DE69121020T2 - Optischer Informationsspeicher aus überlagerten Schichten - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Datenspeicherung auf optischem Weg.
• Eines der Ziele der Erfindung ist es, ein Datenspeicherungssystem mit einer gegenüber derzeit existierenden Systemen erhöhten Informationsspeicherkapazität vorzuschlagen.
• Eines der Systeme, mit denen eine sehr große Spei cherkapazität erreicht werden kann, ist eine digitale optische Scheibe. Man kann heute beispielsweise auf einer digitalen optischen Scheibe mit 30 cm Durchmesser 30 oder 45 Minuten von Videobildfolgen speichern. Wenn jedoch die zu speichernden Bilder vom hochauflösenden Fernsehen stammen, könnte man wesentlich weniger Bilder speichern. Das Speicherprinzip auf einer optischen Scheibe wäre jedoch für Bilder des hochauflösenden Fernsehens genauso interessant, wie dies für die klassische Bild-Ton-Aufzeichnung der Fall ist. Man könnte dann die besonderen Vorzüge dieses Systems nutzen, nämlich einen berührungsfreien Lesevorgang, d.h. ohne Abnutzung, und einen schnellen beliebigen Zugriff durch einfache Wahl einer Spur unter einer Vielzahl von Spuren. Aber hierzu bräuchte man eine größere Speicherkapazität als sie heute existiert.
• Eine Erhöhung der Speicherkapazität ist natürlich möglich, indem man Leselaser kürzerer Wellenlänge (z.B. 0,4 µm) als bisher im Handel (etwa 0,7 µm) verwendet. Die räumliche Auflösung ist nämlich umso besser, je kürzer die Wellenlänge ist.
• Die Erfindung schlägt ein Mittel vor, um die Kapazität der Informationsspeicherung in optischer Form noch weiter zu erhöhen.
• Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, individuelle Informationen in optischer Form im Volumen einer transparen ten Schicht zu speichern, wobei Serien unterschiedlicher Informationen in unterschiedlichen Lagen der Schicht gespeichert werden und das Auslesen der Information einer Serie durch optische Mittel erfolgt, die einen Lichtstrahl in der Ebene einer bestimmten Lage fokussieren können, die frei gewählt wird, ohne daß der Strahl zugleich auf die anderen Lagen fokussiert würde.
• Genauer betrachtet ist Gegenstand der Erfindung ein optisches Informationsspeichersystem mit einem Träger für in mehreren Lagen innerhalb dieses Trägers gespeicherten Informationen und mit Mitteln zum Lesen dieser Informationen, wobei diese Mittel optische Mittel zur Fokussierung eines Lichtstrahls auf eine ausgewählte Lage aufweisen, ohne daß dabei eine Fokussierung in den anderen Lagen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationslagen im Volumen einer Schicht aus transparentem Material mit durch Licht induzierter Veränderung eines optischen Index ausgebildet sind, wobei die Informationen von örtlichen Veränderungen des Brechungsindex des Materials in diesen Lagen gebildet werden.
• Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Einschreiben von Informationen in einem solchen System.
• Mit anderen Worten geht die Erfindung von der Idee aus, daß die Lichtstrahlen, die für das Auslesen der optischen Scheiben verwendet werden, sehr fein sind und durch Objektive mit großem Öffnungswinkel und sehr geringer Tiefenschärfe fokussiert werden. Üblicherweise nutzt man diese geringe Tiefenschärfe, indem der Lichtstrahl hinter einer transparenten Schicht so fokussiert wird, daß die Verunreinigungen (Dreck, Kratzer usw.) der Oberfläche der Scheiben vom Strahl nicht "gesehen" werden, da er nicht in deren Ebene fokussiert ist. Erfindungsgemäß verwendet man diese Eigenschaft der sehr geringen Tiefenschärfe zur Überlagerung mehrerer Informationslagen, indem man Mittel vorsieht, um die Brennebene der Leseoptik oder der Schreiboptik so zu verschieben, daß sich eine Fokussierung auf eine gewählte Lage unter mehreren übereinanderliegenden ergibt.
