DE69224606T2

DE69224606T2 - Optisches Plattenspeichersystem sowie Kopf dafür

Info

Publication number: DE69224606T2
Application number: DE69224606T
Authority: DE
Inventors: Blasius Brezoczky; Gary Miles Mcclelland; Hajime Seki
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2012-12-16
Also published as: CN1074058A; MY114232A; EP0549237A3; US5351229A; CN1050433C; DE69224606D1; EP0549237B1; KR960008601B1; KR930014351A; JP2614389B2; EP0549237A2; JPH05234118A; TW238385B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf optische Plattenspeichersysteme und optische Kopfvorrichtungen dafür.
In magnetischen Speichersystemen wird ein Informationsbit durch Fokussieren eines Magnetfeldes auf ein kleines Volumen auf der Platte gespeichert, um die magnetischen Domänen in jenem Volumen in eine gewünschte Orientierung auszurichten. Jn optischen Speichersystemen wird ein Informationsbit durch Fokussieren eines Laserstrahls auf einen kleinen Fleck auf der optischen Platte gespeichert, um das Medium zu erwärmen und somit eine physikalische Änderung in dem Material des Mediums an jenem Fleck zu bewirken. Im Fall von magneto-optischen Speichersystemen bewirkt die durch den Laserstrahl erzeugte Wärme, daß die magnetischen Domänen an der Stelle des Flecks bezüglich eines angelegten Magnetfeldes ausgerichtet werden. In allen Speichersystemen mit sich bewegender Platte wird die Forderung nach er höhter Speicherkapazität gegenwärtig dadurch erfüllt, daß die Flächenbitdichte auf der Speicherplatte erhöht wird.
In magnetischen Plattenspeichersystemen erfordert eine Erhöhung der Flächenbitdichte die Reduktion von drei Grundparametern, der Länge des Spalts des magnetischen Schreibmeßwandlers (Kopfes), der Dicke der magnetischen Speichermedien und des Abstands von Kopf und Platte. Bei gegebener Spaltlänge und Mediendicke ist die Bitzellenabmessung, die erreicht werden kann, um so kleiner, je kleiner der Abstand von Kopf und Platte, d.h. je kleiner die Kopfflughöhe ist. Die untere Grenze der Flughöhe ist die Kontaktaufzeichnung, bei der sich das Gleitstück in physischem Kontakt mit der rotierenden magnetischen Platte befindet, d.h. das Gleitstück kontinuierlich auf der Plattenoberfläche gleitet oder reibt und sich der Schreib-/Lese-Wandler so nahe an der Plattenoberfläche befindet, wie dies die Kante des Gleitstücks kann.
In einem optischen Speichersystem wird ein Laserstrahl auf das optische Speichermedium (optische Platte) projiziert und durch einen optischen Meßwandler oder Kopf auf einen kleinen Fleck auf der Plattenoberfläche fokussiert. In optischen Systemen gemäß dem Stand der Technik wird der optische Kopf einiges oberhalb der Oberfläche des Mediums gehalten, und die Abmessung des Strahlflecks ist durch die Wellenlänge (λ) des Laserlichts und herkömmliche Optiken definiert. Es wurde allgemein angenommen, daß die Brechungsgrenze in Luft von etwa λ/1,5 die fundamentale untere Grenze bei der Auflösung für jegliche optische Bildaufzeichnung darstellt. Somit bestanden die Hauptmittel zur Erhöhung der Flächenbitdichte in einem optischen oder magneto- optischen System traditionellerweise darin, Laserstrahlen mit kürzerer Wellenlänge zu verwenden. Die Ausgangsstrahlen von Injektionslasern, die momentan verwendet werden, besitzen Wellenlängen in der Größenordnung von 1 Mikrometer (um). Neue Laser, die Harmonische zweiter oder höherer Ordnung und Frequenzvervielfacher verwenden, werden gegenwärtig untersucht. Man trifft jedoch auf beträchtliche Schwierigkeiten, und die Wahrscheinlichkeit für die Entwicklung neuer Laser mit geeigneten Eigenschaften in der nahen Zukunft ist gering. Andererseits gab es eine stetige Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Leistungsfähigkeiten der gegenwärtig verwendeten herkömmlichen Halbleiterlaser, die sich aufgrund von deren breiter Verwendung wahrscheinlich fortsetzt.
Um eine optische Aufzeichnung mit hoher Dichte bei oder nahe der Brechungsgrenze unter Verwendung von herkömmlichen Halbleiterlasern zu erreichen, ist es notwendig, den Laserstrahl sehr eng zu fokussieren. Dies erfordert eine Objektivlinse mit hoher numerischer Apertur, was bedeutet, daß die Linse sehr präzise in der Brennweite von dem optischen Medium gehalten werden muß. Typischerweise wird der Fokus durch ein elektromechanisches Servosystem erreicht, das den optischen Kopf in dem erforderlichen Abstand von dem Medium hält, was zur Masse und Abmessung des optischen Kopfes beiträgt. Alternativ sind in Systemen, die den Abstand des Kopfes von dem Medium nicht physikalisch einstellen, relativ komplexe Fokussierungssysteme an anderer Stelle in dem System erforderlich, um die variierende Kopfhöhe zu kompensieren.
