JP2718496B2 - 光メモリ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速動作及び高密度記
録が可能な光メモリ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高度情報化社会の到来に伴い、高速動作
及び高密度記録を可能とする記録媒体の必要性が高まっ
ている。現在、この様な記録媒体として光メモリ素子が
実用化されつつある。光メモリ素子は、例えば「日経エ
レクトロニクス」６２６号、６７−７８頁（１９９５
年）に記載されているように、記録膜に光を入射し、磁
界変調方式、或いは相変化方式を用いて情報記録を行う
素子であり、現在のところ、試作機段階であるが、直径
１２ｃｍ（３.５インチ）のディスクで約６５０Ｍバイ
トの記録容量を達成している。

【０００３】しかしながら、取り扱う情報量の増大に伴
い記録媒体に対してより一層の高速高密度化が要求され
ており、１０Ｇｂｉｔ／ｃｍ² 以上の記録密度をもつメ
モリ素子の研究が進められている。このメモリ素子の有
力な候補として、光化学ホールバーニング効果を用いた
光メモリ素子がある。光化学ホールバーニング効果と
は、光化学的に活性な色素等に光を入射して光化学反応
を生じさせると、入射光の波長において鋭い吸収率の減
少、すなわちホールが生成する現象をいう。ホールの寿
命は光化学反応が基底状態にもどるまでに要する時間と
なる。この光メモリ素子は従来のメモリ素子が記録媒体
の１箇所に１個の記録を行うのに対し、記録媒体の１箇
所に１０００個程度の高密度多重記録を行う。

【０００４】光化学ホールバーニング効果を利用したメ
モリ素子（ＰＨＢメモリ素子）では前記色素等を高分子
等の非晶質媒質に分散させ、光化学反応の共鳴波長を分
散させる。そのため、メモリ材料の光活性波長域は個々
の色素分子の光活性波長域の重ね合わせとなる。ここ
で、個々の色素分子の光活性化波長域の半値全幅Δλ_H
を均一幅と定義し、このメモリ材料における光活性波長
域の半値全幅Δλ_I を不均一幅と定義する。不均一幅Δ
λ_I を均一幅Δλ_H で分割した各波長域Δλ_i（中心λ
_i 、幅Δλ_Hi）に対して、波長λ_i の書き込み光を入射
させ、ホールを形成させることで記録を行う。この場
合、記録媒体１点における記録多重度ｒは、前記不均一
幅Δλ_I を均一幅Δλ_H で分割した数に対応する。ＰＨ
Ｂメモリ素子の詳細は、例えば、堀江等著「分子機能材
料と素子開発」ＮＴＳ出版（１９９４年）の第１３節
「光記録」に説明されている。

【０００５】ＰＨＢメモリ素子に記録された情報の読み
出しは、メモリ材料の光活性波長域中の波長λ_j の光を
入射させ、透過光の強度でホール形成の有無を読み取る
ことで行う。前記書き込み、読み出し用光源には波長可
変の半導体レーザ等が用いられ、波長可変方法には、注
入電流値掃引法や電気光学効果を用いた外部変調法等が
ある。Ｗ．Ｔ．Ｔｓａｎｇ等は、注入電流値掃引法と電
気光学効果を用いる方法を複合させた Claved-Coupled-
Cavity法により、波長掃引領域１５ｎｍ以上、電流変化
に対する波長変化１ｎｍ／ｍＡ、波長変化速度１.５×
１０⁹ ｎｍ／ｓを達成している（W.T. Tsang, N.A. Ols
son, and R.A. Logan, Appl. Phys. Lett., Vol.45, p.
650, 1983)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記光化学ホールバー
ニングメモリ素子で用いる波長可変半導体レーザは、書
き込み、読み出しのために、メモリ材料の光活性波長域
の各波長に対して、発振波長を掃引させ動作する必要が
ある。そのため、高速な応答は期待できない。例えば、
記録多重度１０³ 、不均一幅Δλ_I が１０ｎｍのＰＨＢ
メモリ素子に対して、波長掃引速度１ｎｓ／ｎｍ、読み
出し時間１０ｎｓの半導体レーザを用いたとして、記録
位置１箇所での全データの読み出し時間を見積ってみる
と１０μｓとなる。この場合、波長掃引時間は無視され
るが、例えば、読み出し時間を１０ｐｓにすると全デー
タの書き込み、読み出し時間は２０ｎｓとなり、約半分
が掃引時間となる。さらに、波長方向にランダムに書き
込み、或は読み出しをする場合、波長域の両端で最大１
０ｎｓの波長掃引時間を要し、書き込み、読み出し速度
がさらに低下する。

