JP2004535027A - Ｒｏｍ型蛍光多層光クリアカードからの情報検索用光記憶システム - Google Patents

Abstract

多層蛍光光記憶媒体は、情報を記憶するための蛍光ピットを持ったデータ層を有する。各層上のピットは、複数のスチルを定義すべく編成する。スチルの各重なりは、読み出しヘッドを横移動せずに読むことができる。また、記憶する情報を符号化するため、８−１０符号化を使用する。
【選択図】図１

Description

【技術分野】
【０００１】
発明の背景
技術分野
本発明は、情報をページ毎に検索するための光記憶システムに関し、特に蛍光多層リードオンリメモリ（ＲＯＭ）光クリアカードからの情報検索用光記憶システムおよび装置に関する。
【０００２】
従来の技術
既存の光記憶システムは、１つおよび２つの情報層を有する２次元データ担体を利用する。光データ記録における従来の技術解法のほとんどは、情報層の局所領域（ピット）における反射レーザ光強度の変化を登録することを提案する。このような変化を引き起こすことができるのは、ＣＤまたはＤＶＤＲＯＭタイプのレリーフ光ディスクにおける干渉効果、広く普及しているＣＤ−Ｒ系における金属膜の穴焼き、染料脱色、ポリカーボネートの局所溶融、あるいは相変化系における反射率の変化である。（ブリストルおよびボストンのフィリップスリサーチラボラトリース・アイントホーフェン・アダムヒルガー社のバウアス・ジー等による「光ディスクシステムの原理」）
図１は、ＣＤおよびＤＶＤフォーマットの光情報担体の表面に沿った情報ピットの２次元空間分布の概略形状を示す。このフォーマットは、１４ビットＥＦＭ（８−１４変調）チャネル変調ピッチを使用する。ＣＤおよびＤＶＤ−ＲＯＭにおけるこれらの空間分布は、代表的ピットサイズ（最短ピット長さｌ、幅ｗ、深さｄ、トラックピッチｐ）およびチャネルビット長さ等のパラメータによって特徴付けられる。
【０００３】
ＣＤおよびＤＶＤ−ＲＯＭの前記およびその他パラメータの数値を表１に示す（情報記憶材料、３６および４２ページ）
【表１】

【０００４】
表１から明らかな通り、ＤＶＤフォーマットへの切り換えは、密度を著しく増加させ、その結果、記憶情報量および読み出し速度が増加する。しかしながら図１および表１は、情報ピットが情報層の一部しか占めていないことを示している。このことが、その最大限度に比較して記憶情報密度および量を極めて低くしている。
【０００５】
記録密度を増加させるために利用できる方法は、短い波長の光源と共に高い開口数ＮＡのレンズを使用する（表１参照（アイ・イチムラ等のＳＰＩＥ，３８６４，２２８））等がある。あるいはトラックピッチを減少させると共にランドグルーブ記録光ディスクのグルーブ深さを増やしても良い（エス・モリタ等のＳＰＩＥ，３１０９，１６７）。新しい媒体および読み出し方法（ティー・ボディニ等のＳＰＩＥ，３４０１，２８４）、ピッチ深さ変調（エス・スピールマン等のＳＰＩＥ，３１０９，９８）、および対称パターンに配置した正方情報ピットを有する光ディスク（サトウ等の米国特許第５，５７２，５０８号）を使用して高密度情報記憶を実現することもできる。
【０００６】
米国特許第４，６３４，８５０号および第４，７８６，７９２号（ドレクスラーテクノロジー社）は、データ密度を上げエラーを最小にするため、デジタル光データの「４倍記録密度」または「マイクロチェスボード」フォーマットを使用する。このフォーマットは、ＣＣＤ光検出器アレイで読み出すことにより、デジタルデータ量を４倍にする。このデータは、映画フィルム（または光記憶カード）に光学的に格納できる。
【０００７】
３次元（均質）感光媒体は、２光子吸収において様々な光物理または光化学非線形効果を示し、１立方センチあたり数テラビットを超えるデータ書き込み密度を可能にする。このような３次元ＷＯＲＭまたはＷＥＲデータ担体において、中間仮想レベルまたは屈折パラメータ変化の登録を介した感光成分および光化学反応生成物による協合的２光子吸収は、最適な書き込みおよび読み出しモードを構成する。これは、フォトクローム材料（ディー・パルテノパウロス等のサイエンス１９８９，２４５，８４３）または光脱色材料、および光化学反応結晶（ワイ・カワタ等のＯｐｔ．Ｌｅｔｔ．１９９８，２３，７５６）またはポリマおよびフォトポリマ（アール・ボリソフ等のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１９９８，Ｂ６７，１）の場合も真実である。
【０００８】
原理的に、この書き込みおよび読み出しモードは、ピットの形態（従来の反射ＣＤまたはＤＶＤ−ＲＯＭにおける情報ピットに類似）において、データの局所登録をそのデータ媒体内の光特性変化として実現する。
【０００９】
しかしながら、この原理を実際に行うのは大きな挑戦である。コストが高く、このタイプの記録に必要なフェムトセカンドレーザ光源のサイズが大きく、前記媒体の感光性が極めて低いからである。この媒体の感光性が極めて低い一般的な原因は、現在知られている感光材料の２光子吸収断面パラメータが極めて低いためである。
【００１０】
技術的には、記憶データ量を増やそうとする場合、多層両面光情報担体を使用することがより効率的である。しかしながら、この適用には幾分の制限があり、別の問題を引き起こす可能性がある。問題とは、データ担体媒体、データ読み出しモード、装置の設計および特性に関する問題、特にＷＯＲＭおよびＷＥＲ光記憶データの書き込みモードに関する問題、特にその媒体の内部深くにおける問題である。
【００１１】