• Es sei hier bemerkt, daß die Bildspeicherung im Volumen einer transparenten Schicht bereits existiert, aber in Form von Hologrammen. Bekanntlich sind Hologramme optische Netze in transparenten Schichten. Sie ermöglichen die Wiedergabe des sichtbaren Bilds eines Gegenstands, wenn sie von einem kohärenten Licht derselben Wellenlänge beleuchtet werden, die auch bei der Bildung der Netze verwendet wurde. Die Hologramme sind aber keine Mittel zur Speicherung von unterschiedlichen individuellen Informationen. Sie verwenden das Volumen einer transparenten Schicht, um ein globales Bild zu speichern, das nicht in individuelle Informationselemente unterteilt ist und das nur insgesamt wiedergegeben werden kann. Dagegen betrifft die Erfindung nur die Speicherung von Informationen Punkt für Punkt, d.h. eine Speicherung, bei der jedes Informationselement autonom ist und eine eigene Bedeutung hat, die von der anderer Informationselemente unabhängig ist und getrennt von diesen gelesen werden kann.
• Es sei bemerkt, daß das Patent GB-A-2 017 779, das den Oberbegriff des ersten Anspruchs wiedergibt, ein Speichersystem in mehreren Schichten beschreibt, das eine einfache Stapelung von klassischen optischen Scheiben mit Datenregistrierung an der Oberfläche jeder Scheibe und anschließender Stapelung der Scheiben beinhaltet. Das Auslesen erfolgt durch Fokussierung auf eine Übergangsfläche, ohne daß zugleich eine Fokussierung auf die anderen Flächen erfolgt. Das Patent EP-A-0 414 380 (nicht vorveröffentlichter Stand der Technik) beschreibt ein System mit einem Stapel von Speicherschichten und Trennschichten. Das Patent US-A-4 845 529 beschreibt ein Mehrschichten-Speichersystem, aber ohne Fokussierung des Lese strahls auf die einzelnen Lagen.
• Vorzugsweise verwendet man für die Speicherung von Information in Lagen erfindungsgemäß eine transparente Schicht aus einem Material mit einer durch Licht induzierbaren Veränderung eines Brechungsindex ähnlich wie es für Hologramme verwendet wird. Diese Materialien sind transparent und ihr Brechungsindex kann örtlich durch eine örtliche Konzentration der Lichtenergie verändert werden. Die Veränderung des Brechungsindex ist gering, reicht aber aus für eine Erfassung und ermöglicht ein Auslesen.
• Die bevorzugt verwendeten Materialien sind durch Licht polymerisierbare Materialien. Ein Vorteil dieser Materialien besteht darin, daß sie eine Information in optischer Form speichern können, ohne eine chemische Entwicklungsphase durchlaufen zu müssen.
• Vorzugsweise bildet eine der Informationsspeicherlagen eine Bezugsspur, auf die die anderen Lagen Bezug nehmen. Diese Lage kann anders als die anderen Lagen hergestellt werden, ggf. durch klassisches Pressen ausgehend von einer ursprünglich durch Fotogravur erhaltenen Matrix.
• Die Speicherschicht ist vorzugsweise auf einer Scheibe ausgebildet, die im Lesemodus unter einer Optik zur Fokussierung des Laserstrahls umläuft, wobei diese Optik Brennflecke in unterschiedlichen Tiefen unterhalb der Oberfläche der Scheibe bilden kann. Natürlich kann die Fokussieroptik auch radial bezüglich der Scheibe (in üblicher Weise) verschoben werden, um die Scheibe über ihren ganzen radialen Bereich auszulesen.
