JP3288703B2 - 光メモリ - Google Patents

光メモリ

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は光メモリに関する。特に、本発明は高い記憶
容量と情報の書込みおよび読取りの短いアクセス時間を
有し、可動機械部品なしで全体が構成されている光メモ
リに関する。
背景技術 ２進情報の多量記憶用の今日のシステムは大別して３
つの主要なカテゴリーに分類されることができる。
1.磁気媒体（ハードディスク） 2.光媒体（CD−ROM） 3.磁気光学媒体 1.ハードディスク、即ち書込みおよび読取り情報が読取
り−書込みヘッドの機械的な位置付けを必要とするとき
機械的に回転される磁気ディスク記憶装置は比較的限定
された記憶容量と共に、10−15ミリ秒程度の位置付けの
ための比較的長い平均検索時間と限定された読取り書込
み速度を必要とする。原理上、ハードディスクの記憶容
量は広い領域を用いることによってのみ増加されること
ができ、これは位置付け用に大きい移動即ち長時間の検
索を必要とする欠点を伴う。
2.CD−ROMは比較的高い記憶容量を有するが、メモリを
製作するとき典型的に情報が記憶されるので書込みがで
きない読取りのみを許容する低速な媒体である。
3.CD−ROMの設計に緊密に関連する設計である磁気光学
媒体は情報の書込みのときキューリ温度より高くレーザ
ビームにより加熱される磁気粒子を含んだ回転ディスク
上に情報が記憶されるように動作する。このタイプの記
憶媒体の欠点は比較的限定された容量と低い書込み速度
である。書込みは例えばハードディスクよりも６倍程も
低速である。
発明の概要 情報記憶の必要性の増加によって、従来技術の前述の
欠点を被らない記憶媒体の大きな需要が存在する。本発
明の一般的な目的は、この需要を満たす記憶媒体を提供
することである。
本発明の第１の目的は、高い記憶容量を有する記憶媒
体を提供することである。
本発明の第２の目的は、情報の書込みと読取りの短い
アクセス時間を有する記憶媒体を提供することである。
本発明の第３の目的は、機械的可動部品なしで構成さ
れる記憶媒体を提供することである。
本発明の第４の目的は、コンパクトな構造と比較的小
さい寸法を有し、製造価格が比較的廉価な記憶媒体を提
供することである。
本発明の第５の目的は、情報の並列な書込みと読取り
を可能にする記憶媒体を提供することである。
これらおよびその他の目的を達成するために、本発明
によって、 それぞれ各光ビームを受けるように構成され、記憶媒
体を含む複数の並列に並べられたメモリセルを有する光
メモリが提供され、 記憶媒体は、 （ａ）記憶素子の光入口側と反対の光出口側との間の対
応する電界を供給することにより相互に異なった光学特
性を有する少なくとも２つの安定な状態の間で切換え可
能な記憶素子と、 （ｂ）記憶素子の光入口側と光出口側の１方に配置され
ており、記憶素子に分散されている複数の相互に電気的
に絶縁された電極点を示しており記憶媒体の等しい複数
のメモリ点に対応している電極マトリックスと、 （ｃ）記憶素子の光入口側と光出口側の他方に配置さ
れ、延在する共通電極と、 （ｄ）光制御スイッチとして動作し、光依存電気抵抗を
有し、記憶素子と反対側の面で電極マトリックス上に配
置され、電気接触する光伝導層とを具備し、 電界は光伝導層上の対応する点を選択的に照射するこ
とにより記憶素子の所定のメモリ点に選択的に適用可能
であり、光伝導層と共通の電極との間に電気的制御電圧
を供給し、 さらに光メモリは、対応するメモリセル上へのメモリ
セルの各光ビームの入射点の同時的で相互に等しい大き
な変位を起こすため電気的に制御された手段を有する。
本発明による光メモリでは各個々のメモリセルの記憶
媒体の各メモリ点は従って光ビーム、好ましくは正確に
焦点を結ばれたレーザビームの補助により効率的に、迅
速にアドレスされ、メモリ点方向に誘導されることがで
きる。
電極マトリックスの個々の点形の電極に、分離した電
気導線ワイヤは必要とされないことに留意すべきであ
