DE69026958T2

DE69026958T2 - Dreilaser optisches scheibensystem

Info

Publication number: DE69026958T2
Application number: DE69026958T
Authority: DE
Inventors: Paul Goldsmith; William Ziegler
Original assignee: Optex Corp
Current assignee: Optex Corp
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1990-12-12
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2010-12-13
Also published as: ATE137877T1; KR100208123B1; EP0505455B1; DE69026958D1; EP0505455A1; JPH05504435A; KR920704268A; AU648287B2; EP0505455A4; AU7036991A; US5113387A; CA2071852A1; WO1991009397A1

Description

Die Inhaberin der vorliegenden Patentanmeldung ist eine Firma, die zur Inhaberin des US-Patents Nr. 4,864,536, erteilt am 5. September 1989, mit dem Titel "Optical Memory Method and System", der US-Patentanmeldung Nr. 07/184,263, beantragt am 21. April 1988, mit dem Titel "Thin Film Photoluminescent Artides and Method for Making Same", US-Patentanmeldung Nr. 07/225,846, beantragt am 20. Juli 1988, mit dem Titel "Optical Disk Drive System", und der US-Patentanmeldung Nr. 07/277,255, beantragt am 29. November 1988, mit dem Titel "Three Dimensional Optical Memory". Bezug genommen wird auch auf die US-Patentanmeldung Nr. 07/449,005 im öffentlichen Besitz mit dem Titel "Optical Disk Structures For Electron Trapping Optical Memory Media", die gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung beantragt wurde.
Die vorliegende Erfindung betrifft optische Massenspeichervorrichtungen für die Datenspeicherung. Im einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und ein Gerät für die Massenspeicherung von Daten oder Informationen, die rein photoelektrische Prozesse zum Schreiben, Lesen und Löschen gespeicherter Daten und als Scharfeinstellungs- und Spurverfolgungsfunktion einsetzt, wobei drei Laser, jeder mit einer Spitze bei einer anderen Wellenlänge, benutzt werden, um diskrete Teilsätze dieser Funktionen auszuführen.
Optische Speichervorrichtungen zur Anwendung beim Speichern von Rechner- und sonstige Daten sind auf dem Stand der Technik derzeit bekannt. Solche Vorrichtungen sind erwünscht wegen ihrer Fähigkeit, erheblich mehr Informationen je Platte abzuspeichern als die bekannten magnetischen Speichervorrichtung. Während die meisten bekannten Optikplattenlaufwerke Nurlese-Funktionen ausführen, sind derzeit auch einmal beschreibbare mehrfach ablesbare (write-only-read-many-times - WORM) sowie löschbare optische Speichersysteme bekannt. Bis heute treten bei der Entwicklung löschbarer optischer Speichersysteme vielfach größere Schwierigkeiten auf als bei den Einmal-Lese- oder WORM-Systemen, teilweise aufgrund der erhöhten technischen Kompliziertheit und Natur der Merkmale der Plattenmedien selbst.
Zwar ermöglichen die WORM-Vorrichtungen dem Anwender, Daten nach freier Wahl zu codieren, jedoch können nach der Codierung keine Anderungen mehr an den auf der Platte abgespeicherten Daten vorgenommen werden, obwohl die Daten viele Male gelesen werden können. Alle bisher bekannten löschbaren optischen Speichervorrichtungstechnologien (abgesehen von den denen der hier genannten Patentinhaberin) verwenden Techniken, die Wärme erforderlich machen, die im allgemeinen die physikalische oder chemische Struktur der Materialien beim Ausführen der Schreib- oder Löschfunktionen verändert. Zusätzlich erfordern solche Lösungen eine gewisse "Verweilzeit", während der der Punkt, an dem gerade die Daten geschrieben werden, erwärmt oder auf andere Weise physikalisch verändert werden muß, was die zum Aufzeichnen oder Löschen von Daten auf der Platte erforderliche Zeit verlängert. Auch werden die Leistungen der mit diesen Methoden bearbeiteten Medien sich leicht mit der Zeit verschlechtern infolge der hohen Empfindlichkeit des Mediums für Verunreinigungen, Verunreinigungsverteilung, Oxidierung und sonstige Unzulänglichkeiten, die sich letztendlich zu Fehlern summieren, die möglicherweise erst nach mehrfachen Schaltzyklen oder nach der Fertigung und Qualitätskontrolle der Vorrichtungen auftreten.
Zur Lösung der Probleme löschbarer Optikplattenspeicher auf dem Stand der Technik hat der Inhaber der vorliegenden Erfindung eine neue Lösung für das optische Speichermaterial entwickelt, das die Speicherfunktion des löschbaren optischen Plattenspeichers vorsieht. Diese Entwicklung benutzt das bekannten Phänomen des Elektroneneinfangs in einer Materialklasse, die einen Alkalierdekristall enthält, der auf typische Weise mit Seltenerdeelementen dotiert ist. Dünne kristalline Formen solcher Materialien lassen sich auf verschiedenen Substratstrukturen wie Glas oder Aluminium ausbilden, um so das Plattenspeichermedium zu bilden. Da der Elektroneneinfang ein rein elektronischer Prozeß ist, lassen sich Lese/Schreib/Löschoperationen in sehr kurzen Zeitintervallen durchführen. Zusätzlich scheint das physikalische Elnfangphänomen für das Medium eine praktisch unbeschränkte Lebensdauer zu garantieren. So könnte beispielsweise die potentielle Speicherkapazität einer einzigen 5 ¼ Zoll Diskette auf mehrere Gigabytes erweitert werden.
Die Materialien, die sich als Medien für das hier beschriebene Optikplatten-Speichersystem eignen, sind Gegenstand z.B. der US-Patentanmeldung Nr. 07/184,263, die eine Weiterbehandlung des US-Patents Nr. 4,864,536 und des US-Patents Nr. 4,830,875, erteilt am 16. Mai 1989 ist. Weitere Beispiele für das hier erfolgreich als Speichermaterial eingesetzte Material sind geoffenbart in US-Patent Nr. 4,839,092, erteilt am 13. Juni 1989, US-Patent Nr. 4,806,772, erteilt am 21. Februar 1989, und US-Patent Nr. 4,842,960, erteilt am 27 Juni 1989. Der Inhaber der vorliegenden Anmeldung ist auch der Inhaber aller dieser erteilten Patente. Auch US-A-4752922 ist hier von Interesse, weil dieses Dokument ein Aufzeichnungsund Lesesystem auf einer Optikplatte mit drei Laserstrahlen betrifft; jedoch wird im bekannten System kein Elektroneneinfangmaterial verwendet.
Jedes der obigen erteilten US-Patente und Patentanmeldungen sowie die im Abschnitt Querverweis auf verwandte Anwendungen diskutierten Anwendungen werden hier für eine Diskussion des Phänomens Elektroneneinfang und Elektroneneinfang-Optikspeichermedium angezogen.
Speichersysteme mit rotierenden Platten, die mit magnetischen Speicherphänomenen arbeiten, erfordern die Anwendung bestimmter Steuersignale zur Spurverfolgung und -ausrichtung. Mit rotierenden Platten arbeitende optische Speichersysteme erfordern zusätzliche Steuersignale, um die Scharfeinstellfunktion vorzunehmen. So liefern die Spurverfolgungs- und -ausrichtsignale Informationen an den Antriebsmechanismus, damit dieser den Magnet- bzw. Optikkopf an die Stelle transportiert, an der die Daten abgerufen oder geschrieben werden. Im Falle der Optikplatten beinhalten diese erforderlichen Signale auch die Signale für Scharfeinstellung, Geschwindigkeit, Spurort und Markierungsort sowie auch zum Durchführen der Lese-, Schreib- und Löschfunktionen des Antriebs.