• Für die Serienherstellung der Scheiben kann man eine Mutterscheibe herstellen, die die verschiedenen mit einem Laser beschriebenen Informationslagen enthält, dann ein Hologramm des durch die transparente Schicht gebildeten dreidimensionalen Bilds mit den Informationen in den Lagen herstellen, und weiter ein dreidimensionales Bild mit Hilfe eines Laserstrahls wieder erzeugen, der das Hologramm beleuchtet. Das erzeugte Bild wird schließlich auf eine transparente Schicht mit einer durch Licht induzierbaren Veränderung des Brechungsindex projiziert, so daß in dieser Schicht durch Licht induzierte Veränderungen des Brechungsindex erzeugt werden, die das Motiv von in der entsprechenden Schicht der Mutterscheibe enthaltenen Informationen reproduzieren.
• Es sei bemerkt, daß das Patent EP-A-0 271 300 das Grundprinzip des holographischen Beschreibens von Scheiben ausgehend von einer Mutterscheibe beschreibt, aber für Beschriftung auf der Oberfläche und nicht im Volumen. Es erfolgt kein Beschreiben in unterschiedlichen Lagen. Man verwendet entweder ein lichtempfindliches Harz oder eine fotochrome Schicht, aber nicht ein transparentes Material mit durch Licht induzierbarer Veränderung des Brechungsindex.
• Zusammengefaßt enthält die hier vorgelegte Erfindung mehrere Aspekte: Ein neues System zur Informationsspeicherung, aber natürlich auch einen Träger für Informationen in mehreren Lagen, ein entsprechendes Lesesystem, mit dem die in den übereinanderliegenden Lagen enthaltenen Informationen voneinander getrennt werden können, und schließlich ein System zur Serienherstellung von optischen Speicherträgern.
• Andere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
• Figur 1 zeigt global eine erfindungsgemäße optische Scheibe.
• Figur 2 zeigt das Prinzip des Einschreibens von Informationen in Lagen einer dicken Schicht.
• Figur 3 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Scheibe mit den in Lagen registrierten Informationen.
• Figur 4 zeigt eine Perspektive entsprechend Figur 3. Figur 5 zeigt das System zum Lesen der gespeicherten Informationen.
• Figur 6 zeigt schematisch das Prinzip eines Differential-Lesevorgangs.
• Figur 7 zeigt erläutert eine Lesemethode mit vorhenger Reflexion.
• Das erfindungsgemäße optische Speichersystem verwendet für die ursprüngliche Einspeicherung der Informationen eine dicke Schicht aus einem transparenten Material, in der die einzelnen Informationen in verschiedenen Lagen übereinander angeordnet sind.
• Unter "dicke Schicht" wird hier eine Schicht verstanden, deren Dicke wesentlich größer als der Brennfleck des Laserstrahls ist, der zum Einschreiben der Informationen verwendet wird. Da man abschätzen kann, daß der Brennfleck Abmessungen in der Größenordnung der Wellenlänge des Strahls hat (und manchmal sogar etwas geringere), wird die Dicke der Schicht mindestens einige zehnmal größer als die Wellenlänge gewählt. Für Wellenlängen des sichtbaren Lichts kann der Brennfleck, den man möglichst klein halten will, seitliche Abmessungen von etwa einem Mikrometer aufweisen. Die Dicke kann dann in der Größenordnung von hundert oder einigen hundert Mikrometern liegen.
• Diese Schicht wird vorzugsweise auf einer ebenen Trägerscheibe ausgebildet, die um eine Achse in Drehung versetzt werden kann.
• Figur 1 zeigt schematisch die Scheibe 10, die von einer transparenten Schicht 12 bedeckt ist. Der Träger ist beispielsweise aus Glas. Man kann ggf. zwischen dem Träger und der Informationsspeicherschicht 12 eine reflektierende oder teilweise reflektierende Schicht vorsehen (nicht dargestellt).
• Das Material der Schicht 12 ist in dieser Ausführungsform ein mittels Licht polymerisierbares Material, dessen Brechungsindex durch Licht verändert werden kann. Ein Laserstrahl ausreichend großer Energie, der auf eine kleine Zone innerhalb der Schicht fokussiert ist, kann in dieser Zone den Brechungsindex der Schicht lokal verändern. Die Veränderung des Brechungsindex kann bis zu 10% oder sogar mehr betragen. Die Veränderung ist stark nicht-linear, d.h. daß sich eine Energieschwelle ergibt, unterhalb der praktisch keine Veränderung erfolgt und oberhalb der eine deutliche Veränderung feststellbar ist.