反射モードにおいて、多層光情報担体の各情報層には、部分反射層を塗布する。これは、読み出しビームおよび反射情報ビームのいずれについても、その強度を低下させる。これは、所定情報層まで媒体を通過すること、および受信器まで戻ることに起因する。
【００１２】
さらに、それらビームのコヒーレント特性により、両通過ビームは、予測困難な回折の影響を受けると共に、情報層の微小部（ピットおよびグルーブ）の干渉ひずみの影響を受ける。
【００１３】
ここに、蛍光読み出しを伴う多層蛍光光情報担体が好ましい理由がある。部分反射層を持たないからである。この場合、回折および干渉ひずみは非常に少ない。これは、蛍光放射光の非コヒーレント特性のためであり、その波長が読み出しレーザ波長に比べて長いためであり、レーザおよび蛍光放射光に対する光媒体の透明性および均質性（異なる層における同様の反射率）のためである。従って、多層蛍光担体は、反射光メモリに比較し、いくつかの有利な点を有する。
【００１４】
本システムは蛍光等の非コヒーレント信号に基づいており、ルミネセンスは、反射、吸収、または屈折等の空間分解能コヒーレント方法よりも２倍高い（ウイルソン・ティーおよびシェパード・シーの走査光学顕微鏡法の理論と実際、アカデミックプレス、ロンドン、１９８４参照）。非コヒーレント信号を使用すると、多層光メモリの情報容量を８倍ほどに高めることができる。
【００１５】
米国特許第４，２０２，４９１号は、蛍光インク層を使用し、データスポットから赤外線を放射する。
【００１６】
日本国特許第６３，１９５，８３８号は、ＷＯＲＭディスクを提案する。このディスクは、蛍光読み出しモードを有し、データ保持層は、基層の目つぶし表面に配置する。このＷＯＲＭディスクの基層上に多層情報構造を形成することは絶対にできない。その理由は、書き込みおよび読み出し出射光の光学的拡散が強いからである。しかしながら、蛍光合成物を使用して多層光ディスクを形成することは可能である。この技術は、米国特許第６，０２７，８５５号および第５，８４５，２５２号と欧州特許第００９６３５７１Ａ１号に記載がある。
【００１７】
米国特許第６，００９，０６５号および第６，０７１，６７１号（ブイ・グラシュコとビー・レビック）は、多層蛍光光ディスクから情報をビット単位で読み出す装置を開示している。
【００１８】
本発明は、蛍光多層リードオンリメモリ（ＲＯＭ）光クリアカードに関する。本発明実施例において、データは、複数の光学的に薄い情報層から成る多層構造に格納する。これら情報層は、分離層によって分離する。データビットは、個々の蛍光材料マークとして前記情報層に格納する。
【００１９】
好適な実施形態の説明
リードオンリ蛍光多層光記憶クリアカード（ＦＭＣ−ＲＯＭ）２００とその断面の構造の一例を以下に説明する。この構造は、次の基本要素を備える。すなわち、ほぼ直方体であり４５ｍｍ×２５ｍｍ×２ｍｍの寸法を有する金属またはプラスチックのカードケース（２０１）と、多層光データ担体（ＦＭＬＣ）２０３を基体とする１．６ｍｍの「光インサート」（２０２）とを備える。この多層光データ担体は、ガラスパッド（基板）２０４に配置する。このガラスパッドの寸法は、３５ｍｍ×１５ｍｍ×１ｍｍである。パッド材料は、石英、ポリカーボネート、ポリアルキルアクリレート、ポリシクロオレフィン等の透明ポリマ、その他である。保護層２０５は、約１００ｍｍｃの厚さであり、有害攻撃性環境の機械的損傷から光データ保持媒体を保護する。
【００２０】
光カード（２００）のケース２０１は、データ領域ＦＭＬＣ２０３の縁部を機械的張力および汚損から保護する。またＦＭＣカード２００を読み取り装置に格納し移動することを助ける。
【００２１】
多層光データ担体（２０３）を有する光インサート２０２は、光カード（２００）ケース（２０１）の「セットフレーム」２０６に取り付ける。これは、熱または光重合接着剤を利用し、光インサートとフレーム（２０６）との間の隙間２０７を埋めることにより行う。これら２部分を接着する前に、「合わせノッチ」２０８および２０９を使用して互いに位置決めし、次に熱または紫外線（ＵＶ）を加えて接着剤を固化する。
【００２２】
蛍光多層光データ担体（２０３）は、多くのデータ層から成り、約０．５ｍｍ厚（好ましくは）の１２ｍｍ×３２ｍｍの層（２１０）を積み重ねたように見える。これら動作領域の寸法は、１０ｍｍ×３０ｍｍであり、この領域は多くの各情報マークまたはピットを含む。これらは、公知のＣＤまたはＤＶＤＲＯＭシステムで使用する反射ピットに似ている。これらピットは、非蛍光背景（２１２）に対して配置した蛍光マーク（２１１）のように見える。各データ層（２１０）における「情報保持フィールド」２１３（動作領域）の寸法は、ＦＭＬＣカード（２００）の寸法より約１ｍｍ小さいことを指摘しておく。データ層（２１０）は、５０ｍｍｃ厚の「中間層」（２１９）によって分離する。これら中間層は、読み出しおよびデータ搬送蛍光放射のために透明である。データ層（２１０）および中間層（２１９）の重なりは、光または熱接着層によって互いに接着する。これら接着層は、数ミクロン厚である。これらは、全体として１つの蛍光多層担体ＦＭＬＣ２０３を形成する。焦点外の層からの散乱、回折、光反射による寄生効果を除去するため、可能であればデータ層および中間層に同様の屈折パラメータを選択する。
【００２３】