Zum Unterschied von den magnetischen Speicherplattenlaufwerken und allen anderen löschbaren optischen Plattenspeichersystemen, die nicht vom Patentinhaber entwickelt wurden, benutzt das geoffenbarte Optikplatten-Speichersystem eine dünne Schicht Elektroneneinfangmaterial als Medium und verläßt sich nicht auf die Reflexion beim Lesen. Statt dessen wird die Emission des Mediums bei einer ersten vorgegebenen Wellenlänge unter Infrarotlichtstimulierung benutzt, um vorher geschriebene Spurinformationen von der Platte zu holen. Die auf die Platte geschriebene Information wird mit einem Laser geschrieben, der eine Spitze bei einer zweiten bekannten Wellenlänge hat. Die vorliegende Erfindung, anders als die löschbaren Optikplattenspeichersysteme, die vom Patentinhaber früher, z.B. in US-Patent Nr. 4,864,536 und US- Patentanmeldung Nr. 07/225,846 geoffenbart wurden, benutzt zusätzlich einen dritten Laser mit einer Spitze bei einer dritten Wellenlänge. Wie hier beschrieben hat jeder dieser drei Laser eine Spitze bei einer eindeutig anderen Wellenlänge, die sich gegenseitig nicht stören, d.h. sie sind disjunktiv.
Mit dem Verfahren und dern Gerät, die in US-Patent Nr. 4,864,536 und in der US-Patentanmeldung Nr. 07/225,864 geoffenart sind, werden Daten auf die Platte geschrieben, die das Elektronen-einfangende optische Speichermedium enthält, unter Verwendung eines Schreiblasers, der bei einer Wellenlänge zwischen 450 und 600 nm und vorzugsweise bei etwa 450 nm arbeitet. Ein Leselaser wird benutzt, um die Platte mit einer in der Nähe des Infrarot liegenden Strahlung zu bestrahlen mit einer bevorzugten Wellenlänge zwischen 820 und 1400 nm, wobei die maximale Leistung bei etwa 1000 nm erzielt wird. Format und Spurverfolgungsinformationen werden permanent auf die Platte geschrieben unter Verwendung eines Hochleistungsasers, der die Elektroneneinfangschicht in einem vorgechriebenen Muster beschädigt. Ein solches vorgeschriebenes Muster kann vom Schreiblaser gelesen werden, weil der bechädigte Bereich nicht unmittelbar eine Emission abstrahlt, wenn der Schreiblaserstrahl darüberstreicht. Scharfeinstellen kann erreicht werden durch Einschalten des Lesestrahls in definierten Bereichen jedes Plattensektors, um geeignete Signale an das Brennpunktfeststellungs- und -aktivierungssystem vorzusehen.
Das vom Patentinhaber geoffenbarte System weist verschiedene Nachteile auf. Der Hauptnachteil eines solchen Systems ist die Notwendigkeit, digitale Logik- und Taktsteuerungsschaltkreise einzusetzen, wie sie von magnetischen Festplattenlaufwerksystemen häufig benutzt werden, um die Möglichkeit auszuschließen, während der Scharfeinstellungsoperation Daten zu löschen. Ein weiterer Nachteil ist, daß solche Schaltungen in das Plattenlaufwerksystem aufgenommen werden müssen, um Schreiben zwischen den Spuren oder in Datenbereichen während der Spurverfolgung oder Spursuchoperationen auszuschließen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen ein Laufwerksystem mit löschbarem Optikplattenspeicher, das ein Elektronen-einfangendes optisches Speichermedium als Speichermedium und Laser zum Anwenden bei der Durchführung der Lese-, Schreib-, Fokussierungs- und Spurverfolgungsfunktionen im Laufwerksystem mit löschbarem Optikplattenspeicher benutzt, dadurch gekennzeichnet, daß das System beinhaltet:
a. einen ersten Laser, der einen ersten Laserstrahl generiert, der eine Spitze bei einer ersten Wellenlänge zum Lesen von Daten von dem Elektronen-einfangenden Optikspeichermedium aufweist;
b. einen zweiten Laser, der einen zweiten Laserstrahl generiert, der eine Spitze bei einer zweiten, davon verschiedenen Wellenlänge zum Schreiben von Daten auf dieses Elektronen-einfangende Optikspeichermedium aufweist; und
c. einen dritten Laser, der einen dritten Laserstrahl generiert, der eine Spitze bei einer dritten, davon verschiedenen Wellenlänge zum Durchführen der Fokussier- und Spurverfolgungsfunktionen des Laufwerks des löschbaren Optikplattenspeichermediums aufweist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Laufwerksystems mit löschbarem Optikplattenspeichermedium vorgesehen, das ein Elektronen-einfangendes Optikspeichermedium als Speichermedium benutzt, in dem das System beinhaltet Laser zur Durchführung der Lese-, Schreib-, Lösch-, Fokussier- und Spurverfolgungsfunktionen im Laufwerk mit dem löschbaren Optikplattenspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren beinhaltet:
a. einen ersten Laser, der einen ersten Laserstrahl generiert, der eine Spitze bei einer ersten Wellenlänge zum Lesen von Daten von dem Elektronen-einfangenden Optikspeichermedium aufweist;
b. einen zweiten Laser, der einen zweiten Laserstrahl generiert, der eine Spitze bei einer zweiten, davon verschiedenen Wellenlänge zum Schreiben von Daten auf dieses Elektronen-einfangende Optikspeichermedium aufweist; und
c. einen dritten Laser, der einen dritten Laserstrahl generiert, der eine Spitze bei einer dritten, davon verschiedenen Wellenlänge zum Durchführen der Fokussier- und Spurverfolgungsfunktionen des Laufwerksystems mit dem löschbaren Optikplattenspeichermedium aufweist.
Die vorliegende Erfindung überwindet nun die Nachteile auf dem Stand der Technik durch den Einsatz von drei Lasern, jeder mit einer oder mehreren unterschiedlichen Funktionen. Z.B. kann der Schreiblaser nur zum Schreiben der Daten auf die Optikplatte, und der Leselaser nur zum Lesen der Daten von der Optikplatte und zum Löschen von Daten von der Optikplatte benutzt werden. Wenn also der Leselaser nicht zum Lesen oder Löschen von Daten benutzt wird, ist der Leselaser nicht eingeschaltet.
Der dritte Laser dient zum Durchführen der Fokussier- und Spurverfolgungsfunktionen. Er arbeitet typisch in einem Bereich von 650 bis 780 nm, der zwischen den Bereichen des Lese- und des Schreiblasers liegt. Die Anwendung dieses dritten Lasers eliminiert die Möglichkeit, daß gespeicherte Daten während der Fokussier- und Spurverfolgungsoperationen gelöscht werden und vereinfacht die Antriebslogik- und -taktsteuerschaltung, die sowohl zur Leselasertstrahl- als auch zur Schreiblaserstrahlsteuerung für das hier geoffenbarte Plattenlaufwerk erforderlich sind. Ein solches System ist kompatibel sowohl mit Abtast- als auch kontinuierlichen, zusammengesetzten Fokussier/Spurverfolgungs-Servomechanismen.
Die Erfindung stellt also ein Verfahren und ein Gerät bereit zum Betreiben und Bauen eines Laufwerksystems mit löschbarem Plattenspeicher, das ein Elektroneneinfangmedium benutzt, bei dem drei unterschiedliche Laser mit unterschiedlichen Ausgangswellenlängen benutzt werden, so daß sich die Schreibe-, Lese-, Lösch-, Fokussier- und Spurverfolgungsfunktionen leicht ohne die Anwendung einer komplexen digitalen Logik- und Taktsteuerungsschaltung verwirklichen lassen.
In weiteren Einzelheiten sieht die Erfindung ein Laufwerksystem mit einer löschbaren Optikplatte zum Speichern von Informationen vor, das weniger kostenaufwendig bei der Herstellung und weniger komplex im Betrieb ist als bisher bekannte Laufwerk mit löschbarer Optikplattensysteme. Zusätzlich sieht die Erfindung ein Laufwerksystem mit löschbarer Optikplatte vor, das ein optisches Elektroneneinfangspeichermedium und eine Vielzahl von Lasern aufweist, wobei jeder einen unterschiedlichen und sich nicht mit den anderen überschneidenden Wellenlängenbereich aufweist, von denen jeder eine diskrete Funktion oder Funktionen ausführt, die sich unverwechselbar von denen der anderen unterscheiden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sieht das Gerät vor: Eine Platte, die einen Dünnschichtüberzug aus einem Elektroneneinfangmedium aufweist, die auf ähnliche Weise rotiert, wie die magnetischen Festplatten, die auch als Winchesterplatten bekannt sind. Die Daten werden auf die Oberfläche der Platte geschrieben unter Verwendung eines Diodenlasers, der in einem ersten vorgegebenen Wellenlängenbereich arbeitet. Der Diodenlaser ist in der Lage, direkt zu modulieren und arbeitet innerhalb der Ladungsbandbreite des optischen Elektroneneinfang-Speichermaterials.
