DE69123584T2

DE69123584T2 - Optisches servosystem für magnetplatte

Info

Publication number: DE69123584T2
Application number: DE69123584T
Authority: DE
Inventors: Stephen Farnsworth; Scott Wilson
Original assignee: Matsushita Kotobuki Electronics Peripherals of America Inc
Current assignee: Matsushita Kotobuki Electronics Peripherals of America Inc
Priority date: 1990-06-18
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2011-06-18
Also published as: EP0535112A4; EP0535112A1; US5121371A; AU8072091A; WO1991020077A1; EP0535112B1; DE69123584D1; JPH05508956A

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Informationsspeichersysteme, und insbesondere einen optischen Sensor sowie ein System zum Nachführen der Position eines Kopfes gegenüber Datenspuren, die konzentrisch oder spiralförmig von der Drehachse einer Scheibe oder Disk bzw. einer Platte beabstandet angeordnet sind.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Der augenblickliche Schwerpunkt bei der Entwicklung von Informationsspeichersystemen liegt darin, die Möglichkeit zu eröffnen, immer größere Informationsmengen in Computerspeichersystemen zu speichern, die die Größe für die sogenannte "Desk Top"-Verarbeitung aufweisen. Diese für die "Desk Top"-Verarbeitung geeigneten Speichersysteme, die magnetisch beschreibbare bzw. lesbare Magnetplattenspeicher umfassen, wie sie beispielsweise bei Winchester-Plattenlaufwerk- Speichersystemen verwendet werden, haben im Augenblick die Kapazität, magnetisch aufgezeichnete Information im Umfang von 20 Megabytes aufwärts zu speichern. Das Problem bei derartigen Speichersystemen besteht in der Notwendigkeit, daß der Magnetplattenspeicher permanent in dem Computer angeordnet ist. Da das Speichermedium nicht ohne weiteres entfembar ist, ist die Verwendung auf denjenigen Teil des Magnetplattenspeichers beschränkt, der für die Informationsspeicherung während der Benutzung noch frei ist. Daher werden magnetisch beschreib- und lesbare Magnetplatten-Informationsspeichersysteme nicht als mögliche Lösung betrachtet, die Informationsspeicherkapazität zu erhöhen.
Sogenannte "Floppy"-Disk- bzw. Disketten-Speichersysteme, bei denen flexible Scheiben bzw. Disketten mit jeweils einem Durchmesser von entweder 133 mm oder 90 mm (5,25 inches oder 3,50 inches) als Speichermedium verwendet werden, ermöglichen das einfache Herausnehmen des Speichermediums. Jedoch besteht ein Problem bei diesen Speichersystemen darin, daß die im Augenblick verfügbare Informationsspeicherkapazität, die auf einer einzelnen, bei einem derartigen System verwendeten Diskette magnetisch aufzeichenbar ist, bis heute nicht ein Niveau erreicht hat, das dem des Magnetplattenspeichers entspricht, d.h., daß eine einzelne Diskette nur annähernd 1 bis 2 Megabyte magnetisch aufzeichenbare Information speichern kann.
Informationsspeichersysteme, auf die mittels optischer Einrichtungen zugegriffen werden kann, haben aufgrund ihrer potentiellen Kapazität, deutlich mehr Informationsdaten, d.h. im Bereich von 400 bis 800 Megabyte zu speichern, als dies bei entweder magnetisch beschreib- und/oder lesbaren Magnetplattenspeichersystemen oder Disketten-Speichersystemen möglich ist, eine weite Beachtung gefunden.
Die verbesserte Kapazität von optischen Speichern wird durch im Vergleich zu Magnetspeichereinrichtungen höhere Kosten für das Speichermedium sowie den Antrieb erkauft. Neue Fortschritte bei den magnetischen Barium-Ferrit-(BaFe)- Speichermedien ermöglichen Bit-Aufzeichnungsdichten, die die optischen Bit- Aufzeichnungsdichten überschreiten. Jedoch sind die Spurdichten von herausnehmbaren Magnetspeichermedien vielfach deutlich geringer als bei ihrem optischen Gegenüber.
Ein Disk bzw. Plattenantrieb, bei dem eine optische Spurerfassungstechnik verwendet wird, um die radiale Position eines Magnetkopfes auf der Disk bzw. Platte zu bestimmen, ist bereits zur Erzielung höherer Spurdichten eingesetzt worden. Ein derartiges System wird in dem Dokument AN INTRODUCTION TO THE INSITE 325 FLOPTICAL DISC DRIVE, Godwin beschrieben, das während des SPIE Optical Data Storage Topical Meeting (1989) vorgelegt wurde. Der Disk- bzw. Plattenautrieb verwendet Disks bzw. Platten, die vorbeschriebene optische Spuren mit einer 20-Mikrometer-Teilung aufweisen. Eine Lichtemissionsdiode bestrahlt die Disk bzw Platte. Das Bild der Disk- bzw. Plattenoberfläche wird zu einem Vier-Element- Fotodelektor über eine Linse und einen Spiegel übertragen. Ein derartiges System weist die folgenden Nachteile auf.
Da der INSITE-Kopf eine LED als eine diffuse Beleuchtungsquelle verwendet, ist die Lichtintensität an der Disk bzw. Platte und demzufolge an dem Detektor sehr gering. Dies führt zu einem Nachführsignal mit einem sehr geringen Pegel, das elektronisch erheblich verstärkt werden muß. Jedes Systemrauschen wird daher ebenfalls verstärkt, so daß ein Signal mit unerwünschtem Rauschen erhalten wird.
Der INSITE-Kopf erfaßt ein sehr kurzes Segment von nur zwei Spuren. Da ein derartig kleiner Bereich der Spuren erfaßt wird, erzeugen Fehler in der Disk bzw. Platte, wie beispielsweise Staub, Kratzer, Rauhigkeiten an den Kanten der optischen Spuren oder sogar Reflektionsänderungen ebenfalls ein Rauschen.
Der Kopf des optischen INSITE-Systems erzeugt ein vergrößertes Bild (5,5 x) der Oberfläche der Disk bzw. Platte mit einer sehr kleinen Tiefenschärfe bzw. Fokustiefe (+/- 6 µm). Infolge dieser kleinen Fokustiefe werden die Nachführsignale sehr schnell bei Auftreten von Stößen, Schwingungen und thermischbedingten Ausdehnungen innerhalb des Kopfes in ihrer Brauchbarkeit herabgesetzt. INSITE weist einen Bimetall-Mechanismus auf, um die thermischbedingte Ausdehnung und die Brechungsindexänderungen innerhalb des optischen Systems zu kompensieren.
Aus der FR-A-2 347 744 ist ein einfaches System zum Steuern der Position eines Schreib/Lese-Magnetkopfes unter Verwendung einer Servosteuerung bekannt.
Die EP-A-0 344 759 beschreibt ein Verfahren zum Einschreiben unlöschbarer Nuten oder Vertiefungen in die Oberfläche einer Magnetdisk bzw.-platte, die als optische Servospuren dienen.
Schließlich beschreibt die EP-A-0 130 495 eine Aufzeichnungsmagnetdisk bzw. Aufzeichnungsmagnetplatte, welche ein Servomuster an erfaßbaren Markierungen für die Verwendung mit einem Transducer-Steuersystem aufweist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Sensor sowie ein optisches Nachführsystem zu schaffen, welche die vorstehend erwähnten Nachteile der bekannten Disk- bzw. Platten-Speichersysteme beseitigten.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnetdisk- bzw. Magnetplatten Speichersystem mit einer hohen Spurdichte zu schaffen, was durch Einsatz eines optischen Spurerfassungssystem ermöglicht wird, welches relativ unempfindlich gegenüber Rauschen, Stößen, Schwingungen und thermischbedingter Ausdehnung ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetdisk bzw. Magnetplatten-Speichersystem nach Anspruch 1 sowie ein optisches Nachführ-Servosystem gemäß Anspruch 18 geschaffen. Die Erfindung weist die folgenden Vorteile gegenüber den bekannten optischen Nachführsystemen auf.
Ein Lichtpunkt hoher Intensität wird auf die Disk- bzw. Plattenoberfläche abgestrahlt und wieder an einem Detektor abgebildet. Dies führt zu einem Nachführsignal mit einem höheren Pegel, wodurch eine geringere Verstärkung erforderlich ist. Das erzeugte Nachführsignal weist beispielsweise gegenüber dem INSITE-Kopf ein geringeres Rauschen auf.
Bei der Erfindung wird das Nachführsignal mit Erfassen eines großen Disk- bzw. Plattenbereiches erzeugt. Das Muster überdeckt einen Bereich von mehreren Spuren in der Breite und mehreren Mikrometern in der Länge. Der Grund für die Erfassung eines größeren Disk- bzw. Plattenbereiches besteht darin, daß Rauschen infolge kleiner Fehler in der Disk bzw. Platte oder der Kantenrauhigkeit bei vorbeschriebenen Servospuren zu verringern. Dies wird durch eine effektive Mittelwertbildung für das Nachführsignal über gleichzeitig mehrere Spuren auf der Disk bzw. Platte erreicht. Eine extrem große Tiefenschärfe (größer als 1 mm) macht das Svstem unempfindlich gegenüber einem axialen Herauslaufen von der Disk bzw. Platte, gegenüber Stößen, Schwingungen, thermischbedingter Ausdehnung und anderen thermischbedingten Veränderungen.
Bei einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung fällt das Lichtpunktinterferrenzmuster hoher Intensität auf ein ortsfestes Gitter anstatt direkt auf die Disk bzw. Platte aufzutreffen. Dieses Gitter oder Encoder bzw. Codierer weist einen "Flag"-Bereich auf, welcher die Null-Position des Magnetkopfes kennzeichnet. Wenn das optische Servosystem den Flag-Bereich erfaßt, wird eine Anzeige dafür erzeugt, daß der Kopf sich in der Null- oder Referenzposition befindet. Dies wird verwendet, um den radialen Positionszähler des Disk- bzw. Platten-Antriebes zurückzusetzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das optische System der Erfindung holographische optische Elemente. Diese holographischen optischen Elemente sowie eine Linse werden auf einem Block aus transparentem Kunstoffmaterial geformt bzw. gegossen, welcher einen Temperaturausgleich für die optischen Elemente schafft.
In Übereinstimmung mit einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält das optische Servosystem integrierte optische Elemente, welche an dem die Datenspuren lesenden Magnetkopf angebracht sind und mit diesem eine monolithische Struktur bilden.
Die vorstehend erwähnten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend aus der detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung deutlicher zutage treten.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN

Figur 1 zeigt ein Disk- bzw. Platten-Speichersystem und ein optisches Nachführsystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 zeigt einen Abschnitt einer Disk bzw. Platte mit dem Muster der Servospuren und dem Interferenzmuster;
Figur 3 zeigt einen Aufbau des Nachführsystems der vorliegenden Erfindung;
Figur 3A zeigt eine HOE-Implementation;
Figur 4 gibt die beiden ein Interferenzmuster erzeugenden Schlitze wieder;
Figur 4A zeigt die Breite und den Abstand der Schlitze;
Figur 4B zeigt die Beziehung zwischen dem Interferenzmuster und der Breite sowie den Abstand der Schlitze;
Figur 5 ist eine übermäßige Vergrößerung des Interferenzmusters;
Figur 6 zeigt das optische Interferenzmuster in Beziehung zu der Servospur;
Figur 7A gibt das Reflektionsvermögen der Servospuren als eine Funktion des Disk- bzw. Plattenradius wieder;
Figur 7B zeigt die Lichtintensität des optischen Interferenzmusters als eine Funktion des Disk- bzw. Plattenradius;
Figuren 8, 8A zeigen ein Prisma, das das optische Interferenzmuster in zwei optische Muster zerlegt;
Figuren 9, 9A zeigen die HOE-Implementation im Detail;
Figuren 10A, 10B geben die beiden reflektierten optischen Muster wieder;
Figuren 11 A, 11 B zeigen die Phasenquadratur-Servofehlersignale, die durch den Binärzellen-Fotodetektor erzeugt werden;
Figur 12 zeigt eine alternative Ausführungsform mit einem optischen Codierer;
Figur 12A zeigt den Vier-Zellenfotodetektor der Figur 12;
Figur 13 ist eine zur Figur 12 ähnliche Darstellung, die jedoch weiterhin das Servosystem zeigt, welches zum Zurücksetzen des radialen Spurzählers verwendet wird;
Figur 14 zeigt den Flag-Bereich auf dem Encoder-Gitter;
Figur 15A zeigt das Servofehlersignal, welches erzeugt wird, wenn ein Lichtpunkt 53 einen Abschnitt 56 des Encoders überquert;
Figur 15B zeigt das andere Servofehlersignal ohne Flag;
Figur 16 zeigt eine alternative Ausführungsform des Flag-Bereichs;
Figur 17A zeigt das Servofehlersignal, wenn der Lichtpunkt den Flag- Bereich des Encoders der Figur 16 überquert;
Figur 17B zeigt das andere Servofehlersignal ohne Flag;
Figur 18 gibt eine alternative Ausführungsform wieder, bei der ein separates Interferenzmuster oder ein Lichtpunkt den Flag- Bereich auf dem Encoder überqueren;
Figur 18A zeigt das Servofehlersignal, wenn der Lichtpunkt 53 das Gitter der Figur 18 überquert;
Figur 18B zeigt das Servofehlersignal, wenn ein Lichtpunkt 54 das Gitter überquert;
Figur 18C zeigt das Signal, welches erzeugt wird, wenn ein Lichtpunkt 64 das Gitter der Figur 18 überquert;
Figur 19A ist eine Seitenansicht eines Kunststoffblockes, auf dem holographische Elemente und Linsen geformt bzw. gegossen sind;
Figur 19B ist eine Ansicht von unten auf den Kunststoffblock der Figur 19A;
Figur 20A ist eine Querschnittsansicht eines integrierten, optischen Kopfes mit einem daran angebrachten Magnetkopf;
Figur 20B ist ein Teilrückansicht der Köpfe der Figur 20A;
Figur 20C ist eine Bodenisometrie der monolithischen Struktur der Figur 20A; und
Figur 21 gibt einen Strahlenweg durch eine gekrümmte Oberfläche wieder.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Figur 1 zeigt ein Magnetdisk- bzw. Platten-Speichersystern zum Lesen von Daten von der Oberfläche einer herausnehmbaren Disk oder Platte 10 bzw. zum Schreiben von Daten auf die Oberfläche der herausnehmbaren Disk oder Platte 10, welche eine Drehachse 11 und mehrere Datenspuren aufweist. Servospuren 12, 13 sowie andere Spuren bilden ein optisches Muster, welches konzentrisch mit den Datenspuren aufgezeichnet ist. Ebenso können die Servospuren ein Spiralmuster bilden.
Die Disk bzw. Platte dreht sich um ihre Achse 11 mittels eines nicht weiter dargestellten Antriebs. Ein Schreibllese-Kopf 15 ist unmittelbar benachbart zu der Diskbzw. Plattenoberfläche zum Lesen oder Schreiben angeordnet. Eine Betätigungseinrichtung 17 positioniert den Kopf 15 gegenüber der Disk- bzw. Plattenoberfläche und wird von einem Servosystem 19 gesteuert. Das Servosystem reagiert auf ein Servofehlersignal, welches durch einen optischen Detektor 21 erzeugt wird.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Interferenzmuster durch eine Optik 23 erzeugt, welche starr mit dem Lese/Schreib-Kopf 15 montiert ist. Das Interferenzmuster trifft auf die Servospuren der Disk bzw. Platte unmittelbar benachbart zu dem Schreibkopf 15 auf. Das reflektierte Licht ist die Konvolution bzw. das Faltungsintegral des Interferenzmusters und der voraufgezeichneten Servospuren. Dieses Licht wird durch den optischen Detektor 21 erfaßt, um das Servosignal zu erzeugen.
Figur 2 gibt einen Abschnitt der Magnetdisk bzw. Magnetplatte 10 wieder. Die voraufgezeichneten Servospuren sind mit den Bezugszeichen 12, 13 bezeichnet. Das optische Interferenzmuster 25 weist Streifen (fringes) auf, welche einen Abstand ungefähr gleich dem Abstand der Servospuren besitzen.
Wie aus Figur 3 hervorgeht, strahlt eine 780-nm-Laserdiode 27 geringer Leistung kohärentes Licht ab, welches durch die Sammellinse 29 gesammelt wird. Eine Blenden bzw. Lochplatte 31 besitzt zwei Schlitze, die zwei sich kreuzende Strahlen kohärentes Licht hervorrufen. Ein Prisma 33 teilt den Laserstrahl in die Richtung senkrecht zu den beiden Interferenzstrahlen auf. Das Prisma 33 überdeckt die Hälfte des durch jeden Schlitz hindurchtretenden Lichtes. Das Prisma 33 dreht leicht die Hälfte des Strahls, so daß die beiden Interferenzmuster in der Fokalebene einer Linse 35 erscheinen. Die Lichtpunkte kohärenten Lichts treffen auf der Disk bzw. Platte 10 auf. Das einfallende Licht wird mit den voraufgezeichneten optischen Mustern der Servospuren auf der Disk bzw. Platte 10 faltungsintegriert bzw. konvolviert. Das reflektierte Licht wird durch eine Abbildungslinse 37 auf einem Binärzellen-Fotodetektor 39 abgebildet. Die beiden Zellen erfassen die beiden reflektierten Lichtmuster, um Phasenquadratursignale zu erzeugen, welche als Servofehlersignale verwendet werden.
Wie aus Figur 4 hervorgeht, wird das durch die die Lichtpunkte bildende Linse 35 hindurchtretende Licht durch die Blendenplatte 31 in zwei Lichtpfade aufgeteilt. Ein Interferenzmuster aus mehreren Kreisen bzw. Zyklen wird auf der Fokalebene des Linsensystems erzeugt. Die Raumfrequenz des Interferenzmusters wird durch den relativen Winkel der beiden sich kreuzenden Strahlen bestimmt.
Die optischen Bauteile der Erfindung können ein mehrfachzonen Holographie-Optik- Element (HOE) oder eine mehrfachzonenunterteilte Optik enthalten oder durch diese weitestgehend ersetzt werden. Das erste, erläuterte Ausführungsbeispiel enthält eine Kollimatorlinse, ein Paar Schlitze, ein Prisma und (für den Rückkehrstrahlweg) eine Sammellinse. Diese vier Bestandteile, oder einige Untergruppen hiervon, können entweder durch ein HOE oder eine vollständig lichtbrechende Mehrelementematrix gleichen Formats ersetzt werden. Die Hersteller derartiger, gebräuchlicher HOEs sind zur Fertigung von computergenerierten und E-Strahl-geätzten Oberflächenreliefmustern für die Replikation in der Lage und verwenden "blazing" wie bei Diffraktions- bzw. Beugegittern, um die Lichtausbeute zu steigern.