【０００７】また、マルチメディアの中核をなす画像情
報処理では、一画面を構成する各画素における情報を同
時に処理する必要がある。前記半導体レーザを用いる書
き込み、読み取り方式では１回の操作で１個の情報のみ
を処理するため処理速度に限界があり、１回の操作で多
数個の情報を処理する新方式が必要となる。本発明は、
このような状況に鑑み、光化学ホールバーニング効果を
利用しながら１回の操作で多数個の情報を処理すること
のできる光メモリ装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光メモリ装置
は、光パルス又は光パルス列を書き込み光源又は読み出
し光源に用い、ホールバーニング効果に活性な記録材料
及び光検出器を備え、記録の多重度より少ない操作数で
記録の書き込み又は読み出しを行うことを特徴とする。

【０００９】本発明は、光化学ホールバーニング効果を
生じる材料を記録媒体として用い、複数の波長成分の各
々においてホール形成の有無として前記記録媒体の各領
域毎に情報の多重記録を行う光メモリ装置において、パ
ルス光源と、パルス光源から発生された光線に含まれる
複数の波長成分を独立して変調することのできる光変調
手段と、光変調手段からの光線を収束して記録媒体に入
射させる手段とを備えることを特徴とする。

【００１０】また、本発明は、パルス光源と、パルス光
源から発生された光線を分光する分光手段と、分光手段
のスペクトル面にスペクトル分散方向に並べて配置され
た複数の光変調手段と、複数の光変調手段を制御する制
御手段と、光化学ホールバーニング効果を生じる材料か
らなる記録媒体と、複数の光変調手段を経た光線を記録
媒体の所定の領域に収束して入射させる手段と、記録媒
体を透過した光線を分光して検出する検出手段とを含む
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、パルス光源と、パルス光
源から発生された光線の断面を矩形形状に整形する手段
と、矩形断面の光線をその矩形の長手方向と直交する方
向にスペクトル分散させる分光手段と、分光手段のスペ
クトル面に配置された２次元の光変調手段と、光変調手
段を制御する制御手段と、光化学ホールバーニング効果
を生じる材料からなる記録媒体と、２次元の光変調手段
を経た光線をスペクトル分散方向に収束し矩形断面の光
線として記録媒体の所定の矩形領域に入射させる手段
と、記録媒体を透過した光線を分光して検出する検出手
段とを含むことを特徴とする。この場合、検出手段は２
次元の光検出器アレイを備えることができる。

【００１２】書き込み用光パルスは、その第１の波長領
域をゲート光として用い、前記第１の波長領域より長波
長の第２の波長領域を書き込み光として用い、光ゲート
型記録法で情報の記録を行うことができる。書き込み又
は読み出し用光パルスは記録媒体に共鳴する波長を有
し、波長半値全幅が記録媒体に用いる光化学ホールバー
ニング材料における光学活性波長域の不均一幅Δλ_I 以
上あればよく、それぞれ違う光源で作成されてもよい。
具体的な例としては、白色光等に外部変調器等を接続し
パルス発生を行う光源等が挙げられる。

【００１３】光源としてレーザを用いる場合には、J. H
errmann 等著「超短光パルレーザー」共立出版（１９９
１年）の第２章「超短光パルスのためのレーザーの基
礎」に記されている様に、共振器内部に受動、或は能動
モード同期素子を有し光パルスを発振するものが好まし
い。パルスレーザで発振する光パルスのパルス幅とスペ
クトル幅は次式（１）の関係をみたす。 Δλ^-1・Δｔ≧Ｋ・ｃ^-1 （１）

【００１４】上式において、Δλはスペクトルの半値全
幅、Δｔはパルス波形の半値全幅、ｃは光速度である。
Ｋはフーリエ限界定数で、パルスの波形によって値が異
なり、例えばガウス型では０.４４１、ｓｅｃｈ² 型で
は０.３１５となる。等号が成り立つ光パルスをフーリ
エ限界パルス、不等号が成り立つ光パルスをチャープパ
ルスという〔矢島達夫編「超高速分光技術」丸善（１９
９０年）、第１章及び第２章参照〕。

【００１５】レーザを用いる利点としては、光強度が高
いこと、パルス列として発振するため高速書き込み又は
読み出しが可能となること等が挙げられる。具体的な例
としては、音響光学素子を用いたモード同期ＹＡＧレー
ザ、同期励起色素レーザ、同期励起色素レーザを用いた
インコヒーレント光源、カーレンズモード同期法を用い
たＴｉ：Ａｌ₂Ｏ₃ レーザ、Ｃｒ³⁺：ＬｉＳｒＡｌＦ₆
レーザ、Ｃｒ³⁺：ＬｉＣａＡｌＦ₆ レーザ、Ｃｒ³⁺：Ｌ
ｉＳｒＧａＦ₆ レーザ等が挙げられるが、特にこれらに
限定されるものではない。

【００１６】前記（１）式の不等号が成立するチャープ
パルスはレーザに限定されない。チャープ光パルスを用
いる利点としては、発生法が簡便である点、広帯域のス
ペクトル幅を有する点等が挙げられる。チャープパルス
光源の具体的な例としては、水、四塩化炭素、サファイ
アガラス等に１０ＧＷ／ｃｍ² 以上の光強度をもつ光パ
ルスを照射して発生した白色光、高圧キセノン等に外部
変調器等を接続しパルス発生を行う光源等が挙げられる
が、特にこれらに限定されるものではない。