Ein typisches optisches Plattenspeichersystem gemäß dem Stand der Technik beinhaltet ein festes optisches Element und ein bewegliches optisches Element, das im allgemeinen als der optische Kopf bezeichnet wird. Der optische Kopf beinhaltet derartige Komponenten wie eine Objektivlinse, einen oder mehrere Spiegel, einen Fokuseinstellmotor und einen Aktuator zur Feinspureinstellung. Der optische Kopf ist in einem Wagen angebracht, der für eine radiale Bewegung über die Platte hinweg auf einem Paar von Schienen beweglich aufliegt. Typischerweise stellt der Wagen Halterungen für Aktuatorspulen zur Grobspureinstellung bereit und beinhaltet außerdem einen Satz von Rädern, die in die Schienen eingreifen. Die Masse und die Abmessung der Kombination aus optischem Kopf und Wagen tragen wesentlich zu den relativ langen Zugriffszeiten bei, auf die man in optischen Plattenantriebssystemen trifft.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die Nachteile von früheren optischen Plattenspeichersystemen zu überwinden und stellt demgemäß eine optische Plattendatenspeichervorrichtung bereit, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart ist.
Die Relativbewegung zwischen dem optischen Gleitstück und der optischen Platte erzeugt eine Reibungs-Anziehungskraft, die einen sehr gleichmäßigen durchschnittlichen Abstand zwischen Gleitstück und Platte aufrechterhält, der lediglich innerhalb einiger Nanometer (nm) bezüglich der Plattenoberfläche schwankt. Da sich das Gleitstück in Kontakt mit der Plattenoberfläche befindet, ist die Brennweite der Objetivlinse nur von der Dicke der transparenten Schutzschichten über der Aufzeichnungsschicht, d.h. dem optischen Medium, der optischen Platte festgelegt, womit die Brennweite für die Objektivlinse beträchtlich reduziert wird.
In der vorliegenden Erfindung ist die Objetivlinse fest auf dem Gleitstück montiert und wird mit dem gleichen Grad an Genauigkeit, mit dem das Gleitstück selbst von der Plattenoberfläche weggehalten wird, in einem im wesentlichen konstanten Abstand von den optischen Medien gehalten. Somit wird die Forderung nach einem Fokuseinstellsystem eliminiert. Dies erlaubt, daß der bewegbare Objektivlinsenhalter, der Fokuseinstellmotor, die Fokussierungsservosteuereinheit und der zugehörige Schaltungsaufbau sowie weitere Komponenten aus dem System eliminiert werden, was zu einem kleineren, weniger massiven optischen Kopf und einem weniger komplexen System mit einer geringeren Anzahl von Komponenten führt. Das Endergebnis ist ein viel kleineres, leichteres optisches Gleitstück mit wenigen optischen Komponenten, die an einem linearen oder radialen Zugriffsarm hängen. Aktuatorfunktionen sowohl zur Grob- als auch zur Feinspureinstellung können in einem einzelnen Zugriffsarmaktuator, wie einem Schwingspulenmotor, kombiniert werden, wobei alle Steuerfunktionen in einer einzelnen Aktuatorsteuereinheit implementiert sind. Somit stellt die vorliegende Erfindung ein optisches Plattenantriebssystem bereit, aus dem das Fokuseinstellsystem eliminiert wurde und das Datenzugriffszeiten erreicht, die mit Zugriffszeiten vergleichbar sind, wie sie mit heutigen Magnetplattenspeichersystemen erreichbar sind.
Eine Reduktion der Brennweite der Objektivlinse ermöglicht, daß Linsen mit einer größeren numerischen Apertur verwendet werden, womit eine viel engere Brennweite des Laserstrahls bereitgestellt und eine erhöhte Flächenbitdichte erzielt wird. Außerdem vereinfacht die Eliminierung der servomechanischen Systeme zur Fokussierung das System beträchtlich und reduziert sowohl die Masse als auch die Abmessung des optischen Kopfes. Der kleinere, weniger massive Kopf reduziert die Zugriffszeit und macht das Stapeln von optischen Platten zur Bereitstellung einer erhöhten Volumendichte durchführbar.