Figur 3A zeigt ein Beispiel, bei dem HOE 36 die Linsen, die Schlitze und das Prisma der Figur 3 ersetzt.
Es ist zu bemerken, daß ein oberflächenausgebauchtes Hologramm mit "blaze" tatsächliche eine Querschnittstechnologievorrichtung ist, bei der sowohl die Brechung bzw. Refraktion als auch die Beugung bzw. Diffraktion verwendet werden, um die Lichtpfade zu führen. Es kombiniert die Funktion der Fresnel-Linse (vollständig brechend) und von "non-blazed"-Hologrammen (non-blazed holograms), welche vollständig über Beugung arbeiten. Ausführungsformen, die die diskreten, optischen Einrichtungen oder Mehrelementekombinationen unabhängig davon aufweisen, ob diese refraktiv, diffraktiv sind oder eine Kombination davon darstellen (d.h. "blazed hologram"), liegen alle im Rahmen der Erfindung.
Bei dem hier speziell erläuterten Ausführungsbeispiel wird der Schlitzabstand und die Linsenbrennweite entsprechend der Bereitstellung eines 2,2º-Strahlwinkel bei einer Wellenlänge von 780 nm gewählt. Als ein Beispiel beträgt die Teilung, d.h. der Abstand zwischen den Datenspuren und der Abstand zwischen den Servospuren annähernd 20 Mikrometer. Bei diesem Beispiel wird ein Interferenzmuster, welches mehrere Streifenkreise aufweist, mit einem Abstand zwischen den Streifen erzeugt, welcher gleich der Teilung der Daten- und Servospuren ist. Mehrere Beziehungen zwischen den Abständen der Streifen und der Teilung der Spuren könnnen verwendet werden.
Figur 4A zeigt die Schlitze 38, 40 in der Blendenplatte 31. Die Schlitze weisen eine Breite w und einen Abstand d auf.
Figur 48 gibt die Beziehung zwischen den Streifen des Interferenzmusters und der Breite sowie dem Abstand der Blendenplatte wieder. Die Länge 1 des Interferenzmusters ist umgekehrt proportional zu der Breite w der Schlitze, wogegen der Abstand zwischen den Streifen umgekehrt proportional zu dem Abstand d zwischen den Schlitzen ist.
Figur 5 zeigt den Interferenzbereich, der vergrößert sowie überzeichnet dargestellt ist, um die Vorteile der vorliegenden Erfindung wiederzugeben. Ein Interferenzmuster wird über dem Bereich erzeugt, welcher mit 41 bezeichnet ist. Da das Muster über diesen Bereich vorhanden ist, besteht keine Veranlassung, das Licht auf die Disk- bzw. Plattenoberfläche zu fokussieren. Solange wie die Disk- bzw. Plattenoberfläche sich in dem Bereich 41 befindet, wird das geeignete Interferenzmuster auf die optischen Spuren einfallen. Diese lange bzw. große Tiefenschärfe, welche ca. 1 mm bei dem hier diskutierten Ausführungsbeispiel beträgt, macht das System unempfindlich gegenüber einem axialen Herauslaufen von der Disk bzw. Platte, gegenüber Schlägen, Schwingungen, thermischbedingten Ausdehnungen sowie thermischbedingten Veränderungen und verringert die Herstellungstoleranzwerte. Der Überlappungsbereich der beiden Strahlen ist dort vorhanden, wo das Interferenzmuster existiert. Die drei Elipsen kennzeichnen das Ausmaß der Überlappung (und damit das Ausmaß des Interferenzmusters) für drei unterschiedliche Brennpunktlagen.
Figur 6 gibt das durch die Schlitze erzeugte Interferenzmuster 25 in Beziehung zu dem voraufgezeichneten optischen Muster wieder, das durch die Servospuren gebildet ist.
Demgegenüber zeigt Figur 7A das Reflektionsvermögen R der Servospuren als eine Funktion des Radius der Disk bzw. Platte. Figur 7B zeigt die Intensität I des optischen Interferenzmusters als eine Funktion des Disk- bzw. Plattenradius r. Wenn das licht des optischen Interferenzmusters von der Disk- bzw. Plattenoberfläche reflektiert wird, bildet das reflektierte Licht das Faltungsintegral der einfallenden Lichtintensität und des Reflektioinsvermögens der Servospuren. Dies wird durch das bekannte Faltungsintegral ausgedrückt:
Obwohl die Reflektion des Lichtes in dem spezifischen Ausführungsbeispiel wiedergegeben worden ist, könnte das Licht durch die Disk bzw. Platte übertragen werden. Hierbei würde in ähnlicher Weise das Ergebnis das Faltungsintegral der Intensität des einfallenden Lichtes mit dem Servomuster sein. In diesem Fall ist es die spezifische Durchlässigkeit des Mediums, mehr als das Reflektionsvermögen, welche mit dem einfallenden Licht das Faltungsintegral bildet.
Figur 8 zeigt wie das Prisma 33 das Interferenzmuster in zwei Lichtpunkte aufteilt. Das Prisma 33 überdeckt die Hälfte des durch jeden Schlitz hindurchtretenden Lichtes und wird leicht in die Richtung gedreht, die durch den Pfeil 43 gekennzeichnet ist, um einen der Lichtpunkte in Richtung quer zu den Spuren oder in Radialichtung zu bewegen, so daß seine Phase relativ zu dem ersten Lichtpunkt geändert wird. Das Prisma wird so eingestellt, daß eine 90º-Phasenverschiebung erreicht wird, wonach es in seiner Stellung festgelegt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel wird berücksichtigt, daß weniger als ca. 1º Drehung erforderlich ist, um eine 90º-Phasenverschiebung zu erreichen.
Figur 8A zeigt den Kanten- bzw. Seitenquerschnitt des Prismas 33 und die Strahlbiegewirkung. Dies zeigt, wie das Prisma den Ort eines Lichtpunktes ändert.
Die Figuren 9 und 9A zeigen die holographische Anordnung im Detail. Das HOE 36 weist einen Bereich 36A auf, welcher die Linse 29, die Schlitze 31, das Prisma 33 sowie die Linse 35 ersetzt. Der Bereich 36 ersetzt die Linse 37. Die Figur 9 zeigt darüber hinaus einen Spiegel 44, welcher Licht auf die Oberfläche des Mediums und zurück zu der Erfassungseinrichtung bzw. dem Detektor 39 lenkt.
Die Figuren 10A und 10B geben die beiden Interferenzmuster wieder, welche um 90º mit Bezug auf einen Kreis der Servospuren phasenverschoben sind.
Figur 11A zeigt das sinusförmige Signal, welches durch den Fotodetektor als eine Funktion des Abstandes in der radialen Richtung erzeugt wird. Figur 11 B gibt die audere Ausgabe des Fotodetektors wieder, welches ein sinusförmiges Signal ist, das um 90º mit Bezug auf das erste Signal phasenverschoben ist. Diese beiden Signale bilden ein Phasenquadraturpaar, welches bei einem Servosystem des Standes der Technik verwendet wird.