る。このことは光メモリのメモリ点の非常に高い記録密
度を可能にする。マトリックス電極の電極点は単なる例
示であるが約１μｍの範囲と約１μｍの相互間隔を有す
る。これは記憶媒体の受光領域の１平方センチメートル
当り5000×5000＝２千５百万のメモリ点になる。
書込み 本発明による光メモリの特定のメモリ点への論理１ま
たは０のような所望の情報の書込みは以下の方法で実行
される。
記憶素子を前記所望な情報を表す安定な光状態にもち
こむことができる制御電圧は光伝導層と共通の電極との
間に供給される。同時に、特定のメモリ点は光ビームに
よりアドレスされ、特定のメモリ点と一致する電極点方
向に導かれる。光伝導層は照射点で層の照射されていな
い領域と比較して減少した電気抵抗を示す。照射された
メモリ点で、供給された制御電圧の主要部分はそれ故、
電極マトリックスの“照射された”電極点と共通の電極
との間、即ち記憶素子の対応するメモリ点にわたって位
置される。照射されたメモリ点の安定な状態は従って供
給された制御電圧により決定される。
光伝導層の照射されていない領域はこのような減少さ
れた電気抵抗を示さない。照射されていないメモリ点で
は供給された制御電圧の主要部分は光伝導層にわたって
位置され、小部分は“照射されていない”電極点と共通
電極との間に位置されている。全てのメモリ点に共通の
光伝導層と全てのメモリ点に共通の電極との間の制御電
圧の存在にもかかわらず照射されていないメモリ点の安
定な光状態、即ち照射されていないメモリ点に前に記憶
された情報は従って光ビームにより影響されない。
本発明による光メモリへの情報の書込みでは１つ１つ
の各メモリセルに対してが光ビームにより多数のメモリ
点中の特定のメモリ点をアドレスし、光伝導層により光
ビームの方向で、照射されたメモリ点と一致する記憶素
子の領域に正確に限定されている記憶素子にわたって電
界を発生することが可能である。
安定した状態を有する記憶素子のためにメモリ点に書
込まれた情報は光ビーム後でも変化しない状態であり、
電界はメモリ点から除去される。
読取り 特定のメモリ点からの記憶された情報の読取りは以下
の方法で行われることができる。
前述したように書込み動作とは反対に、光伝導層と共
通電極との間の読取り動作には制御電圧は供給されな
い。特定のメモリ点はしかしながら書込み動作と同様の
方法でメモリ点と一致する電極点方向に導かれる光ビー
ムの補助によりアドレスされる。制御電圧が供給されな
いので光伝導層の対応する照射された点で生じる抵抗の
減少はアドレスされた（照射された）メモリ点に記憶さ
れる情報に影響を与えない。アドレスされたメモリ点で
記憶された情報の読取り、即ち照射されたメモリ点の記
憶素子の安定な光状態を決定するための情報の読取りで
は、光ビームがアドレスされたメモリ点の記憶された光
状態に基づいて光ビームが異なって影響される事実が使
用される。光ビーム上のこの影響を検出することによっ
て、アドレスされたメモリ点、即ちそこに記憶された情
報の光状態が設定される。
複数のメモリセル／並列書込みと読取り 本発明による光メモリは複数の並列メモリセルを有
し、それぞれ各光ビームを受けるための前述のタイプの
記憶媒体を具備する。メモリの“階級”は従ってメモリ
が複数のメモリセルを有し、各メモリセルに含まれてい
る記憶媒体はメモリ点の各アレイを有することを意味し
ている。
このような各メモリセルは書込みと読取り用の光ビー
ムを受ける。従って対応するメモリセルの光ビームの入
射点はこのメモリセルに正確に含まれるメモリ点の間で
変位されることのみを必要とする。従ってメモリセルと
同数の光ビームが存在する。
このような複数の光ビームは例えば個々の半導体レー
ザのマトリックスを有するレーザダイオードフィールド
によって発生される。しかしながらビーム分割と組合わ
された単一の光源を使用することも想像できる。
本発明による光メモリはさらに対応するメモリセル上
のメモリセルの光ビームの各１つ１つの入射点の連続的
