DE68918495T2

DE68918495T2 - Medium mit hoher Spurdichte und optischen Servospuren; Methode und Gerät zum Einschreiben der Spuren auf das Medium.

Info

Publication number: DE68918495T2
Application number: DE68918495T
Authority: DE
Inventors: Jimmy D Godwin; Milton C Kurtz; Gregory K Roberts; Roger O Williams; Stephen P Williams
Original assignee: Insite Peripherals
Current assignee: INSITE PERIPHERALS Inc SAN JOSE CALIF US
Priority date: 1988-06-03
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2009-06-01
Also published as: EP0344759B1; EP0344759A2; US4961123A; EP0344759A3; JPH0231387A; DE68918495D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Informationsspeichermedien mit optischen Servospuren sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einprägen von Spuren auf die Medien, und insbesondere magnetische Plattenmedien, bei denen die optischen Servospuren mehrere konzentrische Rillen aufweisen, die, während sich die Platte mit hoher Geschwindigkeit dreht, in die Oberfläche der Platte z.B. mit einem Laser eingeprägt werden.
Die Spurendichte der magnetischen Speicherplatten für herkömmliche Diskettenlaufwerke beträgt ungefähr 1,89 bis 5,32 Spuren pro mm (48 bis 135 Spuren pro Zoll (TPI, tracks per Zoll)). Im Unterschied dazu sind optische Plattenlaufwerke in der Lage, Spurendichten von über 590 Spuren pro mm (15.000 TPI) zu erreichen. Diese höheren Spurendichten werden unter Einsatz optischer Servo-Regelkreise erreicht, die es dem Lese- Schreib-Kopfermöglichen, Datenspur-Exzentrizitäten zu folgen, die durch Defekte in dem Medium und durch Störungen von äußeren Kräften verursacht werden. In Laufwerken von magnetischen Laufwerken werden Spurendichten von bis zu 59 Spuren pro mm (1.500 TPI) gegenwärtig benutzt. Gewöhnlich besitzen diese Laufwerke mehrere Platten, deren beide Seiten für Daten benutzt werden. Zum Erreichen der hohen Spurendichte wird eine bestimmte Oberfläche einer der Platten für magnetische Spurenservoinformationen verwendet. Diese Oberfläche kann dann für eine Datenspeicherung nicht benutzt werden. Daher verringert sich die Gesamtkapazität des Laufwerks. Die Spurnachführungs-Regelinformation oder Tracking-Servoinformation kann außerdem zufällig gelöscht werden, was den Verlust des Zugriffs auf alle Daten zur Folge hat.
Es wurde über verschiedene Techniken zum Einsatz optischer Einrichtungen zum Erhalten von Spurnachführungs- Servoinformationen berichtet, die auf einem magnetischen Aufzeichnungsmedium enthalten ist. Beispielsweise offenbaren Ahn et al. in der am 30. Dezember 1986 für "Optical Servo for Magnetic Disks" veröffentlichten US-PS 4,633,451 den Einsatz einer Laserdiode zum Lesen von Spurnachführungs- Servoinformationen in Form von mehreren Lichtflecken (Spots), die in einer auf einer magnetischen Aufzeichnungsschicht aufgebrachten optischen Schicht enthalten sind.
Distefano et al. offenbaren in der am 11. Februar 1986 für "Optical Sensor for Servo Position Control" veröffentlichten US-PS 4,570,191 einen Servosensor mit einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor, die axial ausgerichtet und auf einem einzelnen Halbleiterchip angeordnet sind.
M. Johnson offenbart in der am 10. Dezember 1985 für "Information Storage Disk Transducer Position Control System Using a Prerecorded Servo Pattern Requiring No Alignment With the Storage Disk" veröffentlichten US-PS 4,538,383 eine Servovorrichtung mit einem Sensor zum Erfassen von Lichtfleckmustern auf einer Oberfläche eines Informationsspeichermediums. Die Lichtflecken weisen ein dichtes Feld von im wesentlichen invarianten Translationsmarkierungen auf und separate Informationsaufzeichnungsspuren werden erfaßt, indem die Raten, bei welcher die Lichtflecken vom Sensor detektiert werden, gemessen werden.
J. Cocke et al. offenbaren in der am 6. Mai 1986 für "System for Position Detection on a Rotating Disk" veröffentlichten US-PS 4,587,579 ein Servosteuersystem mit einem Detektor zum Lesen von mehreren spiralförmig verlaufenden Radial-Positions- Codier-Mustern auf einem Medium.
A.S. Hoagland schlägt in dem Aufsatz "Optical Servo of Magnetic Recording", IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 20(10), Seite 4108 (März 1978), ein System zum Erzielen einer optischen Servosteuerung vor, in dem ein flexibles Plattenmedium mehrere unter einer magnetischen Schicht angeordnete optische Servospuren enthält.
D.A. Thompson schlägt in dem Aufsatz "Embossed Servo Techniques for Floppy Disks", IERE Conference Proceedings, Nr. 43, Seite 321 (Juli 1979), den Einsatz von eingeprägten Markierungen auf flexiblen magnetischen Medien zum Erhalten nichtmagnetischer optischer oder kapazitiver Servoinformationen vor.
N. Koshino und S. Ogawa offenbaren in dem Aufsatz "Optical Method of the Head Positioning in Magnetic Disk Systems", Vorabdruck aus den IEEE Transactions on Magnetics (1980), einen optischen Kopf zum Erzielen einer Spurnachführungs- Servosteuerung, die an einem Kopfarm befestigt ist und eine LED-Lichtquelle sowie drei optische Fasern zum Übertragen von Licht zu einem Medium enthält. Das Medium weist mehrere kreisförmige optische Spuren auf, die schwarz gefärbt sind und sich unter einem magnetischen Film befinden.
Ähnliche Arbeiten sind auf dem Gebiet der Laser-Video-Platte ausgeführt worden, aus dem sich optische Platten zur digitalen Datenspeicherung und die Audio-Laser-Platte (CD) entwickelt haben. Grundsätzlich wird die optische Servoinformation bei all diesen Platten auf die gleichen Art und Weise eingeprägt und benutzt. Eine Master-Maschine wird zum Formatieren optischer Informationen auf eine Masterplatte verwendet. Die Masterplatte wird anschließend vervielfältigt, um die tatsächliche, vom Kunden benutzte Platte zu bilden. Ein Laser und zugehörige optische Elemente werden zum Erhalten der formatierten Servoinformationen sowie zum Lesen der Daten von der Platte benutzt. Die Daten können während des Masterprozesses wie bei der Video- und Audio-Platte eingeprägt werden oder sie können vom Lese-Schreib-Laser wie in Platten zur digitalen Informationsspeicherung geschrieben werden.
K.D. Broadbenti beschreibt in dem Aufsatz "A Review of the MCA Disco-Vision-System", Journal of the SMPTE (1974), die Laser- Video-Mastertechnik sowie die Servo- und Auslese-Methoden. Die Master-Maschine benutzt einen Argonlaser zum Abschmelzen von Pits, das sind Informationsvertiefungen in einer metallischen Schicht, die auf einer Glasplatte abgeschieden worden war. Die Platten werden aus der Masterplatte produziert, die sowohl Servoinformation als auch die Video-Daten enthalten. Eine Technik zum Ableiten der Servoinformationen wird beschrieben.
Die Informationen, die zum Tracking-Servo benutzt werden, sind in den Merkmalen (Vertiefungen oder Pits) der Laserplatten enthalten, die sich auf der Datenschicht der Platte befinden. Die Vertiefung bewirkt, daß das reflektierte Licht derart moduliert wird, daß ein Fehlersignal abgeleitet werden kann. Das reflektierte Licht wird infolge der Tiefe und Breite der Vertiefungen, die in der Größenordnung der Wellenlänge des Laserlichts sind, durch Beugungseffekte moduliert. Der Beugungseffekt ist am ausgeprägtesten mit kohärentem Licht, wie es ein Laser ausstrahlt.