• Man verändert örtlich durch Licht den Brechungsindex in unterschiedlicher Tiefenlage unter der Oberfläche der Scheibe. Die verschiedenen Tiefenlagen definieren die Lagen der gespeicherten Informationen. Die Informationen sind in gewisser Weise binär, da jede örtliche Veränderung des Brechungsindex ein Informationsbit bedeutet. Dies schließt natürlich nicht aus, daß eine Speicherung von Informationen in Betracht gezogen wird, die in Wirklichkeit analog sind. Beispielsweise könnte die Nutzinformation durch die Länge einer Zone mit einer örtlichen Veränderung des Brechungsindex oder auch durch den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden örtlichen Veränderungen des Brechungsindex gebildet werden.
• Wie weiter unten erläutert wird, kann die transparente Schicht mit einer Fotogravur-Schicht 14 aus Harz bedeckt sein, die Informationen trägt und beispielsweise eine Bezugsspur für das Auslesen der Informationen aus den inneren Lagen bildet.
• Für die Einspeicherung von Informationen verwendet man einen optischen Schreibstift, der eine senkrecht bezüglich der Scheibenoberfläche verschiebbare Optik oder ortsfeste Mittel aufweist, um mehrere Brennflecke in unterschiedlichen Tiefen zu erzeugen.
• Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schreibmittel mit einem einzigen Laser 20, mit Mitteln, um einen Teil des Laserstrahls auf mehrere teilweise transparente Spiegel M1, M2, M3 zu richten, die in unterschiedlichen Höhen oberhalb der Oberfläche der Scheibe liegen, und mit einem Fokussierobjektiv 22, das sehr kleine Brennflecken (mit Abmessungen in der Größenordnung der Wellenlänge oder der halben Wellenlänge des Lichtstrahls) in Tiefen erzeugt, die unmittelbar mit der Höhe der einzelnen Spiegel oberhalb der Scheibe verknüpft sind.
• Beispielsweise erzeugt der vom Spiegel M1 abgelenkte Strahl einen Brennpunkt S1 in einer Ebene P1, während der vom Spiegel M2 abgelenkte Strahl einen Brennpunkt S2 in einer Ebene P2 erzeugt usw.
• Die Höhe der Spiegel ist so berechnet, daß die Ebenen P1, P2 usw. durch ganz genaue Abstände voneinander getrennt sind, z.B. in der Größenordnung von einigen -zig Mikrometern.
• Die transparente Schicht 12 dreht unter dem Laserstrahl durch, wenn sich die Scheibe dreht.
• Die Optik kann auch radial bezüglich der Achse der Scheibe verschoben werden. Auf diese Weise kann die ganze Nutzoberfläche der Scheibe durch den Schreiblaserstrahl abgetastet werden, und dies für alle Informationslagen.
• Lichtmodulatoren (z.B. Pockels-Zellen) liegen im Verlauf der Laserstrahlen entsprechend jedem der Brennpunkte. Diese Modulatoren MD1, MD2 usw. entsprechen also den verschiedenen Lagen von im Volumen der Schicht 12 zu speichernden Informationen. Sie werden so gesteuert, daß sie je nach der einzuschreibenden Information den Strahl durchlassen oder nicht. Eine Veränderung des Brechungsindex ergibt sich dann, oder eben nicht. Eine Synchronisation ist zwischen der Steuerung der Modulation und der Relativverschiebung der Scheibe und der Brennpunkte vorgesehen, damit die Informationen in einer ganz bestimmten räumlichen Verteilung eingeschrieben werden.
• Der Abstand der gespeicherten Punkte hängt von der Auflösung der Scheibe ab, d.h. in der Praxis von den seitlichen Abmessungen der Brennflecke, die man mit dem Objektiv 22 erzeugen kann. Zwei Punkte müssen einen Abstand in der Größenordnung dieser seitlichen Ausdehnung des Flecks besitzen, beispielsweise etwa eine Wellenlänge oder eine halbe Wellenlänge des Laserstrahls.
