VERFAHREN ZXM HERSTELLEN VON ZYLINDRISCHEN OPTISCHEN DATENSPEICHERN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von optischen Datenspeichern, die einen zylindrischen Kern und eine Anzahl darauf angeordneter Speicherlagen aufweisen.
Die DE 298 16 802 Ul sowie die WO 00/17864 Al zeigen einen zylindrischen optischen Datenträger, bei dem um einen Wickelkern eine zur Datenspeicherung dienende Polymerfolie in mehreren Lagen spiralartig aufgewickelt ist. Ein zylindrischer optischer Datenspeicher mit konzentrisch angeordneten Speicherlagen ist aus der WO 01/95320 Al bekannt. Diese Datenträger sowie ähnliche, in späteren Schriften der tesa AG und der tesa scribos GmbH beschriebene optische Datenspeicher werden im folgenden als "tesa ROM" bezeichnet.
Die Speicherlagen der tesa ROM können eine Polymerfolie aufweisen, z.B. aus Polypropylen, die vorzugsweise biaxial verstreckt ist. Eine lokale Erwärmung einer derartigen Polymerfo- lie, z.B. mit Hilfe eines Schreibstrahls, führt zu einer Relaxation und einer lokalen Änderung der optischen Eigenschaften, was sich zur Datenspeicherung nutzen lässt. Vorzugsweise ist dabei der Polymerfolie ein Absorber zugeordnet, der dazu eingerichtet ist, einen Schreibstrahl zumindest teilweise zu ab- sorbieren und die dabei erzeugte Wärme zumindest teilweise lokal an die Polymerfolie abzugeben. Derartige Speicherlagen lassen sich vom Anwender in einem darauf abgestimmten Datenlaufwerk mit Daten beschreiben.
Die Polymerfolien sind durch Adhäsions- oder Klebstoffschichten voneinander getrennt. In die Adhäsionsschichten kann z.B. ein Absorber eingelagert sein. Die Anzahl der Lagen kann im Prinzip beliebig gewählt werden, liegt aber vorzugsweise zwischen 1 und 20, was auch von der Dicke der Polymerfolie abhängt.
Für die Datenspeicherung lassen sich aber auch andere Mecha- nismen nutzen, z.B. das lokale Ausbleichen von Farbstoffen in der Speicherlage (wie z.B. aus der CD- oder DVD-Technik bekannt) oder Effekte wie in der Anmeldung PCT/EP2004/008749 beschrieben. Ferner können Datenmuster und weitere Informationen, z.B. Spurinformation oder Markierungen zum Definieren einzelner Datenspuren, in Folienmaterial eingeprägt werden.
Bei einer bevorzugten Herstellungsweise von tesa ROM-Datenspeichern dienen als Ausgangsmaterial Folienbahnen, in die die Datenmuster (bestehend aus Daten oder Spuren) eingeprägt sind. Die Folienbahnen werden in der weiteren Herstellung zu Streifen geschnitten, mit einer Reflexions- und Absorptionsschicht versehen und mit Klebmasse beschichtet.
Zur Herstellung der tesa ROM müssen die Folienstreifen auf ei- nen Kern aufgebracht werden. Aufgrund geometrischer Einschränkungen des Prägeverfahrens muss dies einzeln für jede Lage erfolgen. Diese Art von tesa ROM hat demzufolge einen Kern, auf dem konzentrisch die einzelnen Lagen aufgeklebt sind.
Um die Funktionstüchtigkeit des tesa ROM-Datenspeichers zu gewährleisten, müssen die einzelnen Speicherlagen mit hoher Genauigkeit auf dem Kern und zueinander ausgerichtet sein.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von optischen Datenspeichern der erläuterten Art, also insbesonde-
re von tesa ROM-Datenspeichern mit einem zylindrischen Kern und einer Anzahl darauf konzentrisch angeordneter Speicherlagen, zu schaffen, das mit der erforderlichen Genauigkeit abläuft und kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungn der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Anspruch 18 betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Daraus werden auch die Vorteile der Erfindung ersichtlich.
Die Zeichnungen zeigen in:
Figur 1: Aufbau einer tesa ROM. Um den Kern (grau) sind die einzelnen Speicherlagen (hellgrau) aufgewickelt. Die Lagen sind mit Klebmasse (dunkelgrau) beschichtet, die eine optische und mechanische Verbindung der Lagen gewährleistet. Der Bereich, in dem die Enden der Lagen zusammenlaufen, wird als "Gap" (Lücke) bezeichnet.
Figur 2 : Eine Draufsicht auf eine Speicherlage zur Verdeutlichung des Spurversatzes .
Figur 3: Eine Veranschaulichung der Gap-Breite.
Figur 4: Das Problem der Gap-Synchronisation.
Figur 5: Die Entstehung des Spurversatzes durch Winkelfehler beim Aufwickeln.
Figur 6: Aufbau eines bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzten Lasermikroskops und Bilder von Datenstrukturen.