Ein Informationsspeichermedium und eine Vorrichtung zum Einprägen optischer Servospuren in ein flaches, kreisförmiges, magnetisches Aufzeichnungsmedium gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 und 3 sind in der DE-A 26 16 362 offenbart. Die Servospuren werden als optisch auslesbar beschrieben, allerdings kann keine Offenbarung über die Form der Spuren gefunden werden. Die Vorrichtung zum Einprägen der Spuren ist flüchtig (skizzenmäßig) dargestellt und eine Einrichtung zum präzisen Positionieren ist nicht offenbart.
Es ist bereits bekannt (WO-A-65/02933), mehrere optische Führungslinien, die auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet sind, zu verwenden, wobei eine Führungslinie jeweils einer Datenspur zugeordnet ist. Die Führungslinien besitzen eine konstante Breite und sind im gleichen Abstand auf konzentrischen Kreisen angeordnet, doch befinden sie sich unter dem magnetischen Medium, so daß lediglich eine Seite des magnetischen Mediums benutzt werden kann.
Es ist bereits bekannt, Polierblätter für eine Oberfläche einer flexiblen magnetischen Platte, zusammen mit Vakuum zu benutzen (EP-A 0 083 753), doch ist dieses Verfahren nicht geeignet, durch Erhitzung erzeugte Material-Nebenprodukte zu entfernen, die auftreten, wenn Spuren mittels Laserstrahlen eingebrannt werden.
Aufzeichnungsplatten sind bekannt (EP-A 0 160 199), die mit einem Muster aus Tracking-Servorillen versehen sind, die in der Tiefe moduliert sind. Derartige Rillen tragen wahrscheinlich die Informationen.
Es ist daher eine Zielrichtung der Erfindung, magnetische Medien zu schaffen, die mehrere Spuren enthalten, die mittels einer optischen Einrichtung erfaßt und für eine Spurnachführungs-Regel (Servo) steuerung benutzt werden können.
Es ist eine weitere Zielrichtung der Erfindung, ein Verfahren zum Einprägen von optischen Servospuren hoher Spurdichte in magnetische Medien verfügbar zu machen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Medium zu schaffen, auf dem Tracking-Servoinformationen unlöschbar sind, aber die magnetischen Daten gelöscht und überschrieben werden können.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Medium zu schaffen, das Tracking-Servoinformationen besitzt, die nicht verlorengehen, wenn sich das Medium abnutzt.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Einprägen von Tracking-Servoinformationen zusammen mit Daten auf derselben Oberfläche als Daten derart einzuschreiben, daß die Datengesamtkapazität maximiert wird.
Die Lösung des obengenannten Problems kann in den Ansprüchen gefunden werden, wobei sich Anspruch 1 auf ein Speichermedium, Anspruch 3 auf eine Vorrichtung und Anspruch 9 auf ein Verfahren beziehen.
Kurz beschrieben, enthält eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung ein dünnes zylindrisches Stück aus einem flexiblen, magnetischen Substrat, z.B. ein Stück aus Polyethylen-Therephthalat (Mylar), das mit einer magnetischen Schicht auf einer oder beiden Seiten (d.h. einer Diskette) beschichtet ist, in die mehrere Rillen in Form kontinuierlicher, konzentrischer Ringe auf einer oder beiden kreisförmigen Flächen eingeprägt worden sind. Alternativ dazu könnte ein Medium ein Metallsubstrat aufweisen, das mit einer magnetischen Schicht auf einer oder beiden Seiten beschichtet ist. Mehrere nicht-eingeprägte Bereiche existieren auf jeder Oberfläche der Zylinder, wobei ein nicht-eingeprägter Bereich zwischen jeweils zwei benachbarten Rillen liegt. Informationen können auf den nicht-eingeprägten Bereichen gespeichert werden, während die Rillen als optische Servospuren benutzt werden können. Typischerweise weisen die Rillen eine Breite von ungefähr 3 um und eine Tiefe von ungefähr 1 um auf. Der Abstand zwischen den Rillen, der der Breite der nichteingeprägten Bereiche entspricht, ist etwa 17 um. Daher kann auf einer Platte, z.B. einer 50,8 mm (2 Zoll), 88,9 mm (3,5 Zoll), 133,35 mm (5,25 Zoll) oder einer 203,2 mm (8 Zoll) Diskette eine optische Spurendichte erzielt werden, die gleich oder größer als ungefähr 49,22 Spuren pro mm (11,240 Spuren pro Zoll) beträgt. Die Breite einer Datenspur auf einem der nicht eingeschriebenen Bereiche ist im allgemeinen durch die Breite des Spaltes auf dem magnetischen Kopffestgelegt. Eine oder mehrere magnetische Datenspuren können zwischen jedem Paar optischer Spuren angeordnet sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zum Herstellen optischer Servospuren enthält einen Ionenlaser, z.B. einen 5- Watt-Argon-Ionenlaser, zum Erzeugen eines Lichtstrahls, der durch einen akusto-optischen Deflektor hindurchgeht, der den Strahl auf ein Hindernis ablenkt, wenn der Deflektor eingeschaltet ist. Ein Mikrocomputer, z.B. ein IBM PC/AT kompatibler Computer, überwacht einen Codierer auf einer Plattenspindel-Motorbaugruppe. Die Platte wird von einem Spindelmotor veränderlicher Geschwindigkeit bei 6000 Umdrehungen pro Minute (upm) angetrieben. Die Platte, auf die optische Spuren eingeprägt werden sollen, ist an der Auflageplatte befestigt. Wenn der Befehl zum Einprägen einer Spur gesendet wird, wird der Deflektor ausgeschaltet, um dem Lichtstrahl zu ermöglichen, zu mehreren Lenkspiegeln und einem strahlbildenden optischen System, z.B. einem Teleskop, und anschließend zu einer Spiegel-Objektiv-Baugruppe zu gelangen, die an einer Wagenbaugruppe befestigt ist. Der Lichtstrahl wird auf einen kleinen Lichtfleck oder -punkt (Spot) auf der sich drehenden Platte fokussiert. Die Energiedichte des fokussierten Lichtfleckes ist derart, daß ein Teil der Plattenoberfläche abgeschmolzen wird, wodurch die optische Spur gebildet wird. Nachdem eine Umdrehung abgefühlt worden ist, wird der Deflektor eingeschaltet, wodurch bewirkt wird, daß der Strahl wiederum das Hindernis trifft. Die Wagenbaugruppe wird anschließend zu einer neuen Stelle verschoben, so daß ein weiterer konzentrischer Ring in das Medium eingeprägt werden kann. Ein Laserinterferometer, das mit dem Mikrocomputer verbunden ist, stellt eine Einrichtung zum Abschätzen und Korrigieren der Bewegung der Wagenbaugruppe bereit. Die Drehgeschwindigkeit der Platte wird derart geändert, daß die Lineargeschwindigkeit in einem zweiten Brennpunkt gleich der Lineargeschwindigkeit in dem ersten Brennpunkt ist. Alternativ könnte die Laserenergie verändert werden, um eine konstante Energiedichte in den Brennpunkten zu erzielen. Ein Fokusmonitor ist in dem Strahlgang des Laserlichts angeordnet. Ein Teil des Lichts, der die Platte trifft, wird über die Objektivlinse reflektiert und wieder zum Fokusmonitor zurückgeworfen. Geringe vertikale Bewegungen der Medien und eine thermische Drift der Komponenten, die bewirken würden, daß Laserlichtfleck defokussiert wird, werden vom Monitor erfaßt. Diese Bewegungen und die thermische Drift können dadurch ausgeglichen werden, daß das Objektiv in vertikaler Richtung bewegt wird. Außerdem ist die Vorrichtung an einem gegenüber Schwankungen geschützten Tisch befestigt, der das Objektiv, den Laser, die Lenkspiegel und die Spindelbaugruppe gegenüber externen Kräften, die an der Vorrichtung angreifen, sowie gegen Störungen innerhalb der Vorrichtung isoliert, die sich aufgrund von Ungenauigkeiten der Spurenposition auf dem Medium ergeben können.
Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der zylindrische Teil magnetischer Medien mehrere Rillen in Form von kontinuierlichen, konzentrischen Ringen aufweist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die optischen Spuren eine Spurendichte besitzen, die größer als 39,37 Spuren pro mm (1.000 Spuren pro Zoll) beträgt, wodurch eine Datenspurdichte von 39,37 Spuren pro mm (1.000 Spuren pro Zoll) oder größer möglich ist.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die optischen Rillen auf dem magnetischen Medium mittels einer Maschine eingeprägt werden können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die optischen Rillen auf dem magnetischen Medium unter Anwendung eines einfachen Verfahrens eingeprägt werden können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nicht löschbare optische Servospuren auf magnetischen Standardmedien eingeprägt werden können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die optischen Servoinformationen und die magnetischen Daten auf dem Medium nicht interaktiv sind.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Spurnachführungs-Servoinformation auf dem Medium nicht löschbar ist, aber die magnetischen Daten gelöscht und überschrieben werden können.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die optischen Rillen nicht verlorengehen, wenn sich das Medium abnutzt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Datengesamtkapazität des Mediums maximiert ist, da die Spurnachführungs-Servoinformationen und die magnetischen Daten auf derselben Oberfläche des Mediums gehalten werden.
Diese und andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden zweifelsohne den Durchschnittsfachleuten offensichtlich, nachdem sie die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform gelesen haben, die in den verschiedenen Zeichnungen dargestellt ist.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Servo-Einprägemaschine nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Servo-Einprägemaschine nach der Erfindung;
Fig. 3 eine Draufsicht eines zylindrischen Mediums mit optischen Servospuren in Form von mehreren kontinuierlichen Rillen, die in konzentrischen Kreisen nach der Erfindung angeordnet sind;
Fig. 4 eine Ansicht im Querschnitt des Mediums entlang der Linie 4-4 nach Fig. 3;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Streifens des Magnetbandes mit optischen Servospuren nach der Erfindung;
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines Bandwicklungssysstems zur Verwendung mit einer alternativen Ausführungsform der Medien-Einprägemaschine nach Fig. 1;
Fig. 7 eine Draufsicht eines zylindrischen Mediums mit optischen Servospuren in Form einer kontinuierlichen Spirale nach der Erfindung;
Fig. 8 eine Draufsicht eines zylindrischen Mediums mit optischen Servospuren in Form von mehreren Pits (Informationsvertiefungen), die in konzentrischen Kreisen nach der Erfindung angeordnet sind;
Fig. 9 eine Draufsicht eines zylindrischen Mediums mit optischen Servospuren in Form von mehreren nicht kontinuierlichen Rillen, die in konzentrischen Kreisen nach der Erfindung angeordnet sind;
Fig. 10 eine teilweise Draufsicht eines zylindrischen Mediums mit optischen Servospuren in Form von mehreren modulierten, kontinuierlichen Rillen, die in konzentrischen Kreisen gemäß der Erfindung angeordnet sind;
Fig. 11 ein Blockdiagramm einer astigmatischen Brennpunktsteuerung zur Verwendung mit der Erfindung;
Fig. 12 einen Laserlichtfleck im Brennpunkt und auf einen 4- Quadranten-Photodetektor projiziert;
Fig. 13 einen Laserlichtfleck außerhalb des Brennpunktes und mit Verlängerung längs einer horizontalen Achse sowie und auf einen 4-Quadranten-Photodetektor projiziert; und
Fig. 14 einen Laserlichtfleck außerhalb des Brennpunktes mit Verlängerung entlang einer vertikalen Achse und auf einen 4-Quadranten-Photodetektor projiziert.
Wir nehmen nunmehr Bezug auf Fig. 1, in der eine regelbare oder Servo-Einprägemaschine nach der Erfindung dargestellt ist, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist.
Ein Laser 14 erzeugt einen Strahl kohärenten, parallel gerichteten Lichts 18, der über einen Hauptspiegel 20 auf eine Öffnung 19 gerichtet wird. Wenn der Strahlengang 18 leicht geändert wird, wird ein geänderter Strahl 21 erzeugt, der auf eine Strahlblende 22 trifft. Der Strahl 18 wird zu einer Linse 23 über mehrere Sekundärspiegel 26 gelenkt. Die Linse 23 erzeugt einen fokussierten Strahl 30, der über einen Punkt "p" auf eine Oberfläche eines Mediums 34 als ein fokussierter Lichtfleck 35 fokussiert wird. Der fokussierte Lichtfleck 35 hat einen Durchmesser d&sub0; und eine Leistung P&sub0;. Ein optisches Strahlformungssystem 36 kann zwischen dem Hauptspiegel 20 und der Linse 23 angeordnet sein, um den Strahl 18 auf die geeignete Größe für die Linse 23 auszudehnen oder zusammenzuziehen. Das optische Strahlformungssystem 36 kann eine Teleskopkonfiguration aufweisen, so daß der Strahl 18 parallel ausgerichtet bleibt. Ein Stellorgan 37, zum Beispiel eine piezoelektrische Stufe, kann mechanisch mit der Linse 23 verbunden sein.
Das Medium 34 wird von einer Platte 38 gestützt, die mechanisch mit einem Motor 42 über eine Spindel 43 verbunden ist. Ein Codierer 44 ist mechanisch mit dem Motor 42 verbunden. Ein Verstärker 45 ist elektrisch über eine Leitung 47 mit einer Energieversorgung 46 und über eine Leitung 48 mit dem Motor 42 verbunden. Die Energieversorgung 46 stellt alle verschiedenen Leistungsanforderungen für die Servo- Einprägemaschine 10 bereit und kann Gleichspannungseinheiten, wie z.B. eine 5-V-Gleichspannungseinheit, aufweisen, die über eine Wechselstrom-Leistungsleitung gespeist wird. Die Energieversorgung 46 ist elektrisch mit einer Laser- Energieversorgung 49, einem akusto-optischen (Aa) Verstärker 52, mit einem Mikrocomputer 54 und einer Eingabe-Ausgabe (E/A)-Schnittstelle 56 über mehrere Leitungen 58, 60, 62 bzw. 64 verbunden. Eine Tastatur 65, ein Terminal 66, der Verstärker 45 und die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 56 sind elektrisch mit dem Mikrocomputer 54 verbunden. Ein akustooptischer (AO)-Deflektor 67 ist elektrisch mit dem AO- Verstärker 52 über eine Leitung 68 verbunden. Eine Laser- Synchronisationsschaltung 69 ist elektrisch mit der Eingabe- Ausgabe-Schnittstelle 56, dem AO-Verstärker 52 und der Energieversorgung 46 über mehrere Leitungen 70, 71 bzw. 72 verbunden. Ein Laserinterferometer 74 lenkt einen kohärenten Lichtstrahl 75 durch ein entferntes Ferninterferometer 76. Eine Leitung 77 verbindet das Laserinterferometer 74 elektrisch mit dem Computer 54. Das Laserinterferometer 74 ist eine Standardkomponente, die einen stabilisierten Laser 78 sowie eine Energieversorgungssteuereinheit 79 umfaßt. Die Energieversorgungssteuereinheit 79 enthält eine RS232- Kommunikationsschnittstelle 80 und einen A/B-Quadraturausgang 81 für die Codiereingänge eines Schrittmotors. Der kohärente Lichtstrahl wird vom Laser 78 über das Ferninterferometer 76 zu einem Retroreflektor 82 gelenkt.