Ein zweiter Diodenlaser arbeitet als Lese/Lösch-Laser und hat eine Ausgangswellenlänge in einem zweiten Bereich, der sich von den sichtbaren Wellenlängen des Schreiblasers unterscheidet und nahe am Infrarotwellenlängenbereich liegt. Der Lese/Lösch-Laser ist auch in der Lage, eine direkte Modulation durchzuführen, und wird ein- und ausgeschaltet wie für eine Leseoperation erforderlich. Bei Stimulierung durch die in der Nähe der Infrarot-Leseoperation liegende Strahlung bewirken alle Bits, die früher auf die Platte geschrieben wurden, eine vorgegebene charakteristische Strahlungsemission, die z.B. im Orange-Lichtband ihr Maximum hat. Die Erfassung einer solchen Emission entspricht einer Binär-1, die an dieser Punkt geschrieben wurde. Umgekehrt entspricht das Fehlen einer solchen Strahlungsemission, die an diesem Punkt charakteristisch ist, einer binären 0. Beim Betrieb im Löschzyklus wird der Lese/Lösch-Laser mit einer höheren Leistung für das individuelle Löschen der geschriebenen Bits moduliert.
Ein dritter Diodenlaser, der im Wellenlängenbereich zwischen dem sichtbaren Licht des ersten Diodenlaser d.i. des Schreib- lasers und dem in der Nähe des Infrarot liegenden Bereich des zweiten, d.i. des Lese/Löschlasers arbeitet, wird benutzt zum Fokussieren und Spurverfolgen auf der Elektronen-einfangenden optischen Speicherplatte. Genauer gesagt, der Wellenlängenbereich dieses dritten, d.i. Fokussier- und Spurverfolgungslaser, ist größer als der Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts des Schreiblasers und kürzer als der Wellenlängenbereich des Lese/Löschlasers. Auf diese Weise lassen sich kontinuierliche Fokussiertechniken einsetzen ohne schädliche Auswirkungen auf die gespeicherten Daten.
Das erfindungsgemäße optische Laufwerksystem benutzt auch Verarbeitungsoptiken zum Kombinieren der drei Laserwellenlängen und zum Isolieren der inkohärenten Leseemission von der Platte. Das Fokussieren der Laser auf die Platte wird gewahrt durch ein astigmatisches, von einer Schwingspule angetriebenes Servosystem mit geschlossener Schleife. Eine Fotodiode oder eine Fotovervielfacherröhre wird zum Lesen der aufgenommenen Datensignale eingesetzt. Die Dateneingabe und Datenausgabe wird über eine Standard-Rechnerschnittstelle gehandhabt.
Die Wesensart der vorliegenden Erfindung wird verdeutlicht durch Bezugnahme auf die nachstehende detaillierte Beschreibung bevorzugter Beispiele der Erfindung sowie auf die verschiedenen begleitenden Zeichnungen.
Fig. 1 und 1a sind veranschaulichende Diagramme einer bevorzugten und einer alternativen Struktur einer Optikplatte, die im vorliegenden Laufwerksystem mit löschbarer Optikplatte eingesetzt werden können;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild des Laufwerksystems mit löschbarer Optikplatte der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3a ist ein Blockschaltbild des Spurverfolgungsteils des Servosystems, das mit dem erfindungsgemäßen Laufwerksystem mit löschbarer Optikplatte eingesetzt wird;
Fig. 3b ist ein Blockschaltbild des Fokussierteils des Servosystems, das mit dem erfindungsgemäßen Laufwerksystem mit löschbarer Optikplatte eingesetzt wird; und
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der Baugruppe Optikverarbeitungseinheit und Stellglied zum Einsatz mit dem erfindungsgemäßen Optikplatten-Laufwerksystems.
Die Figuren 5 und 6 zeigen alternative Fokussier/Spurverfolgungssysteme zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 7 ist ein Diagramm, das den Betrieb des Vierquadrantdetektors in den Fokussier/Spurverfolgungsdiagrammen der Fig. 5 und 6 zeigt.
Nehmen wir jetzt im einzelnen Bezug auf die Zeichnungen, in denen durchwegs gleiche Teile mit den gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet sind; so ist Fig. 1 eine Zeichnung einer ersten und bevorzugten Plattenstruktur zum Einsatz in einem Laufwerk mit löschbarer Optikplatte. Die verschiedenen Materialschichten sind auf einer Substratstruktur 10 aufgebracht, die vorzugsweise aus einem Keramikmaterial wie z.B. Aluminiumoxid bestehen kann. Alternativ können auch Hochtemperaturgläser und andere keramische Werkstoffe benutzt werden wie z.B. SPINEL (Magnesiumaluminiumsilikat). Das Substrat kann vorzugsweise 1 - 2 mm dick sein. Hier wird darauf hingewiesen, daß die einzelnen Schichten nicht maßstabsgetreu bezüglich der relativen Abmessungen der einzelnen Schichten oder der Größe der Platte gezeichnet sind.
Direkt auf dem Substrat wird eine erste Reflexionsschicht 12 aufgebracht, entweder durch Elektronenstrahlauftrag, Aufstäuben oder durch ein beliebiges anderes der vielen bekannten, ähnlichen Verfahren. Die erste Reflexionsschicht 12 dient dazu, die sichtbare Photonenemission zurückzustrahlen, die durch das Auftreffen eines Leselaserstrahls auf die Platte 101 entsteht, und bewirkt somit eine größere Intensität des Lesesignals. Sie kann aus Metall wie z.B. Aluminium bestehen und eine Dicke von 500 Å aufweisen.
Auf die erste Reflexionsschicht 12 wird die Elektroneneinfangschicht 14 aufgetragen und liefert die Datenspeicherkapazität durch das Elektroneneinfangphänomen, wie bereits diskutiert wurde. Sie kann vorzugsweise zwischen 1 und 5 µm Dicke aufweisen. Über der Elektroneneinfangschicht wird eine Absorptionsschicht 16 aufgetragen, die die Absorption des reflektierten und gestreuten Lichts sowohl aus dem Infratrot- Lese- als auch aus dem sichtbaren Schreibstrahl bewirkt, die beide als der Lichtstrahl 18 dargestellt sind. Die Absorptionsschicht kann aus Kupfersulfid oder aus anderen Metallsulfiden bestehen. Vorzugsweise soll sie 500 - 5000 Å Dicke aufweisen.
Eine zweite Lichtreflexionsschicht 21 ist auf der Absorptionsschicht 16 aufgetragen und erzeugt eine Spiegelfläche, um Fokussieren und Spurverfolgen mit geringer Energie zu ermöglichen. Diese zweite Schicht 21 kann aus dem gleichen Werkstoff wie die erste Reflexionsschicht 12 bestehen. Eine durchsichtige Deckschicht 23 wird auf die Reflexionsschicht 21 aufgebracht und dient zum Schutz der optischen Schichten auf dem Substrat gegen Staub- und Feuchtigkeitseinwirkungen, während sie gleichzeitig als durchsichtige Schicht ausgebildet ist, durch die die Lese- und Schreibvorgänge auf der Platte durchgeführt werden können. Die Deckschicht 23 kann aus einem durchsichtigen Polymer gebildet sein und etwa 0,01 bis 1 mm Dicke aufweisen. Sie bewirkt auch eine Staubdefokussierungs funktion.
Die Plattenstruktur gemäß Fig. 1 zeigt einen Lichtstrahleinfall 18 von oben her auf die Platte 101; die Schichten 12, 14, 16, 21 und 23 können auch auf der anderen Seite des Substrats 10 aufgebracht werden, um eine doppelseitige Platte zu bilden. Eine solche Plattenstruktur wird in Fig. 1a dargestellt. Hier ist darauf hinzuweisen, daß jede Seite der Platte 101 nur von einem Lichtstrahl 18 beschrieben und gelesen werden kann, der auf der betreffenden Seite der Platte 101 steht.
Als Alternative können auch in der gleichzeitig unter dem Titel "Optical Disk Structures for Electric Trapping Optical Memory Media" beantragten US-Patent 5 195 082 geoffenbarten Optikplattenstrukturen anstelle der Plattenstrukturen gemäß Fig. 1 und 1a benutzt werden.