データ層の間に中間層を介在させたこのＦＭＬＣ多層構造（２０３）は、少なくとも２つ以上、理想的には１０のデータ層（２１０）を含むようにする。この構造は、パッド（基板）２０４の上に配置する。パッド（２０４）は、透明または非透明無機材料（ガラス等）またはポリマ（ポリカーボネート、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、アクリル、ポリオレフィン等の材料、アクリレート、エポキシ光重合プラスチック等）から形成する。これら材料は、容易に研磨および成形できる。例えば、射出成形や射出圧縮成型を使用できる。あるいは、紫外線重合を使用し、液体モノマまたはオリゴマ合成物を光処理によって固化する（２Ｐ処理）（バウアス・ジー等による「光ディスクシステムの原理」、アダムヒルガー社、ブリストルおよびボストン）。これら材料を処理し、粗度（あらさ）が平面から２〜５ニュートンリングの誤差、オプティカルクラス１４を下回らないようにする。その後、製品の機械特性の要求品質を実現する。また前記パッドは、時間による変形に耐え、高い平面品質を保持し、各位置における異なる厚さを維持しなければならない。パッド（基板）２０４は、そこに搭載するＦＭＬＣ２０３用パッドとして働くと共に、そのフレーム（２０６）内にＦＭＣカード（２００）を正確に位置決めする役目も果たす。読み出し装置の読み出し光成分と蛍光信号データ登録成分とがＦＭＣ２００の両側に位置する場合、パッド２０４は透明であるか、光学的に透明な材料で作った透明インサートを少なくとも含むようにする。この透明インサートは、ＦＭＬＣ（２０３）データ保持フィールド（２１３）と同一場所に配置する必要がある。
【００２４】
読み出しモードにおける移動を少なくし受光部品の数を少なくするため、そして高速読み出しを維持するため、全動作領域（情報フィールド）２１３は、ある数、例えば３ページ（２１４）（図２に示す）のページに分割する。このページは、約１０×１０ｍｍとできる。隣接する２つのデータページｈ間の距離２１８は、約２００ｍｍｃである。各ページ（図３ａ）は、長方形または正方形領域（例えば２５領域）（３１５）のセットである。これら領域は、例えば各々２ｍｍ×２ｍｍであり、領域間の距離はＹ軸に沿って１７．４ｍｍｃ、Ｘ軸に沿って３．２ｍｍｃである。各領域は、１１７個までのスチル（３１６）（図３ｂ）を含むことができる。このうち１１５個がデータを保持できる。スチルの寸法は、読み出し装置の設計に依存し、例えば２０４．８ｍｍｃ×１５３．６ｍｍｃであり、各軸に沿った距離はそれぞれ１７．４および０．８である。ゼロスチル（３１９）は精密調整用（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸に沿って０．１ｍｍｃまで、角度座標における１０^−３ラジアンまでの精度）である。
【００２５】
これらスチルは、クラスタ（３１７）に分割する。その数は、各スチルあたり４８までとできる（光カード（２００）情報フィールド（２１３）のＸおよびＹ軸に沿って６×８）（図３ｃ）。クラスタの寸法は、約２５．６×２５．６ｍｍｃとできる。各クラスタ間の距離は、例えばＹ軸に沿って１．６ｍｍｃ、Ｘ軸に沿って０．８ｍｍｃである。１クラスタは、３７２バイトの情報を含むことができる（１バイト（３１８）は１０ピット（３２１）であり、各ピットのサイズは０．４ｍｍｃ×０．４ｍｍｃであり、約８ビットの情報を含む）。クラスタ寸法も符号化アルゴリズムに依存する。このアルゴリズムは、収差やひずみを除去するよう機能する。符号化処理におけるアルゴリズムの１つは、３２バイトを１グループとして２４バイトを記憶し、最小データ量は３２バイトまたは３２０ピットのグループである（下記に参照するＥＴＴ符号化（８−１０符号化）を使用する場合）。このため、１クラスタはＮ×３２０の量を持つことになる。ここでＮは１以上の数である。スチルをクラスタに分割することにより、信頼性を高め、「０」および「１」信号の対比に対する空間低周波成分の有害影響を迅速に除去できる。さらに１スチルは、１５×１５ｍｍｃの支援フィールド（３２０）を含む。この支援フィールドは、スチル読み出し処理において、より高速な焦点合わせおよび位置決めを目的とする。
【００２６】
ＦＭＬＣ（２０３）ＲＯＭデータ層（２１０）は、他のＲＯＭアドレスフィールドを含んでも良い。このフィールドは、例えば読み出しヘッドとＦＭＣカード２００とを互いに位置決めすることを支援する支援データを保持する。
【００２７】
異なるデータ層に位置して互いに重なるいくつかのスチルは、スチルスタックまたは情報スタックを形成する。ＦＭＬＣ平面に沿って読み出しヘッドを移動せずにスタックから情報を読み出すことができる。このためには、１層内のスチルから他層内のスチルへとレンズ焦点を調整するだけでよい。ＦＭＬＣアドレスフィールドは、中央位置合わせを行い、例えばＦＭＬＣ層の最初の層、または最後の層、あるいは各層に配置できる。
【００２８】
１スチルスタック内において層毎に読み出しを行う時、光学系調整および読み出し調整のコストを最小に抑えるため、中間層の厚さ（隣接するデータ層間の距離）を１ｍｍに維持すると共に、情報フィールドの空間重なりの精度を＋−１ｍｍ以内とし、角度重なりの精度を約１０^１３ラジアンとすべきである。
【００２９】
図４は、４つの隣接するバイト（４０）として提示した情報ピットの２次元空間分布を示す概略図であり、提案された２次元符号化のＥＴＴ（８−１０）符号をＦＭＬＣデータ層の表面に記録したものである。すなわち、現在使われていないＥＦＭ（８−１４変調）１４チャネル変調符号は使用していない。また本発明において、１情報バイトは、フィールド（微小領域）４１に記録する。このフィールドは、１０（２×５）の正方セル（「２×５フィールド」と呼ぶことにする）から成り、各正方セルは、例えば０．４×０．４ｍｍｃの寸法を有し、蛍光物質を含むかまたは含まないことができる。従って、蛍光物質があるかないかにより、当該フィールドにおける情報ピットの存在または不在を示せる。
【００３０】