Die Linse 23 ist ein Element einer Schlitten- oder Wagenbaugruppe 84, die außerdem den Retroreflektor 82, einen der Spiegel 26 und ein Gleitelement 86 umfaßt. Das Gleitelement 86 kann beispielsweise eine Schrägwalzen tragende Schlittenbaugruppe oder ein luftgelagerter Schlitten sein. Ein Schrittmotor 88 ist mechanisch mit einer Präzisions- Verstellschraubenspindel 89 verbunden, die mechanisch mit dem Gleitelement 86 verbunden ist. Ein Verstärker 90 ist elektrisch mit der Energieversorgung 46 und dem Computer 54 über ein Leitungspaar 92 und 93 und über eine Leitung 94 mit dem Schrittmotor 88 verbunden. Ein Fokusmonitor 96 ist zwischen einem der Spiegel 26 und der Wagenbaugruppe 84 angeordnet sowie elektrisch mit dem Mikrocomputer 54 über eine Leitung 98 und einem Leistungsverstärker 99 über eine Leitung 100 verbunden.
Ein Schmutz-Beseitigungssystem 106, das eine Gebläseeinheit 108 und eine Vakuumeinheit 110 enthält und in der Nähe der Platte 38 angeordnet ist, ist elektrisch mit einem Steuerrelais 112, das in der Energieversorgung 46 enthalten ist, über eine Leitung 114 verbunden. Eine elektrische Leitung 116 verbindet das Relais 112 mit der I/O-Schnittstelle 56. Das Schmutz-Beseitigungssystem 106 kann außerdem ein elektrisches Feld hohen Potentials enthalten.
Fig. 2 zeigt die Servo-Einprägemaschine 10, die an einem gegen Schwankungen isolierten Standardtisch befestigt und mit dem allgemeinen Bezugszeichen 120 bezeichnet ist. Der Tisch 120 enthält mehrere Schwindungsdämpfungs- Verbindungsstellen 121, eine erste Plattform 122, eine zweite Plattform 124 und eine dritte Plattform 125, die über mehrere vertikale Elemente 126 abgestützt sind. Die vertikalen Elemente 126 sind durch mehrere Füße 127 abgestützt, die in Verbindung mit einer Grundplatte 12B stehen. Im allgemeinen sind vibrationserzeugende Bauteile oder Hilfskomponenten, wie z.B. die Laserenergieversorgung 49 und der Mikrocomputer 54 auf der zweiten Plattform 124 oder auf der dritten Plattform 125 angeordnet, während die Hauptkomponenten, wie z.B. der Laser 14, die Wagenbaugruppe 84 und die Platte 38 auf der ersten Plattform 122 angeordnet sind.
Fig. 3 zeigt die bevorzugte Ausführungsform des Mediums 34. Bei der bevorzugten Ausführungsform weist das Medium 34 ein dünnes, flexibles und zylindrisch geformtes Stück eines Substrats 129 auf (z.B. ein Polyethylen-Therephthalat (Mylar) -Plattensubstrat), das auf einer oder beiden Seiten mit einer magnetischen Schicht beschichtet ist, wobei eine solche Ausführungsform im allgemeinen als Diskette bezeichnet wird. Mehrere Rillen 130, die als eine Vielzahl von im gleichen Abstand angeordneten, konzentrischen Kreise erscheinen, sind in der Oberfläche des Substrats 129 eingeprägt. Mehrere nichteingeprägte Bereiche 132 existieren auf der Oberfläche des Substrats 129, wobei eines der nicht-eingeprägten Bereiche 132 jeweils zwischen zwei benachbarten Rillen 130 existiert. Die Rillen 130 können auf einer Seite des Substrats 129 oder auf beiden Seiten eingeprägt sein. Ein Loch 134 ist ungefähr im Zentrum des Substrats 129 vorhanden und erstreckt sich rechtwinklig durch das Substrat 129. Ein äußerer Ring 136 und ein innerer Ring 138 existieren ebenfalls auf der Oberfläche des Substrats 129. Der äußere Ring 136 enthält einen Ring, der die Rille 130 mit dem größten radialen Abstand vom geometrischen Mittelpunkt des Substrats 129 umschreibt. Der innere Ring 138 umgibt das Loch 134 und ist von der Rille 130 mit dem kleinsten radialen Abstand vom geometrischen Mittelpunkt des Substrats 129 umschrieben. Das Medium 34 mit der gerade beschriebenen Rille/nicht-eingeprägten Ringkonfiguration weist n Rillen auf einer Seite und n-1 nicht-eingeprägte Bereiche 132 auf.
Bei alternativen Ausführungsformen könnte das Medium 34 irgendein zylindrisch geformtes magnetisches Medium sein, das Rillen, die auf einer oder beiden Seiten eingeprägt sind, aufweisen kann. Beispielsweise könnte das Medium 34 ein zylindrisches Stück eines steifen magnetischen Mediums sein, Z.B. ein Metallsubstrat, das auf einer oder beiden Seiten mit einer magnetischen Schicht beschichtet ist, wobei diese Ausführungsform allgemein mit Festplatte bezeichnet wird.
Fig. 4 zeigt eine Ansicht im Querschnitt des Mediums 34 mit den Rillen 130, die lediglich auf einer Seite des Mediums 129 erscheinen. Die Rillen l30 besitzen eine Breite w und eine Tiefe d. Die nicht-eingeprägten Bereiche 132 haben eine Breite s, die den Abstand zwischen den Rillen 130 darstellt. Das Substrat 129 besitzt eine Dicke T. Ein magnetischer Film 139 ist auf der Oberfläche des Substrats 129 aufgebracht und hat eine Dicke t. Die Rillen 130 können nicht gelöscht werden. Mit anderen Worten, sind die Rillen 130 erst einmal auf der Oberfläche des Substrats 129 eingeprägt, können sie nicht mehr entfernt oder geändert werden. Es sei angemerkt, daß die Tiefe d nicht so präzise festgelegt sein muß, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. In einigen Situationen wäre es ausreichend, wenn die Oberfläche des Substrats 129 lediglich "versengt" oder "mit Schrammen versehen" wäre, um einen Bereich zwischen den versengten und nicht versengten Bereichen zu erzeugen.
Die Rillen 130 weisen mehrere kontinuierliche und konzentrische Ringe auf, wobei jeder Ring einen Radius r hat, der von einer Achse 41, die mit dem geometrischen Mittelpunkt des zylindrischen Stücks des magnetischen Mediums 129 zusammenfällt, zum Mittelpunkt der Rille 130 gemessen wird.
Der Radius, der der äußersten Rille 130 entspricht, ist mit rn bezeichnet und der Radius, der der innersten Rille 130 entspricht, ist mit r&sub0; bezeichnet. Auf ähnliche Weise weisen die nicht-eingeprägten Bereiche 132 mehrere kontinuierliche, konzentrische Ringe auf, wobei jeder Ring einen Radius x hat, der von der Achse 140 zum Mittelpunkt des nicht-eingeprägten Bereichs 132 gemessen wird. Der größte Radiuswert für nichteingeprägte Regionen wird mit xn bezeichnet und der kleinste Wert von x wird mit x&sub0; bezeichnet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand s etwa 17 um (0,00067 Zoll), die Breite m etwa 3 um (0,00012 Zoll) und die Tiefe d etwa 1 um (0,0004 Zoll). Die Dicke T des Mediums 129 kann sich von etwa 0,5 bis etwa 0,78 (0,002 bis 0,003 Zoll) erstrecken. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Dicke t des magnetischen Films 139, beispielsweise auf einer Platte mit einem Durchmesser d von 88,9 mm (3,5 Zoll), etwa 1 bis 2 um dick. Für Platten mit einem Durchmesser D von 133,35 mm oder 203,2 mm (5,25 oder 8 Zoll) kann sich die Dicke t des magnetischen Films 139 von etwa 1 bis 3 um erstrecken. Es sei angemerkt, daß die Werte, die für den Durchmesser D genannt sind, lediglich für erläuternde Zwecke angegeben sind, und daß der tatsächliche Wert für die Erfindung unwichtig ist. Zahlen, wie z.B. 88,9 oder 133,35 mm (3,5 oder 5,25 Zoll), die in Verbindung mit den magnetischen Medien verwendet werden, beziehen sich tatsächlich auf eine typische Größe der Medien. Typischerweise hat der Mediumbehälter eine Abmessung von 88,9 oder 133,35 mm (3,5 oder 5,25 Zoll) und das Medium selbst besitzt eine etwas kleinere Abmessung, so daß es in den Behälter eingebaut werden kann.