Die 0ptikkopfeinrichtung der Erfindung kann mit einem Gitter oder einer Liniatur von der Art verwendet werden, die bei linearen Positionsencodern verwendet wird. Dies wird durch Bilden des optischen Kanals "dual channel" (Zwei-Kanal) ermöglicht, der Paare von Lichtpunkten sowohl auf die Speicherdisk bzw. Speicherplatte als auch auf ein Liniaturmuster projeziert, welches innerhalb des Mechanismus ortsfest ist und als stationäres Referenzmuster dient. Der gleiche Optikkopf sammelt die wiederkehrenden Lichtstrahlen aus beiden Kanälen und erzeugt zwei Sätze an Positionssignalen: a) für die Position relativ zu der Speicherdisk- bzw. Speicherplatten Datenspuren, und b) für die Position relativ zu dem Hauptrahmen des Antriebs d.h. in Ausdrücken des absoluten Radius von der Drehachsenmitte. Auf diese Weise schafft das gleiche System sowohl die Möglichkeit der Spurverfolgung des durch den Laser markierten Mediums als auch den Einsatz als ein konventioneller Diskettenantrieb beim Positionieren durch den absoluten Radius von der Achse. Der Vorteil besteht darin, daß mit diesem Zwei-Kanal-Erfassungsystem plus einem Doppeltransducer-Magnetkopf (breite und schmale Spuren) der Antrieb "abfallend kompatibel" gemacht werden kann, d.h., daß er in der Lage ist, sowohl das neue Speichermedium (beispielsweise 20 Megabyte) und das alte Speichermedium (z.B. 1,4 Megabyte) zu lesen bzw. zu beschreiben.
Figur 12 zeigt ein derartiges Zwei-Kanalsystem. Ein HOE 46 projeziert vier Lichtpunkte, welche von einem Spiegel 47 auf die Oberfläche der Disk bzw. Platte 10 und auf die Oberfläche 48 fester Teilung reflektiert werden, die ähnlich einem Linearencoder (linear encoder) ist. Das reflektierte Licht, d.h. die beiden Lichtpunkte von der Disk bzw. Platte 10 und die beiden Lichtpunkte vor der Oberfläche 48 fester Teilung, werden auf den vier Elementen eines Quadranten-Fotodetektors 50 wiedergegeben, welcher oft als ein "quad cell photodetector" (Vier-Zellen- Fotodetektor) bezeichnet wird.
Figur 12A zeigt die vier Lichtpunkte, die auf den Vier-Zellen-Fotodetektor 50 einfallen. Die oberen beiden Lichtpunkte werden von der Disk bzw. Platte reflektiert, wobei einer der Lichtpunkte um 90º phasenverschoben gegenüber dem anderen ist. Die beiden unteren Lichtpunkte werden von der Oberfläche 48 fester Teilung reflektiert, wobei einer der Lichtpunkte um 90º phasenverschoben gegenüber dem anderen ist.
Der zweite Satz an Schlitzen, der zum Erzeugen des zweiten Satzes an Lichtpunkten für die Oberfläche 48 fester Teilung vorgesehen ist, wird mit einem geringeren Abstand als der erste Satz dort positioniert, wo bei dem Ein-Kanal-Ausführungsbeispiel die abgedeckte, tote Zone zwischen den Schlitzen war, und verwendet Licht, welches früher nicht genutzt wurde. Es ist zu bemerken, daß der Streifenabstand umgekehrt proportional zu dem Schlitzabstand ist, so daß die Lichtpunkte des zweiten Kanals einen größeren Streifenabstand aufweisen. Der Abstand wird so ausgewählt, daß er zu der Standardspurteilung des alten Diskettenformats paßt, so daß der zweite Kanal für das Auffinden bzw. Zentrieren dieses Formats verwendet werden kann. Es wird ein gesteuertes Beugungsgitter, das mit dem Streifenabstand übereinstimmt, erzeugt und parallel zu dem Speichermedium angeordnet, welches sich in Flucht parallel zu der Schlittenverschiebung bzw. zu dem Schlittenvorschub befindet. Der optische Kopf führt die beiden Strahlenpaare mit geringfügig unterschiedlichen Winkeln, um eine leichte vertikale Trennung an der Oberfläche des Umkehrspiegels 47 zu erhalten. Der Umkehrspiegel für diese Ausführungsform ist "deltaförmig", wobei er zwei Ansichten aufweist, um ein Strahlenpaar nach oben und das andere nach unten zu lenken, eines zu der Disk bzw. Platte und das andere zu der oberfläche fester Teilung.
"Differential Read" (differentielles Lesen) oder "Common Mode Rejection" (gemeinsames Zurückweisungsbetriebsverfahren) kann in Übereinstimmung mit der Erfindung erreicht werden. Für jedes Lichtpunktpaar, welches Phasenquadratursignale bei den bis hierher beschriebenen Ausführungsbeispielen ergibt, kann anstelle dessen vier Lichtpunkte erzeugt werden, wobei jeder 90º phasenverschoben ist. Dann werden die Signale gepaart und differenziert, um zwei Phasenquadratursignale mit der heraussubtrahierten "Wechselspannungs"-Komponente zu ergeben. Die Änderungen im Reflektionsvermögen und die Lichtpegeländerungen sind weniger ein Signalverarbeitungsproblem. Es ist, wenn überhaupt, ein sehr einfacher AGC erforderlich.
Figur 13 zeigt, wie das durch die Oberfläche 48 fester Teilung erzeugte Servosignal verwendet wird, um den radialen Spurzähler 51 zurückzusetzen (in Figur 13 ist der Vier-Zellen-Fotodetektor 50 anstelle der korrekten Kantenansicht in Figur 12 in Ausrichtung auf den Betrachter dargestellt). In Figur 13 sind alle Elemente in dem Gehäuse des Optikkopfes 55 in einer mit 55 bezeichneten, von unterbrochenen Linien umrandeten Einheit dargestellt.
Üblicherweise ist bei einem Disk- bzw. Plattenantrieb, wie beispielsweise bei der Standard 90mm-(3,5 inch)-1.44-Megabyte-Diskette, ein Spur-Null-Sensor erforderlich. Diese Einrichtung gibt präzise an, wann der Schlitten sich an einem Referenzradius befindet, so daß ein Radialpositionszähler 51 auf Null gesetzt werden kann. Dies ermöglicht einem Antrieb, jedesmal beim Einschalten präzise die Radialposition zu kalibrieren. Die Beseitigung des bekannten, elektromechanischen Spur-Null- Sensors ermöglicht eine deutliche Verringerung der Kosten sowie des benötigten Raumes.
Bei dem einfachsten Ausführungsbeispiel muß nur das Encoderteilungsgitter 48 modifiziert werden. Die anderen Bauteile des optischen Sensors weisen den vorbeschriebenen Aufbau auf.
Figur 14 zeigt die beiden optischen Interferenzmuster oder Lichtpunkte 53, 54, welche auf das Encodergitter 48 mit fester Teilung einfallen, daß aufeinanderfallendaß Licht- und Dunkel- bzw. Abschattungsstreifen enthält. Das Gitter 48 weist einen ersten Abschnitt 56 auf, welcher einen "Flag"-Bereich 58 im Weg des Lichtpunktes 53 besitzt. Eine einzelne Kante identifiziert den Referenzradius 59 (oder den Null- Radius) des Kopfes auf der Disk bzw. Platte. Der Abschnitt 57 des Encodergitters besitzt keinen Flag-Bereich. Er wird von dem Lichtpunkt 54 überquert.
Figur 15A gibt das Servofehlersignal wieder, welches erzeugt wird, wenn der Lichtpunkt 53 den Abschnitt 56 des Encodergitters überquert.
Figur 15B zeigt das Servofehlersignal, welches erzeugt wird, wenn der Lichtpunkt 54 den Bereich 57 des Encodergitters 58 überquert.