このように、情報を記録するに従い、各ピットは、セル４２のように読み出し光を吸収して蛍光を発する物質で満たすか、あるいはセル４３のようにそのような物質で満たさない。従って、１バイトの情報は、１０Ｓ平方を占有する。Ｓ＝ａ×ａであり、「ａ」は１平方セルの正方であり、他方の「ａ」は平方辺の１つである。隣接バイトは、図４に示すように、対向して隙間なく配置する。
【００３１】
１つの情報バイトを構成する全２５６の組み合わせは、データ層（２１０）の表面にフィールドとして描かれる。各フィールドは、１０（２×５）平方セルから成り、フィールドには２種類ある。最初の２２２の組み合わせのフィールドにおいて、蛍光物質で満たされた平方セル（４２）の各ピット（情報ピットまたは蛍光マーク）は、当該（２×５）フィールド内に少なくとも１つの同様の隣接セルを有し、それら隣接セルは並行または対向している。また、蛍光物質で満たされていない各平方セル（４３）も、そのフィールド内に前記したような隣接セルを有する。このような条件を対条件と呼ぶ。すると、上の２バイトおよび左下の１バイト（図４参照）は、その条件を満たす。
【００３２】
残りの各組み合わせは、２つの相補フィールドとして描かれる。このフィールドは、（２×５）フィールドの左上または左下セルにおいて対条件を満たさない（図４の左下バイト参照）。これら相補フィールドは５２しか存在せず、組み合わせを提供する上で、予備（バックアップ）を確保する。通常は、１情報バイトを構成するために２５６の組み合わせだけを必要とする。読み出しモードにおいて、本発明装置は、互いに接続したフィールドまたはバイトから成る各帯内に、対条件を満たすフィールドを選択できる。なお、選択したフィールドは、その左に位置するフィールドに結合している。このように、蛍光物質で満たす最小領域は、２つの隣接する蛍光部または情報ピット（蛍光マーク）から成るため、その寸法はａ×２ａである。蛍光物質で満たさない最小領域も、同一寸法を有する。
【００３３】
提案した２次元情報符号化のＥＴＴ技術により、データ層の全域を隙間なく蛍光マーク（情報ピット）で満たすことができる。これはまた、１次元または２次元光検出アレイ、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）カメラを用いた同時読み出し方法の使用を可能にする。
【００３４】
図５〜図８は、ＲＯＭタイプの蛍光多層光カード（５０１）を有する読み出し装置（５００）とその主要部品を示す図である。この読み出し装置は、次のような主要部品から成る。
【００３５】
１）前記光カードと光部品とを互いに粗位置決めおよび精密位置決めするための位置決め系（５１０）であり次を含む。
【００３６】
・サブ回転機構によってカードをローディングするためのノード（５１１）、
・ローディング角度を示すセンサ（７０１，７０２）（現在のカード座標）、
・ローディング装置状態（開、閉）を示す端部センサ（７０１）およびローディング装置におけるカードの使用可能性を示す端部センサ（６０１）、
・マイクロレンズアレイの移動機構（焦点に基づき、または焦点に基づきカードを移動）、
・光学部品を有する焦点合わせセンサ（７０３）、
・補償プレートの設置および交換装置（６０３）、
・光学系拡大係数を調整するために対物レンズを移動する装置（光軸に沿った移動）、および
・作動装置（エンジン駆動等）を制御するサブシステム。
【００３７】
２）読み出し光の多数のビームを形成する照明系（５２０）であって次の部品を含む。
【００３８】
・最も一般的に、前記光カードの所定領域を照らすための２次元マトリクス発光セル、
・照射光の真正面に位置するＦＭＬＣ情報スタック（２１０）の読み出しを確保するため、多数の読み出しビームから成る光フィールドを形成するための光サブシステム、および
・発光セルマトリクスを制御するサブシステム。
【００３９】
３）多数の光チャネルを形成するためのマイクロレンズマトリクスを含む光学系（５３０）。この光チャネルの数は、発光セルの数に等しい。この光学系は、読み出し表面からの微小パターン（スチル）を、設定倍率において、受光マトリクスの表面に転送する。さらに光学系（５３０）は、全チャネルに共通の部品を含む。すなわち、光フィルタ、対物レンズ、および光イコライザである。
【００４０】
４）ＦＭＣ（図５および図８）からの情報を登録する系であって次を含む。
【００４１】
・マトリクス受光センサを基本とする検出器（８０１）、
・デジタル信号プロセッサを基本とする検出制御器（８０２）、
・ビットと蛍光記録に使用する情報ピットとの識別（変換）を行うプログラマブル変換装置（８０３）、
・反収差符号を復号する装置（８０４）、
・データをマイクロコンピュータへ中継するデジタルインタフェース（８０５）、
・データフローを出力用圧縮解除装置へ中継するデジタルインタフェース（８０６）、および
・フィードバック信号を発生する制御ソフトウエア（８０７）。
【００４２】
５）装置部品を制御するマイクロプロセッサ系（５６０）。
【００４３】
６）電源装置（５７０）。
【００４４】
本発明に基づき、光データ読み出し装置（光ピックアップ）の構成オプションの１つ（図９）を提供する。このオプションは、多層光カード（２００）として組み立てた蛍光担体におけるデータ符号化にＥＴＴ２次元法を使用し、多量データの同時高速読み出しが可能である。
【００４５】
この光メモリシステムの基本構成要素は次の通りである。
【００４６】
１）ＦＭＣＲＯＭタイプの多層担体である蛍光多層光カード（９１０）。
【００４７】
２）９２０：発光装置（９２１）と、特製選択光フィルタ（９２３）を有する集光光学系（９２２）とを備えた読み出し光（９３８）装置。