Fig. 5 zeigt einen dünnen, rechteckigen Streifen eines Magnetbandes, das allgemein mit dem Bezugszeichen 144 bezeichnet ist. Das Band 144 kann als das Medium 34 nach Fig. 1 benutzt werden. Mehrere längliche Rillen 146 und mehrere nicht-eingeprägte Bereiche 148, die zu den Rillen 130 und der nicht-eingeprägten Bereiche 132 analog sind, existieren auf der Oberfläche des Bandes 144.
Fig. 6 zeigt einen Abschnitt einer alternativen Ausführungsform der Servo-Einprägemaschine 10, bei der die Platte 38 und der Motor 42 durch ein Spulengerät 150 zum Einprägen in das Magnetband 144, das in Fig. 5 gezeigt ist, ersetzt worden sind. Das Band 144 läuft über eine Zubringerspule 152 und eine Aufnahmespule 154. Zwei Motoren 156 und 158 treiben die Spulen 152 bzw. 154 an und sind elektrisch mit der Eingabe-Ausgabe-Schnitt stelle 56 über eine Leitung 160 verbunden. Eine ebene Oberfläche 162 stützt das Band in dem Bereich ab, in dem der Strahl 30 das Band 144 trifft.
Fig. 7 zeigt eine alternative Form des Mediums 34, in der die Rille 130 ein einziges kontinuierliches Spiralmuster 164 aufweist. Mehrere nicht reflektierende Bereiche 132 mit einer ungefähren Breite s, wie im Fig. 4 gezeigt, existieren zwischen benachbarten Rillenbereichen des Spiralmusters 164.
Fig. 8 zeigt eine alternative Form des Mediums 34, bei dem die Rillen 130 mehrere Pits (Informationsvertiefungen) 166 aufweisen, die in etwa eine kreisförmige Form aufweisen. Die Pits 166 sind in konzentrischen Ringen mit gleichmäßigem Abstand zueinander, und zwar mit dem Abstand s wie in Fig. 4, angeordnet.
Fig. 9 zeigt eine weitere alternative Form des Mediums 34, bei dem die Rillen 130 mehrere nicht kontinuierliche Rillen 168 aufweisen, die in konzentrischen Ringen mit dem Abstand s wie nach Fig. 4 angeordnet sind.
Fig. 10 zeigt einen Abschnitt einer weiteren alternativen Form des Mediums 34, bei dem die Rillen 130 mehrere modulierte Rillen 169 aufweisen. Die modulierten Rillen 169 sind den in Fig. 4 gezeigten Rillen 130 ähnlich, aber die Breite "w" und/oder die Tiefe "d" ändert sich in mehreren Modulationspunkten 170. Informationen können in den Rillen 169 unter Ausnutzung des Ortes der Modulationspunkte 170 codiert werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform treten die Modulationspunkte 170 beispielsweise in regelmäßigen Intervallen auf und könnten zum Erzeugen eines Taktes benutzt werden. Auf ähnliche Weise könnten andere Informationsarten, wie z.B. Spurenservoinformationen oder Spurensuchinformationen, in die modulierten Rillen 169 codiert werden.
Fig. 11 zeigt die Komponenten einer häufig verfügbaren astigmatischen Brennpunktsteuerung, die als Fokusmonitor 96 arbeiten kann. Der Strahl 18 durchläuft eine Lambda-Halbe- Phasenverzögerungsplatte 174, einen Polarisations-Strahlteiler 176 und eine Lambda-Viertel-Phasenverzögerungsplatte 178 und fällt auf die Linse 23, die den fokussierten Strahl 30 sowie den fokussierten Lichtfleck 35 bildet. Ein Teil des fokussierten Strahls 30 wird vom Medium 34 als reflektierter Strahl 180 zurückgeworfen, der durch die Linse 23 und die Lambda-Viertel-Platte 178 parallel zurückgerichtet wird. Der Polarisations-Strahlteiler lenkt den reflektierten Strahl 180 so ab, daß er durch ein Dämpfungsglied 182, eine Sammellinse 184 und eine Zylinderlinse 186 läuft. Der reflektierte Strahl 180 fällt dann auf einen 4-Quadranten-Photodetektor 188, der über mehrere Ausgangsleitungen 191 elektrisch mit einem Servoverstärker 190 verbunden ist. Der Verstärker 190 ist über die Leitung 98 mit dem Mikrocomputer 54 elektrisch verbunden. Der Leistungsverstärker 99 ist elektrisch zwischen dem Stellorgan 37 und dem Mikrocomputer 54 angeschlossen.
Fig. 12 zeigt einen Querschnitt des reflektierten Strahls 180, der auf den 4-Quadranten-Photodetektor 188 projiziert ist ("Im-Brennpunkt-Bild 196").
Fig. 13 zeigt einen Querschnitt des reflektierten Strahls 180, der längs einer horizontalen Achse verlängert ist ("Aus-dem- Brennpunkt-Bild 197").
Fig. 14 zeigt einen Querschnitt des reflektierten Strahls 180, der längs einer vertikalen Achse verlängert ist ("Aus-dem- Brennpunkt-Bild 198").
Wir nehmen nunmehr auf Fig. 1 Bezug, nach der das Arbeitsverfahren der Medien-Einprägemaschine 10 erläutert werden kann. Das Medium 34 liegt auf der Platte 38, die über den Motor 42 gedreht wird. Die Platte 38, die aus rostfreiem Stahl bestehen kann, sollte vorzugsweise im wesentlichen glatt und von einer Oberflächenbeschaffenheit von etwa 50,8 10&supmin;&sup6; bis 101,6 10&supmin;&sup6; mm (2 bis 4 Mikrozoll) sowie im wesentlichen frei von einer vertikalen Bewegung sein. Dadurch wird sichergestellt, daß das Medium 34 in einer horizontalen Ebene rotiert. Der Motor 42 kann ein Motor mit veränderlicher Rotationsgeschwindigkeit sein, der in der Lage ist, 0 bis 36000 Umdrehungen pro Minute (upm) in 2 Sekunden oder weniger sowie 0 bis 6000 Umdrehungen pro Minute in 10 Sekunden oder weniger mit einer Lastenträgheitsfähigkeit von 15,4 10&supmin;&sup6; N/mm (40 Pfund/Zoll) erreichen.
Der Motor 42 wird von einem Verstärker 45 angetrieben, der ein 110-V-Einphasenwechselstromverstärker mit einer +/- 10 V Eingangsgeschwindigkeitssteuerung sein kann.
Der Laser 14, der ein 5 Watt-Argonionenlaser sein kann, strahlt den Lichtstrahl 18 aus. Der Argonlaser erzeugt einen Strahl 18 mit einer Wellenlänge von 488,0 oder 515,5 nm. Wenn der akusto-optische Deflektor 67 deaktiviert ist, läuft der Strahl 18 durch die Öffnung 19 und wird über mehrere Sekundärspiegel 26 auf die Linse 23 gelenkt. Die Spiegel 20 und 26 sind optisch auf die Strahlungswellenlänge abgestimmt, die vom Laser 14 erzeugt wird, und daher für den Strahl 18 äußerst reflektierend. Die Linse 23 fokussiert den Strahl 18 und erzeugt den fokussierten Strahl 30. Der fokussierte Strahl 30 wird um den Punkt p im wesentlichen rechtwinklig zur Oberfläche des Mediums 34 fokussiert und erzeugt den fokussierten Lichtfleck 35 mit dem Durchmesser dO und der Leistung PO. Die Linse 23 liefert eine Gesamttiefe des Brennpunktes in der Oberfläche des Mediums 34 von ungefähr 6 um Tiefenschärfe. Die Leistung des Lasers 14 ist geeignet, die Leistung P&sub0; in dem fokussierten Lichtfleck 35 auf der Oberfläche des Mediums 34 von wenigstens 0,25 Watt zu erzeugen. P&sub0; kann dadurch verändert werden, daß die Ausgangsleistung des Lasers 14 verändert wird, beispielsweise durch Verändern des Stroms, der in den Laser an der Laserenergieversorgung 49 eingespeist wird. Beim Rotieren des Mediums 34 mit einer konstanten Lineargeschwindigkeit wird ein konstanter Betrag der Leistung pro Flächeneinheit auf das Medium 34 übertragen. Die Wechselwirkung des fokussierten Strahls 30 mit der rotierenden Oberfläche des Mediums 34 erzeugt die Rille 130.