【００１７】また、光源として微小共振器構造をもつ有
機発光素子を用いることもでき、この種の光源には、光
励起を行うフォトルミネッセンス型と、電流注入を行う
エレクトロルミネッセンス型の２種類がある。フォトル
ミネッセンス素子は、図６（ａ）に略断面を示すよう
に、背面電極（金属鏡）２１、電子輸送層２２、発光層
２３、ホール輸送層２４、透明電極２５及び半透明反射
鏡２６を積層した構造を有する。一方、エレクトロルミ
ネッセンス素子は、図６（ｂ）に略断面を示すように、
背面電極（金属鏡）２７、発光層２８及び半透明反射鏡
２９を積層した構造を有する。両素子とも背面電極及び
半透明鏡各断面の中心間距離が可視光の波長のオーダー
であり、半透明反射鏡と金属鏡（背面電極）の間で光共
振器を構成し、発光材料の発光スペクトル中で次式
（２）を満たす波長成分λだけを増幅し、外部に放出す
る。 λ＝２ｄ／ｍ （ｍ：整数、ｄ：鏡と電極間の距離）

【００１８】また、これらの素子の中心発光波長は共振
鏡からの出射角度依存性を有する。すなわち、出射角度
が変わることにより鏡と電極間の距離が変化し、増幅さ
れ放出される光の波長が変化する（T. Nakayama et.al,
Applied Phys. Lett., Vol.63, No.5, pp.594-595, 19
93. 特開平６−２７５３８１号公報、特願平５−５９１
４５号、特願平５−２８４７５８号）。従って、図６
（ｃ）に示すように、この有機発光素子３０に複数の光
変調器を並べた外部光変調器列３１を接続し、外部光変
調器列３１中の各光変調器を制御して対応する波長成分
を透過或いは遮光することにより多重情報をのせた光パ
ルス列を発生させることができる。情報をのせた光パル
ス列は光結合器３２によって１本の光ビームに結合さ
れ、レンズ系や光フィーバーを介して記録媒体へ導かれ
る。有機発光素子を書き込み、読み出し用光パルスの光
源として用いる場合、出射時点で波長成分が空間的に分
離されており、光源が小型になる利点をもつ。

【００１９】通常光パルスの波長成分を空間的に分離す
る方法としては、２個の回折格子をトレーシ配置に設置
する方法がある。Ｗｅｉｎｅｒ等はこの回折格子間にマ
スクを設置し、光パルスのスペクトルを空間的に分離
し、各波長成分の位相或いは強度に定常的な変化を与え
て光パルスを変形させた。ネットワーク光通信において
特定者間の交信を行うために、この光パルスの変形を暗
証番号として用いることが提案されている（A. M. Wein
er, J. P. Heritage, and J. A. Salehi, OPTICSLETTER
S Vol.13, No.4, pp.300-302, 1988)。

【００２０】光パルスの波長成分に信号を重畳する方法
としては、記録多重度ｒと等しいか或いはそれ以上の個
数の高速光変調器を水平に配置し、クロック信号である
電気信号、或は光信号に各々同期させて入射各波長成分
光強度を０或は１００％透過と制御するものが挙げられ
る。個々の高速光変調器は前記書き込み用光パルスの波
長半値全幅を記録多重度ｒで分割した波長成分Δλ
_i（ｉ＝１〜ｒ）と一対一に対応する。前記波長成分Δ
λ_i の幅は記録媒体の均一幅Δλ_Hi（ｉ＝１〜ｒ）以下
で、Δλ_Hiと一対一に対応する。高速光変調器の例とし
ては、電界吸収効果を用いた無機材料超格子構造光変調
器、両端に直交する偏光子を置いた電気光学素子、或い
はＣＳ₂ 等の光カーシャッタを挙げることができるが、
特にこれらに限定されるものではない。