Eine zusätzliche Erhöhung der Flächenbitdichte kann durch Verwenden des allgemein bekannten Prinzips realisiert werden, daß die Wellenlänge von Licht in einem Medium durch seinen Brechungsindex in jenem Medium reduziert wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet der optische Kopf eine plankonvexe Objektivlinse, die auf einem Gleitstück derart angebracht ist, daß ihre flache Oberfläche im wesentlichen koplanar zu der Lager- oder Unterseite des Gleitstücks verläuft. Der sehr kleine Abstand, ein kleiner Bruchteil der Laserwellenlänge, zwischen der flachen Unterseite der Fokussierungsoptik und der Überzugsschicht der optischen Platte, d.h. der Schutzschicht der Aufzeichnungsschicht, erlaubt eine relativ effiziente Transmission der Leistung des Laserstrahls. Wenn Materialien mit einem hohen Brechungsindex für die Überzugsschicht der Platte und die Fokussierungsoptik verwendet werden, wird die Wellenlänge des Laserstrahls reduziert, womit die optische Auflösung verbessert und eine erhöhte Flächenbitdichte bereitgestellt wird.
Nunmehr werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines auf einer sich drehenden Speicherplatte getragenen Kontaktgleitstücks gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine graphische Darstellung ist, welche die Reibungskraft in Abhängigkeit von einer externen Last auf ein ausgewähltes Gleitstück, wie in Fig. 1 gezeigt, darstellt;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten Gleitstücks ist;
Fig. 4 eine konzeptionelle Perspektivansicht eines optischen Speichersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Gleitstücks zur Verwendung in einem magneto- optischen Speichersystem, wie in Fig. 4 gezeigt, ist;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des in Fig. 4 gezeigten Gleitstücks ist; und
Fig. 7 eine Querschnittsansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des in Fig. 4 gezeigten Gleitstücks ist.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Informationsspeichersystem gezeigt, das wenigstens eine starre Speicherplatte 12 beinhaltet, die fest auf einer Welle 17 gehalten ist und von einem Plattenantriebsmotor (nicht gezeigt) gedreht wird. Das Aufzeichnungsmedium 11 ist in einer allgemein bekannten Weise zum Beispiel in Form einer ringförmigen Struktur konzentrischer Datenspuren auf der Platte aufgebracht. Das Speichermedium ist von einer Schutzschicht, wie einem Überzug aus Kohlenstoff oder Zirkondioxid, bedeckt. Wenigstens ein Gleitstück 13 ist in Kontakt mit der schützenden Überzugsschicht an der Plattenoberfläche positioniert und trägt eine oder mehrere Schreib-/Leseköpfe. Das Gleitstück 13 ist mittels einer Aufhängung 15 an einem Betätigungsarm 19 angebracht. Der Betätigungsarm 19 ist an einem Zugriffsmechanismus, wie einem Schwingspulenmotor (nicht gezeigt), zur Positionierung der Schreib-/Leseköpfe über gewünschten Datenspuren angebracht. Wenn sich die Speicherplatte 12 dreht, wird das Gleitstück 13 radial über die Platte hinweg bewegt, so daß der Schreib-/Lesekopf auf verschiedene Bereiche der Plattenoberfläche 11 zugreifen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Gleitstück 13 durch den Aufhängungsarm 15 derart positioniert, daß es sich bei normaler Betriebsgeschwindigkeit, die durch eine Relativbewegung zwischen dem Gleitstück 13 und der Plattenoberfläche 11 in der durch einen Pfeil 16 angezeigten Richtung erzeugt wird, in Kontakt mit dem Aufzeichnungsmedium befindet. Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß das Gleitstück 13 in direktem physischem Kontakt mit der Plattenoberfläche 11 bleibt, selbst wenn die Relativbewegung zwischen dem Gleitstück und der Plattenoberfläche Geschwindigkeiten von 20 Meter pro Sekunde übersteigt. Der physische Kontakt wird durch eine Anziehungskraft aufrechterhalten, die als Reibungs-Anziehungskraft bezeichnet wird und eine ausreichende Stärke aufweist, um die Auftriebskraft zu überwinden, die von dem Luftfilm erzeugt wird, der sich mit der Plattenoberfläche bewegt, und dazu tendiert, das Gleitstück von der Plattenoberfläche wegzudrücken. Das US- Patent Nr. 4 819 091 offenbart detailliert ein Magnetplattenspeichersystem, in das ein Gleitstück in physischem Kontakt mit dem Speichermedium eingebaut ist.