• Der Abstand in Tiefenrichtung wird seinerseits durch die Möglichkeit des späteren Auslesens der Informationen diktiert. Man kann sagen, daß der Abstand zwischen den Lagen ein Mehrfaches oder einige zehnmal so groß wie die vertikale Abmessung des Brennflecks sein muß, damit eine bestimmte Lage keine Interferenzen von Informationen mit den Nachbarlagen erzeugt. Auf diese Weise ist die Lichtenergie, die in einem Punkt einer bestimmten Lage konzentriert ist, um eine Veränderung des Brechungsindex hervorzurufen, in den anderen Lagen nicht fokussiert und erzeugt daher keine Veränderungen des Brechungsindex.
• Das anhand von Figur 2 beschriebene Schreibsystem stellt nur ein Beispiel dar. Man kann sehr wohl nur einen einzigen Spiegel und einen einzigen optischen Modulator vorsehen. Die Gesamtheit der Fokussieroptik wird dann bezüglich der Oberfläche der Scheibe verschoben, um den Strahl in einer variablen Tiefe unter der Oberfläche der Scheibe zu fokussieren. Die Lagen werden dann nicht gleichzeitig, sondern nacheinander beschrieben.
• Man kann vorsehen, daß die Scheibe eine obere Harzschicht besitzt, in die durch Fotolithographie eine Informationslesespur eingraviert wird, die als Referenz für die inneren Lagen dient. Die Informationen jeder Lage sind auf Spuren lokalisiert, die unter den Bezugsspuren der fotolithographisch gravierten Harzschicht liegen.
• Nach dem Einschreiben und Entwickeln des lichtemp findlichen Harzes, das beispielsweise einer Informationsebene PO entspricht, enthält die Scheibe eine Struktur, wie sie in Figur 3 gezeigt ist. An der Oberfläche befindet sich eine fotolithographisch gravierte Spur (ähnlich der einer üblichen optischen Scheibe) mit Informationen, die aus örtlichen Löchern in dem Harz 14 bestehen. Weiter unten gibt es in den verschiedenen Brennebenen Pi verteilte und vertikal mit der Spur an der Oberfläche fluchtende Spuren. Entlang diesen Spuren innerhalb des Volumens befinden sich durch Licht induzierte Informationselemente, die durch einen sich vom Index N der Schicht örtlich unterscheidenden Brechungsindex N+dn gekennzeichnet sind.
• Figur 4 zeigt schematisch in Perspektive die Struktur aus Figur 3. Es sei hier bemerkt, daß manche Materialien eine Wärmebehandlung erfahren können, mit der der relative Unterschied zwischen dem örtlich veränderten Brechungsindex N+dn und dem Index N der übrigen Schicht erhöht wird.
• So ergibt sich eine Scheibe, die eine große Menge von Informationen enthält. Sie kann in dieser Form zum Lesen verwendet werden, aber auch als Mutterscheibe für eine Reproduktion von Scheiben in Serienfabrikation dienen, die die gleichen Informationen enthalten.
• Für das Auslesen der so gebildeten Mutterscheibe oder für das Auslesen der durch Duplikation der Mutterscheibe erhaltenen Tochterscheiben geht man folgendermaßen vor:
• Die Scheibe wird in ein Lesesystem eingesteckt. Dieses System enthält Mittel, um einen Laserstrahl auf die verschiedenen im Volumen der die Scheibe bedeckenden transparenten Schicht vorgesehenen Informationslagen zu fokussieren. Man kann einen einzigen Strahl und Mittel zur vertika len Verschiebung des Strahls oder mehrere Strahlen verwenden, die je einen eigenen Brennfleck bilden. Der Laserstrahl hat natürlich eine ausreichend geringe Energie, um nicht Veränderungen des Brechungsindex in der die Informationen enthaltenden Schicht hervorzurufen.