Die Wellenform der Figur 15A wird erzeugt, wenn der Encoderlichtpunkt 53 über den Flag-Bereich aus dem regulären Gitter herausläuft. Zunächst tritt ein Intervall auf, wo die sinusförmige Modulation noch vorhanden ist, jedoch in der Amplitude nach Null abfällt. Wenn anschließend der Lichtpunkt 53 die isolierte Kante in der Mitte des Flag-Bereichs 58 überquert, bildet das Signale eine gestufte Rampe. Die einzelne Kante befindet sich an dem Referenzradius 59. Das Servosystem 19 diskreminiert den Punkt, an dem der Lichtpunkt 53 den Referenzradius überquert. Ein Trigger 52 setzt den Radialspurzähler 51 wiederholt bei dieser Wellenform zurück. Anschließend wird die radiale Position von dort aus unter ausschließlicher Verwendung des sinusförmigen Signals des Lichtpunkts 54 (Fig. 15B) gezählt, bis der Flag Lichtpunkt 53 ein normales sinusförmiges Signal annimmt, wenn er aus dem Flag-Bereich herausläuft. Dies bedeutet, daß ein Phasenquadraturpaar an Signalen nicht für den Abstand (über 10 Spuren mindestens) zwischen der einzelnem Flag-Kante 59 und dem normalen Encoderteilungsbereich verfügbar ist, so daß die korrekte Abstandsmessung über das Intervall von der Kenntnis der Bewegungsrichtung abhängt und nur zutreffend bzw. nutzbar ist, wenn sich der Schlitten in Richtung des inneren Durchmessers bei Zählung der Zyklen des einzelnen sinusförmigen Signals bewegt, wobei es erhalten wird.
Ein weiteres Beispiel des Flags wird in Figur 16 gezeigt, wobei das Gitter 48 einen Flag-Bereich 60 am Ende des Encoders aufweist, welcher nur aus einem Leerbereich besteht. Da einem Fall der Figur 14 der Flag-Bereich annähernd der Hälfte der Breite des Encodergitters entspricht und so angeordnet ist, daß sich nur einer der Lichtpunkte, der Flag-Lichtpunkt 53, über ihn hinwegbewegt, wird die Kante des Flags im wesentlichen an der Position angeordnet, wo die Lichtpunkte abfallen, wenn sich der Schlitten an dem Referenz-Radius befindet. Wenn daher der Lichtpunkt 53 sich über die Kante in den Leerbereich hineinbewegt, fällt das sinusförmige Servofehlersignal um die halbe Amplitude genau dann, wenn der Schlitten sich an dem Referenzradius befindet. Dies ist bei 61 in dem sinusförmigen Servofehlersignal gekennzeichnet, daß in Figur 17A gezeigt ist. Figur 17B zeigt das normalerweise ungestörte Fehlersignal, welches durch den Lichtpunkt 54 erzeugt wird, in Phasenverschiebung mit dem Lichtpunkt 53. Das Servosystem 19 triggert von diesen beiden Wellenformen, jedoch sind beide Signale vorhanden und mit ihrer Phasenquadratur-Beziehung verwendbar, sodaß das Servosystem 19 die volle Information besitzt, unabhängig von dem Herauslaufen von der Disk bzw. Platte oder der Schlitteinrichtung.
Figur 18 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches einen getrennten Lichtpunkt 64 verwendet, der über einen getrennten Flag-Bereich 65 auf dem Encodergitter hinwegläuft. Ein zusätzlicher Fotodetektor wird bei diesem Ausführungsbeispiel nötig. Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit dem holographischen optischen Element weist das HOE einen Bereich bzw. eine Zone auf, welcher den zusätzlichen Lichtpunkt 64 erzeugt, der dicht in Radialrichtung neben oder zwischen den beiden anderen Encoderlichtpunkten 53, 54 fokussiert wird. Der Encoder besitzt ein Flag 65, das nur den Lichtpunkt 64 berührt. Das Flag kann von der Art eines Leerbereichs sein, wie es in Figur 16 gezeigt ist, oder kann von der Art sein, wie es in Figur 14 gezeigt. Das Servosignal bei diesem Ausführungsbeispiel weist eine Steilheit auf, die eine leichte Triggerung der Kante beim Auftreten der Referenzradialposition 59 ermöglicht, während die beiden anderen Encodersignale vollständige und ungeänderte Amplituden in ihrer Phasenquadratur-Beziehung aufweisen.
Figur 18A gibt das Servofehlersignal wieder, welches erzeugt wird, wenn der Lichtpunkt 53 das Gitter überquert, wogegen Figur 18B das Servofehlersignal zeigt, welches erzeugt wird, wenn der Lichtpunkt 54 das Gitter überquert. Figur 18C zeigt das Signal, das erzeugt wird, wenn der Lichtpunkt 64 den Leerbereich 65 überquert, und gibt insbesondere die scharfe Kante wieder, die erzeugt wird, wenn d«r Lichtpunkt die Referenzposition 59 passiert.
Die Figuren 19A und 19B zeigen das holographische optische Element 71, die Kollimatorlinse 72 und die Sammellinse 73, die auf einem durchsichtigen Kunststoffrohling geformt bzw. gegossen sind. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung ermöglicht einen thermischen Ausgleich.
Laserdioden ändern charakteristischerweise die Wellenlänge mit der Temperatur, wodurch Probleme hervorgerufen werden, die darin bestehen, daß die Fokalebene eines Hologramms von der Wellenlängenänderungen verschoben wird, wenn sich die Temperatur des Lasers ändert. Der Temperaturbereich, bei dem der optische Sigursensor der Erfindung arbeitet, beträgt mehrere Zehnereinheiten Zentigrad, genug, um ca. 10 Nanometer Wellenlängenverschiebung zu verursachen und genug Brennpunktverschiebung, um die Signalamplitude deutlich zu verringern. In ähn- licher Weise ist ein thermisches Verschiebungsproblem bei dem Ausführungsbeispiel vorhanden, welches geformte bzw. gegossene Kunststofflinsen anstelle eines HOEs verwendet. In diesem Fall besteht der Hauptbeitrag mehr in der Geschwindigkeit dei Änderungen des Diffraktionsindexes mit der Temperatur als die Änderung des Indexes mit der Laserwellenlänge. Diese beiden Phänomene haben gegenteilige Vorzeichen. Es ist daher möglich, eine temperaturkompensierte, optische Einrichtung analog zu dem HOE, welches eine Strahlenbiegeleistung aufweist, sowohl bei einem holographischen Element als auch bei einem geformten Kunststoffrefraktionselement zu erzeugen, das im wesentlichen eine Null-Fokalebenenverschiebung bei Änderung der Temperatur des Kopfes zeigt.
Diese Kombinationseinrichtung wird in dem rechteckförmigen Block aus durchsichtigem Kunststoff mit dem HOE-Bestandteilen bzw. -Merkmalen 71, die auf einer flachen Oberfläche gebildet sind, jedoch unter Hinzufügung kleiner sphärisicher Linsenbuckel 72, 73, die an gegenüberliegenden Oberflächen gebildet sind, geformt bzw. gegossen.
Das Temperaturproblem und die Merkmale der Erfindung, die dieses beseitigen, werden nachstehend erläutert. Bei einem holographischen Element und einer Laserdiode in einem Aluminiumgehäuse sind die Beiträge zu der Änderung der Bildbrennweite bei einer ANHEBUNG der Temperatur die folgenden:
1. Die Wellenlänge des Lasers NIMMT ZU, wobei die Brennweite des Hologramms abnimmt, wodurch der Abstand zu dem Bild ABNIMMT.
2. Das Material zwischen dem Laser und dem Hologramm dehnt sich aus, wobei der Abstand der Quelle von dem Hologramm ZUNIMMT und der Abstand zu dem Bildbrennpunkt ABNIMMT.
3. Die physische Größe des Hologramms erweitert sich, wobei seine Brennweite (leicht) ZUNIMMT und der Abstand zu dem Bildbrennpunkt ZUNIMMT.
4. Die physische Länge des Gehäuses zwischen dem Hologramm sowie der Speicheroberfläche und die gewünschte Bildbrennpunktebene erweitern sich (um einen kleinen Betrag), so daß es ein "sich bewegendes Ziel" bildet. Wenn der Kopf in geeigneter Weise temperaturkompensiert ist, wird die Änderung der Bildlage aus der oben genannten Ziffern 1 bis 3 eine ZUNAHME sein, die gleich zu dieser ist.
Das gleiche Verzeichnis für eine Version des Optikkopfes aus Kunststofflinsen weist im wesentlichen die gleiche Liste mit der Ausnahme in einem Punkt auf, das Zitfer 1 sich in zwei Teile ändert:
a) Der Brechungsindex der Linse NIMMT AB, wodurch die Brennweite der Linse ZUNIMMT und der Abstand zu dem Bildbrennpunkt ZUNIMMT.
b) Der Brechungsindex der Linse hängt leicht von der Wellenlänge in der Weise ab, daß bei der ZUNAHME der Wellenlänge bei der Temperatur der Index ABNIMMT, wobei die Brennweite verlängert wird und der Abstand zu dem Bild ZUNIMMT.
Teil list in dem HOE-Fall und Teil 1a in dem Fall der Kunststofflinse dominant, so daß die Defokussierung von einer großen Abnahme zu einer große Zunahme übergeht.
Tatsächlich ausgeführte Berechnungen eines vorhandenen Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigen, daß für das reine HOE-System eine 40 Zentigradzunahme in der Temperatur eine Änderung in der Bildbrennpunktebene um ca. -2,6 mm relativ zu der Speicherebene verursacht (das Minuszeichen gekennzeichnet die Abnahme) was ein unakzeptabel großer Betrag ist. Die Version mit Kunststofflinse zeigt eine ca. + 2,2 mm-Änderung, die ebenso groß ist, jedoch in die entgegengesetzte Richtung. Dieser Umstand führt selbst zu dem Kompensationsverfahren des Herstellens einer Kombination, wo ca. die Hälfte der Linsenleistung von einer Kunststofflinse erbracht wird und der Rest in dem holographischen Element begründet liegt, das so vorgegeben ist, daß ihre Änderungen mit der Temperatur beseitigt sind. Das folgende Beispiel illustriert die Erfindung.
Figur 21 zeigt einen Strahlenweg durch eine gekrümmte Oberfläche, die Oberfläche der Kunststofflinse, und anschließend die Ablenkung an der zweiten flachen Oberfläche an einem Punkt, der mit "Γ" gekennzeichnet. Dies ist die Biegung durch die Diffraktion der Linsen des HOEs und "Γ" steht für den Mitte-zu-Mitte-Abstand der Linien, der in Mikrometereinheiten, abgekürzt mit µm, wiedergegeben ist. Es werden die folgenden Parameter, alle bei Raumtemperatur, angenommen:
R = 8,148mm
THK = 1,500mm
N = 1,572791
dN/dT = -14*10&sup5;/ºC
α (Kunststoff) = 10*10&supmin;&sup6;/ºC
α (AL.) = 23,4*10&supmin;&sup6;/ºC
dλ/dT = 0,25nm/ºC
λ = 0,79 µm
θ&sub5; = 1,109ºC
Z&sub2; = 37,805 mm
θ = 6/253º
Γ = 13,6µm
Die folgenden Parameter können berechnet werden:
Y&sub1;, Γ, θ&sub1;; θ&sub2;, θ&sub3;, θ&sub4;.
Diese Parameter werden aus den acht Gleichungen berechnet, die das Folgende beschreiben:
1. Eingabegeometrie
2. Durchbiegung der Krümmung
4. Refraktion
4. Innere Geometrie
5. Dicke
6. Diffraktion
7. Innenwinkel, und
8. Ausgabegeometrie.
Da R, THK, λ, N, θ , θ&sub5; und Z&sub2; gewählt werden, besteht ein Weg zur Lösung des Problems darin, Y&sub1; numerisch auf einen Computer zu finden.
Das resultierende Ausführungsbeispiel ist:
R = 8,148mm
THK = 1,500mm
N = 1,572791
λ= 0,79 µm
θ = 6,253º
θ&sub5; = 1,109º
Z&sub2; = 37,805 mm
(Y&sub2; = 0,7318mm)
Y&sub1; = 0,6748 mm
θ&sub2; = 0,115 radians
θ&sub3; = 0,0829 radians
θ&sub4; = 0,03874 radians
S&sub1; = 0,02799 mm
Γ = 13,6018 µm
Z&sub1; = 6,1305 mm
Ausgehend von diesem Ausführungsbeispiel bei Raumtemperatur kann die Änderung im Brennpunkt relativ zu der Disk bzw. Platte berechnet werden. es wird angenommen, daß + 20ºC beträgt. Das Folgende zeigt sich:
- Der Refraktionsindex N ändert sich (Abnahme)
- Der Krümmungsradius R ändert sich (Zunahme)
- Z&sub1; erweitert sich (Zunahme)
- THK erweitert sich (Zunahme)
- Y2 erweitert sich (Zunahme)
- Γ erweitert sich (Zunahme)
- Laserwellenlänge nimmt zu (Zunahme)
- Z&sub2; erweitert sich (Zunahme)
ERWEITERUNG VON Z&sub2;:
ΔZ&sub2; = Z&sub2; αN ΔT
= (37,805) (23,4 10&supmin;&sup6;) (20º) = 0,018 mm
wobei Z&sub3; die axiale Position des fokussierten Lichtpunktes ist.
ΔZ&sub3; kann aus der ΔT = +20ºC berechnet werden.
Dann wir die Gleichung Nr.8 zu:
tan θ&sub5; = Y&sub2;/Z&sub3;
Mit der Temperaturänderung:
R = 8,148 nimmt zu auf 8,1594
N = 1,57279 ändert sich zu 1,56999 (genauer sollte die Änderung in dem Refraktionsindex sein: dNAT + dN dλT) dT dλ dT
THK = 1,500 nimmt auf 1,5021 zu
λ = 0,790 nimmt auf 0,795 zu
Y&sub2; = 0,7318 nimmt auf 0,7329 zu
Γ = 13,6018 nimmt auf 13,6208 zu
Z&sub1; = 6,1305 nimmt auf 6,1334 zu
Durch ein ähnliches, vorstehend erläutertes Verfahren werden Y&sub1;, die Winkel und Z&sub3; erhalten.
Y&sub1; = 0,67533
θ&sub5; = 1,1100
Z&sub3; = 37,8228 mm. Dies ist eine Zunahme vom ΔZ&sub3; = +0,018 mm.
Dies gilt ebenso für ΔZ&sub2;.
Die Folgerung besteht darin, daß ΔZ&sub3; (die Änderung der Bildbrennweite) +0,018 mm beträgt, was gleich dem von ΔZ&sub2; (der Änderung des physischen Abstandes zwischen der Optik und dem Speichermedium) ist, so daß der Kopf "thermisch kompensiert" ist.
Die Figuren 20A und 20B zeigen einen eine Einheit bildenden optischen Spursensor 75, der an einem Lese/Schreib-Magnetkopf 15 angeordnet ist.
Eine Durchbrechung 74 in dem Magnetkopf 15 ermöglicht dem Licht von dem kanten bzw. seitenmontierten Laser 76 auf die Magnetdisk bzw. Magnetplatte 10 einzufallen. Das wiederholt reflektierte Licht fällt auf den Detektor 77 in der eine Einheit bildende Optik 75 ein. Die eine Einheit bildende Optik 75 besteht aus optischen Elementen und einem optischen Weg, der weitestgehend aus integrierten Schaltungen durch lithographische Mittel mit Teilen des optischen Weges aufgebaut ist, der im wesentlichen optische Glasfasern oder Wellenführungen aufweist, die in den Schichten und Mustern integriert sind. Ein derartiger Kopf weist eine integtierte HOEs, Laser, Detektoren und Wellenführungen auf, wie es in: "FOCUSING GRATING COUPLER DESIGN METHOD USING HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENTS" von Patrick J. Cronkite und George N. Lawrence, 15. Februar 1988, Band 21, Nr.4, APPLIED OPTICS, Seiten 679-683 beschrieben ist.
Dei Magnetkopf 15 weist das übliche Magnetpolstück 78 und eine Nut 79 auf. Wie näher in den US-Patenten 4,414,592 und 4,975,794 (erteilt für Losee und andere), näher erläutert ist, schaffen die Nut 79, ein flache Bereich 80 und ein abgerundete Bereich 81 eine gute Koppelung des Kopfes mit einer Diskette. Die ovale Umrißlinie einer sehr leicht ausgeprägten Kante, die sehr stumpf ist und sich zwischen der flachen Zone sowie den runden Zonen befindet, ist mit 82 bezeichnet.
Die Materialien des Substrats für die integrierte Optik 75 und dem Magnetkopf 15 können unterschiedlich sein, jedoch werden beide mit sehr ähnlichen Verarbeitungschritten behandelt, wobei das Schneiden und Polieren auf feine Dimen- sionstoleranzen erfolgt. Die beiden Einrichtungen können in der Weise hergestellt werden, daß die Brennweite des optischen Teils genau gleich der Dicke des Magnetkopfes ist, so daß die beiden kleinen "Blöcke" aufeinander gesetzt werden können, wobei ihre Kanten zentriert sowie verklebt werden und die optischen Lichtpunkte in der Position präzise koreliert werden, da sie nur relativ zu dem Magnetkopfpolstücken sein müssen.