Das Abfall-Beseitigungssystem 106 funktioniert derart, daß der Abfall, der beim Erhitzen des Mediums 34 in dem Punkt P durch den Strahl 30 erzeugt wird, entfernt wird. Die Gebläseeinheit 108 erzeugt einen Strom aus sauberem Druckgas, das beispielsweise Stickstoff sein kann, welches über die Oberfläche des Mediums 34 bläst. Die Vakuumeinheit 110, die im allgemeinen entfernt von der Gebläseeinheit 108 angeordnet ist, arbeitet mit Unterdruck und saugt den vom Druckgasstrom bewegten bzw. aufgewirbelten Abfall ab. Ein elektrostatisches Feld hohen Potentials kann in Verbindung mit dem Abfall- Beseitigungssystem 106 verwendet werden, um Staub bzw. Schmutz für ein effizienteres Entfernen durch die Gebläseeinheit 108 und die Vakuumeinheit 110 anzusammeln.
Der Mikrocomputer 54 leitet den Rillen-Einprägeprozeß unter Aktivierung der Lasersynchronisationsschaltung 69 ein. Der Codierer 44 sendet ein Signal zur Lasersynchronisationsschaltung 69, das anzeigt, daß eine Rotation der Platte 38 beginnt. Die Schaltung 69 deaktiviert den akusto-optischen Deflektor 67, wodurch der Strahl 18 durch die Öffnung 19 zur Linse 23 laufen kann. Der Codierer 44 zeigt an, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen der Platte 38 erfolgt ist. Beispielsweise kann die vorbestimmte Anzahl eine oder mehrere vollständige Umdrehungen oder einen Bruchteil einer Umdrehung darstellen. Eine Umdrehung der Platte 38 erzeugt eine der kontinuierlichen, kreisförmigen Rillen 180 mit einem ersten Radius r&sub1;. Bevor eine neue kreisförmige Rille 130 mit einem zweiten Radius r&sub2; eingeprägt wird, muß der Strahl 30 bezüglich des Mediums 34 abgelenkt werden und die Linse 23 um einen Schritt-Betrag in eine neue Position bewegt werden. Um diesen Prozeß einzuleiten, sendet der Codierer 44 ein Signal zur Lasersynchronisationsschaltung 69, das anzeigt, daß eine Umdrehung ausgeführt worden ist. Die Lasersynchronisationsschaltung 69 aktiviert den akustooptischen Deflektor 67, der den Strahlengang 18 verschiebt, der wiederum den geänderten Strahl 21 erzeugt, der auf die Strahl-Blende 22 trifft. Da der geänderte Strahl 21 unter diesen Bedingungen nicht auf die Linse 23 gelenkt wird, gibt es keinen Strahl, der das Medium 34 trifft.
Gleichzeitig mit der Ablenkung des Strahls 18 aktiviert der Mikrocomputer 54 den Verstärker 90, der den Schrittmotor 88 veranlaßt, die Schlitten- oder Wagenbaugruppe 84 um einen inkrementalen Betrag 84 zu bewegen. Die Linse 23 und einer der Spiegel 26 bewegt sich mit der Wagenbaugruppe 84, da sie physikalisch damit verbunden sind. Eine inkrementale Bewegung (in der Größenordnung von 0,0254 um (1 Mikrozoll)) der Wagenbaugruppe 84 wird mittels der Präzisions- Verstellschraubenspindel 89 mit 1,58 Windungen pro mm (40 Windungen pro Zoll) erreicht, die an dem Gleitelement 86 befestigt ist und über den Schrittmotor 88 angetrieben wird, der mit 25.000 Schritten pro Umdrehung arbeitet. Das Laserinterferometer 74, das Ferninterferometer 76 und der Retroreflektor 82 arbeiten zusammen, um den tatsächlichen Abstand zu berechnen, um den sich die Wagenbaugruppe 84 bewegt hat. Informationen über die tatsächliche Bewegung der Baugruppe 84 wird zum Mikrocomputer 54 über die Leitung 77 übertragen, so daß eine weitere Bewegung der Wagenbaugruppe 84 eingeleitet werden kann.
Hat sich die Wagenbaugruppe 84 erst einmal in ihre neue Position bewegt, kann die neue kreisförmige Rille 130 mit dem Radius r&sub2; eingeprägt werden. Im allgemeinen werden die Rillen 130 in Richtung vom größten zum kleinsten Radius eingeprägt. Der Betrag der Schritt-Bewegung der Wagenbaugruppe 84 entspricht dem Abstand s und der Breite w. Die Tiefe d und die Breite w einer bestimmten Rille l30 ist eine Funktion der Energiedichte, die vom Strahl 30 geliefert wird. Um eine konstante Tiefe d und eine Breite w für die Rillen 130 zu erreichen, muß das Medium 34 mit einer konstanten Lineargeschwindigkeit unter die Linse 23 bewegt werden. Wie durch die unten stehende Gleichung 1 gezeigt ist, ist die Lineargeschwindigkeit VL eine Funktion des Rillenradius r. Die Umdrehungsgeschwindigkeit "b" ist in Umdrehungen pro Minute (upm) angegeben.
VL = 2πr x b (1)
Die Energiedichte ED des fokussierten Strahls 30 ist innerhalb des fokussierten Lichtflecks 35 proportional zur Leistung P&sub0;, die durch den Lichtfleckdurchmesser d&sub0;, der mit der linearen Geschwindigkeit VL multipliziert wird, dividiert wird, wie in Gleichung 2 gezeigt.
Durch Verändern der Umdrehungsgeschwindigkeit (upm) des Motors 42 kann eine konstante lineare Geschwindigkeit trotz des sich ändernden Rillenradius r erreicht werden, was daher zu einer konstanten Energiedichte führt, die zum Medium 34 übertragen wird.
Ein weiterer wichtiger Faktor beim Steuern der Gleichmäßigkeit der Rillen 130 ist die vertikale Bewegung des Mediums 34. Diese Vertikalbewegung wird hauptsächlich dadurch verringert, daß die Vertikalbewegung der Platte 38 begrenzt und deren Ebenheit sichergestellt ist. Als eine weitere Maßnahme kann der Fokusmonitor 96 benutzt werden, um den Strahl 30 auf den Punkt p fokussiert zu halten, indem man die Linse 22 nach oben und unten bewegt, während die Oberfläche des Mediums 34 schwankt. Der Fokusmonitor 96 verursacht eine Spannungsänderung, die der Änderung der Vertikalposition des Mediums 34 proportional ist. Die Spannungsänderung kann mittels einer gemeinsamen Fokusfehler-Detektionstechnik erzeugt werden, wie z.B. der astigmatischen Fokusfehlermethode, die in Fig. 11 gezeigt ist. Licht, welches vom Medium 34 als der reflektierte Strahl 180 reflektiert wird, wird mittels der Linse 23 gesammelt und durch die Lambda-Viertel-Platte 178 parallel zurückgeworfen, die die Zirkularpolarisation des Strahls 180 in eine lineare Polarisation umwandelt. Da die Polarisationsebene um neunzig Grad gedreht worden ist, lenkt der Strahlenteiler 176 den reflektierten Strahl 180 zu dem 4-Quadranten-Photodetektor 188 ab. Durch das Vorhandensein der Konvergenzlinse 184 und der Zylinderlinse 186 wird der Strahl 180 in einen Lichtfleck fokussiert und astigmatisch projiziert, dessen Intensitätsverteilung in der tangentialen und sagittialen Achse des Strahls 180 an der entfernten oder nahen Seite des idealen Brennpunktes der Linse 23 ungleichmäßig ist. Das Dämpfungsglied 182 ist zwischen dem Polarisations-Strahlteiler 176 und der Konvergenzlinse 184 angeordnet, um die Strahlleistung innerhalb des dynamischen Bereichs des Detektors 188 zu verringern.