で相互に等しい大きな変位を起こす電気的に制御された
手段を具備する。このことは効率性の一時に高い並列の
書込みと幾つかのメモリセルからの並列な読取りを可能
にする。
本発明によると、光ビームの入射点のこのような変位
はある基本的に異なった方法で生じることができる。
第１の代りの方法によると、メモリセルと光源（ビー
ム分割を有する単一の光源）は互いに関して静止してい
る。本発明のこのような１実施例では電気的に制御され
た手段はメモリセルの光入口側に位置され、光メモリの
メモリセルの幾つかまたは全体に共通である光ビームを
偏向する音響光学または電気光学の結晶層を有する。特
にメモリセルは行および列で互いに近接して配置されて
おり、この場合このような光ビームを偏向する結晶層は
それぞれ前記行と列に平行な光ビームを偏向する第１、
第２の結晶層を具備する。この実施例では個々の半導体
レーザのマトリックスを構成するレーザダイオードフィ
ールドのような光源は光メモリの集積部分を形成する。
第２の代りの方法によると、光ビームの入射点の変位
は光源自体の変位により生じ、メモリセルを静止状態に
保持する。本発明のこのような実施例では、メモリは各
メモリセルに対して分離した光ビームを発生するための
個々の光源の光源マトリックスを含むことが好ましく、
電気的に制御された手段は全ての個々の光源の連続的な
相互に等しい大きい変位を起こすために光源マトリック
スに接続されている。好ましくは電気的に制御された手
段はピエゾ電気モーター装置を具備する。
本発明の第２の変形によると、メモリセルは置換可能
なメモリディスクまたはメモリ小型ディスクとして配置
され、これは使用において光ビーム通路で静止して配置
されている。
第３の代りの方法によると、メモリセルと光源との両
者は移動可能である。このような本発明の実施例では、
メモリセルは共通のディスク等の上の同心リングの形態
で与えられ、反対の２つの主要な表面はそれぞれメモリ
セルの光入口側と光出口側を形成し、前記ディスクは中
心軸を中心に回転可能であり、各メモリセルのメモリ点
は前記軸に関して放射状および円周状に分散される。こ
の実施例は各メモリセル用の分離した光ビームを発生す
るためにディスクの回転軸に関して放射状に延在する個
々の光源の行を具備する光源マトリックスと、ディスク
の回転軸に関して光源の放射方向の変位を起こすために
光源マトリックスに接続されている電気的に制御される
手段とを含んでいる。
ディスクの回転と光源マトリックスの放射状の変位に
よりメモリセル上の光ビームの入射点の前記変位を起こ
すことは同時にまたは分離して可能である。この実施例
では電気的に制御された手段は放射方向に作用するピエ
ゾ電気モーター装置を有する。
回転ディスクを使用する別の例の特定の実施例による
と、ディスクには好ましくは静止した光源から光を受
け、それに応答して光伝導層とメモリセルの共通電極と
の間に制御電圧を発生するように適合されたフォトセル
手段が設けられている。
異なった光状態＝異なった透過 本発明の好ましい実施例によると、記憶素子の異なっ
た光学状態は記憶媒体の光透過の異なった状態に対応す
る。この実施例では記憶素子に関連する記憶素子の両側
に配置された２つの相互に交差した偏光子が使用され、
この分子は重畳された電界により影響されることがで
き、供給された電界に応じて入射した偏向された光ビー
ムの光ベクトルを異なった程度に回転する。回転ディス
クが使用されるならば各偏光子はディスク上に配置され
るか静止して配置される。
読取り用の光感知層 読取りと関連して記憶媒体の光透過の異なった状態を
検出するために、各メモリセルの記憶媒体は記憶された
情報の読取りのために記憶媒体を通して導かれる光ビー
ムの受光および検出用の記憶素子の光出口側に配置され
ている光感知素子を有する。メモリセルのこれらの光感
知素子は幾つかのメモリセルのメモリ点に記憶される情
報の同時的な並列読取りを許容するため相互に絶縁され
る。
材料の選択 本発明による光メモリの記憶媒体に含まれる記憶素子
は例えば、特にスメクチックＣ＊−相であり高分子設計