Figur 7: Aufsetzen des Kerns auf die Streifenkante (Streifenende) . Die Lücke (Gap) der bereits aufgewickelten Lage muss sich unten (auf "6 Uhr Position") befinden und die Lage der Streifenkante (X3) bekannt sein. Der Kern wird aus seiner Ausgangsposition (xi) über die Streifenkante gefahren und dort abgesetzt.
Figur 8: Weitere Möglichkeit zum Aufsetzen des Kerns. Position von Lücke und Streifenkante sind bekannt; der Kern wird so vor der Streifenkante aufgesetzt, dass nach Zurücklegen der Strecke Δs die Lücke genau auf der
Streifenkante aufliegt.
Figur 9: Bestimmung der Position der Streifenkante. Ein optisches Abtastsystem (z.B. das Lasermikroskop) wird an die Kante des Streifens gefahren und die Position bestimmt.
Figur 10: Ansicht einer Wickelanlage.
Figur 11: Schematische Draufsicht auf einen Teil der Wickelanlage aus Figur 10.
Figur 12: Konzept zur Automatisierung des Wickeins. Zuerst erfolgt die Ausrichtung der Folienbahnen anhand von Ju- stiermarken (oben) , dann werden die Datenmuster ausgestanzt (Mitte) und zuletzt die Kerne aufgesetzt und gewickelt (unten) .
Die Figur 1 veranschaulicht in schematischer Weise den Aufbau eines zylindrischen optischen Datenspeichers in Form einer te-
sa ROM. Um einen Kern (grau; im Ausführungsbeispiel aus PoIy- methylmethacrylat) sind die einzelnen Speicherlagen (hellgrau; im Ausführungsbeispiel aus Polymerfolie (Datenfolie), z.B. Po- lyethylenterephthalat) konzentrisch aufgewickelt. Die Lagen sind mit Klebmasse (dunkelgrau) beschichtet, die eine optische und mechanische Verbindung der Lagen gewährleistet. Wie in der Figur zu erkennen, bilden die Lagen an der Stelle, an der die Streifenenden zusammenstoßen, eine Lücke, im Folgenden auch als "Gap" bezeichnet.
Aus diesem Aufbau ergeben sich folgende Anforderungen:
Spurversatz (SV, siehe Figur 2) : Zum Auslesen der tesa ROM ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Datenspuren möglichst genau aufeinander treffen. So ist gewährleistet, dass das Auslesen der Daten nach Durchlaufen des Gap wieder in derselben Spur fortgesetzt wird. Der tatsächlich erreichte Versatz zwischen den Spuren ist der Spurversatz. Er sollte bei nicht mehr als ±10 μm liegen, was je nach Auflösung einem Versatz von 5 bis 25 Spuren entspricht.
Gap-Breite (siehe Figur 3) : Die Breite des Gap sollte möglichst klein sein, um nicht zu viel Fläche zu verlieren; andererseits dürfen die Enden einander auch nicht überlappen, da dadurch die Konzentrizität der Lagen verloren ginge.
Gap-Synchronizität (siehe Figur 4) : Bei einem mehrlagigen Datenträger sollten die Gaps der einzelnen Lagen übereinander liegen, da ansonsten durch die Gaps oberer Lagen darunter lie- gende Daten unlesbar würden. Als Größe wird der Abstand zwischen dem am weitesten links und dem am weitesten rechts liegenden Streifenende definiert.
Im Ausführungsbeispiel werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens der Spurversatz, die Gap-Breite und die Gap- Synchronizität folgendermaßen optimiert:
Spurversatz: Die prinzipielle Herstellung der Datenträger besteht darin, den Kern über einen jeweiligen mit einem Klebefilm beschichteten Folienstreifen zu rollen, der als nächste Speicherlage dienen soll. Daher resultiert der Spurversatz aus einer Winkeldifferenz zwischen der Richtung der Datenmuster bzw. Spuren auf der Folie und der Richtung des Aufwickeins (Figur 5) . Demzufolge lässt sich der Spurversatz beseitigen, indem beide Richtungen parallel ausgerichtet werden.
Da die Größe der Datenmuster bzw. Spuren im Submikrometerbe- reich liegt, muss eine entsprechend hoch auflösende Abtastung vorgenommen werden. Ein Lasermikroskop, das mit einem sehr einfachen optischen Aufbau entsprechend hoch auflösende Bilder liefert (Figur 6) erweist sich als geeignet. Anhand dieser
Bilder kann eine parallele Ausrichtung der beiden Richtungen vorgenommen werden.
Gap-Breite: Zur Minimierung der Gap-Breite ist es erforderlich, die Länge der Folienstreifen entsprechend genau zuzuschneiden. Da die erforderliche Länge von der Dicke der Fo- lien, der Dicke des Klebefilms, vom Kerndurchmesser und der Lagennummer abhängt, muss ein flexibles Schneideverfahren gewählt werden. Im Ausführungsbeispiel wird ein präzise verstellbarer mechanischer Anschlag in Verbindung mit einer Schneidemaschine verwendet.