• In Figur 5 ist ein Lesesystem mit mehreren Strahlen und mit getrennten optischen Mitteln dargestellt, um die verschiedenen Fokussierflecke zu erzeugen. Der Strahl wird von einem Laser 40 erzeugt und an einem Separator 42 in mehrere Strahlen aufgeteilt, die beispielsweise durch Licht leitfasern 440, 441 usw. zu je einer Fokussieroptik 450, 451, 452 gelenkt werden. Diese Optik fokussiert die verschiedenen Strahlen auf teilweise transparente Spiegel 460 bzw. 461 bzw. 462, von denen sie zu einem Objektiv 48 gelangen, das sie in der transparenten Schicht 12 der Scheibe fokussiert, und zwar jeden in einer anderen Tiefe innerhalb der Schicht (die Tiefe entspricht jedesmal einer eigenen Informationslage).
• Für jeden der Strahlen erzeugt eine örtliche Veränderung des Brechungsindex in der Schicht eine partielle Reflexion des Strahls nach rückwärts. Der Teil des an der Stelle des Brennflecks reflektierten Strahls wird auf das Objektiv 48 gerichtet und auf den Spiegel 460, 461, 462 usw. fokussiert. Von dort wird der reflektierte Strahl auf einen halbtransparenten Hilfsspiegel 500, 501, 502 usw. gelenkt, der zwischen dem Objektiv 450, 451, 452 usw. und dem Spiegel 460, 461, 462 usw. liegt.
• Schließlich wird der vom jeweiligen Hilfsspiegel reflektierte Strahl auf einen Fotodetektor PD0, PD1, PD2 usw. gerichtet, wobei jeder Fotodetektor einer der Informa tionslagen entspricht und ein Signal entsprechend den Informationen liefert, die aus dieser Lage ausgelesen wurden.
• Die starke Fokussierung des Lichtstrahls, mit der Brennflecke von wesentlich kleineren Abmessungen als der Abstand zwischen zwei Informationslagen erzeugt wird, ermöglicht die Erfassung der in einer Lage enthaltenen Informationen ohne Interferenzen mit den Nachbarlagen. Die Nachbarlagen werden von dem Strahl unscharf gesehen, so daß die in diesen Lagen enthaltenen Informationen das Auslesen der betrachteten Lage nicht wesentlich stören.
• Die Nachführung des Lesekopfes erfolgt durch eine bekannte Nachführungsmethode in radialer und vertikaler Richtung, wie sie in allen bekannten optischen Scheiben verwendet wird, vorzugsweise unter Verwendung der in die Harzschicht 14 eingravierten oberflächlichen Spur PO als Bezugswert.
• Das beschriebene System für die optische Übertragung eines Lichtstrahls und die Rückkehr des reflektierten Strahls stellt nur ein Beispiel unter mehreren Möglichkeiten dar, die in der klassischen Optik oder mit Lichtleitfasern in Betracht gezogen werden können.
• Die Quelle des Lesestrahls kann monochrom sein oder ein breites Spektrum besitzen, oder auch aus mehreren Quellen unterschiedlicher wellenlängen bestehen, wobei jede Wellenlänge beispielsweise einer der Informationslagen zugewiesen ist. In diesem letztgenannten Fall könnte man die reflektierten Strahlen mittels Filtern trennen, um jedem Fotodetektor nur eine ganz bestimmte wellenlänge zuzuordnen.
• Wenn der Laserstrahl im Brennpunkt eine örtliche Veränderung des Brechungsindex von etwa 10% antrifft, wird schätzungsweise 1/1000 der Strahlenergie nach rückwärts reflektiert. Dieser Teil wird von den Fotodetektoren erfaßt und liefert ein Ausgangssignal, das die gelesene Information bildet.
• Da dieser Wert relativ klein ist, verwendet man vorzugsweise Differential-Erfassungsmethoden, bei denen die Phasenverschiebung des Lichts verwendet wird, die durch die Reflexion des Strahls an Ebenen mit einer Veränderung des Brechungsindex eingeführt wurde, wobei diese Ebene örtlich Überdicken aufweist. Diese Methode wird nun anhand von Figur 6 erläutert.