であることが有効な強誘電性液晶（以後FLCと呼ぶ）、P
LZTセラミックまたはPLZTの薄膜またはエレクトロクロ
ミズムに基いた電気光学効果を用いた材料で構成され
る。しかしながらこれらの材料は単なる例として挙げら
れている。これらは速度、電流消費、励起に必要な電界
強度のような特性に関して異なっている。
想像できる変形は記憶素子に対する３以上の光安定状
態で切換え可能である材料の使用であり、従って例えば
異なった光状態が異なった色の透過に対応する。
複数の記憶レベル 所定のサイズの領域の記憶容量を増加するため、メモ
リ点の解像度を増加すること即ち、点および／または相
互の間隔の寸法を減少することが可能である。しかしな
がら１ビットより多くのビットが各メモリ点に記憶され
るように光メモリを変形することができる。
各メモリ点の１ビットより多くのビットを記憶するこ
のような可能性を提供するため、本発明による光メモリ
の好ましい実施例では、重ねて配置され、それぞれ前述
のタイプの記憶媒体を有する２以上、特に４または８個
の記憶レベルを具備し、各メモリ点は対応する数のメモ
リ位置を有する。従って、例えば各メモリ点で４および
８のビットを記憶することが特に可能である。増加した
記憶容量に加えて、書込み時間とアクセス時間が対応し
て減少される。しかしながら幾つかの記憶レベルを有す
るこのような実施例は２つのみの偏光子即ち、前述のタ
イプの１つの位置感知層と１つの光感知検出層を必要と
する。しかしながら各記憶レベルは光伝導層、電極マト
リックス、記憶素子と共通の電極を必要とする。
本発明のこれらおよび他の特徴は請求の範囲で述べら
れている。
発明の実施の最良モード 本発明の実施例は添付図面を参照してより詳細に説明
されている。
図１は本発明の単一層のタイプの光メモリの概略的な
断面図である。
図2A−2Dは本発明による光メモリに含まれている部品
の概略的な平面図である。
図３は図１の光メモリのメモリセルの概略的な部分的
に切除された概略的断面図である。
図４は図１−３の光メモリの読取り−書込み動作、特
に接続される周囲電子装置を示した概略図である。
図５は図３に類似した断面図であり、本発明の多重層
タイプの光メモリの別の実施例を示している。
図６は図５の光メモリの読取りおよび書込み動作、特
に接続される周辺電子装置を示した概略図である。
図７は図５の実施例の機能を示している。
図８は本発明の第３の実施例の概略的な斜視図であ
る。
図９は本発明の第４の実施例の概略的な斜視図であ
る。
図9A−Ｂは図９の実施例の詳細を示している。
単一のレベル−設計 本発明による光メモリの第１の実施例は図１を参照し
て説明されている。
図１の光メモリは機械的に可動部分を具備せず、少な
くとも部分的に（図１の下部）大きさが実質上メモリの
所望の記憶容量に依存される積層された多重層構造とし
て設計されている。
レーザダイオードフィールド１ 図１の構造の上部では１で示されているレーザダイオ
ードフィールド１が存在し、これは構造の下方向に各レ
ーザビーム３を放射する複数の半導体レーザダイオード
２を具備している。発光ダイオードが代りに使用可能で
ある。レーザダイオード２はＮ×Ｍの格子状に等間隔で
配置されている。フルスケールのこのようなレーザダイ
オードフィールド１の概略的な平面図である図2Aは４×
４＝16のレーザダイオード２を有するグリッドを示して
いる。図１と2Aの実施例ではレーザダイオード２は約10
mmの間隔で隔てられている。
図１の光メモリは各レーザダイオード２に対するメモ
リセルを有する。図2Aによると、レーザダイオードフィ
ールド１を有する光メモリは従って全体で16個のメモリ
セルを有する。しかしながら、本発明による光メモリは
図2Aで示されている16のセルよりもかなり多くのメモリ
セルを有する。従って図１の実施例は各レーザダイオー
ド２を有する多数のメモリセルを具備したメモリ構造の
切断した一部分を示すものと考えることができる。図１
では各分離したメモリセルは全体を11で示されている。
