-2, verfügbar von Newport Corporation, ist. Die Spiegel M&sub3; und M&sub4; sind vorzugsweise die gleichen Teile.
Der Spiegel M&sub5; reflektiert den Fokusstrahl mit einem zusätzlichen 90º Winkel, so daß seine Bahn parallel, aber, in entgegengesetzter Richtung zum Ausgangslaserstrahl des Lese/Fokus-Lasers 38 laufend, ist. Der Fokusstrahl wird durch den Spiegel M&sub5; auf die erste Linse L&sub3; reflektiert und durch diese, die vorzugsweise eine 75 Millimeter präzisionsoptimierte achromatische Doppellinse sein kann, und dann durch eine zweite Linse L&sub4;, die vorzugsweise eine 50 Millimeter Plankonvexzylinderlinse, Modell-Nr. 850-50, verfügbar von Optics Plus, Inc., ist, und auf den Fokus/Spur-Detektor D&sub1; fokussiert. Ein solcher Detektor D&sub1; bildet einen Teil des Elements 40 in Figur 7 und ist vorzugsweise ein Quadrantendetektor, Modell PIN-SPOT-4DMI, verfügbar von United Detector Technology Corporation. Der Ausgang des Detektors D&sub1; wird von der Detektorvorrichtung 40 benutzt, um ein Rückkopplungssignal für den Einsatz in der Fokuselektronik 34 zu produzieren, damit der Fokus des Lese- und Schreiblaserstrahls durch den Kopf 32 aufrechterhalten wird, und als ein Eingang für die Detektorelektronik 42 zur Verfügung gestellt. Das fest montierte optische System 31 setzt sich aus den optischen Elementen, gezeigt in Figur 10, zusammen, ausschließlich der Elemente 28, 38, D&sub1;, D&sub2;, D&sub3; und der Stellmotorvorrichtung 54 als Ganzes.
Die verschiedenen "Sätze" von Photonen, freigegeben durch das Auftreffen des Lesestrahls auf der Oberfläche der Platte 10, passieren durch die Linse L&sub6; und werden durch den Spiegel M&sub7; abgelenkt und veranlaßt, auf der Rückseite des Reflektors M&sub9; aufzutreffen. Der Reflektor M&sub9; versetzt die zwei ausgehenden Datenstrahlen um 90º weg von den Eingangsschreibstrahlen und richtet sie durch eine Linse L&sub5;, die vorzugsweise eine präzisionsoptimierte achromatische Doppellinse mit einer Brennweite von 120 Millimeter ist, erhältlich von Melles Griot Corporation. Von der Linse L&sub5; treffen die Datenstrahien auf einen dichroitischen oder zweifarbigen Spiegel M&sub6; auf, der den orangen Strahl um 90º versetzt, um durch ein optionales 620 nm Interferenzfilter f&sub1; zu passieren und auf einen Datenlesedetektor D&sub2; aufzutreffen. Der Datenlesedetektor D&sub2; bildet einen Teil der Detektorvorrichtung 40, beschrieben in Verbindung mit Figur 7. Der dichroitische Spiegel M&sub6; ist vorzugsweise ein Modell-Nr. 07D10 DM.4, verfügbar von Newport Corporation.
Der blaue, auf den kalten halb versilberten Spiegel M&sub6; auf treffende Datenstrahl passiert durch diesen, um auf ein optionales 450 Nanometer Interferenzfilter f&sub2; aufzutreffen und auf einen zweiten Datenlesedetektor D&sub3; zu treffen. Der zweite Datenlesedetektor D&sub3; bildet einen Teil der Detektorvorrichtung 40, beschrieben in Verbindung mit Figur 7. Auf diese Weise können die separaten orangen und blauen "Datenströme" getrennt und separat verarbeitet werden, so daß zwei separate Datenströme, ausgegeben von denersten und zweiten Datenlesedetektoren D&sub1; und D&sub2; produziert werden. Solche Datenströme können getrennt verarbeitet und als parallele Ausgänge des Detektors 40 zur Verfügung gestellt werden. Jene Datenströme können entweder getrennt auf eine Vielzahl von Computerschnittstellen 20 oder in Kombination auf eine einzige Computerschnittstelle 20 ausgegeben werden.
Obwohl nur eine bevorzugte Ausführungsform speziell dargestellt und hierin beschrieben ist, wird man einsehen, daß viele Modifikationen und Varianten der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren und innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche möglich sind.

Claims

1. Optisches Computerplattenlaufsystem, enthaltend:

eine optische Platte (10);

Vorrichtung (50) zur drehbaren Lagerung der optischen Platte;

Vorrichtung (11) zur Rotation der optischen Platte;

Wandlungsvorrichtung (30), eine Lichtquelle und ein Fokussierobjektiv (32) enthaltend; und

Positioniervorrichtungen (54a, 96) zur Bewegung des Fokussierobjektivs zwischen den Spuren der optischen Platte (10), wobei diese Positioniervorrichtungen Vorrichtungen zur Bewegung des Fokussierobjektivs von einer Spur zur nächsten benachbarten Spur auf der optischen Platte einschließen;

das Plattenlaufsystem gekennzeichnet ist durch:

die optische Platte, enthaltend, wenigstens zwei Schichten (16, 22) von verschieden dotierten Elektronenfallenmedien zur Speicherung und Freigabe digitaler Information in Form von Lichtenergie, wobei die Elektronenfallenmedien eine Mischung enthalten aus:

einem Basismaterial, ausgewählt aus der Gruppe von Erdalkalimetallsulfiden und Mischungen davon;

einem Samarium-Dotierstoff zur Schaffung eines Elektronenfallenniveaus; und

einem Europium- und/oder Cer-Dotierstoff zur Schaffung eines Übertragungsbands zur Lumineszenz; wobei

die Schichten verschiedener Elektronenfallenmedien in einer Dicke der Größenordnung von Mikrometern auf dem Plattensubstrat (12) abgeschieden sind;

die Lichtquelle mindestens drei Lichtstrahlerzeugungsvorrichtungen (28a, 28b, 38) enthält, wovon eine zur Freigabe bestimmt ist und wovon zwei zur Speicherung der Information in diesen zwei Schichten bestimmt sind;

das Fokussierobjektiv zum Schreiben der Information auf und zum Lesen der Information von der optischen Platte (10) als Lichtenergie auf mindestens einer planen Oberfläche hiervon gestaltet ist.

2. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 1, weiterhin einschließend ein abgeschlossenes bzw. versiegeltes Gehäuse, das mindestens die optische Platte (10), die Wandlervorrichtung (30) und die Positioniervorrichtungen (54a, 96) enthält.

3. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 2, wobei das Gehäuse die Dimensionen 5,75 Zoll (146 mm) in der Breite, 8 Zoll (203 mm) in der Tiefe und 3,5 Zoll (89 mm) in der Höhe hat.

4. Optisches Conputerplattenlaufsystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens drei Lichtstrahlerzeugungsvorrichtungen (28a, 28b, 38) auf einer einzigen Schaltungskarte enthalten sind.

5. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 1, wobei eine der mindestens drei Lichtstrahlerzeugungsvorrichtungen (28a, 28b, 38) einen Strahl erzeugt, der eine Wellenlänge in einem vom nahen Infrarot- und Infrarotlichtspektrum hat.

6. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 1, wobei zwei (28a, 28b) der mindestens drei Lichtstrahlerzeugüngsvorrichtungen (28a, 28b, 38) Strahlen erzeugt, die unterschiedliche Wellenlängen im sichtbaren Lichtspektrum haben.

7. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 1, wobei eine (38) der mindestens drei Lichtstrahlerzeugungsvorrichtungen einen Strahl produziert, der eine Wellenlänge in einem vom nahen Infrarot- und Infrarotlichtspektrum zum Lesen der Information von der optischen Platte (10) hat, und die anderen (28a, 28b) der mindestens drei Lichtstrahlerzeugungsvorrichtungen Strahlen erzeugen, die verschiedene Wellenlängen im sichtbaren Lichtspektrum zum Schreiben der Information auf die optische Platte haben.

8. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 1, wobei die Elektronenfallenmedienbeschichtungen (16, 22) auf der optischen Platte Information in Form eines erhöhten Energieniveaus der Elektronen speichern.

9. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 1, wobei die Elektronenfallenmedienbeschichtungen (16, 22) auf der optischen Platte (10) die gespeicherte Information in Form von Lichtenergie einer Wellenlänge mit Peaks, die um verschiedene vorbestimmte Wellenlängen zentriert sind, freigeben.

10. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 1, wobei jede der zum Schreiben der digitalen Information auf der Platte (10) benutzten Lichtstrahlerzeugungsvorrichtungen (28a, 28b, 38) einen Lichtstrahl mit einer verschiedenen vorbestimmten Wellenlänge erzeugt und die zum Lesen der digitalen Information von der Platte (10) benutzten Lichtstrahlerzeugungsvorrichtung (38) einen -Lichtstrahl erzeugt, der gerade eine andere und verschiedene vorbestimmte Wellenlänge hat.

11. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 10, wobei die optische Platte (10) nach dem Auftreffen des Leselichtstrahls mindestens zwei Lichtemissionen vorbestimmter verschiedener Wellenlängen produziert.

12. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 1, wobei die digitale Information durch Amplitudenmodulation der mindestens drei Lichtstrahlerzeugungsvorrichtungen (28a, 28b, 38) auf die optische Platte geschrieben und von ihr gelesen wird.

13. Optisches Computerplattenlaufsystem nach Anspruch 1, wobei das System die Speicherkapazität von mindestens 500 Megabytes Information pro Plattenseite hat.

14. Verfahren zum Betrieb eines löschbaren optischen Plattenlaufwerks für einen Computer, folgende Schritte enthaltend:

Beschichtung der Oberfläche einer optischen Platte (10) mit mindestens zwei verschieden dotierten Elektronenfallenmedienschichten (16, 22), die Information in Form von Lichtenergie speichern, wobei die Elektronenfallenmedien eine Mischung enthalten aus:

einem Samarium-Dotierstoff zur Schaffung eines Elektronenfallenniveaus; und

die Schichten (16, 22) von verschiedenen Elektronenfallenmedien in einer Dicke der Größenordnäng von Mikrometern auf einem Plattensubstrat (12) abgeschieden sind;

die optische Platte (10) drehbar fest gelagert ist;

die optische Platte (10) mit einer konstanten, vorbestimmten Drehzahl drehbar ist;

drei fokussierte Lichtstrahlen mindestens dreier verschiedener vorbestimmter Wellenlängen auf der Plattenoberfläche auftreffen, wovon zwei Strahlen zum Schreiben der Information auf und ein Strahl zum Lesen der Information von den zwei Schichten der optischen Platte (10) dienen; und

die auftreffenden fokussierten Lichtstrahlen von Spur zu Spur und auf der optischen Platte (10) positioniert werden, so daß die gewünschte Information auf die optische Platte (10) geschrieben und von ihr gelesen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, weiterhin einschließend, die Schritte des Auftreffens eines der mindestens drei fokussierten Lichtstrahlen vorbestimmter verschiedener Wellenlängen zum Löschen der auf der optischen Platte (10) geschriebenen Information mit einer wesentlich höheren Leistung als die, die benutzt wird, um Information auf der optischen Platte (10) zu lesen.