Claims

1. Magnetplattenspeichersystern zum Lesen von Daten von einer magnetischen Plattenoberfläche (10) oder zum Schreiben von Daten auf eine magnetische Plattenoberfläche (10), welche eine Rotationsachse (11), mehrere Datenspuren sowie optisch erfaßbare Servospuren (12, 13) aufweist, enthaltend:

Mittel zum Drehen der Plattenoberfläche um die Rotationsachse,

einen benachbart zu der Plattenoberfläche vorgesehenen Magnetkopf (15) zum Lesen von Daten von den Datenspuren und/oder zum Schreiben von Daten auf die Datenspuren,

Mittel (17) zum Positionieren des Magnetkopfes gegenüber der Plattenoberfläche,

ein optisches Nachführsystem, welches die Servospuren (12, 13) verwendet, und

ein auf ein Servofehlersignal ansprechendes Servosystem (19) zum Steuern der Positioniermittel,

gekennzeichnet durch

Mittel (23) zum Erzeugen eines optischen Interferenzmusters (25), welches einen auf den Abstand der Servospuren bezogenen Streifenabstand aufweist, wobei das Interferenzmuster eine sich über mehrere Servospuren erstreckende Länge besitzt,

wobei das Interferenzmuster auf die Servospuren auftrifft, und

Mittel zum Erzeugen des Servofehlersignals, welches das Faltungsintegral des Interferenzmusters und der Servospuren ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Servospuren (12, 13) konzentrisch zu den Datenspuren voraufgezeichnet sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifenabstand gleich der Teilung der Servospuren (12, 13) ist.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzmuster von den Servospuren reflektiert wird, wobei das System weiterhin einen optischen Detektor (21; 39; 50) aufweist, auf den das reflektierte Licht auftrifft, um das Servofehlersignal zu erzeugen.

5.System nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin enthaltend Mittel zum Erzeugen zweier optischer Interferenzmuster, die gegeneinander phasenverschoben sind.

6 System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Binärzellen-Photodetektor (39), wobei die beiden optischen Interferenzmuster mitden Servospuren (12, 13) auf der Platte (10) mit dem Faltungsintegral integriert sind, wobei eines der so integrierten optischen Muster auf eine der Binärzellen des Photodetektors auftrifft, um das Servofehlersignal zu erzeugen, und wobei das andere der so integrierten optischen Muster auf die andere Binärzelle auftrifft, um ein um 900 phasenverschobenes Servofehlersignal zu erzeugen.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Interferenzmuster in zwei unabhängige Strahlen mit einer kleinen Winkeldifferenz zwischen ihnen aufgeteilt wird, um zwei separate Interferenzmuster in der Fokalebene zu erzeugen.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeldifferenz durch ein Keilprisma (33) erzeugt wird, welches den Strahl in eine Richtung annähernd orthogonal zu der Richtung der optischen Interferenz aufteilt, wobei das reflektierte Bild der beiden Interferenzmuster auf die beiden Zellen des Detektors (39) fokussiert vvird, wodurch das um 90º phasenverschobene Signal hervorgerufen wird.

9. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkeldifferenz durch ein holographisches, optisches Element (36) erzeugt wird, welches den Strahl in eine Richtung annähernd orthogonal zu der Richtung der optischen Interferenz aufteilt, wobei das reflektierte Bild der beiden Interferenzmuster auf die beiden Zellen des Detektors (39) fokussiert wird, wodurch das um 90º phasenverschobene Signal hervorgerufen wird.

10. System nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend eine Sammellinse (29) zum Fokussieren des reflektierten Lichts auf den Detektor.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen eines Interferenzmusters eine kohärente Lichtquelle (27) enthält.

12. System nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch eine Lochplatte (31), welche zwei Schlitze (38, 40) aufweist, die zwei sich kreuzende Strahlen kohärenten Lichts erzeugen.

13. System nach Anspruch 12 und eine Bildlinse (37) oder ein holographisches optisches Element (36), wobei der Abstand zwischen den beiden Schlitzen (38, 40) und die Bildlinsenbrennweite oder die Länge des holographischen optischen Elements den Relativwinkel zwischen den beiden Strahlen bestimmen, wobei die Raumfrequenz des Interferenzmusters durch den Relativwinkel bestimmt ist.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitzabstand und die Brennweite der Bildlinse (37) so gewählt sind, daß ein Strahlwinkel von annähernd 2,2º bei einer Wellenlänge von ca. 780 nm erzeugt wird, um einen Streifenabstand von annähernd 20 µm zu erhalten.