Nehmen wir jetzt Bezug auf Fig. 2; hier wird ein Blockschaltbild der Hauptkomponenten gezeigt, aus denen das Laufwerk mit löschbarer Optikplatte der vorliegenden Erfindung besteht, mit Ausnahme der Platte 101 selbst. Wie dem Fachmann bewußt ist, kann das vorliegende Laufwerksystem mit löschbarer Optikplatte leicht anstelle einer Winchesterplatte d.i. eines Festplattenlaufwerksystems als Peripherie für Personalcomputer oder andere Rechner eingesetzt werden. Als solches kann der Computer mit dem Laufwerk mit löschbarer Optikplatte über eine SCSI-Schnittstelle 20 kommunizieren, die an einen Controller 22 für das Laufwerksystem mit löschbarer Optikplatte angeschlossen ist. Wie auf dem Stand der Technik bekannt, benützt der Controller Firmware, die in einem RAM/ROM- Speicher 24 oder in einem anderen Speicher abgespeichert ist, um das Laufwerk mit löschbarer Optikplatte der vorliegenden Erfindung zu steuern.
Der Controller schickt ein Signal an das Spindelservosystem 26, so daß die Platte mit konstanter Drehzahl rotiert, die vorzugsweise größer als 4000 U/min sein kann. Der Controller ist ferner an ein Servosystem 28 angeschlossen, das die Fokussier/Spur/Such-Funktionen durchführt. Ein Blockschaltbild dieses Servosystems 28 wird in den Fig. 3a und 3b gezeigt. Das Servosystem 28 ist so geschaltet, daß es sowohl ein Brennpunkt-Stellsystem 30 als auch ein Rotationsstellsystem 32 bedient, die auf dem beweglichen Teil 36 des Optikkopfes getragen werden. Anstelle des Rotationsstellglieds 32 kann auch ein Linearstellglied eingesetzt werden.
Das Servosystem 28 betreibt auch den Galvanometerspiegel 38, der auf dem festen Teil 40 des Optikkopfs montiert ist. Zusätzlich überträgt das Servosystem 28 Signale auf den Lese/Schreib/Lösch-Kanal 42, der Anweisungen an das Servosystem 28 zum Betätigen des Brennpunktstellglieds 30, des Rotationsstellglieds 32 und des Galvanometerspiegels 38 gibt, jeweils zum richtigen Zeitpunkt und für den richtigen Zeitraum.
Der Lese/Schreib/Lösch-Kanal 42 nimmt ferner Eingänge aus dem Infrarot-Vierquadrantdetektor 44 und der Lawinendiode 46 auf. Der Infrarot-Vierquadrantdetektor 44 spricht auf alle sichtbaren oder nahe dem Infrarot liegenden Wellenlängen an. Er liegt jedoch so im optischen Pfad, daß nur die Fokussier/Spurverfolgungs-Wellenlängensignale auf ihn fallen und nicht die Lese- oder Schreiblaserstrahlen.
Der Infrarot-Vierquadrantdetektor 44 wird benutzt zum Ausbilden der Brennpunkt-, Spurverfolgungs- und Fokussierungs- Summensignalen mittels der geeigneten algebraischen Kombinationen der vier Dioden, die im Detektor 44 enthalten sind. Diese vom Detektor generierten Signale werden benutzt, um die Brennpunkt- und Spurverfolgungsoperationen durchzuführen. Die Lawinendiode 46 spricht an auf die Emissionswellenlängen von der Platte. Ihr Ausgang wird im Lese/Schreib/Lösch-Kanal 42 verstärkt und dann an den Controller 22 sowie an die SCSI- Schnittstelle 20 geschickt.
Der Lese/Schreib/Lösch-Kanal 42 beinhaltet fünf Haupt-Teilsysteme. Das erste Teilsystem ist das Vorderende, das den optischen Detektor und die Verarbeitungsschaltung enthält, die zum Umwandeln des tiefliegenden Signals in Signale notwendig ist, die zur Weiterverarbeitung geeignet sind. Das zweite Teilsystem des Lese/Schreib/Lösch-Kanals 42 ist die Schwellenwert-Steuerschaltung, die den analogen Bezugspegel entwickelt, der zum Digitalisieren des Lesesignals und das Fokussierungs-Summensignals benutzt wird. Von Gattersignalen des Lese/Schreib-Steuer-Teilsystems gesteuerte Spitzenwertdetektoren sind eingesetzt.
Das dritte Teilsystem des Lese/Schreib/Lösch-Kanals 42 ist die Codier/Decodier-Schaltung, die bei Schreiboperationen zunächst Fehlerberichtigungscode-Informationen (Error Correction Codes - ECC) zu den Daten addiert und dann die Daten im 2,7 RLL-Code codiert. Bei den Leseoperationen decodiert die Codier/Decodier-Schaltung zunächst die 2,7 RLL- codierten Daten von der Platte. Dann berichtigt der ECC- Prozessor etwaige Fehler. Alternativ können, neben dem 2,7 RLL auch noch andere bekannte Codier-Schemata verwendet werden.
Das vierte Teilsystem des Lese/Schreib/Lösch-Kanals 42 ist die Taktgeber-Synchronisierschaltung, die zwei Taktsignale generiert. Der Schreibtaktgeber wird entwickelt durch eine eingerastete Phasenschleife, die auf die auf der Platte vorformatierten Taktbits synchronisiert ist. Der Lesetakt leitet sich vom Schreibtakt ab. Die zwei Taktgeber sind erforderlich, weil der Schreibstrahl dem Lesestrahl auf der Platte nacheilt. Die Phasenbeziehung zwischen diesen beiden Strahlen verändert sich über die Plattenfläche, weil die lineare Geschwindigkeit der Platte proportional zum Spurradius ist und sich somit in Abhängigkeit von der gelesenen Spur verändert.
Das letzte Teilsystem des Lese/Schreib/Lösch-Kanals 42 ist die Lese/Schreib-Steuerschaltung, die die Sektor- und Spurinformation decodiert, die von der Plattenoberfläche gewonnen wird. Sie steuert auch die Taktgebung für viele der Signale, die in anderen Teilsystemen benutzt werden.
Der Ausgang vom Lese/Schreib/Lösch-Kanal 42 wird an die Laserdiodentreiber 48 gegeben, die bei Eingang der Anweisungen vom Lese/Schreib/Lösch-Kanal 42 die richtige der Laserdioden 50, 52 und 54 aktivieren, wie im Zusammenhang mit Fig. 4 noch genauer erklärt wird.
Da das Elektroneneinfang-Material, das mit dem Laufwerk mit löschbarer Optikplatte der vorliegenden Erfindung nicht dem Licht ausgesetzt werden darf - abgesehen von den drei hier beschriebenen Lasern - damit es seine Funktionalität nicht verliert, ist die Platte 10 vorzugsweise in einer (nicht dargestellten) Kassette gekapselt, die mittels des Kassettenlademechanismus 56 unter der Steuerung des Controllers 22 geladen wird. Die Optikplattenkassette kann vorzugsweise auf bekannte Weise gebaut sein, ähnlich wie die der ausbaubaren Magnetoptikplatten, mit dem Unterschied, daß die Kassette lichtdicht sein muß. Verschiedene Stromversorgungseinrichtungen 58 sind ebenfalls vorgesehen zum Betreiben der Laufwerke mit löschbarer Optikplatte der vorliegenden Erfindung, wie dem Fachmann selbstverständlich bewußt ist.
Wie hier anhand der Fig. 4 später noch beschrieben wird, benutzt das Laufwerk mit löschbarer Optikplatte der vorliegenden Erfindung ein optisches Verarbeitungssystem 62, das in Fig. 4 zusammen mit der Platte 10 dargestellt wird. Hier ist darauf hinzuweisen, daß die Platte 10 vorzugsweise in einer lichtdichten Kassette gekapselt ist. Auf diese Weise wird die Platte sowohl gegen Außenlicht als auch gegen Verunreinigungspartikel geschützt. Zusätzlich bietet die Montage der Platte in einer lichtdichten Kassette einen größeren Vorteil für das Optikplattenlaufwerk der vorliegenden Erfindung gegenüber den bekannten Magnetplattenlaufwerksystemen, weil die Kassette mit der Platte leicht aus dem Optikplattenlaufwerk herausgenommen und durch eine andere Kassette ersetzt werden kann.
Fig. 2 wurde im Zusammenhang mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laufwerks mit löschbarer Optikplatte mit nur einer einzigen Optikplatte beschrieben; dieses Laufwerk mit lösohbarer Optikplatte kann aber auch mit einem zusätzlichen Kopf ausgerüstet werden, um auch die Unterseite der Platte 10 auszunutzen, die in der hier vorstehend beschriebenen Art und Weise zubereitet ist. Oder auch eine Platte mit zwei Schichten aus elektroneneinfangendem Optikspeichermedium, jeweils eines auf einer schichtweise aufgebauten "Sandwich-Platte" kann benutzt werden. Auf gleiche Weise kann auch eine Vielzahl von Platten und Köpfen benutzt werden, um die Speicherkapazität des Laufwerksystems mit löschbarer Optikplatte der vorliegenden Erfindung zu vergrößern. Die Optikplatte 10 kann auch mit zusätzlichen Elektroneneinfangschichten ausgerüstet werden, um ihre Speicherkapazität zu erhöhen.