Die Reibungs-Anziehungskraft ist in der Coulombanziehung zwischen der reibungselektrischen Ladung begründet, die als eine Folge der Relativbewegung zwischen dem Gleitstück und den Plattenoberflächen erzeugt wird, wenn diese in physischem Kontakt sind. Die reibungselektrische Kraft ist oberhalb einer bestimmten Schwellwertgeschwindigkeit in der Größenordnung von einem Meter pro Sekunde relativ unabhängig von der Plattengeschwindigkeit, nimmt jedoch unterhalb dieser Geschwindigkeit ab. Wenn die Geschwindigkeit reduziert wird, gibt es einen Punkt, an dem die Reibungs-Anziehungskraft nicht länger ausreicht, das Gleitstück in Kontakt mit der Plattenoberfläche zu halten. Es zeigt sich, daß dieser Ablösepunkt eine Funktion der Unrundheit und Oberflächenrauhigkeit der Platte ist. Außerdem wird, wenn die Belastung des Aufhängungsarms, d.h. die externe Last, auf dem Gleitstück 13 bis zu einer negativen Last verringert wird, eine "Rückstellkraft" erzeugt. Das heißt, daß&sub1; wenn die zwei Oberflächen auseinandergedrückt werden, die Reibungs-Anziehungskraft zunimmt, um der Kraft, welche die zwei Oberflächen auseinanderdrückt, entgegenzuwirken. Diese Rückstellkraft ermöglicht, daß das Gleitstück 13 ungeachtet der Oberflächenrauhigkeit und der Unrundheit der Platte 12 in gleichmäßigem Kontakt zu der Plattenoberfläche 11 gehalten wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist, wenn die externe Last positiv ist, die aktuelle Last auf das Gleitstück, d.h. die gemessene Reibung zwischen dem Gleitstück und den Plattenoberflächen, linear proportional zu der externen Last auf das Gleitstück 13, und es gibt eine zusätzliche, konstante Reibungs-Anziehungskraft. Die Nettolast an der Grenzfläche zwischen Gleitstück und Platte ist die Summe dieser zwei Kräfte. Wenn die externe Last in den negativen Bereich reduziert wird, d.h. wenn das Gleitstück nach oben von der Plattenoberfläche wegggezogen wird, nimmt die Nettolast ab, wobei sie die Differenz zwischen der Reibungs-Anziehungskräft und dem Zug auf das Gleitstück ist. Mit zunehmender Größe der negativen externen Last auf das Gleitstück 13 nimmt die Nettolast an der Grenzfläche zwischen Gleitstück und Platte langsam ab, wie dies bei der Reibungskraft der Fall ist. Die Reibungs- Anziehungskraft ist oberhalb einer minimalen Schwellwertgeschwindigkeit eine schwache Funktion der Plattengeschwindigkeit. Der Rückstellkrafteffekt und die kleine Nettolast resultieren in der Stabilität des Gleitstücks und einer äußerst geringen Abnutzung an der Grenzfläche zwischen Gleitstück und Platte, die in Kontaktaufzeichnungssystemen beobachtet wird, die das Reibungsanziehungsphänomen ausnutzen. Ein Reibungsanziehungs-Kontaktaufzeichnungssystem ist detaillierter in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Seriennr. 07/814 124 mit dem Titel "Tribo-Attractive Contact Data Storage System" beschrieben.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig&sub0; 3, ist ein optisches Gleitstück 31, das eine auf einem kristallinen Gleitstück angebrachte Objektivlinse beinhaltet, in physischem Kontakt mit der Oberfläche einer optischen Platte gezeigt. Geeignete Gleitstückmatenahen, welche die beschriebenen Reibungsanziehungs-Eigenschaften zeigen, können allgemein aus einem Bereich von kristallinen und amorphen Materialien ausgewählt werden, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweisen und elektrisch nicht leitfähig sind. Wenngleich Materialien, die auch eine hohe thermische Leitfähigkeit zeigen, bevorzugt sind, scheinteine hohe thermische Leitfähigkeit nicht in allen Materialien, die den Reibungsanziehungseffekt zeigen, erforderlich zu sein. Das optische Gleitstück kann zum Beispiel eine einfache plankonvexe Objektivlinse 33 beinhalten, die auf einem Gleitstück aus einkristallinem Saphir montiert ist&sub0; Weitere geeignete Gleitstückmaterialien einschließlich Diamant sind in US 4 819 091 beschrieben.
Die optische Platte kann die herkömmliche Struktur aus einer transparenten Substratschicht 34 und einem optischen Dünnfilm medium 36 auf der Innenseite der transparenten Schicht aufweisen. Die Außenseite oder Oberseite der transparenten Substratschicht 34 ist mit einer harten, transparenten und leitenden schützenden Überzugsschicht 32, wie einem Film aus amorphem Kohlenstoff oder einem Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;), beschichtet. Gegenwärtig sind kommerziell erhältliche Dünnfilmplatten mit schützenden Beschichtungen aus hartem amorphem Kohlenstoff mit einer Dicke von ungefähr 30 nm erhältlich. Außerdem ist die Oberfläche der Platten mit einer Rauhigkeit von ungefähr 40 nm texturiert. Somit kann jede beliebige Fokussierungsoptik innerhalb von weniger als 80 nm (einschließlich der Dicke des Überzugs 32) von der Oberfläche der optischen Platte positioniert werden, einem kleinen Bruchteil der Wellenlänge von momentan verwendeten Halbleiterlasern, und in dieser Position gehalten werden, ohne elektromechanische Servomechanismen gemäß dem Stand der Technik zu benötigen. Bei glatten Platten- und Gleitstückoberflächen und verminderter Dicke der Überzugsschicht kann ein Abstand von Kopf zu Platte von 20 nm oder weniger erzielt werden.