【００２１】本発明における記録媒体は、分子、或は分
子集合体が高分子等のマトリックスに分散され、固有の
光化学的に活性な波長域（中心λ_i 、幅Δλ_hi）を有
し、各波長域が重ならないものである。そのため波長λ
_i の光を記録媒体に入射すると光化学反応が生じ、入射
光の波長における鋭い吸収率の減少、すなわちホールが
生成される。前記分子等としては、水素化ポルフィリン
類、水素化フタロシアニン類、Ｓｍ²⁺、Ｃｏ²⁺、Ｔ
ｉ³⁺、Ｃｒ³⁺、Ｆ₂ カラーセンタ、カルバゾール、Ｚｎ
テトラベンゾボルフィリン誘導体、Ｚｎポルフィリン
類、キニザリン、ヒドロキシナフトキノン、アントラセ
ン、テトラセン、５，１０−ジヒドロフェナジン、Ｚｎ
ＴＴＢＰ、ナフタロシアニン等が挙げられるが、特にこ
れらに限定されるものではない。また、前記マトリック
スとしては、ｎ−アルカン、ポリエチレン、ポリメタク
リル酸メチル（ＰＭＭＡ）、フェノキシ樹脂、エボキシ
樹脂、ポリビニルアルコール、シリカガラス、Ｃａ
Ｆ₂ 、ＢａＣｌＦ、ＢａＣｌ_0.5Ｂｒ_0.5 、ＳｒＦＣｌ
_0.5Ｂｒ_0.5 、Ｓｒ_0.5Ｍｇ_0.5Ｆ、Ｃｌ_0.5Ｂｒ_0.5 、フ
ッ化物ガラス、ＬｉＧａ₅Ｏ₈ 、Ｙ₆Ａｌ₅Ｏ₁₂、ＳｒＴ
ｉＯ₃ 、中性子線照射サファイア、ホウ酸ガラス、有機
ハロゲン化物−ＰＭＭＡ、芳香族シアン化合物−ＰＭＭ
Ａ、ｐ−ヒドロキシベンズアルデヒド−ＰＭＭＡ、ビリ
ジンダイマーアニオン−エーテル溶媒、ハロゲン化アン
トラセン、ｐ−ベンゾキノン−ＰＭＭＡ、ポリビニルブ
チラール、アルコールガラス、ｇ−アルミナ、ベンゼ
ン、ｐ−ターフェニル、フルオレン分子結晶、アジドポ
リマー、ノルボルナジエン−ＰＭＭＡ等が挙げられる
が、特にこれらに限定されるものではない。

【００２２】光ゲート型記録方式とは、書き込み用光パ
ルスの高エネルギー波長成分をゲート光、それより低エ
ネルギー波長成分を書き込み光とし、両者による２光子
反応を用いて記録媒体にホールを形成し、情報を記録す
る方法である。この方式では、読み出し光による記録の
破壊がおこらない。光ゲート型記録方式の詳細は、オプ
ティクスコミュニケイション（W. Lenth, et.al, Optic
s Comm., Vol.58, No.4, pp.249-254, 1986)に記載され
ている。

【００２３】

【作用】本発明により、従来の光化学ホールバーニング
メモリ装置においては不可能であった、書き込み及び読
み出しの高速化を図ることができる。また、画像情報処
理等で必要な、一回の書き込み、読み込み操作で多数の
情報を処理することが可能になる。

【００２４】

【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明す
る。 〔実施例１〕図１は、本発明の一実施例による光メモリ
装置の概念図である。カーレンズモード同期方式を用い
たチタンサファイアレーザ光源１で発生した光パルス
は、一部がハーフミラー９で反射して光検出器１０に入
射し、ハーフミラー９を透過した光パルスは１７００本
／ｍｍの回折格子２に入射して水平方向にスペクトル分
散される。分散されて広がったスペクトルの各成分は、
焦点距離６０ｃｍのレンズ３によって高速光変調器列４
に集光される。一方、パルス信号発生器１１は光検出器
１０からの出力信号を同期信号として高速光変調器列４
の各素子に情報に応じてパルス半値全幅６０ｐｓ、電圧
１Ｖのパルス信号を出力する。高速光変調器列４は、こ
の変調信号により水平方向に広がったスペクトルの各波
長成分に対して強度変調をかける。高速光変調器列４に
よって変調を受けたスペクトルは、焦点距離６０ｃｍの
レンズ５によって１７００本／ｍｍの回折格子６に集光
される。こうして強度変調をかけられた各波長成分は再
び細い光ビームに戻され、記録媒体となるＰＨＢ材料７
に入射される。８はスペクトルの各波長成分にのった信
号を検出する光検出器である。

【００２５】図２（ａ）に、前記光源１で発生した光パ
ルスのスペクトルを示す。横軸は波長、縦軸は光強度で
ある。チタンサファイアレーザ光源１のパルス繰り返し
数は７６ＭＨｚ、出力は１.２Ｗである。光源１で発生
した書き込み用光パルスは記録媒体７に共鳴する波長７
８０ｎｍを有し、波長半値全幅（λ₂ −λ₁ ）は１０ｎ
ｍである。前記波長成分を記録多重度ｒ＝１０で分割す
る（Δλ₁ ，…，Δλ ₁₀）。ただし、各波長成分Δλ_i
（ｉ＝１〜１０）は以下に記す記録媒体の均一幅Δλ_Hi
以下とし、Δλ_Hiと一対一に対応する。