Der Teil des für den beweglichen Teil 36 des Optikkopfes benutzten Servosystems wird in Fig. 3a gezeigt. Die Bewegung des Optikkopfes ist in drei Bewegungsarten aufgeteilt, die drei Funktionen erfüllen: 1) Spurverfolgen, 2) Suchen und 3) rückkopplungslose Steuerung. Spurverfolgung ermöglicht die Feinsteuerung der Kopfposition, um der radialen Bewegung der Spur unter dem Objektiv bei den Lese-, Schreib- und Löschprozessen zu folgen. Suchen läßt eine gröbere Steuerung der Kopfbewegung zu, um die unter dem Objektiv liegende Spur wechseln zu können. Rückkopplungslose Steuerung läßt eine Objektivbewegung zu, die nicht das Finden einer Spur voraussetzt, z.B. Parken des Kopfes. Das Such/Spur-Schaltsignal bestimmt, ob die Steuerung des Optikkopfes von der Spursteuerungschaltung oder von der Suchsteuerungsschaltung aus vorgenommen wird. Wenn das Such/Spur-Schaltsignal die Spursuchsteuerung vorgibt, können die Schaltkreise der Fig. 3a die Kopfbewegung steuern. Das Wagenlaufsteuersignal der Fig. 3a wird nur dann benutzt, wenn die Spurverfolgungsschaltkreise der Fig. 3a nicht zur Steuerung der Kopfbewegung angewählt sind. Das läßt die Such- und rückkopplungslose Steuerung der Kopfbewegung zu. Wie in der Figur gezeigt wird, wird das Spurfehlersignal, das vom Spursuchverstärker im Lese/Schreib/Lösch-Kanal 42 her eingeht, gleichzeitig den Eingängen einer Hochfrequenz-Phasenkompensationsschaltung 64, eines Nulldurchgangdetektors 66 und eines Analog/Digital- Wandlers 68 zugeführt werden. Der Spurverfolgungsverstärker erhält seinen Eingang vom Quadrantdetektor 44, wie bereits besprochen.
Die Ausgänge vom Nulldurchgangdetektor 66 und vom A/D-Wandler 68 werden einem Prozessor 70 zugeführt, der vorzugsweise eine Signalverarbeitungsschaltung sein kann, die ein Signal an den Motorstrom-Digital/Analog-Wandler 72 liefert, dessen Ausgang dann in eine Summierschaltung 74 eingespeist wird.
Das Spurverfolgungs-Stellglied ist als Galvanometerspiegel 38 konfiguriert, der im optischen Pfad des beweglichen Teils 36 des Optikkopfes liegt. Es sieht eine Feineinstellungs-Spur- verfolgung vor durch Bewegen des Strahls innerhalb der Öffnung der Objektivlinse 116. Der Galvanometertreiber oder Spurverfolgungsmotortreiber 78 ist ein handelsüblicher Treiber, identisch mit dem, der für den Fokussiermotortreiber 90 der Fig. 3b benutzt wird. Die erste Resonanzfrequenz des Galvanometerspiegels liegt unter 40 Hz. Die zweite und alle anderen Resonanzfrequenzen, die dem Galvanometerspiegel 38 zugeordnet sind, sind größer/gleich 12 kHz. Für den Galvanometerspiegel ist kein Positionierungssensor erforderlich, weil er Teil des festen Teils 40 des Optikopfes ist und sich daher nicht bewegt, wenn eine Suche durchgeführt wird.
Das Rotationsstellglied, das zum Bewegen des beweglichen Teils 36 des Optikkopfes benutzt wird, wird mittels Filtern des kompensierten Spurfehlersignals aus der Summierschaltung 74 über einen 600 Hz Hochpaßfilter angetrieben, um den Spursuch-Restfehler unter 600 Hz zu halten. Der Tiefpaßfilteranteil des kompensierten Spursuchfehlersignals wird zum Antreiben des Rotationsstellglieds benutzt, während der Hochpaßfilterteil des kompensierten Spurfehlersuchsignals zum Antreiben des Galvanometerspiegels 38 benutzt wird. Während eines Suchvorgangs wird das Wagensteuersignal in den Hochpaßfilter 76 eingespeist anstelle des kompensierten Spursuchfehlersignals. Das ermöglicht es, daß der Galvanometerspiegel 38 Teil der Geschwindigkeitsschleife wird.
Zwar würde eine ideale Platte 10 keine Exzentrizität aufweisen und die Spurschleife könnte daher jederzeit geschlossen werden, jedoch ist eine reale Platte niemals ideal zentriert und bewirkt daher, daß der Lesestrahl beim Rotieren über viele Spuren streicht, auch wenn er fokussiert ist. Somit wird das anfängliche Spureinfangen durch Verfolgen des Ausgangs des Nulldurchgangdetektors 66 und Abwarten, bis das Intervall zwischen den Spurdurchgängen länger als der Umkehrwert der Bandbreite der Schleife ist, erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird dann die Spurverfolgungsschleife geschlossen und der Prozessor erzeugt ein Spurverriegelungssignal. Das Spurfehlersignal wird kontinuierlich verfolgt, um nachzuweisen, daß die Spurdurchgänge aufgehört haben.
Das Fokussierungs-Teilsystem des Servosystems wird in Fig. 3b in Blockschaltbilddarstellung gezeigt. Das Fokussierfehlersignal, das vom Lese/Schreib/Lösch-Kanal 42 - wie in Fig. 2 gezeigt - abgeleitet wird, ist proportional zum Abstand zwischen der besten Fokussierebene des Lesepunkts des Leselasers 52 und der Elektronenelnfangs-Optikspeicherschicht 16 auf der Platte 10. Das Fokussier-Teilsystem benutzt dieses Signal, um damit die Objektivlinse zu positionieren, so daß der Brennpunkt in seiner gewünschten optimalen Position zu liegen kommt.
Das Fokussier-Teilsystem ist als Hybridkanal konstruiert, wobei der Hochfrequenzteil der erforderlichen Signalverarbeitung vom Signalverarbeitungs-Chip 70 analog und der Niederfrequenzteil der Signalverarbeitung digital gesteuert wird. Diese Konstruktion ermöglicht eine geeignete Verarbeitung der betroffenen relativ großen Bandbreiten (etwa 40 kHz) und die Anzahl Kanäle, die verarbeitet werden müssen. Andererseits versteht der Fachmann, daß der Hybridkanal auch im gesamten digital implementiert werden kann.
Die von den Differentialsummierungsverstärkern in Kanal 42 erzeugten Fokussierfehler-, Fokussiersummen- und Nulldurchgangdetektorsignale werden vom Prozessor 70 überwacht, um die Fokussierung des Laufwerks zu erleichtern. Das Fokussierfehler-Analogsignal läuft durch einen einfachen Voreilungs/Nacheilungs-Analogfilter oder eine Hochfrequenz-Phasenkompensationsschaltung 82, die einen hinreichenden Phasenrand an der Schleifenbandbreite vorsieht. Sie weist eine Transferfunktion der Form Vo/Vi = (stz+1)/(stp+1) auf, wobei 1/t und 1/tp die Null- bzw. Polstellung ist. Wenn das Brennpunktstellglied 30 eine zusätzliche Phasennacheilung bei Frequenzen in der Nähe des bzw. am Bandbreitenpunkt aufweist, kann dieser Filter noch komplexer gemacht werden durch Hinzufügen einer zusätzlichen Vorauseilung zum Kompensieren. Zusätzlich, wenn das Stellglied 30 Rensonanzfrequenzen aufweist, die den normalen geregelten Betrieb stören, kann der Filter auch so konstruiert werden, daß er diese Frequenzen ausklinkt.
Nach der Verarbeitung durch die Hochfrequenzphasenkompensierung oder den Voreilungs/Nacheilungsfilter 82 wird das Fokussierfehlersignal in einen verstärkungssteuernden Digital/Analog-Wandler 84 eingespeist, der es dem Prozessor 70 ermöglicht, die Verstärkung der Analogschleife zu steuern. Das ermöglicht es dem Prozessor, daß er immer die richtige Schleifenbandbreite beibehält, ungeachtet der Laserdiodenleistung oder des Mediumreflexionsvermögens. Der Prozessor 70 erreicht das durch Überwachen des Fokussier-Summensignals, das die Summe der Ausgänge der vier Elemente des Infrarot-4- Quadrant-Detektors 44 ist und das proportional der Signalgröße ist, die durch den Fokussierkanal läuft. Der Ausgang des Verstärkungssteuerung-Digital/Analog-Wandlers 84 wird in die Summiervorrichtung 86 eingespeist.