Bezugnehmend auf Fig. 4, ist ein Beispiel für ein Informationsspeichersystem gezeigt, das ein optisches Reibungsanziehungs- Kontaktgleitstück in einem magneto-optischen (MO) Aufzeichnungssystem implementiert. Das MO-System 40 beinhaltet hauptsächlich einen Halbleiterlaser 43 einschließlich einer Kollimierungsoptik, die einen kollimierten Laserstrahl 44 erzeugt, Strahlpolarisierungsmittel 45, einen Strahlteiler 47, einen starren Aufhängungsarm 49, der ein optisches Gleitstück 51 in physischem Kontakt mit der Oberfläche einer drehbaren optischen Platte 53 trägt, und Motormittel 55, die mit der optischen Platte 53 gekoppelt sind. Der reflektierte oder Rückkehrstrahl 48 wird an dem Strahlteiler 47 absepariert und über Strahlanalysierungsmittel 57 zu einem Detektorschaltkreis 59 geführt. Die optische Platte 53 besitzt eine herkömmliche Struktur, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, die eine transparente Substratschicht mit einer Dünnfilmschicht aus einem optischen Medium auf der Innen- oder Unterseite mit einer reflektierenden Überzugsschicht beinhaltet. Die Außen- oder Oberseite der transparenten Substratschicht ist mit einer leitenden, harten, schützenden Überzugsschicht beschichtet, die geerdet ist, um die durch die Relativbewegung zwischen dem Gleitstück und den Plattenoberflächen erzeugte reibungselektrische Ladung abzuführen. Der harte amorphe Kohlenstoffilm, der bei kommerziell erhältlichen Dünnfilmmagnetspeicherplatten üblicherweise verwendet wird, ist bei Dicken von 30 nm oder weniger für diese Zwecke ausreichend leitend und transparent.
Das optische Gleitstück 51 hängt mittels Biegefedern (wie in den Fig. 5 und 7 gezeigt) derart an däm Trägerarm 49, daß das Gleitstück der Plattenoberfläche vertikal bezüglich Oberflächenrauhigkeit und Unrundheit der Platte folgt. Der starre Trägerarm 49 ist auf Schienen 42 angebracht und ist entlang des Radius der Platte 53 derart bewegbar, daß das Gleitstück auf gewünschte Plattenspuren zugreifen kann. Die Bewegung des Trägerarms 49 ist mit einem Zugriffsmechanismus (nicht gezeigt), wie zum Beispiel einem Schwingspulenmotor, gekoppelt. Der Schwingspulenmotor ist eine Spule, die innerhalb eines festen Magnetfeldes bewegbar ist, wobei die Richtung und Geschwindigkeit der Spulenbewegung durch einen Positionierungsschaltungsaufbau (nicht gezeigt) für den optischen Kopf gesteuert werden. Das optische Gleitstück 51 (wie in Fig. 1 gezeigt) ist bezüglich der Plattenbewegung so geformt und montiert, daß ein "Schneepflug"-Effekt bereitgestellt wird; d.h. das optische Gleitstück drückt jegliche Staubpartikel auf der Plattenoberfläche effektiv beiseite, wodurch die Gefahr, daß Staub oder andere Partikel zwischen die Objektivlinse und die Plattenoberfläche gelängen, minimiert oder eliminiert wird.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 5, beinhaltet ein optisches Gleitstück 51, das zur Verwendung in einem magneto-optischen (NMO) Speichersystem geeignet ist, ein Gleitstück 51, wobei die Objektivlinse 64 und die magnetische Spule 66 konzentrisch bezüglich der Objektivlinse an oder nahe der Hinterkante des Gleitstücks 54 in dichter Nachbarschaft zu der Grenzfläche 68 zwischen dem Gleitstück 51 und der Oberfläche der Platte 30 angebracht sind. Alternativ können die Objektivlinse 64 und die magnetische Spule 66 im Inneren einer Öffnung 75 angebracht sein, die sich vertikal durch das Gleitstück 51 hindurch oder in einem vertikalen Kanal 75 erstreckt, der in der Vorderseite der Hinterkante des Gleitstücks 51 ausgebildet ist. Das Gleitstück 51 hängt mittels einer Biegefederaufhängung 63 am Trägerarm 49. Das Gleitstück 51 ist bezüglich des Trägerarms 49 derart positioniert, daß die Linse 64 bezüglich einer Öffnung 76 ausgerichtet ist, die in dem Trägerarm 49 in Längsrichtung ausgebildet ist. Ein Laserstrahl 46 wird über einen Spiegel 61 und eine Linse 64 entlang der Öffnung 76 geführt, um auf die Schicht 71 aus magneto-optischen Medien fokussiert zu werden. Der Laserstrahl 46 beinhaltet sowohl den transmittierten Strahl 44 als auch den Rückkehrstrahl 48, der von der Reflexionsschicht 73 reflektiert wird. Wie oben beschrieben, beinhaltet eine magneto-optische Platte 30 eine transparente Substratschicht 69, wobei die Schicht 71 aus magneto-optischen Medien mit einer reflektierenden Schicht 73 auf der Innen- oder Unterseite und eine schützende Überzugsschicht 67 in physischem Kontakt zu dem Gleitstück 51 liegen.