【００２６】高速光変調器列４は、電界吸収効果を用い
た高速光変調器を水平方向に０.５ｃｍ間隔で１０個配
列した構成となっている。この高速光変調器は、図５に
略示するように、厚さ１８ｎｍのＡｌＧａＡｓと厚さ２
ｎｍのＧａＡｓを交互に積層した厚さ１.４μｍのスラ
ブ型導波路１５の中心に厚さ０.６２μｍのＰＩＮ型フ
ォトダイオード１６を作成し、さらにその中心に各層の
厚さが９.４ｎｍのＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ超格子層１
７が形成された構造を有し、相互作用長は７６μｍであ
る。各高速光変調器は、繰り返し数７６ＭＨｚでパルス
発光するレーザ光源１と同期してパルス光の波長成分を
強度変調する。この変調器の詳細はエレクトロニクスレ
ター（T. H. Wood et.al, ELECTRONICS LETTERS Vol.2
4, No.14, pp.840-841, 1988)に記載されている。

【００２７】記録媒体７は、ジャパンジャーナルアプラ
イドフィジックス（R. Ao, et al,Jpn. J. Appl. Phy
s., Vol. 31, pp.693-698, 1992）に記載されているの
と同様な、マトリックスであるポリエチレンに色素分子
ポリフィセンをドープした膜を用いた。膜のサイズは２
ｍｍ×２ｍｍ×６０μｍとし、最大吸収波長値で１.３
程度の光学濃度となるようポリフィセンのドープ量を設
定した。この膜の不均一幅Δλ_IHi は９ｎｍ、均一幅Δ
λ_Hiは０.０１ｎｍであった。光検出器８としては、２
４００本／ｍｍの回折格子をもった３２ｃｍ分光器及び
水平方向に１０２４チャンネルをもつダイオードアレイ
を備えるマルチチャンネル検出器を用いた。この検出器
の波長分解能は約０.１ｎｍ、測定波長領域は約３０ｎ
ｍである。

【００２８】始めに情報の書き込み方法について説明す
る。光源１で生成された光パルスを回折格子２に入射
し、スペクトルを水平方向に分離する。このスペクトル
はレンズ３により水平方向に約５ｃｍの長さで高速光変
調器列４上で集光される。高速光変調器列４を構成する
第ｉ番目の高速光変調器は、制御電気信号に応じて光パ
ルスの各波長成分Δλ_i（ｉ＝１〜１０）を透過、或は
遮蔽する。以後、光を透過した場合を０、遮蔽した場合
を１と定義する。図２（ｂ）に、高速光変調器列４で変
調した書き込用光パルスの例を示す。横軸は波長、縦軸
は各波長成分の透過光強度である。この光パルスにのせ
た信号は（０１０・・・０１）である。この書き込み用
光パルスをレンズ５で集光し、ポリフィセンをドープし
た記録媒体７入射する。スポット径は約１０μｍ、書き
込み時間は約１０ｍｓとした。

【００２９】図３（ａ）は４.２Ｋにおける記録媒体の
定常状態の吸収スペクトル、図３（ｂ）は書き込み用光
パルス入射後における記録媒体の吸収スペクトルを示
す。図３（ｂ）に示すように、書き込み光に０の信号を
のせた波長成分Δλ_i では吸収が０となり、ホールが形
成される。また、書き込み光に１の信号をのせた波長成
分Δλ_j では変化がない。図２（ｂ）の書き込み光によ
る記録は（ＨＵＨ・・・ＨＵ）（Ｈ：ホール形成、Ｕ：
ホール未形成）となる。

【００３０】次に、記録された情報の読み出し方法につ
いて説明する。書き込み用光パルス同様、光源１で発生
した光パルスの波長成分に対して信号を乗せる。ただ
し、すべての波長に対して、０の信号を乗せる。この読
み出し用光パルスをＰＨＢ材料であるポリフィセン膜７
に入射すると、書き込み用光パルスによってホールが形
成された波長成分Δλ_i では光が透過し、ホールが形成
されなかった波長成分Δλ_j では吸収される。この透過
光を光検出器８に入射し、各波長成分Δλ_i における信
号を検出する。読み出し時間は１０ｍｓとした。図４
は、図３（ｂ）に示したメモリ状態の記録媒体を透過し
た読み出し用光パルスの透過光スペクトルであり、各波
長成分に担持させた情報が再生されている。

【００３１】本実施例では記録多重度を１０としたが、
記録媒体の材料を選択し、高速光変調器列の素子数を増
やすことによって記録多重度を大きくすることができ
る。例えば、繰り返し周波数１ＧＨｚの光パルス列、記
録多重度１０³ の記録媒体を用いると１Ｔｂｉｔ／ｓｅ
ｃの高速書き込み、読み出しが可能となる。

【００３２】〔実施例２〕次に、鉛直方向に縦長のビー
ム形状をした光パルス列を用いて書き込み、及び読み出
しを行う本発明の第２の実施例の光メモリ装置について
説明する。図７に本実施例の光メモリ装置の概略構成を
示す。図７において、４０は光源、４１，４２はシリン
ドリカルレンズ、４３，４７は回折格子、４４，４６は
シリンドリカルレンズ、４５は２次元の高速光変調器マ
トリクス、４８は記録媒体、４９は光検出器である。ま
た、５３はハーフミラー、５４は光検出器、５５はパル
ス信号発生器である。光源４０、回折格子４３，４７、
記録媒体４８は実施例１と同じものを用いた。シリンド
リカルレンズはすべて焦点距離６０ｃｍのものを用い
た。