Das Fokussierfehlersignal wird ferner einem Nulldurchgangdetektor 88 eingespeist, der ein einfacher Komparator sein kann, und ermöglicht eine zuverlässige, augenblickliche Anzeige des Nulldurchgangs des Fokussierfehlersignals, das an den Prozessor 70 geschickt wird. Der Einsatz eines Nulldurchgangdetektors 88 schließt Jede Verzögerung aus, die durch das Erfassen des Fokussierfehlersignals bewirkt wird, und ist ferner während der Brennpunkterfassungssequenz nützlich, die nachstehend beschrieben wird.
Die schließlich das Fokussierfehlersignal aufnehmende Endkomponente ist der Analog/Digital-Wandler 68, der ein Signal an den Prozessor 70 schickt, so daß der Prozessor in der Lage ist, das Fokussierfehlersignal abzutasten und auf diese Weise die Niederfrequenz oder das daraus abgeleitete Motortreibersignal zu berechnen. Zusätzlich kann ein Vorwärtskopplungssignal entwickelt werden, das in den Fokussierkanal aufsummiert werden kann und dazu benutzt wird, den Restfokussierfehler zu reduzieren. Der Ausgang des Signalprozessors 70 an den Motorstrom-Digital/Analog-Wandler 92 bewirkt, daß die Signale von der Motorstrom-Digital/Analog- Wandlerschaltung 92 mittels der Summiervorrichtung 86 in den Analogkanal aufsummiert werden.
Der in den Fig. 3a und 3b dargestellte A/D-Wandler 86 kann ein einzelner A/D-Wandler mit Mehrfach-Eingangskanälen sein. Ein solcher A/D-Wandler 68 kann auch dazu benutzt werden, alle anderen Analogsystem-Parameter wie Fokussiersumme, Stellgliedstrom, Diodenausgang, Laserdiodenstrom usw. zu überwachen sowie auch für Diagnose- oder sonstige Zwecke benutzt werden.
Der Ausgang der Summiervorrichtung 86 wird dem Fokussiermotortreiber 90 zugeführt, der ein handelsüblicher Hochstromtreiber sein kann, der im Stromrückkopplungsmodus benutzt wird. Der Strom wird ferner durch eine monolithisch integrierte Effektivwertwandlerschaltung überwacht. Der sich ergebende Ausgang vom Fokussiermotortreiber 90 wird mit einem Bezugswert verglichen. Wenn der Bezugswert überschritten wird, wird der Motortreiber abgeschaltet. Zusätzlich wird der Stromtreiber mittels der Stellgliedschutzschaltung 94 auch passiv daran gehindert, daß er mehr als den Maximumsollwert- Augenblicksstrom an das Stellglied schickt.
Damit sich das Fokussier-Servosystem auf die Ebene der Platte einklinkt, muß zunächst die Objektivlinse 116 in etwa in die Nähe der richtigen Entfernung bewegt werden, wenigstens innerhalb des Erfassungsbereichs, der von der S-Kurve des Fokussierfehlerdetektors bestimmt wird. Um das auszuführen, generiert der im Controller 22 enthaltene Mikroprozessor eine Anstiegsfunktion für den Fokussierstrom. Das bewegt die Objektivlinse 116 einwärts bzw. auswärts. Gleichzeitig verfolgt der Mikroprozessor im Controller 22 das Fokussiersummen- und Fokussierfehlersignal sowie den Ausgang des Nulldurchgangdetektors. Wenn der Mikroprozessor entscheidet, daß das Fokussiersignal ausreichend ist, daß das Fokussierfehlersignal durch ein Maximum oder Minimum gelaufen ist, und daß der Nulldurchgangdetektor ausgelöst wurde, schließt der Mikroprozessor unverzüglich eine Schleife und der Brennpunkt wird eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Signal auf die Brennpunktverriegelungsleitung ausgegeben.
Der Hauptunterschied zwischen dem Betrieb des Brennpunkt- Teilsystems und des Spurverfolgungs-Teilsystems gemäß Fig. 3a ist, daß das sich ergebende Stellgliedtreibersignal in zwei Signale aufgespalten wird, von denen eines ein Niederbandbreitensignal für das Kopf-Rotationspositionierstellglied und das andere ein Hochbandbreitensignal für den Galvanometerspiegel 38 ist. Wie dem Fachmann bewußt wird, kann alternativ auch ein linearer Positioniermechanismus benutzt werden.
Nehmen wir jetzt Bezug auf Fig. 4; dort wird in schematischer Diagrammform das Optikverarbeitungssystem gezeigt, das drei verschiedene Laser 50, 52 und 54 zum Einsatz mit einem Laufwerk mit löschbarer Optikplatte der vorliegenden Erfindung benutzt. Ein Diodenlaser arbeitet als Schreiblaser 50 und benutzt eine Wellenlänge zwischen 450 und 600 nm. Bevorzugt ist ein Frequenz-Doppeldiodenlaser mit Spitze bei einer Wellenlänge von etwa 500 nm als Schreiblaser. Der Schreib- laserstrahl wird von einem ersten 500 nm Reflektor 100 im 90º Winkel reflektiert, läuft durch drei zusätzliche Reflektoren, durch eine Viertelwellenplatte von etwa 780 nm, und wird auf die Oberfläche der Platte 101 fokussiert durch eine Objektivlinse 116 mit einer 0,50 oder mehr numerischen Öffnung, die von dem oben diskutierten Rotationsstellglied getragen wird. Auf diese Weise können die Daten auf die Platte geschrieben werden.
Die Lese- und Löschfunktionen werden von einem zweiten Laser ausgeführt, der ebenfalls ein Diodenlaser sein kann, und der eine Ausgangswellenlänge zwischen etwa 820 und 1400 nm aufweist. Vorzugsweise sollte der Lese/Löschlaser 52 ein Diodenlaser mit einer Wellenlängenspitze bei etwa 870 nm sein. Der Lese/Löschlaser 52 kann direkt moduliert sein und wird einund ausgeschaltet, wie von der Auslesebeleuchtung gefordert wird. Während des Löschzyklus wird der Laser 52 für das Löschen von Einzelbits auf Hochleistung moduliert.
Der Ausgang vom Lese/Löschlaser 52 trifft auf einen zweiten Reflektor 102, der vorzugsweise ein 870 nm Reflektor sein kann. Der Ausgangsstrahl vom Leselaser 52 wird um 90º reflektiert, durchläuft zwei zusätzliche Reflektoren 104 und 108, die Viertelwellenplatte 114, und wird durch die Objektivlinse 116 auf die Platte fokussiert.
Ein dritter Diodenlaser, der bei Wellenlängen zwischen 650 und 780 nm arbeitet, wird für Fokussier- und Spurverfolgungszwecke eingesetzt. Der Fokussier/Spurverfolgungslaser 54 hat einen Wellenlängenbereich, der zwischen dem Emissionsband des Elektroneneingangs-Optikplattenmaterials und der Nahe-Infrarot-Wellenlänge des Lese/Löschlasers 52 liegt. Somit können kontinuierliche Fokussier- und Spurverfolgungstechniken mit minimalen Verschlechterungsauswirkungen auf die abgespeicherten Daten eingesetzt werden.
Der Ausgang des dritten Lasers 54 läuft durch einen polarisierten Strahlteiler 106 einer Wellenlänge von vorzugsweise 780 nm. Dann schlägt der Strahl auf den dritten Reflektor 104, der Wellenlängen von etwa 780 nm mit 90º zum einfallenden Strahl reflektiert. Der vom dritten Reflektor 104 reflektierte Strahl durchläuft einen vierten Reflektor 108, die Viertelwellenplatte 114, und wird mittels des Objektivs 116 auf die Platte 10 fokussiert.
Der horizontal-polarisierte Brennpunkt/Spurverfolgungsstrahl wird durch den polarisierenden Strahlteiler 106 übertragen, wird vom 780 nm Reflektor 104 durch den Lesereflektor 108 und die Viertelwellenlängenplatte 114, die die horizontale Polarisation in eine zirkulare Polarisation umwandelt, reflektiert und wird dann mittels der Objektivlinse 116 auf die Platte 10 fokussiert. Das reflektierte Licht mit 780 nm Wellenlänge wird von der Objektivlinse 116 erfaßt, dann durch die Viertelwellenlängenplatte 114, wo es in senkrecht polarisiertes Licht umgewandelt wird, durch den Lesereflektor 108 zurückübertragen und wird dann am 780 nm Reflektor 104 reflektiert.