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 6, hängt ein Kontaktgleitstück 51 mit einer darauf angebrachten plankonvexen Objektivlinse 65 mittels Biegeelement 63 am Trägerarm 49. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben, ist eine Objektivlinse 65 so positioniert, daß sie den Laserstrahl 46 empfängt und ihn auf die Schicht 81 aus optischen Medien fokussiert. Unter Verwendung des Prinzips, daß die Wellenlänge von Licht in einem Medium durch seinen Brechungsindex in jenem Medium reduziert wird, kann die optische Auflösungsfähigkeit für einen Laserstrahl signifikant über die Auflösung angehoben werden, die in Luft erreicht werden kann. Dies erfordert, daß Materialien mit großem Brechungsindex sowohl für die Objektivlinse 65 als auch für die schützende Überzugsschicht 79 verwendet werden. Die flache Unterseite der plankonvexen Objektivlinse 65 ist koplanar zu der Unterseite des Gleitstücks 51, um einen effizienten Transfer von Lichtenergie über die Grenzfläche 68 zwischen Gleitstück und Platte hinweg bereitzustellen und jegliche Verzerrung im Fokus zu minimieren. Die optische Platte 80 ist einer herkömmlichen magnetischen Aufzeichnungsplatte ähnlich und beinhaltet eine Substratschicht 85, typischerweise aus einer Aluminiumlegierung oder- Glas, mit einer sehr glatten Oberseite, einer reflektierenden Dünnfilmschicht 83 und einer Schicht 81 aus optischen oder magneto-optischen Medien. Die Schicht 81 aus optischen Medien ist mit einer transparenten schützenden Schicht 79 überzogen, welche die Plattenoberfläche in Kontakt mit dem Gleitstück bildet, und ist ausreichend dick, ungefähr 300 nm oder weniger, um eine chemische Isolation und einen Abnutzungsschutz für die Schicht aus optischen Medien bereitzustellen. Die reflektierende Dünnfilmschicht 83 oder die Substratschicht 85 der Platte sind geerdet, um ein Abführen der durch die Relativbewegung zwischen der Platte und dem Gleitstück 51 erzeugten reibungselektrischen Ladung bereitzustellen. Wie oben dargelegt, besteht die schützende Überzugsschicht 79 aus einem Material mit hohem Brechungsindex. Zirkoniumdioxid (ZrO&sub2;), das einen Brechungsindex von etwa zwei besitzt, ist eine geeignete Plattenbeschichtung für eine reibungselektrische Kontaktaufzeichnung und wird üblicherweise als schützende Überzugsschicht für magnetische Dünnfilmplatten verwendet. Weitere Beispiele für geeignete harte Materialien mit hohem Brechungsindex sind Rutil (2,5),- Diamant (2,4), GaAs (3,3), SrTiO&sub3; (2,3) und Fe&sub2;O&sub3; (3,2).
Unter der Annahme, daß der Brechnungsindex n der Objektivlinse 65 gleich dem Brechungsindex der schützenden Überzugsschicht 79 ist, kann gezeigt werden, daß dann die Auflösung r für das System
r = λ/2n sinθ
ist, wobei 6 der Winkel des fokussierten optischen Kegels ist, wie in Fig. 6 gezeigt.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 7, ist ein zusammengesetztes optisches Gleitstück gezeigt, das einen integrierten optischen Kopf 82 beinhaltet, der auf einem Kontaktgleitstück 92 montiert oder darin eingebettet ist. Eine optische Faser 95 koppelt den Transmissionsstrahl mit dem Gleitstück 92 für eine weitere Kopplung über Polarisierungsmittel 84 und einen Spiegel 86 mit der Objektivlinse 91 zwecks einer Fokussierung an der Medienschicht 83. Der reflektierte Strahl wird über die Objektivlinse 91, den Strahlteiler 89, die Strahlanalysierungsmittel 88 und die optische Faser 93 mit dem Detektorschaltungsaufbau (nicht gezeigt) gekoppelt. Eine Verwendung von optischen Fasern 93, 95 mit integrierten optischen Elementen, welche die Polarisierungsmittel 84, den Spiegel 86, dewstrahlteiler 89 und den Strahlanalysator 88 beinhalten, reduziert die Komplexität der optischen Vorrichtung und erlaubt, daß eine präzise optische Justierung bezüglich der Objektivlinse erzielt wird. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben, beinhaltet eine geeignete optische Platte ein Plattensubstrat 85, das darauf aufgebracht eine reflektierende Schicht 83, die Schicht 81 aus optischen Aufzeichnungsmedien und die schützende Überzugsschicht 79 aufweist.