【００４８】
３）９３０：高温（ＮＡ〜０．５）非球面マイクロレンズ（９３２）からなるマトリクス（９３１）と、光補償部品セット（９３３）と、他のスペクトル選択フィルタ（９３４）と、対物レンズ（９３５）と、受光素子マトリクス（９３６）とを備えた情報信号（９３７）を登録する装置。なお、読み出し光装置（９２０）と情報信号登録装置（９３０）とは、光カード（９１０）を挟むように配置する。
【００４９】
光カード層の再配置を確保するため、カード（９１０）は垂直移動を行う。しかしながら、より好適な第２のオプションがある。このオプションは、特製光補償器セットを使う。これら補償器（９３３）は、薄く光学的に透明な高精度プレートであり、それらの中間層と同程度の厚さを有し、伸長性光学くさび等からなる（図１３および米国特許第５，３８１，４０１号参照）。これらは、読み出し装置の光チャネル内に一定間隔で挿入する。これら光学要素の数は、光カード内のデータ層の数に等しくする。この第２のオプションがより好適と考えられる理由は、光学濃度の変更に起因する収差を除去するためである。第２のオプションにおいて、層再配置の深さは、光学系動作距離によってのみ制限される。適応光学要素、例えば液晶で構成した空間光変調器を使用することもできる。このオプションは、さらに好適である。なぜなら、焦点合わせを再構築するばかりでなく、１素子の焦点を自動的に保持する（自動焦点）からである。
【００５０】
スペクトル選択光フィルタ（９３４）は、残存読み出し光をフィルタし、データ搬送蛍光（９３７）が発生した必要信号を分離する。このフィルタは、マイクロレンズマトリクスと対物レンズとの間に位置する。他のオプションにおいて、読み出し装置（受信装置の前）に反射スペクトルフィルタを用いても良い。これらノッチタイプフィルタは、電気的に再配置でき、液晶で構成した場合、放射光の良好なスペクトル濾過を確保できる。
【００５１】
光カード（９１０）データ層の発光を励起するため、このカードに放射光を当てる。放射光のスペクトルは、発光団からなる吸収帯のスペクトルと相関する。ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光素子は、特性がよく知られているため、この目的に良く合っている。これら発光素子は、固体、有機、またはレーザダイオード（ＬＤ）で良い。光カードからのデータ読み出し速度を上げるため、およびカード移動を最小にするため、ＬＥＤマトリクス発光器または垂直空洞表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を有するＬＤマトリクスを使用することを推奨する。この装置は、個別半導体ダイオード（９２４）のセット（マトリクス（９２１））、または平面技術により作成した固体構造として組み立てることができる。マトリクス９２２は、マイクロレンズ（９２５）から成り、入射光を集光するものであり、集積技術で作成したセットまたは固体構造として組み立てることができる。
【００５２】
本発明者が選択した技術的解決策は、２５個の市販高輝度ブルーＬＥＤ（９２４）からなる対称配置マトリクス（９２１）を使用する。これらＬＥＤは、サファイア基板上に成長させたＩｎＧａＮ不均一構造を使用して製造する。これらダイオードは、正方格子（５×５素子）に配置し、隣接ＬＥＤ間の距離は２ｍｍとした。マイクロレンズマトリクス（９２５）にも同様の寸法を持たせる。各発光ダイオードの寸法は、約３５０×３５０×１００ｍｍｃである。いくつかのダイオードは、１側にのみ接点を有する。
【００５３】
発光器（９２０）は、ＬＥＤマトリクス（９２１）と電子制御器（図９に示さず）とを含み、いずれのＬＥＤ（９２４）に対しても必要な時間だけのスイッチングを確保する。
【００５４】
ＬＥＤ結晶は、厳密に一定間隔で整列し、シリコンパッド（１００）（図１０）に配置する。このシリコンパッドは、面［１００］に沿って配向する。この面は、熱伝導体として働き、必要に応じてＬＥＤ発光（１０１）を反射する。２方接点のシステムを、標準的集積技術に基づき、金属と誘電体塗膜とを交互に吹き付け、フォトリソグラフと化学着色とを使用して作成する。金属反射器（１０３）は、アルカリ着色を使用した。アルカリ着色物質は、選択的に使用し、開口した正方領域だけに影響させ、材料の他の部分は、保護ＳｉＯ_２マスクで覆った。この反射器は、切頭角錐形状に作成し、その各面は基面に対して５５度の角度で配置する。反射器内面は、アルミニウムで被覆する。かかる反射器の使用は、金属化シリコン表面に素子を配置したオプションに比べ、光出力を１．５倍増加させた。
【００５５】
半田によって接点（１０２）を設けた後、マトリクスベース（１００）を、ボール状マイクロレンズ（１０５）から成る他のマトリクス（１０４）に接合した。この接合は、高精度装置を使って行い、その構造を集積回路フレーム内部に組み立てた。このフレームの蓋は、バンドパス光フィルタウインドウ（９２３）を有する。
【００５６】
ボール状マイクロレンズ集光器からなるマトリクス（９２２）は、各ＬＥＤからの光を集め、２５本のビームを形成する。その発光輝度（ＲＭＳ＜０．０７）は、光カードデータ層の面に沿って均等に分布する。この光カードデータ層は、データスチルの境界（約２００×１５０ｍｍｃ）内で読み出される。ＬＥＤ発光スペクトルは、弱い長波ウイングを含んでも良い。これは、光カード（９１０）の発光団帯と重なることがある。この寄生信号を除去するため、バンドパス光フィルタ（例えばダイクロイックミラー）（９２３）をマトリクス出力面に配置する。
【００５７】