Gap-Synchronisation: Zur Gap-Synchronisation ist es erforderlich, dass beim Aufwickeln die Kante der aufzuwickelnden Lage genau auf dem Gap der aufgewickelten Lage liegt. Dazu müssen die Positionen von Gap und Streifenkante bekannt sein. Dann
können Kern und Streifenkante entsprechend ausgerichtet werden (siehe Figur 7 und Figur 8) .
Die Lage des Gap kann mit einem am Kern angebrachten Winkelge- ber, die Position der Streifenkante mit dem Lasermikroskop bestimmt werden. Wird es an einen Antrieb gekoppelt, kann es ü- ber der Kante positioniert und die Position der Kante der Motorsteuerung des Antriebs entnommen werden. (Siehe Figur 9.)
Der Aufbau einer Wickelanlage ist in Figur 10 und Figur 11 (schematisch) dargestellt. Die Wickelanlage enthält im Ausführungsbeispiel folgende Komponenten:
Wickeltisch: Er dient als Unterlage für den Wickelvorgang. Die Oberfläche ist glatt und elastisch, wodurch die Andruckkraft auf die Breite des Kerns besser verteilt wird. Der Folienstreifen für die gerade aufzuwickelnde Speicherlage kann über mechanische Anschläge auf dem Wickeltisch grob ausgerichtet werden. Zur besseren Fixierung kann der Streifen zusätzlich über Vakuum (Unterdruck) an der Oberfläche des Wickeltischs gehalten werden. Der Wickeltisch ist an beiden Enden flexibel gelagert und kann beidseitig senkrecht zur Wickelrichtung justiert werden. Auf diese Weise kann der Folienstreifen so ausgerichtet werden, dass Datenstrukturen und Wickelrichtung pa- rallel liegen.
Kernhalterung: Sie dient zur Aufnahme und Führung des Kerns. Der Kern ist drehbar gelagert, zusätzlich kann er senkrecht vom Wickeltisch abgehoben werden. Ferner kann eine definierte Andruckkraft auf den Kern gegeben werden. Zur Messung der Drehposition des Kerns ist ein Winkelgeber an die Kernhalterung gekoppelt.
Lasermikroskop: Das Lasermikroskop ist verschiebbar gelagert, um so anhand der hoch auflösenden Bilder der Strukturen die
Ausrichtung an beiden Enden des Folienstreifens durch Verstellen des Wickeltischs vornehmen zu können. Zusätzlich kann es zur Detektion der Kante des Folienstreifens dienen.
Führungsschiene: Die Führungsschiene ist eine Linearführung für die Kernhalterung (Wickelrichtung) und das Lasermikroskop (Justierrichtung) . Somit definiert die Führungsschiene die Wickelrichtung und die Justierrichtung als übereinstimmend. Werden die Datenspuren entsprechend der Justierrichtung ausge- richtet, so ist die Parallelität zur Wickelrichtung gegeben.
Die Schritte zur Herstellung einer tesa ROM lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:
1. Zuschneiden der Folie auf die erforderlichen Maße für eine Lage;
2. Fixierung des Folienstreifens in der Wickelanlage;
3. Optische Abtastung und Ausrichtung des Folienstreifens relativ zur Wickelrichtung; 4. Einsetzen des Wickelkerns in die Kernhalterung (nur 1. Lage) bzw. Positionsbestimmung von Streifenkante und Gap (jede weitere Lage) ; 5. Aufsetzen des Wickelkerns an definierter Position relativ zum Folienstreifen; 6. Aufrollen des Folienstreifens auf den Kern;
7. Wiederholung des Vorgangs für jede weitere Lage.
Das beschriebene Verfahren zum Herstellen von optischen Datenspeichern lässt sich auf vielfältige Weise variieren. Als Bei- spiele werden genannt:
- Die Wickelanlage ist auch für spiralförmig aufgewickelte Datenträger verwendbar.
- Verwendung von OCR-Software zur Auswertung des Lasermikroskopbildes und zur automatischen Ausrichtung des Streifens .
Verwendung von Justiermarken auf den Datenfolien zur bes- seren Ausrichtbarkeit der Folien. Vorteilhaft bei automatischer Ausrichtung.
- Verwendung eines optischen Abtastsystems zur Kantendetek- tion.
- Verwendung von Stanzwerkzeugen zum Ausschneiden der Fo- lien.
- Gleichzeitiges Stanzen und Aufwickeln mehrerer Streifen bzw. Kerne unter Verwendung von Justiermarken und Stanzwerkzeugen.
Die letztere Variante ist in Figur 12 verdeutlicht. Zuerst erfolgt die Ausrichtung von Folienbahnen a anhand von Justiermarken, die von zwei Detektoren b erfasst werden (oben) , dann werden die Datenmuster mit Stanzen c ausgestanzt (Mitte) und zuletzt die Kerne d aufgesetzt und gewickelt (unten) .