Claims

1. Optische Plattendatenspeichervorrichtung mit:

einer optischen Speicherplatte (12) mit einer Oberflächenschicht (11) aus einem ausgewählten Material; und

einer optischen Kopfvorrichtung mit:

Fokussierungsmitteln (33) zur Fokussierung eines Lichtstrahls auf die optische Speicherplatte und Trägermitteln (37), auf denen die Fokussierungsmittel starr angebracht sind, um die Fokussierungsmittel (33) in geringer Nähe zu einer Hauptoberfläche der optischen Speicherplatte zu halten,

wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Trägermittel (37) in gleitendem physischem Kontakt mit der optischen Speicherplatte während der Drehung derselben gehalten werden, wobei die Trägermittel aus einem Material derart gefertigt sind, daß die Oberflächenschicht der Platte und das Material der Trägermittel die Eigenschaft aufweisen, daß eine Reibungs-Anziehungskraft zwischen den Trägermitteln und der optischen Speicherplatte als Resultat des gleitenden Kontakts dazwischen erzeugt wird, um dadurch eine präzise Brennweite von der optischen Platte aufrechtzuerhalten

2. Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Trägermittel ein geformtes Kontaktgleitstück beinhalten, das aus einem kristallinen Material gefertigt ist, wobei das kristalline Material nicht elektrisch leitfähig ist.

3. Vorrichtung, wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei das Kontaktgleitstück aus einem einkristallinen Material gefertigt ist.

4. Vorrichtung, wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei das einkristalline Material aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Diamant und Saphir beinhaltet.

5. Vorrichtung, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei die Trägermittel ein Kontaktgleitstück beinhalten, das aus einem Material gefertigt ist, das eine nichtlineare Charakteristik der Krafteinwirkung in Abhängigkeit von der Reibung im negativen Krafteinwirkungsbereich aufweist.

6. Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Trägermittel ein geformtes Kontaktgleitstück beinhalten, das aus einem polykristallinen Material gefertigt ist, wobei das polykristalline Material nicht elektrisch leitfähig ist.

7. Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Trägermittel ein geformtes Kontaktgleitstück beinhalten, das aus einem amorphen Material gefertigt ist, wobei das amorphe Material nicht elektrisch leitfähig ist.

8. Vorrichtung, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei die Fokussierungsmittel eine Objektivlinse beinhalten, die fest auf den Trägermitteln angebracht ist.

9. Vorrichtung, wie in Anspruch 8 beansprucht, wobei die Objektivlinse eine plan-k6nvexe Linse beinhaltet, deren flache Seite parallel zu und dicht an die Haupoberfläche der Speicherplatte angrenzend verläuft.

10. Vorrichtung, wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei die Trägermittel eine flache Seite aufweisen, wobei die flache Seite parallel zu und in Kontakt mit der Hauptoberfläche der Speicherplatte ist und die flache Seite der plankonvexen Linse im wesentlichen koplanar zu der flachen Seite der Trägermittel ist.

11. Vorrichtung, wie in irgendeinem der Ansprüche 8 bis 10 beansprucht, wobei die Objektivlinse aus einem Material mit einem hohen Brechungsindex gefertigt ist.

12. Vorrichtung, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, die des weiteren Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes beinhaltet, wobei die Mittel starr auf den Trägermitteln angebracht sind.

13. Vorrichtung, wie in Anspruch 12 beansprucht, wobei die Mittel zum Erzeugen eines Magnetfeldes eine magnetische Spule beinhalten, die konzentrisch zu den Fokussierungsmitteln auf den Trägermitteln angebracht ist.

14. Vorrichtung, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Kopfvorrichtung des weiteren optische Mittel zum Empfangen des Lichtstrahles und Führen des Lichtstrahles zu den Fokussierungsmitteln hin und von diesen weg beinhaltet, wobei die optischen Mittel starr auf den Trägermitteln angebracht sind.

15. Vorrichtung, wie in Anspruch 14 beansprucht, wobei die optischen Mittel Spiegelmittel beinhalten, um einen empfangenen Lichtstrahl umzulenken.

16. Vorrichtung, wie in Anspruch 14 beansprucht, wobei die optischen Mittel beinhalten:

Spiegelmittel zum Umlenken eines transmittierten Lichtstrahls zu den Fokussierungsmitteln; und

Strahlteilermittel zum Umlenken eines von den Fokussierungsmitteln her empfangenen Rückkehrlichtstrahls.

17. Vorrichtung, wie in Anspruch 16 beansprucht, wobei die optischen Mittel des weiteren Polarisierungsmittel zum Polarisieren des transmittierten Lichtstrahls in einer gewünschten Orientierung sowie Strahlanalysierungsmittel zum Empfangen und Analysieren des Rückkehrstrahls beinhalten.

18. Vorrichtung, wie in Anspruch 17 beansprucht, wobei die optischen Mittel eine optische Einheit beinhalten, die ausgewählte integrierte optische Elemente enthält.

19. Vorrichtung, wie in Anspruch 14 beansprucht, wobei die optische Kopfvorrichtung des weiteren Fasermittel beinhaltet, um den Lichtstrahl in die optischen Mittel einzukoppeln oder aus diesen auszukoppeln.

20. Vorrichtung, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, die des weiteren beinhaltet:

Mittel, die an die optische Speicherplatte gekoppelt sind, um eine Relativbewegung zwischen der optischen Speicherplatte und der optischen Kopfvorrichtung bis zu einer ausgewählten Betriebsgeschwindigkeit zu erzeugen.

21. Vorrichtung, wie in Anspruch 20 beansprucht, wobei die Trägermittel einen starren Zugriffsarm und Federmittel beinhalten, um die Trägermittel aufgehängt zu halten, wobei die Federmittel eine vorgegebene externe Krafteinwirkung auf die Trägermittel bereitstellen.

22. Vörrichtung, wie in Anspruch 21 beansprucht, wobei die Federmittel Mittel zum Bereitstellen einer negativen externen Krafteinwirkung beinhalten, wenn sich die Trägermittel in physischem Kontakt zu der optischen Speicherplatte befinden, die sich mit der ausgewählten Betriebsgeschwindigkeit relativ zu den Trägermitteln bewegt.

23. Vorrichtung, wie in Anspruch 21 oder Anspruch 22 beansprucht, wobei der starre Zugriffsarm einen linearen Zugriffsarm für eine lineare Bewegung entlang eines Radius der optischen Speicherplatte beinhaltet.