データ読み出しモードにおいて、ＬＥＤを駆動し、全カードデータ層におけるスチルの積み重ねを一斉照射する。受光セルから成るマトリクスに所定ページを投射するには、受光マイクロレンズ（９３２）の焦点を変化させることにより可能となる。ＬＥＤは、時間連続で順次に駆動する。２５スチルからのデータ読み出しを完了した後、光カードをページ幅に沿って移動し、全処理を繰り返す。
【００５８】
マイクロレンズマトリクス（９３１）は、不定数のデータ層における初期パターン（画像）を形成する。このマイクロレンズマトリクスは、ＬＥＤマトリクス（９２１）と同様、正方格子（５×５要素）に配置した２５のマイクロレンズのセットから成り、レンズ中心間距離は２ｍｍである（図１１）。そして、光カード（２００）の情報フィールド（２１３）から約１ｍｍの距離に位置する。各マイクロレンズは、データスチルの蛍光パターン（画像）（蛍光発光スペクトルバンドは約５０ｎｍ）を中継すべく設計されている。データスチルは１ミクロン以下（約２００ｍｍｃ×２００ｍｍｃ）の要素から成るため、理論的限界に最も近い光学設計を選択すべきである。各マイクロレンズの開口数は、蛍光波長（約５００ｎｍ）において０．５よりも小さくない。ＣＤプレーヤに使用する市販のマイクロレンズであって開口数が０．５および直径が５ｍｍのものは、１００ｍｍｃの視野を有する。これらは初歩的小型レンズであるため、色収差に対する保護がない。本発明者が提案する設計オプションは、視野を２００ｍｍｃまで増加し、レンズ直径を２ｍｍまで小さくできる。本発明者の設計は、２値表面塗布を使用し、全蛍光スペクトル範囲において色収差を除去する。そこで各マイクロレンズの基本パラメータは、次の通りとする。無色小型レンズ、動作スペクトル範囲４７０−５２０ｍｍｃ、直径２ｍｍ、焦点距離２ｍｍ、開口数０．５、拡大不確定。
【００５９】
対物レンズ（９３５）は、マイクロレンズ（９３２）のマトリクス（９３１）によって形成した各データスチル（３１６）の蛍光パターンを投射する。この対物レンズは、受光セルマトリクスが位置する面（９３６）の１つの同一箇所にそれを投射する。対物レンズの直径は光カード（９１０）の情報フィールド直径（２１３）（好適には１．２ｃｍ）を少し超え、その好適焦点距離は４０ｍｍである。これは全光学系の光学拡大を決定する。対物レンズ（９３４）の焦点距離と、マトリクス９３１に位置するマイクロレンズとの比率は、受光セルマトリクス（９３５）とデータページとの比率に近づかねばならない。この光学系の動作モードにおいて、マトリクス（９３１）内の各マイクロレンズ（９３２）の中心にあるすべてのデータスチルの画像は、常に受光セルマトリクス（９３６）の位置と一致する（図９）。
【００６０】
受光マトリクスとして、ＣＣＤＣＭＯＳアレイを使用できる。このため、標準的ＣＣＤカメラを使用した。このカメラは、１０２４ピクセルアレイ（７６８）から成る。各ピクセルの寸法は、４．６５×４．６５ｍｍｃであり、そのスチル周期は１秒あたり２５スチルである。
【００６１】
データ読み出し処理は、次のような主たる段階を含む。光カードを読み出し装置にローディングし、位置センサを設定し、データを読み出す。
【００６２】
図１２は、光カードを読み出し装置にローディングし位置決めするための構造オプションの１つを示す。第１段階において、光カード（１２０２）を有する容器（１２０１）を結合フランジ（１２０３）に隣接載置し、ラッチ（キャッチ）（１２０４）によって固定する。
【００６３】
粗移動用線形装置は、カード端部を掴み、読み出し装置のロック装置（１２０６）内へ移動する。容器出口（１２０１）とロック装置（１２０６）の開口は、漏斗（１２０７）を有し、カードの滑らかな移動（支障なく）を確保する。ロック装置位置決めセンサ（１２０８）は、動作機構（１２０９）の動作を制御し、光カードフレーム（１２１１）上にマーク（切り込み）（１２１０）を検出すると、動きを止める。カードは、プログラマブル装置によって所定位置に保持される。
【００６４】
前記移動装置は、少なくとも２つの３次元圧電セラミック装置のセットから成り、３方向のいずれにおいても低ピッチ周期動作を確保する。位相と動作方向の組み合わせにより、ロック装置とカードとを数百ミクロンに等しい高分解能において一緒に大きく動的に移動できる。
【００６５】
移動は、動作装置に電圧を供給することによって実行する。装置が開始位置にある時、段階１の電圧を装置２へ供給する。次にコマンド「前進および上」が発行される。次に装置２は、コマンド「後退および下」を受け取る。段階２において、上昇した装置は、その開始位置へ垂直に移動する。そしてこのサイクルを繰り返す。
【００６６】
回転は、圧電セラミック装置を平面に沿って配置し、それらの動きを反転することで確保する。
【００６７】
光動作センサは、２つの線形漏斗のような形状である。これら漏斗の１つは、可動漏斗であり、ロック装置に取り付ける。他方（固定）は、ケースに取り付ける。これら漏斗が平行光ビームを受けている時、多数の帯状画像が受光器に受光される。帯のピッチは、漏斗の角度配向に依存する。また帯の位置は、漏斗の角度変位に依存する。ＰＺＣスライド（ルーラ）を使用すれば、帯の正確な位置を測定できる。一方、受光器は、通過する帯数を数えることができる。従って漏斗周期を数えられる。
【００６８】
ロック装置は、光カードガイド（おおよそ）と、クランプと、漏斗センサの可動部品と共に、プラットフォームを形成する。
【００６９】