15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen eines optischen Interferenzmusters ein holographisches optisches Element (36; 46) ist.

16. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Servospuren (12, 13) auf der Platte voraufgezeichnet sind, und daß das System weiter enthält:

ein ortsfestes Gitter (48),

Mittel zum Erzeugen eines anderen optischen Interferenzmusters, wobei das andere optische Interferenzmuster auf das ortsfeste Gitter auftrifft, und einen Mehrzellendetektor (50), welcher ein Signal in Reaktion auf das auf die Servospuren einfallende Licht und ein weiteres Signal in Reaktion auf das auf das ortsfeste Gitter einfallende Licht erzeugt.

17. System nach Anspruch 15, weiterhin gekennzeichnet durch:

Mittel zum Erzeugen zweier weiterer optischer Interferenzmuster, die jeweils gegenüber den beiden erstgenannten Interferenzmustern phasenverschoben sind, und

einen Quadrantphotodetektor (50), welcher um 90º phasenverschobene Signale für jedes Paar Interferenzmuster erzeugt, wobei die Signale differenziert werden, um zwei um 90º phasenverschobene Signale ohne Gleichstromkomponente zu erhalten.

18. Optisches Nachführ-Servosystem für ein Magnetplattenspeichersystem, bei dem Informationen durch einen Magnetkopf (15) von mehreren um eine Drehachse (11) einer Magnetplatte (10) verlaufenden Datenspuren gelesen oder auf diese geschrieben werden,

bei dem optische, gegenüber den Datenspuren voraufgezeichnete Servospuren (12, 13) zum Anzeigen der radialen Position des Magnetkopfes (15) gegenüber der Magnetplatte verwendet werden,

gekennzeichnet durch:

Mittel (23) zum Erzeugen eines optischen Interferenzmusters, das einen auf den Abstand der Servospuren bezogenen Streifenabstand aufweist, wobei das Interferenzmuster eine Länge besitzt, die sich über mehrere Servospuren erstreckt, und

wobei das optische Interferenzmuster auf die Servospuren auftrifft, Mittel zum Darstellen dieses Interferenzmusters auf den Servospuren, sowie Mittel zum Erzeugen eines Servofehlersignals, welches das Faltungsintegral des Interferenzmusters und der Servospuren ist.

19. System nach Anspruch 18, weiterhin gekennzeichnet durch: Mittel zum Erzeugen eines zweiten optischen Interferenzmusters, wobei das zweite optische Interferenzmuster phasenverschoben zu dem ersten optischen Interferenzmuster ist und beide Interferenzmuster auf der Plattenoberfläche abgebildet sind.

System nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch einen Binärzellen-Detektor (39), wobei das erste und das zweite optische Interferenzmuster mit den Servospuren (12, 13) auf der Platte mit dem Faltungsintegral integriert sind und wobei die so integrierten optischen Muster auf die Binärzellen des Photodetektors auftreffen, um das Servofehlersignal und ein um 90º phasenverschobenes Servofehlersignal zu erzeugen.

21. System nach Anspruch 18, weiterhin gekennzeichnet durch Mittel zum Aufteilen der Interferenzmuster in zwei unabhängige Strahlen mit einer kleinen Winkeldifferenz zwischen diesen, um zwei separate Interferenzmuster in der Fokalebene zu erzeugen.

22. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Aufteilen der Interferenzmuster ein Keilprisma (33) aufweist, das den Strahl in eine Richtung annähernd orthogonal zu der Richtung der optischen Interferenz aufteilt, wobei das mit dem Faltungsintegral integrierte Bild der beiden Interferenzmuster auf die beiden Zellen des Photodetektors (39) fokussiert wird, wodurch das Servofehlersignal und ein um 90º phasenverschobenes Servofehlersignal hervorgerufen wird.

23. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen eines Interferenzmusters eine kohärente Lichtquelle (27) und eine Lochplatte (31) aufweist, die zwei Schlitze (38, 40) besitzt, welche zwei sich kreuzende Lichtstrahlen erzeugen.

24. System nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Bildlinse (37), wobei der Abstand zwischen den beiden Schlitzen und die Linsenbrennweite den Relativwinkel zwischen den Strahlen bestimmen und wobei die Raumfrequenz des Interferenzmusters durch den Relativwinkel bestimmt wird.

25. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Servospuren ein Gitter (48) sind, welches ortsfest gegenüber dem Kopf ist, wobei das Interferenzmuster auf das Gitter auftrifft und wobei die Mittel zum Erzeugen eines Servofehlersignals einen detektor (50) zum Erfassen von Licht aufweisen, welches das Faltungsintegral des Interferenzmusters und des Gitters ist.

26. System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (48) einen Markierungsbereich (58) aufweist, der von dem übrigen Gitter verschieden ist, wobei der Markierungsbereich eine Referenzposition des Kopfes gegenüber der Platte kennzeichnet, und daß Mittel vorgesehen sind, die auf das Faltungsintegral des Interferenzmusters und des Gitters ansprechen, um anzuzeigen, daß sich der Kopf in der Referenzposition befindet.

27. System nach Anspruch 26, weiterhin gekennzeichnet durch einen Radialpositionszähler (51) zum Zählen von Inkrementen der radialen Bewegung des Kopfes, wobei der Zähler durch Mittel zum Anzeigen, daß der Kopf sich in der Referenzposition befindet, zurückgesetzt wird.

28. System nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (48) aufeinanderfolgende helle und dunkle Balken aufweist.

29. System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Markierungsbereich zumindest einen hellen Balken und zumindest einen dunklen Balken aufweist, die eine signifikant breitere Breite als die verbleibenden Balken besitzen.

30. System nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Markierungsbereich (60) ein Leerraum hinsichtlich der aufeinanderfolgenden hellen und dunklen Balken ist.

31. System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Leerraum schmaler als die Breite des Interferenzmusters ist, welches auf dem Gitter abgebildet wird.

32. System nach Anspruch 25, weiterhin gekennzeichnet durch Mittel zum Erzeugen eines zweiten optischen Interferenzmusters, wobei sich das zweite optische Interferenzmuster außer Phase mit dem erstgenannten optischen Interferenzmuster befindet und wobei beide Interferenzmuster auf dem Gitter abgebildet werden.

33. System nach Anspruch 32, weiterhin gekennzeichnet durch:

Mittel zum Erzeugen eines dritten optischen Interferenzmusters, welches auf dem Gitter abgebildet wird,

wobei das Gitter einen Markierungsbereich aufweist, der eine Referenzposition des Kopfes gegenüber der Platte markiert, und

wobei der Markierungsbereich sich in dem Pfad des dritten optischen Interferenzmusters befindet.

34. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Abbilden des Interferenzmusters ein holographisches optisches Element (71) und eine Linse (72, 73) enthält, welche auf einem Block aus transparentem Kunststoff geformt sind, wobei das holographische optische Element an einer flachen Oberfläche des Blocks aus durchsichtigem Kunststoff gebildet ist und wobei die Linse an der gegenüberliegenden Oberfläche geformt ist, um eine Temperaturkompensation des optischen Elements zu schaffen.

35. System nach einem der Ansprüche 18 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf ein Magnetkopf zum Lesen magnetisch aufgezeichneter Daten in den Datenspuren ist, wobei die Mittel zum Erzeugen eines Servofehlersignals einen optischen Kopf aufweisen, der auf das Faltungsintegral des Interferenzmusters und der Servospuren anspricht, und wobei der Magnetkopf und der optische Kopf in einer gemeinsamen Struktur angeordnet sind.

36. System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Kopf integrierte optische Elemente (75) aufweist, die an dem Magnetkopf angebracht sind.

37. System nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Optik eine Laserdiodenlichtquelle (76), holographische optische Elemente zum Erzeugen des optischen Interferenzmusters und einen Photodetektor zum Erzeugen des Servofehlersignals enthält.