Vom Reflektor 104 wird dann das vertikal polarisierte Licht vom Polarisationsstrahlteiler 106 und dann durch das astigmatische Teleskop 122 reflektiert. Das astigmatische Teleskop 122 besteht aus einem achromatischen Doppelobjektivelement 118 und einer Zylinderlinse 120. Diese Linsenkombination formt den Strahl im Brennpunkt des Achromaten 118 zu einem Kreis, wobei der Strahl Brennlinien ausbildet, die sich an jeder Seite des Brennpunkts einander orthogonal gegenüberstehen. Der Quadrantdetektor 44 steht im Brennpunkt des Achromaten 118.
Beim Taumeln der Platte durch den Brennpunkt unter dem Objektiv 116 wird der kreisförmige Brennpunkt nach jeder Seite des Quadrantdetektors 44 bewegt und bewirkt, daß die Brennlinie auf den Quandrantdetektor 44 fällt. Da die zwei Brennlinien einander orthogonal gegenüberstehen, werden zwei diagonal gegenüberliegende Elemente auf einer Seite des Brennpunkts beleuchtet. An der anderen Seite des Brennpunkts wird das gegenüberliegende Paar der diagonal einander gegenüberliegenden Elemente beleuchtet. Auf diese Weise erhalten im Brennpunkt alle vier Elemente des Quadrantdetektors 44 die gleiche Beleuchtung. Es ist diese Differenz und die Summe der einander diagonal gegenüberliegenden Elemente, die den Quadrantdetektor 44 bilden, der es dem in Fig. 3b gezeigten Brennpunkt-Servoelektronikprozessor 70 ermöglichen, zwischen den Brennpunktebenen zu unterscheiden.
Die Spurverfolgung wird über die Differenz der Summen der zwei diagonal gegenüberstehenden Elementpaare durchgeführt, während das System im Brennpunkt fixiert ist. Wenn der Brennstrahl eine Kante des Reflexionsbands kreuzt, fällt weniger Licht auf das Detektorpaar der dieser Spurseite zugeordneten Quadrantdetektoren aufgrund der schwächeren Reflexion des ETOM-Materials im Vergleich zum hochreflektierenden Spurband (siehe Fig. 6). Es ist diese Differenz in der Summe der den Quadrantdetektor bildenden vertikal gegenüberliegenden Elementenpaare, die dem Spurverfolgungs- Servoelektronikprozessor 70 mit der Ein/Aus-Spurinformation versorgt.
Die durch das Auftreffen des Leselaserstrahls auf die Oberfläche der Platte 10 freigesetzten Photonen laufen durch die Objektivlinse 116 und die Viertelwellenplatte 114 und fallen auf den vierten Reflektor 108, der vorzugsweise ein 633 nm Reflektor sein kann. Der Datenstrahl wird vom Reflektor 108 im 90º Winkel zur einfallenden Strahl reflektiert und wird durch eine Lesekollektorlinse 110 ausgerichtet, die vorzugsweise ein achromatisches Doppelobjektiv mit 120 mm Brennpunkt mit optimierter Präzision sein kann. Der Datenstrahl fällt dann auf einen Lesedetektor 112, der ein elektrisches Signal erzeugt, das den von der Platte 10 gelesenen Daten entspricht. Der Lesedetektor kann eine Fotovervielfacherröhre sein. Alternativ kann auch eine Fotodiode zusammen mit den geeigneten Filtern und Spiegeln benutzt werden, um den Datenstrahl zu erfassen und ihn in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Fig. 5 stellt die Strahlausrichtung dar wie sie auf einer Platte erscheinen würde, die für einen kontinuierlichen zusammengesetzten Spurlaufplan formatiert ist. Dieses Format besteht aus alternierenden konzentrischen Reflexionsbändern 200 und Datenbändern 208. Der Lese/Lösch-Laserstrahl 210 hat eine Wellenlänge mit Spitze bei 870 nm. Der Schreiblaserstrahl hat Wellenlängen mit Spitzen bei etwa 420 nm. Beide Laserstrahlen 202 und 210 sind so ausgerichtet, daß sie über die Datenbänder 208 positioniert sind. Der Brennpunkt/Verfolgungsstrahl 206 hat Wellenlängen mit Spitze bei 780 nm und fällt auf die Reflexions-Spurverfolgungsbänder 200. Der Lesestrahl 210 und der Schreibstrahl 202 sind abgeschaltet, wenn sie nicht ihre entsprechenden Operationen ausführen.
Der Lese/Lösch-Strahl 210 läuft dem Schreibstrahl 202 voraus, um gegebenenfalls das Löschen zu besorgen, bevor das Schreiben durchgeführt wird. Da der Brennpunkt/Spurverfolgungsstrahl 206 über einem Reflexions-Spurverfolgungsband 200 positioniert ist, können die Fokussier- und Spurverfolgungsfunktionen kontinuierlich ausgeführt werden ohne Beeinträchtigung der geschriebenen Daten. Während der Such- operationen bleibt der Fokussier/Spurverfolgungsstrahl 206 eingeschaltet und bewirkt auf diese Weise eine Beibehaltung des Scharfeinstellungszustands und sieht einen effektiven Spurzählungsmechanismus vor infolge der Reflektanzänderung zwischen den Bändern, wie vom Quadrantdetektor in Fig. 7 beobachtet wird.
Fig. 6 zeigt eine typische Abtast-Spurverfolgungskonfiguration. In diesem Format sind individuelle Taumelmarken auf beiden Seiten der Spurmitte in periodischen Intervallen angebracht. Der Schreibe- und der Lesestrahl sind zur Spurmitte ausgerichtet und nehmen die Schreibe-, Lese- und Löschoperationen in vorgegebenen Segmenten der Spur vor. Das Fokussieren wird auf die Datenspurmitte vorgenommen. Infolge der nichtzerstörenden Art des Fokussier/Spurverfolgungsstrahls 206 kann das Fokussieren entweder konstant oder auch periodisch beibehalten werden, ohne die geschriebenen Daten zu schwächen. Wenn der Fokussier/Spurverfolgungsstrahl 206 über die Taumelmarken streicht, wird von der Quadrantdetektoranordnung (Fig. 7) eine Amplitudenvergrößerung der einzelnen Reflexionsmarken beobachtet.
Fig. 7a zeigt die Brennpunktzustände des astigmatischen Fokussierstrahls, der in den Quandrantdetektor einfällt. Im Brennpunkt wird ein kreisförmiger Strahl ausgebildet, der eine gleichmäßige Verteilung des einfallenden Lichts auf die vier Quadranten des Detektors 44 gibt. Eine Stellung außerhalb des Brennpunkts führt dazu, daß der astigmatische Strahl eine Ellipse ausbildet, die zwei diagonal gegenüberliegende Quadranten stärker beleuchtet als die anderen beiden. Dieser Zustand stellt sich auf der anderen Seite des Brennpunkts umgekehrt dar. Durch Beobachtung der Differenz der Summe der diagonal gegenüberliegenden Quadranten können Veränderungen im Brennpunkt bemerkt und korrigiert werden.
FIG. 7b zeigt ein Muster der Spurverfolgungsfunktion für das kontinuierlich zusammegesetzte Format der Quadrantdetektoranordnung. Während der Strahl in der Spur läuft, erfolgt eine gleichmäßige Verteilung der Beleuchtung auf alle vier Quadranten. Auf jeder Seite des reflektierenden Spurverfolgungsbands 200 fällt das Reflexionsvermögen scharf ab. Durch das Taumeln der Spur unter dem Strahl wird zunächst die eine Kante des Fokussier/Spurverfolgungsstrahls 206 abgeschnitten und dann die andere. Der ergibt eine ungleichmäßige Verteilung der Beleuchtung zwischen den vertikal gegenüberliegenden Quadrantenpaaren. Durch Beobachten der Differenz der Summe dieser Quadrantenpaare lassen sich Positionsinformationen gewinnen und Korrekturen durchführen.
Fig. 7c zeigt ein Beispiel der Spurverfolgung für eine formatbezogene Abtast-Servosteuerung. Der Fokussier/Spurverfolgungsstrahl 206, der den gleichen Durchmesser aufweist wie die Taumelmarken, beleuchtet zunächst zur Hälfte die eine Marke und dann zur Hälfte die andere Marke, um die Spurposition festzustellen. Fig. 7c zeigt ein zusammengesetztes Bild dessen, was die Detektoranordnung sieht, nachdem beide Marken erfaßt sind. Auf der Spur sind beide Taumelbewegungen gleichmäßig beleuchtet und liefern eine gleichmäßige Verteilung der Bestrahlungsstärke an die vertikal gegenüberliegenden Paare des Quadranten. Bei Spurabweichung nach beiden Seiten wird eine Marke stärker belichtet als die andere und bewirkt, daß das vertikal gegenüberliegende Quadrantenpaar einen höheren Lichtenergieeinfall aufnimmt als das andere. Das Ungleichgewicht in der Differenz der Summe des vertikal gegenüberliegenden Paars liefert die Richtungsinformation an die Spurverfolgungs-Servosteuerung.