【００３３】始めに本実施例による情報の書き込み方法
について説明する。光源４０で発生した光パルスの一部
はハーフミラー５３で反射されて光検出器５４で検出さ
れる。ハーフミラー５３を透過した光パルスは、シリン
ドリカルレンズ４１，４２によって、図８（ａ）に示す
ように、（鉛直方向の長さＬ×水平方向の長さｌ）＝
（１０ｃｍ×１ｍｍ）のサイズを有する縦長の形をした
光パルス５０に変換される。ただし、図７において、鉛
直方向とは紙面に垂直な方向を指し、水平方向とは紙面
の面内方向を指す。この光パルス５０は回折格子４３に
入射して水平方向にスペクトル分散され、スペクトルの
各成分はシリンドリカルレンズ４４によって高速光変調
器マトリクス４５上で水平方向に集光される。

【００３４】本実施例の高速光変調器マトリクス４５
は、図８（ｂ）に示すように、鉛直方向に１００行、水
平方向に１０列、計１０００個の高速光変調器Ｍ（ｉ，
ｊ）（ｉ＝１〜１００，ｊ＝１〜１０）が配置されたも
ので、各光変調器Ｍ（ｉ，ｊ）は光検出器５４からの信
号を同期信号としてパルス信号発生器５５から発生され
るパルス信号によって各々独立に制御できるようになっ
ている。高速光変調器は、実施例１で用いた図５の構造
のものとした。回折格子４３で分散された入射光パルス
の各波長成分Δλ_j（ｊ＝１〜１０）は高速光変調器マ
トリクスの各列に集光される。例えば、波長成分Δλ₁
の光は縦長のビームとして第１列目の光変調器群Ｍ
（ｉ，１）（ｉ＝１〜１００）に集光される。同様に、
波長成分Δλ₂は第２列目の光変調器群Ｍ（ｉ，２）
（ｉ＝１〜１００）に、波長成分Δλ_j は第ｊ列目の光
変調器群Ｍ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜１００）にそれぞれ集
光される。高速光変調器マトリクス４５を透過した光パ
ルスは、シリンドリカルレンズ４６によって水平方向に
集光され、回折格子４７によって再び鉛直方向に縦長の
形状を有する光パルス５１に戻され、記録媒体となるＰ
ＨＢ材料４８に入射される。

【００３５】記録媒体４８は、図８（ｃ）に示すよう
に、Ｌより少し大きな半径を有する円盤形をしており、
縦長の形状の光パルス５１はその縦長方向が円盤形の記
録媒体４８の放射方向に一致するようにして入射され
る。書き込みパルス５１によって露光される記録媒体上
の領域は、Ｒ₁ 〜Ｒ₁₀₀ の１００個の区画に分割され、
領域Ｒ₁ には高速光変調器Ｍ（１，１），Ｍ（１，
２），‥‥，Ｍ（１，１０）からの光線が、領域Ｒ₂ に
は高速光変調器Ｍ（２，１），Ｍ（２，２），‥‥，Ｍ
（２，１０）からの光線が、領域Ｒ_i には高速光変調器
Ｍ（ｉ，１），Ｍ（ｉ，２），‥‥，Ｍ（ｉ，１０）か
らの光線が、各々重ね合わされて入射される。

【００３６】このように、本実施例によると、１回の書
き込み操作で、１０個の情報を１箇所に重ねた記録を半
径方向に１００箇所、すなわち１０００の情報を一度に
書き込むことができる。次に、記録された情報の読み出
し方法について説明する。読み出し用光パルスは、書き
込み用光パルスと同じ光学系を用いて光源４０から得ら
れた鉛直方向に縦長の光パルスとする。ただし、各波長
成分Δλ_i（ｉ＝１〜１０）にのせる信号はすべて０と
し、高速光変調器マトリクス４５の１０００個の光変調
器Ｍ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜１００，ｊ＝１〜１０）は全
て透過率１００％に制御される。この光パルスを前記書
き込み用光パルスと同様にして、記録媒体４８の読み出
し領域に入射する。この透過光を光検出器４９に集光
し、一回の操作で、１０００個の情報を読み取る。光検
出器４９は、実施例１で用いた光検出器とほぼ同じ構造
を有するが、水平方向に１０２４チャンネルをもつダイ
オードアレイが鉛直方向に１００列配列されていて１０
００個の情報を同時に読み取ることができる。

【００３７】光検出器４９として実施例１と同じ１次元
のダイオードアレイを用いることもできる。この場合に
は、読み出し時に、高速光変調器マトリクス４５の第ｉ
行の１０個の光変調器Ｍ（ｉ，１），Ｍ（ｉ，２），‥
‥，Ｍ（ｉ，１０）の透過率を１００％に制御し、他の
光変調器は遮光するように制御すると、読み出し光は図
８（ｃ）の領域Ｒｉにのみ照射されるので、領域Ｒｉに
記録した１０個の情報のみを選択的に読み出すことがで
きる。