Der astigmatische Lichtfleck wird auf den 4-Quadranten-Photodetektor 188 abgebildet, wie dies in Fig. 12 gezeigt ist. Die Ausgangsleitungen 191 des Photodetektors 188 sind mit dem Servoverstärker 190 derart verbunden, daß jeweils zwei gegenüberliegende Segmente des Photodetektors addiert werden und das resultierende Signal von jedem Paar subtrahiert wird, um ein Fehlersignal (ES) zu erhalten, wie es in Gleichung 3 gezeigt ist.
ES = (A + C) - (B + D) (3)
Das Fehlersignal wird vom Verstärker 99 verstärkt und zur Speisung des Stellorgans 37 verwendet, das ein piezoelektrischer Wandler sein kann. Das Stellorgan 37 bewegt die Linse 23 in einer Ebene parallel zur Achse des Strahls 18 nach oben und unten. Wenn das Medium 34 in vertikaler Richtung bewegt wird, wird die Bewegung erfaßt und der Strahl 30 refokussiert, indem die Linse 23 bezüglich des Mediums 34 nach oben oder unten bewegt wird.
Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Fokusmonitor 96 zu Beginn des Einprägens in jede Platte einmal benutzt. Alternativ könnte er ständig benutzt werden, während man die Platte beschreibt.
Ein weiteres Verfahren zur Verringerung einer vertikalen (und horizontalen) Bewegung des Mediums 34 besteht darin, die Servo-Einprägemaschine 10 an dem vibrationsisolierten Tisch 120 zu befestigen. Der vibrationsisolierte Tisch reduziert Schwankungen dadurch, daß die Linse 23, der Laser 14, die Spiegel 20 und 26 sowie die Platte 38 gegenüber externen Kräften und Störungen, die in der Maschine 10 erzeugt werden, isoliert sind.
Der Mikrocomputer 54 kann ein IBM PC/AT kompatibler Computer sein und ein Grundprogramm, z.B. Turbo Basic von Borland oder Microsoft Basic, kann zur Steuerung des Gesamtbetriebs der Servo-Einprägemaschine 10 angewendet werden. Die Eingabe- Ausgabe (E/A)-Schnittstelle 56 ist elektrisch mit dem Mikrocomputer 54 verbunden und bildet eine Schnittstelle für Verbindungsschaltkreise, wie z.B. die Lasersynchronisationsschaltung 69 mit dem Mikrocomputer 54. Die Schnittstelle 56 weist eine serielle Port-RS-232- Schnittstellenkarte und eine E/A-Schnittstelle mit Festkörperrelais auf, die die Luftventile der Gebläseeinheit 108 und der Vakuumeinheit 110 steuern. Die Energieversorgung 46 liefert die Energie für den Mikrocomputer 54, den Laser 14, die Verstärker 45 und 90 und für die Elemente, die mit der Schnittstelle 56 verbunden sind. Das Steuerrelais 112 in der Energieversorgung 56 steuert die Vakuumleistung.
Die Servo-Einprägemaschine 10 kann auch zum Einprägen von Rillen in Medien verwendet werden, die eine andere Form als die zylindrische Struktur des Mediums 129 aufweisen. Beispielsweise zeigt Fig. 5 einen Abschnitt des länglichen, dünnen und rechteckigen Streifens des Magnetbandes 144. Die länglichen Rillen werden in das Band 144 eingeprägt, indem der Mikrocomputer 54 und die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 56 zur Steuerung der in Fig. 6 gezeigten Motoren 156 und 158 verwendet werden. Wenn sich das Band 144 an der glatten Oberfläche 162 vorbeibewegt, prägt der Strahl 130 die Rille 146 ein. Am Ende der Spule wird der Strahl 30 vorübergehend abgelenkt, die Wagenbaugruppe bewegt sich in eine neue Position und man beschreibt das Band in umgekehrter Richtung.
Das in Fig. 7 gezeigte Spiralmuster 164 wird dadurch eingeprägt, daß der Motor 42 derart eingestellt wird, daß er mit einer konstanten Geschwindigkeit, z.B. 3.600 upm, rotiert, während man die Laserausgangsleistung ändert. Die Wagenbaugruppe 84 wird in eine Bewegung mit konstanter Schrittrate von 48.000 Schritten pro Sekunde versetzt, was zu einer Spirale von 0,2 um (800 Mikrozoll) bei 3.600 Umdrehungen pro Minute führt. Dies ändert die Radialposition des Strahls 30 und den Punkt p um eine konstante Rate. Ein Indeximpuls vom Codierer 44 wird von der Lasersynchronisationsschaltung 69 verwendet, um den Laser 14 zur Oberfläche der Platte freizugeben. Jeder nachfolgende Indeximpuls wird solange gezählt bis insgesamt beispielsweise 840 Umdrehungen erreicht sind. Zu diesem Zeitpunkt veranlaßt der Indeximpuls die Laserstrahl 30 -Synchronisationsschaltung 69 den Laser von der Platte zu entfernen.
Im allgemeinen kann die richtige Schrittrate (SR) in Schritten pro Sekunde aus der unten angegebenen Gleichung 4 berechnet werden, wobei die Steigung gleich dem Abstand "s" plus "w" aus Fig. 4 ist, ein Schritt gleich 0,0254 um (1 Mikrozoll) ist und "b" die Drehgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute (upm) ist.
SR = Steigung x b/60 (4)
Eine Untersuchung der Gleichung 4 zeigt, daß das Spiralmuster 164 tatsächlich ein "Schritt "-Muster ist, daß sich einer Spirale annähert.
Die in Fig. B gezeigten Pits 166 werden eingeprägt, indem der Spindelmotor 52 so eingestellt wird, daß er mit einer konstanten Geschwindigkeit von z.B. 3.600 (upm) Umdrehungen pro Minute rotiert. Die Wagenbaugruppe 84 wird an die Stelle der Spur 0 bewegt und ein Befehl ausgegeben, um mit dem Spurprägen zu beginnen. Im Index beginnt die Logik in der Lasersynchronisationsschaltung 69 mit dem Übertragen einer Impulsfolge zum A/O-Deflektor 67, die mit den Sektorimpulsen vom Codierer 44 phasenstarr ist. Das bewirkt, daß der Strahl 30 für kurze Zeitperioden auf das Medium 34 gelenkt wird und somit die Pits 166 bildet. Beim nächsten Indeximpuls ist die Spur fertiggestellt, der Wagen wird zur nächsten Spur bewegt und die Laserleistung verringert.
Die in Fig. 9 gezeigten nicht kontinuierlichen Rillen 168 werden mittels eines Prozesses eingeprägt, der dem ähnlich ist, der zum Einprägen der Pits 166 angewendet wird. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Zeitlänge, während der der Strahl 30 auf das Medium gelenkt wird, zum Einprägen der Rillen 168 erhöht ist.
Die in Fig. 10 gezeigten modulierten Rillen werden durch einen Prozeß eingeprägt, der dem ähnlich ist, der zum Einprägen der Pits 166 und der nicht kontinuierlichen Rillen 168, die in Fig. 8 bzw. 9 gezeigt sind, angewendet wird. Allerdings wird anstelle des Strahls 30, der vom Medium 34 für kurze Zeitperioden weggelenkt wird, die Leistung innerhalb des Strahls 30 während des geeigneten Zeitintervalls geändert.
Dies bewirkt eine Energieänderung in dem Punkt "p" auf der Oberfläche des Mediums 34, was wiederum bewirkt, daß die Rillenbreite und -tiefe in den Modulationspunkten 170 geändert wird. Die Modulationspunkte 170 können codierte Informationen speichern.
Auf ähnliche Weise können die Pits 166 nach Fig. 8 oder die nicht-kontinuierlichen Rillen 168 nach Fig. 9 codierte Informationen tragen, indem Breiten- oder Tiefenveränderungen in den Pits 166 oder in den Rillen 168 verursacht werden.
Andere Typen von zylindrischen Medien, die als Medium 34 in Fig. 1 benutzt werden können, enthalten Disketten unterschiedlicher typischer Größen (z.B. 50,8, 133,35 und 203,2 mm (2, 5.25 und 8 Zoll)) sowie steife Magnetplatten verschiedener typischer Größen (z.B. 50,8, 88,9, 133,35, 203,2 und 355,6 mm (2, 3,5, 5,25, 8 und 14 Zoll)).