• Eine Informationslage im Inneren der transparenten Schicht 12 wird durch eine kontinuierliche innere Schicht definiert, in der der Brechungsindex kontinuierlich während des Einschreibens verändert worden ist. Der Brechungsindex in dieser Schicht ist N+dn. Außerdem besitzt die Schicht mit dem Brechungsindex N+dn örtliche Überdicken, deren Vorliegen oder Nichtvorliegen die gespeicherte Information bildet.
• Wenn der Laserstrahl beim Lesen vollständig an der Schicht mit dem Index N+dn oder einer Überdicke reflektiert wird, ergibt sich eine Lichtreflexion. Wenn aber der Strahl zur Hälfte auf der Schicht und zur Hälfte auf einer örtlichen Überdicke reflektiert wird, ergibt sich eine Phasenverschiebung zwischen dem Teil des an der Überdicke reflektierten Strahls und dem Teil, der an der übrigen Schicht reflektiert wurde. Diese Phasenverschiebung ist mit der Höhe e der Überdicke und der Wellenlänge verknüpft. Sie ist auch proportional zur Veränderung dn des Brechungsindex. Wählt man die Höhe e der Überdicken geeignet in Abhängigkeit von der Wellenlänge und der Veränderung dn des Brechungsindex, dann erhält man eine Phasenverschiebung von 180º. Es gibt also einen kurzen Augenblick, während dem der Strahl bei der Relativbewegung bezüglich der Überdicken über einen Rand einer Überdicke verläuft, so daß die Hälfte des Strahls mit einer Phasenverschiebung von 180º bezüglich der anderen Hälfte reflektiert wird. Man stellt also eine vorübergehende Auslöschung des reflektierten Strahls fest, die erfaßt werden kann.
• Eine andere Lesemethode wird nun anhand von Figur 7 erläutert. Dabei verwendet man ein Auslesen durch Reflexion an der Rückseite der transparenten Schicht, so daß die Informationen beim Lichtdurchtritt analysiert werden. Der Brennfleck wird in der Ebene der Informationen erzeugt, aber erst nach Reflexion an der Rückseite. Liegt keine örtliche Veränderung des Brechungsindex vor, dann durchquert der ganze Strahl die Schicht und gelangt zu den Fotodetektoren. Liegt dagegen eine örtliche Veränderung des Brechungsindex vor, wird der Strahl gestreut und eine geringere Energie wird von den Fotodetektoren erfaßt. Die Schicht des durch Fotolithographie gravierten Harzes kann im übrigen an dieser Rückseite liegen, wie dies in Figur 7 angedeutet ist. Da es oft wünschenswert ist, Scheiben mit identischen Informationen in Serie herzustellen, kann man auf zwei Arten vorgehen:
• Das erste Verfahren besteht darin, alle Scheiben so herzustellen, wie dies anhand von Figur 2 erläutert wurde, und zwar mit einem Schreiblaser, der Punkt für Punkt in jede der Lagen der transparenten Schicht einschreibt.
• Das zweite Verfahren, das für Großserien bevorzugt wird, besteht darin, eine Mutterscheibe mit Hilfe eines Schreiblasers wie in Figur 2 herzustellen und dann durch Duplikation in Serie Tochterscheiben von der Mutterscheibe zu erzeugen. Das Verdopplungsverfahren ist ein globales, d.h. man geht nicht Punkt für Punkt vor.