【００３８】記録媒体４８は、モータ等で回転駆動して
記録あるいは再生位置を変更することができる。また、
ここでは記録多重度を１０、光パルス鉛直方向分解数を
１００としたが、例えば、パルス繰り返し周波数１ＧＨ
ｚ、鉛直方向分割数１０² の光パルス列、記録多重度１
０³ の記録媒体を用いた場合、１００Ｔｂｉｔ／ｓｅｃ
の高速書き込み、読み出しが可能となる。

【００３９】〔実施例３〕次に、本発明を光ゲート型光
化学ホールバーニングメモリ装置に適用する実施例につ
いて説明する。光メモリ装置の装置構成は、図１で説明
した前記実施例１のものと同様である。ただし、高速光
変調器列４を構成する高速光変調器の個数Ｎは記録多重
度ｒより１だけ大きく設定する。例えば、記録多重度を
１０とすると、高速光変調器列４中の光変調器は１１個
用意する。

【００４０】図９は、本実施例に用いる書き込み、及び
読み出し用光パルスのスペクトルである。波長λ₀ から
λ₁ まではゲート光として用いる波長成分（Δλ₀ ）で
あり、λ₁ からλ₂ までは書き込み及び読み出しに用い
る波長成分（Δλ₁ ，Δλ₂，…，Δλ_r ）である。た
だし、各波長成分Δλ_i は以下に記す記録媒体の均一幅
Δλ_Hi以下とする。

【００４１】始めに、情報の書き込み方法について説明
する。書き込み用光パルスはゲート光をＯＮの状態、す
なわちΔλ₁ の波長成分に対して信号０をのせる。Δλ
₁ からΔλ_r までの各波長成分Δλ_i（ｉ＝１〜ｒ）に
対しては、高速光変調器を制御して各々０又は１の書き
込み信号をのせる。前記書き込み用光パルスは、記録媒
体に入射されて情報書き込みが行われる。

【００４２】記録媒体としては、図１０に略示するよう
なエネルギー準位を有する材料を用いる。すなわち、λ
₁ からλ₂ までの波長範囲の光λ_k において基底状態か
ら励起準位１へ電子が励起され、準位１、或は準位１よ
り緩和した準位２において、ゲート光波長成分Δλ₀ の
光励起で光化学反応をおこす。具体的な材料としてはＳ
Ｍ²⁺／ＢＡＣｌＦ系、カルバゾール／ホウ酸ガラス系等
の光イオン化型、ＺｎＴＢＰ−ＣＨＣｌ₃ ／ＰＭＭＡ等
の光電子移動型、ＺｎＴＢＰ／グリシジルアジポリマー
等の増感光反応型等を挙げることができるが、特にこれ
らに限定されるものではない。以上より、０の信号をの
せた書き込み用波長成分Δλ_i ではゲート光用波長成分
Δλ₀ との２光子反応によりメモリ媒体上にホールが形
成され、１の信号をのせた書き込み光用波長成分Δλ_j
ではホールが形成されない。

【００４３】次に、情報の読み出し方法について説明す
る。読み出し用光パルスは、書き込み光を発生したのと
同じ光学系で発生される。ただし、読み出し用光パルス
においてはゲート光をＯＦＦの状態、すなわちΔλ₀ の
波長成分に対して信号１をのせ、遮光する。Δλ₁ から
Δλ_r までの各波長領成分に対しては０の信号を与え
る。この読み出し光パルスを前記記録媒体に入射する。
すると、実施例１の場合と同様に、書き込み用光パルス
によってホールが形成された波長成分Δλ_i では光が透
過し、ホールが形成されなかった波長成分Δλ_j では光
が吸収されるので、この透過光を光検出器に入射し、各
信号を検出することで情報を再生することができる。こ
の光ゲート型記録方式を用いた場合、通常の光化学バー
ニングメモリ素子の欠点となっていた読み出し光による
記録の破壊がおこらない。

【００４４】ここでは、スペクトル分散方向に配列した
１次元の高速光変調器列を用いて信号を重畳する例につ
いて説明したが、図７と同様の光学系を用い、スペクト
ル分散面でスペクトル分散方向及びそれに直交する方向
に２次元配列した高速光変調器マトリクス（ただし、光
変調器は図７の場合より１列余分に設けられている）を
用いると、前記実施例２の場合と同様に、より多くの情
報を一度に書き込んだり、読み出したりすることができ
る。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
速応答、高密度記録が可能となる光メモリ装置を得るこ
とができる。また、１回の操作で複数個の情報を処理す
ることが可能となり、画像情報処理等の分野に適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光メモリ装置の一実施例の構成
図。