読み出し装置において、照明装置は、読み出すページを照射する。データページの蛍光画像は、拡大され、受光装置のマトリクス表面に投影される。拡大係数は、データページの１ピットが特定グループの画素、例えば２×２画素平方に投影されるようにする。すなわち、ピットおよび画素の位置は、厳密に相関される。例えば、左上角におけるピットは、受光マトリクスの左上角における４画素に相関させる。この種の解決策（ピットと画素との相関）は、高価な画像処理を排除することを助ける。さらにこれは、簡易で安価な画像復号用マイクロチップの使用を可能にする。データページ復号アルゴリズムを以下に説明する。これは、画素信号の下記処理によって受光マトリクス画素を連続的にポーリングすることを含む。
【００７０】
段階１、カードのローディング
ローディングノードを装置からスライドさせる。カードを装置の受け入れスロット（または受け入れトレイ）に挿入し、所定位置にロックさせる。センサがカードの準備完了を確認すると、ローディングノードは読み出し装置内にスライドし、情報セクションの１つの位置に相関する位置で停止する。このローディング処理は、レンズアレイのあらかじめ選択したレンズの視野内に調整ページが来るようにしなければならない。この調整ページは、データ層にあり、その寸法はデータページの寸法に等しい。この調整ページは、いくつかの蛍光マークから成る（カードの説明項参照）。ローディング装置におけるカード初期設定の精度は、各座標に沿って情報ページサイズの値の半分に等しい。例えば、データページサイズが２００ｍｍｃ×１５０ｍｍｃであれば、設定精度は、一方の座標に沿って１００ｍｍｃであり他方の座標に沿って７５ｍｍｃとなる。
【００７１】
カードとノードとを大まかに設定した後、照明をスイッチオンする。照明系チャネルは、調整ページに対応する。照明系チャネルをスイッチオンする電気パルスは、受光装置（ＦＲＤ）スチル走査を開始するパルスと同期している。蛍光画像がＦＲＤマトリクス表面に投射されると、この固定画像を使用し、多層蛍光カード位置合わせ系は、以下に記載の座標に対する制御信号を形成する。すなわち１）「焦点」、２）カードの「Ｘ」および「Ｙ」面における２座標、および３）角度座標「Φ」。これら信号は、制御系を介し、位置決め系へ送る。カードを調整するためにいくつかの段階がある。１）最初に焦点を調整する、２）次にカードを面内で回転する、そして３）カードをその面内で移動し調整ページの行と列とをＦＲＤマトリクスの対応する行と列とに一致させる（調整ページの説明において相関法則を説明する）。調整ページ上のいくつかのマークがＦＲＤの対応画素に一致しなければ、光学系の拡大率が定格に等しくないことを意味する。拡大調整は、対物レンズをＦＲＤに対して光軸に沿って少し移動することによって行う。多層蛍光カード位置合わせ系は、調整ページの画像を使用し、「拡大」エラー信号を発生し、それを対物レンズ移動制御装置へ送る。
【００７２】
すべてのエラー信号がゼロになったら、カードがゼロ始点座標を有する開始位置に正確に位置決めされたと見なせる。
【００７３】
段階２、位置センサの設定
調整ページの精密位置決めが確認されると、ローディングノード位置センサのカウンタおよびマイクロレンズ大量センサのカウンタは、ゼロになる。カードの位置決めは、位置センサのデータを使用してさらに続行する。
【００７４】
段階３、カード読み出し
位置センサデータを使用し、第１情報ページに相関する位置へカードを移動する。移動距離は、ページ間隔に等しい。照明系チャネルのスイッチを順次オンし、ＦＲＤによって情報ページからデータを読む。
【００７５】
カードを次の位置へ移動する。この処理を、レンズマトリクスが全レンズの「担当する」領域内において全データページを走査するまで繰り返す。従って、１位置決めサイクルにおいて、多くのデータページを読むことができる。例えば、マイクロレンズおよび照明装置マトリクスに対して５×５フォーマットを選択した場合、２５ページを読むこともできる。この方法は、単一のＦＲＤを使用する場合の位置決め時間を削減できる。その結果、データ中継フロー速度を著しく速められる。
【００７６】
装置が情報セクタの読み出しを完了すると（情報セクタは、マイクロレンズマトリクスの視野範囲内の全データページから成る）、カードは初期位置に戻る。すなわち、位置センサの読み取りに基づくゼロ座標位置に戻る。カード（またはマイクロレンズアレイ）は、層間距離に等しい距離を光軸に沿って移動する。段階１から３までの手順を新しい層について繰り返す。
【００７７】
このように、本明細書に説明する光学構成の主な利点は、機械的移動なしに２５データページを読めることである。そしてカードを、１単位として２００ｍｍｃの距離を移動するだけで、再び読み出しを行える。データページ読み出し周期は、受光マトリクスの動作周期と同期させねばならない。
【００７８】
カードの層方向における再配置は、光カード（９１０）の直接垂直移動か、光学補償器（９３３）（層（１２１）間または積み重ねた伸縮くさび（１２２）間等の距離と同じ厚さを有する薄板）を使用して行う。この第２の方法は、より好適である。なぜなら、光学厚さの変化に起因する収差が除去されるからであり、層方向の再配置深さは、光学系の動作距離にしか制限されないからである。適応光学要素、例えば液晶空間光変調器（１２３）の使用も可能である。この方法は、より有効と思われる。なぜなら、単一装置が同時に２つの動作、すなわち焦点の再調整と維持と（自動焦点）を同時に行うからである。
【００７９】
ＬＥＤ発光をフィルタリングするため、２つのフィルタが必要である。第１のフィルタは、（判読不能）マトリクスと蛍光カードとの間に配置し、着色蛍光スペクトルと重なるＬＥＤ発光スペクトルの部分をカットする。第２のフィルタは、マイクロレンズマトリクスと対物レンズとの間に配置し、データ搬送蛍光が発生するＬＥＤ発光の残部をフィルタリングする。さらに他のオプションは、液晶をベースとしたノッチタイプの電気的調整反射スペクトルフィルタの適用を含む。これは、読み出し装置（受光装置の前）に設置し、スペクトルに沿った発光を良好にフィルタリングする。