• Für die Verdopplung in Serie durch ein globales Verfahren geht man erfindungsgemäß folgendermaßen vor: Die Mutterscheibe wird zur Herstellung eines Volumenhologramms in einem lichtempfindlichen Material verwendet (worauf im übrigen durch chemische Entwicklung eine Fixierung erfolgen kann, damit das Hologramm später durch Lichteinfall nicht mehr verändert wird). Das hergestellte Hologramm, das von einer ebenen Welle kohärenten Lichts großer Energie beleuchtet wird, kann ein dreidimensionales Bild der Mutterscheibe mit den auf ihr enthaltenen Informationen erzeugen. Dieses Bild wird in eine Tochterscheibe projiziert, die mit einer transparenten Schicht aus einem Material mit durch Licht induzierbarer Veränderung des Brechungsindex bedeckt ist. Diese Projektion mit starker Lichtenergie führt zu den örtlichen Veränderungen des Brechungsindex, die in der transparenten Schicht der Tochterscheibe erwünscht werden, so daß somit global eine genaue Kopie der Mutterscheibe mit allen auf ihr befindlichen Informationen entsteht.
• Wenn die Mutterscheibe eine oberflächliche Spur durch Gravur eines lichtempfindlichen Harzes und nicht durch eine durch Licht induzierte Veränderung des Brechungsindex besitzt, verwendet man vorzugsweise Tochterscheiben mit einer entsprechenden oberflächlichen Spur, die in einer Presse erhalten wurde. Die Pressentechnik ist die klassische Technik für die Herstellung der derzeit üblichen digitalen optischen Scheiben (CD-ROM). Das Pressen erfolgt vor oder nach der Belichtung durch das Hologramm hindurch.

Claims (6)

1. Optisches Informationsspeichersystern mit einem Träger für in mehreren Lagen innerhalb dieses Trägers gespeicherten Informationen und mit Mitteln zum Lesen dieser Informationen, wobei diese Mittel optische Mittel (40-42) zur Fokussierung eines Lichtstrahls auf eine ausgewählte Lage aufweisen, ohne daß dabei eine Fokussierung in den anderen Lagen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationslagen im Volumen einer Schicht (12) aus transparentem Material mit durch Licht induzierter Veränderung eines optischen Index ausgebildet sind, wobei die Informationen von örtlichen Veränderungen des Brechungsindex des Materials in diesen Lagen gebildet werden.

2. Optisches Informationsspeichersystern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus transparentem Material (12) auf einer ebenen Scheibe ausgebildet ist, die um eine Achse senkrecht zu ihrer Ebene in Drehung versetzt werden kann.

3. Speichersystern nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel aufweist, um die Brennebene der optischen Mittel von einer Lage zu einer anderen verschieben zu können.

4. Verfahren zum Einschreiben von Informationen in ein Informationsspeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte aufweist:

- Herstellung einer Mutterscheibe mit einer Schicht, die mehrere Informationslagen enthält,

- Herstellung eines Hologramms dieser Schicht,

- wiedergabe eines dreidimensionalen Bilds dieser Schicht mit den verschiedenen Informationslagen aufgrund des Hologramms und mithilfe eines kohärenten Lichtstrahls, wobei das erzeugte Bild in einer auf einem Träger ausgebildeten transparenten Schicht aus einem Material mit einer durch Licht induzierten Veränderung eines optischen Index entsteht, um in dieser Schicht örtliche Veränderungen des optischen Index in übereinanderliegenden Lagen entsprechend den Informationen in der Mutterscheibe zu speichern.

5. Informationsträger für ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer ebenen Scheibe besteht, die mit einer transparenten Schicht aus einem Material mit durch Licht induzierter Veränderung des optischen Index bedeckt ist, welche individuelle gespeicherte Informationen in Form von örtlichen Veränderungen des optischen Index enthält, und zwar in mehreren Lagen innerhalb des Volumens der Schicht verteilt, wobei jede Lage einer jeweiligen Serie von Informationen entspricht und die Lagen ausreichend weit voneinander entfernt sind, daß es möglich ist, einen Laserstrahl zum Auslesen der Informationen auf eine Lage zu fokussieren, ohne ihn zugleich auf die anderen Lagen zu fokussieren.

6. Träger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe auf einer Seite eine gravierte Spur trägt, die als Bezugsspur für den Zugang zu den im Volumen der transparenten Schicht enthaltenen Informationen dient.