【図２】（ａ）は書き込み用光パルスのスペクトル図、
（ｂ）は情報をのせたスペクトル例を示す図。

【図３】（ａ）は記録媒体の定常状態の吸収スペクトル
図、（ｂ）は書き込み光パルス入射後の記録媒体の吸収
スペクトルを示す図。

【図４】読み出し光パルスの透過光の吸収スペクトルを
示す図。

【図５】高速光変調器の説明図。

【図６】（ａ）はエレクトロルミネッセンス型有機発光
素子、（ｂ）はフォトルミネッセンス型発光素子、
（ｃ）はこれらの発光素子を用いた書き込み光源の構成
を示す図。

【図７】本発明による光メモリ装置の他の実施例の構成
図。

【図８】（ａ）は光パルスの形状を示す図、（ｂ）は高
速光変調マトリクスの説明図、（ｃ）は記録媒体の説明
図。

【図９】光ゲート型光メモリ装置に用いる書き込み、読
み出し用光パルスのスペクトルを示す図。

【図１０】光ゲート型光メモリ装置に用いる記録媒体の
エネルギー準位の説明図。

【符号の説明】

１…光源、２，６…回折格子、３，５…レンズ、４…高
速光変調器列、７…記録媒体、８…光検出器、９…ハー
フミラー、１０…光検出器、１１…パルス信号発生器、
１５…スラブ型導波路、１６…ＰＩＮ型フォトダイオー
ド、１７…超格子層、２１，２７…背面電極（金属
鏡）、２２…電子輸送層、２３，２８…発光層、２４…
ホール輸送層、２５…透明電極、２６，２９…半透明
鏡、３０…有機発光素子、３１…外部変調器列、３２…
光結合器、４０…光源、４１，４２…シリンドリカルレ
ンズ、４３，４７…回折格子、４４，４６…シリンドリ
カルレンズ、４５…高速光変調器マトリクス、４８…記
録媒体、４９…光検出器、５０，５１…パルス光矩形断
面、５３…ハーフミラー、５４…光検出器、５５…パル
ス信号発生器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ１１Ｃ 13/04 Ｇ１１Ｃ 13/04 Ｚ (72)発明者 角田 敦 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 中山 隆博 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平６−275381（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213174（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−142171（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−129963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−48627（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−315719（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−204220（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−154660（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−128227（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160191（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光化学ホールバーニング効果を生じる材
   料を記録媒体として用い、複数の波長成分の各々におい
   てホール形成の有無として前記記録媒体の各領域毎に情
   報の多重記録又は情報の再生を行う光メモリ装置におい
   て、 パルス光源と、該パルス光源から発生された光線に含ま
   れる複数の波長成分を独立して変調することのできる光
   変調手段と、前記光変調手段からの光線を収束して前記
   記録媒体に入射させる手段とを備えることを特徴とする
   光メモリ装置。
2. 【請求項２】 パルス光源と、前記パルス光源から発生
   された光線を分光する分光手段と、前記分光手段のスペ
   クトル面にスペクトル分散方向に並べて配置された複数
   の光変調手段と、前記複数の光変調手段を制御する制御
   手段と、光化学ホールバーニング効果を生じる材料から
   なる記録媒体と、前記複数の光変調手段を経た光線を前
   記記録媒体の所定の領域に収束して入射させる手段と、
   前記記録媒体を透過した光線を分光して検出する検出手
   段とを含むことを特徴とする光メモリ装置。
3. 【請求項３】 パルス光源と、前記パルス光源から発生
   された光線の断面を矩形形状に整形する手段と、前記矩
   形断面の光線をその矩形の長手方向と直交する方向にス
   ペクトル分散させる分光手段と、前記分光手段のスペク
   トル面に配置された２次元の光変調手段と、前記光変調
   手段を制御する制御手段と、光化学ホールバーニング効
   果を生じる材料からなる記録媒体と、前記２次元の光変
   調手段を経た光線をスペクトル分散方向に収束し矩形断
   面の光線として前記記録媒体の所定の矩形領域に入射さ
   せる手段と、前記記録媒体を透過した光線を分光して検
   出する検出手段とを含むことを特徴とする光メモリ装
   置。
4. 【請求項４】 前記検出手段は２次元の光検出器アレイ
   を備えることを特徴とする請求項３記載の光メモリ装
   置。
5. 【請求項５】 前記パルス光源から発生された書き込み
   用光パルスの第１の波長領域をゲート光として用い、前
   記第１の波長領域と異なる第２の波長領域を書き込み光
   として用い、光ゲート型記録法で情報の記録を行うこと
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の光メモ
   リ装置。
6. 【請求項６】 前記パルス光源として、前記記録材料の
   光活性中心波長を中心とし、活性波長域以上のスペクト
   ル幅をもつ光パルスを発生するレーザ光源を用いること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の光メモ
   リ装置。
7. 【請求項７】 前記パルス光源として、微小共振器構造
   を備え外部変調器を接続した有機発光素子を用いること
   を特徴とする請求項１記載の光メモリ装置。