【００８０】
多層光カードの各データ層における蛍光（４２）および非蛍光（４３）正方要素（ピット）（図４）の識別は、カードがＣＣＤカメラ列の下を水平に移動している時（またはＣＣＤカメラ列がカードに沿って移動している時）、層毎のモードにおいて実行する。移動速度は、チャネルビットとカメラスチル周期との値に同期させる。この場合、各垂直列の隣接要素の対を同時に識別できる（図４において上の帯の下方要素と下の帯の上方要素）。
【００８１】
ＣＣＤカメラの画素において、蛍光データ層の相関する正方要素に対応する画素で受信した信号が、あるレベルＬ_１を同時に超えている場合、両要素は、情報ピットとして読み出される。両信号があるレベルＬ_２＜Ｌ_１を超えていなければ、両要素は情報ピットではない。前記２つの要件が満たされなければ、より強い信号の要素は情報ピットを構成し、より弱い信号の要素はそれを構成しない。Ｌ_１およびＬ_２の値は、あらかじめ設定する。これらは、チャネルビット長と、情報ピット（蛍光マーク）値とＣＣＤカメラ基準画素値との率とに依存する。またそれらは、読み出し光波長、レンズ開口数、レンズ拡大係数にも依存する。本特定の読み取り装置に関し、これら値は設定されているものと見なせる。
【００８２】
ｌ_ｎとｌ_ｍをそれぞれ情報ピットが存在する位置および存在しない位置における蛍光信号の値と考える。ＥＴＴの場合（符号化情報の２次元方法）、識別精度Ｃ＝（ｌ_ｎ−ｌ_ｔ）＝（ｌ_２−ｌ_ｍ）は、読み出し装置パラメータの広い変化範囲において、ＤＶＤ系用の対応する値を超える。従って、情報がＥＴＴ符号によって符号化されている場合、ＣＣＤカメラによって読み出しを実行する時のデータ読み出しエラーの確率は、ＤＶＤディスクによって読み出しを実行する場合のエラー確率よりも小さい。
【００８３】
図１２〜図１４は、多層蛍光光カードのデータ保持層の一部を示す例であり、ＥＥＴ符号によりλ＝０．６５ｍｍｃおよびＮＡ＝０．６５によって書き込んだ初期コンピュータ画像（図１２）、ＣＣＤカメラ列の面において光読み出し装置によって形成したコンピュータ画像（図１３）、およびＣＣＤカメラで読み出した同一部分の実画像である。最後の画像を処理することにより、この部分の初期画像を回復でき、その確率は１であろう（図１４）。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】ＣＤおよびＤＶＤフォーマットの光データ担体の表面に沿った情報ピットの２次元空間分布状態を示し、蛍光物質を使ってＥＦＭ符号化により記録した状態を示す図である。
【図２】ＲＯＭ型蛍光多層光カードを用いた構造例を示す概略図および断面図である。
【図３】ＦＭＬＣデータ層のうち１つの情報フィールドにおける情報ページ（ａ）と領域（ｂ）とフレーム（スチル）（ｃ）とを示す構成図である。
【図４】ＥＴＴ符号化により蛍光物質を使って記録した４つの隣接する情報バイトの幾何学的構成を示す構成図である。
【図５】蛍光多層光カード読み出し装置を示す図である。
【図６】前記読み出し装置における光学要素および光カード位置決め（カード移動）系を示す動作図である。
【図７】光多層蛍光カードからデータを読み出すための読み出し装置の一部を構成する機能センサを示す図である。
【図８】読み出しモードにおけるデータ処理系を示す図である。
【図９】光多層蛍光カードから情報を読み出すための装置の光学系を示す図である。
【図１０】ＬＥＤおよびマイクロレンズのマトリクスの一部を示す上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図１１】マイクロレンズマトリクスを示す構成図である。
【図１２】光カードのローディングおよび位置決め用装置を示す概略図である。
【図１３】光カードの移動を必要としない層毎の焦点調整方法を示す図である。
【図１４】ＥＥＴ符号化によりλ＝０．６５ｍｍｃ、ＮＡ＝０．６５で書き込んだ蛍光光カードの一部を示す初期コンピュータ画像である。この画像は、ＲＯＭ型多層蛍光光カードの情報層を形成するための写真テンプレートの製造に使用できる。
【図１５】ＣＣＤカメラ列の平面に沿って位置決めした読み出し装置光学系によって形成した蛍光光カード情報層の前記と同一部を示すコンピュータ画像である。
【図１６】ＣＣＤカメラで読み出し、コンピュータ処理した前記と同一部を示すコンピュータ画像である。
【００８５】
なお、これら図は、各要素の実際比率および寸法を反映するものではない。これら図は、ＲＯＭタイプの多層蛍光記憶システムの構造および動作原理をより良く理解することだけを目的としている。

Claims (3)

1. 複数のデータ層と、
   前記複数のデータ層の各々上に設けた複数の蛍光ピットとを備え、
   前記各層上のピットが複数のスチルを定義すべく構成されている、
   多層蛍光光記憶媒体。
2. 請求項１の媒体に情報を記録する方法であって、情報を８−１０符号において前記媒体に記録する方法。
3. 請求項１の媒体から情報を再生する方法であって、前記複数のデータ層上の対応するスチルがスチルの重なりを定義し、読み出しヘッドを媒体の面に平行に移動することなく、当該読み出しヘッドの焦点を変化させることによって、前記スチルの各重なりにおける情報を読み出す方法。

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