Claims

1. Informationsspeichermedium (34) zum magnetischen Aufzeichnen von Daten und zur optischen Servo-Positionierung von Aufzeichnungsmagnetköpfen, die dem Medium zugeordnet sind, mit folgenden Merkmalen:

einem flachen, kreisförmigen Plattensubstrat (129) mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen, die je einen magnetischen Aufzeichnungsfilm (139) mit einem ersten Reflexionsvermögen für Licht besitzen, und

optischen, nicht löschbaren Servospuren in dem magnetischen Aufzeichnungsfilm (139), dadurch gekennzeichnet, daß

die Spuren ein System von in gleichem Abstand angeordneten konzentrischen, kreisförmigen Linienmustern (130) bilden, die mindestens eine der gegenüberliegenden Oberflächen des flachen, kreisförmigen Plattensubstrats (129) und die magnetischen Aufzeichnungsfilme (139) in mehrere ringförmige, konzentrische magnetische Aufzeichnungsbereiche (132) einteilen, und wobei jedes kreisförmige Linienmuster (130) ein monotones zweites Reflexionsvermögen für Licht aufweist, das wesentlich geringer ist als als das erste Reflexionsvermögen, wobei ein optischer Kontrast zwischen jedem ringförmigen, konzentrischen magnetischen Aufzeichnungsbereich (132) und Bereichen besteht, die die kreisförmigen Linienmuster (130) zum optischen Bezeichnen ganzzahliger, radialer Stellen auf dem Speichermedium umfassen.

2. Medium nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Spindelloch (134) ungefähr in der Mitte des Plattensubstrats (129), das mit dem System des kreisförmigen Linienmusters (130) konzentrisch ist, einen inneren Ringbereich (138) zwischen dem Spindelloch und einem innersten kreisförmigen Linienmuster, und

einen äußeren Ringbereich (136) zwischen dem Außenumfang des Plattensubstrats und einem äußersten kreisförmigen Linienmuster.

3. Vorrichtung, die zum Einschreiben von optischen Servospuren auf ein flaches, kreisförmiges, magnetisches Aufzeichnungsmedium (34) verwendet wird, bei dem ein optischer Kontrast zwischen Bereichen besteht, die magnetische Aufzeichnungsfilme und Spurenbereiche aufweisen, mit folgenden Merkmalen:

eine Laserlichtquelle (14),

eine Spindeleinrichtung (43) zum Rotieren eines flachen, kreisförmigen Plattensubstrats (129) mit zwei gegenüberliegenden Oberflächen, die je einen magnetischen Aufzeichnungsfilm (139) mit einem ersten Reflexionsvermögen für Licht enthalten, eine Linseneinrichtung (23) zum Fokusieren eines Laserlichtstrahls aus der Laserlichtquelle (14) auf die Oberflächen mit einer Punntintensität, die zum Punkterwärmen ausreicht und das Oberflächenreflexionsvermögen des magnetischen Aufzeichnungsfilms (139) entlang einer kreisförmigen Strecken1inie (130), die zur Spindeleinrichtung konzentrisch verläuft, dauerhaft verringert, eine Radial-Positioniereinrichtung (84, 86, 88) zum Positionieren der Linseneinrichtung (23), damit der Laserlichtstrahl (30) optische Servospuren erzeugen kann, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Präzisions-Abstandsmeßeinrichtung (74, 82) vorgesehen ist, um die tatsächliche Position der Radial-Postitioniereinrichtung (84) zu erfassen und Schrittmotor-Codiersignale (in 81) zu einer Steuereinrichtung (54, 88) der Radial- Positioniereinrichtung (84) zu übertragen, so daß ein System von in gleichem Abstand angeordneten, konzentrischen, nicht löschbaren und kreisförmigen Linienmustem erzeugt werden kann, die mindestens eine der gegenüberliegenden Oberflächen des flachen kreisförmigen Plattensubstrats (129) und die magnetischen Aufzeichnungsfllme (139) in eine Vielzahl von nngförmigen, konzentrischen und magnetischen Aufzeichnungsbereichen (132) einteilt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Abstandmeßeinrichtung zwei Laserinterferometer (76, 78) und einen Retroreflektor (82) auf der Radial-Positioniereinrichtung (84) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 mit den weiteren Merkamalen: einer dynamischen Refokusiereinrichtung (37, 54, 96, 99) zum Aufrechterhalten eines Fokus des Laserlichtstrahls (30) auf den Oberflächen ungeachtet von relativen vertikalen Höhenschwankungen entlang eines Weges des Laserlichtstrahls, die durch das magnetische Medium (34) verursacht werden können, wenn die Oberflächen in Position verschoben werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die dynamische Refokusiereinrichtung umfaßt eine astigmatische Fokusiersteuerung (96) mit einem Mehrelementen-Photodetektor (188) zum Empfangen eines reflektierten Lichtes (180) von den Oberflächen, wenn sie mit dem Laserlichtstrahl bestrahlt werden,

ein Steuersystem (190) zum Umwandeln von Signalen vom Photodetektor in elektrische Signale, die einen Aktuator (37) veranlassen, eine Linse (23) zu bewegen, die den Laserlichtstrahl (30) auf die Oberflächen fokusiert, wobei ein scharf fokusierter Punkt (35) auf der Oberfläche aufrechterhalten werden kann ungeachtet von dynamischen Schwankungen, die in einem Abstand zwischen der Linse (23) und den Oberflächen auftreten können.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 mit einer Luftfiltereinrichtung (106) zum Beseitigen und Entfernen von erhitztem Material als Nebenprodukt von der Oberfläche des magnetischen Aufzeichnungsfilms (139), das beim Fokusieren des Laserlichtstrahls (30) aus der Lichtquelle auf der Oberflächen auftreten kann, wobei verhindert wird, daß sich solcher Schmutz: später ablöst und die Linseneinrichtung (23) verunreinigt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine elektrostatische Felderregungseinrichtung zum Erzeugen eines ausreichend hohen Potentials, das auf den Schmutz einwirkt und damit die Luftfiltereinrichtung (106) beim Entfernen von Schmutz von der Maschine unterstützt.

9. Verfahren zum Einschreiben mehrerer Rillen (130) auf eine Oberfläche eines magnetischen Mediums (34) mit einem Zentrum (134), das folgende Schritte umfaßt:

a) radiales Positionieren einer Linse (23) in einem ersten Punkt in einem ersten vorbestimmten Abstand (ro) vom Zentrum (134) des magnetischen Mediums (34),

b) Rotieren des magnetischen Mediums mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit,

c) dynamisches Fokusieren eines Laserlichtstrahls (30) senkrecht über das rotierende magnetische Medium (34),

d) automatisches Refokusieren wegen Schwankungen in der Oberflächenhöhe, während das magnetische Medium (34) rotiert,

e) Erfassen der Rotationsposition des magnetischen Mediums (34),

f) Erzeugen einer ersten kreisförmigen Rille (130) mit einem niedrigeren Reflexionsvermögen als das Reflexionsvermögen des magnetsichen Mediums (139),

g) Ablenken (67) des Laserlichtstrahls (18) vorübergehend von dem rotierenden magnetischen Medium (34) weg, wenn eine vorbestimmte Winkelrotation des Mediums erfolgt ist,

h) radiales Positionieren der Linse (23) auf einen zweiten Punkt in einem zweiten vorbestirnmten radialen Abstand vom Zentrum (134) des magnetischen Mediums (34),

i) Wiederholen der Schritte c, d, e, f, g und h für weitere kreisförmige Rillen (130) solange, bis ein System von in gleichem Abstand angeordneten, konzentrischen, nicht löschbaren, kreisförmigen Linienmustern erzeugt ist.