Claims

1. Ein Laufwerksystem mit löschbarem Optikplattenspeicher, das ein Elektronen-einfangendes optisches Speichermedium als Speichermedium und Laser zum Anwenden bei der Durchführung der Lese-, Schreib-, Fokussierungs- und Spurverfolgungsfunktionen im Laufwerksystem mit löschbarem Optikplattenspeicher benutzt, dadurch gekennzeichnet, daß das System beinhaltet:

a. einen ersten Laser, der einen ersten Laserstrahl generiert, der eine Spitze bei einer ersten Wellenlänge zum Lesen von Daten von dem Elektronen-einfangenden Optikspeichermedium aufweist;

b. einen zweiten Laser, der einen zweiten Laserstrahl generiert, der eine Spitze bei einer zweiten, davon verschiedenen Wellenlänge zum Schreiben von Daten auf dieses Elektronen-einfangende Optikspeichermedium aufweist; und

c. einen dritten Laser, der einen dritten Laserstrahl generiert, der eine Spitze bei einer dritten, davon verschiedenen Wellenlänge zum Durchführen der Fokussier- und Spurverfolgungsfunktionen des Laufwerks des löschbaren Optikplattenspeichermediums aufweist.

2. Ein System gemäß Anspruch 1, das ferner beinhaltet eine rotierende lösohbare Optikplatte mit einer Vielzahl von Spuren; und einen optischen Kopf mit einem festen und einem beweglichen Teil; wobei der bewegliche Teil des optischen Kopfes über die Oberfläche der löschbaren Optikplatte beweglich ist und in der Lage ist, über einer dieser Vielzahl von Spuren positioniert zu werden.

3. Ein System gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, in dern dieses Elektronen-einfangende Optikspeichermedium beim Einfallen des ersten Laserstrahls auf die auf das Speichermedium geschriebenen Daten eine Lichtemission mit einer Spitze bei einer vierten, verschiedenen Wellenlänge erzeugt, und wobei die erste Wellenlänge zum Lesen von Daten größer ist als diese vierte Wellenlänge.

4. Ein System gemäß Anspruch 3, in dem die zweite Wellenlänge, die vom zweiten Laser generiert wird, kleiner ist als die vierte Wellenlänge der Lichtemission vom Elektroneneinfangenden Optikspeichermedium.

5. Ein System gemäß Anspruch 3 oder Anspruch 4, in dem die dritte Wellenlänge, die vom dritten Laser generiert wird, zwischen der vierten Wellenlänge der Lichtemission von dem Elektronen-einfangenden Optikspeichermedium und der ersten Wellenlänge, die vom ersten Laser generiert wird, liegt.

6. Ein System gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in dem der erste Laser auch zum Löschen der auf das Elektroneneinfangenden Optikspeichermedium geschriebenen Daten benutzt wird.

7. Ein System gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, in dem der dritte Laserstrahl nicht aktinisch für das Elektronen-einfangenden Optikspeichermedium ist.

8. Ein Verfahren zum Betreiben eines Laufwerksystems mit lösohbarem Optikplattenspeichermedium, das ein Elektroneneinfangendes Optikspeichermedium als Speichermedium benutzt, in dem das System beinhaltet Laser zur Durchführung der Lese-, Schreib-, Lösch-, Fokussier- und Spurverfolgungsfunktionen im Laufwerk mit dem löschbaren Optikplattenspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren beinhaltet:

c. einen dritten Laser, der einen dritten Laserstrahl generiert, der eine Spitze bei einer dritten, davon verschiedenen Wellenlänge zum Durchführen der Fokussier- und Spurverfolgungsfunktionen des Laufwerksystems mit dem löschbaren Optikplattenspeichermedium aufweist.

9. Das Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das Elektroneneinfangende Optikspeichermedium eine Lichtemission erzeugt, die beim Auftreffen des ersten Laserstrahls auf die auf das Speichermedium geschriebenen Daten eine Spitze bei einer vierten, davon verschiedenen Wellenlänge aufweist und bei dem die erste Wellenlänge zum Lesen von Daten größer ist als diese vierte Wellenlänge.

10. Das Verfahren gemäß Anspruch 9, in dem die zweite Wellenlänge, die vom zweiten Laser generiert wird, kleiner ist als die vierte Wellenlänge der Lichtemission vom Elektronen-einfangenden Optikspeichermedium.

11. Das Verfahren gemäß Anspruch 9, in dem die dritte Wellenlänge, die vom dritten Laser generiert wird, zwischen der vierten Wellenlänge der Lichtemission von dem Elektroneneinfangenden Optikspeichermedium und der ersten Wellenlänge, die vom ersten Laser generiert wird, liegt.

12. Das Verfahren gemäß Anspruch 8, in dem der erste Laser auch zum Löschen der auf das Elektronen-einfangenden Optikspeichermedium geschriebenen Daten benutzt wird.

13. Ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, in dem die dritte Wellenlänge das Elektronen-einfangenden Optikspeichermedium nicht beeinflußt.