照準されたレンズシステム４ レーザダイオード１の下には照準レンズシステム４が
存在し、これは各レーザビーム３用の照準レンズ５を具
備する。照準レンズ５は各レーザダイオード２に集中さ
れ、レーザダイオードフィールド１から放射されるレー
ザビームマトリックス３を照準する役目をする。
偏向システム６、７ 照準レンズシステム４の下には照準レーザビームマト
リックス３を偏向するために電気−光学（EO）または音
響−光学（AO）の偏向システム６、７が設けられてい
る。図１の光メモリの偏向システムは音響−光学タイプ
であり（図１の示された面に垂直な）ｙ−方向にレーザ
ビーム３を偏向する第１のAO結晶６とｘ方向（図１の左
右）にレーザビーム３を偏向するための第２のAO結晶７
を具備する。
偏向システム６、７の目的はｘ方向とｙ方向でレーザ
ビーム３の入射点を正確に位置付けることである。これ
はそれぞれ結晶層６、７に典型的に50−80Mhzの高周波
電圧信号を供給されることにより達成される。偏向は供
給される周波数の依存する正確な線形方法で行われるこ
とができ、任意の中心周波数はゼロ偏向に対応する。
当業者に知られているように制御周波数と偏向との間
のこの線形の関係は正確にされているため結晶層６と７
に供給される所定の周波数に対してレーザビーム３のｘ
偏向とｙ偏向を予測することは非常に正確に可能であ
る。
図１では偏向結晶６、７はｘ方向とｙ方向の構造全体
に延在し、従って全てのメモリセル11に共通である。全
てのレーザビーム３はそれ故、結合して、一体的に偏向
され、これは巻線が方向を変化するとき全てのステムが
一方の同一の方向で屈折するコーンフィールドと比較さ
れることができる。後に詳細に説明するように全体のま
たは部分的な多重ビットワードの並列書込みと読取りを
許容するのでこの特性は非常に重要である。
換言すると、レーザビーム３の偏向のために図１の個
々のアドレスは存在しない。偏向される結晶層６、７は
それぞれ図１の6aと7aで概略的に示されているように周
囲側上の電圧電極の接続により容易に制御される。
このようなAO偏向システム６、７実は実際、異方的な
ブラグ回折を使用して単結晶性の二酸化テルル（TeO2）
から発生されてもよい。このような偏向システムの反応
速度はマイクロ秒である。しかしながらこれは材料の幾
つかの可能な例のうちの１つにすぎない。
別の例として光メモリは代りに各レーザビーム３に対
する分離した偏向システムを有し、この場合偏向システ
ムは図１と同一の偏向機能を得るため並列に制御され
る。
走査された光学系８のマトリックス 偏向システム６、７の下部に距離を隔てて、各レーザ
ビーム３に対してそれぞれ１つの複数の走査レンズ９を
有し、８で示されている走査光学系のマトリックスが与
えられている。走査レンズは例えばＦシータのレンズタ
イプである。走査光学系８のこのようなマトリックスの
概略的なフルスケールの平面図である図2Bは図2Aのレー
ザダイオード２に関連する16の走査レンズ９を有するマ
トリックスを示している。
記憶媒体10（＝20−29） 走査光学系８のマトリックスの下方にはメモリの実際
の記憶媒体10があり、その上にレーザビーム３は図１で
特にメモリセル11の一部分の拡大された詳細な表示（同
一の図面の下部）で示されているように焦点を結ばれ
る。
記憶媒体10は各メモリセル11の積層された構造であ
り、図１の実施例でのその高さは限定のない例で数セン
チメートル程度である。
図３を参照にすると、これは図１の記憶媒体10の単一
のメモリセル11例えば図１の最右端のメモリセルX6を示
している拡大された断面図である。
偏光子20と基体21 焦点を結ばれたレーザビーム３は最初に第１の偏光子
20を通り、その後基体21を通過し、これは正確に特定化
された屈折率によりレーザビーム３を約0.8mmに焦点を
結ばせる。
PSD層22 最終的に焦点を結ばれたレンズビーム３はその後、光
感知性で以後PSD層（位置感知性装置）と呼ぶ二次元横
位置検出器を構成している透過照射光層22に到達する。
PSD層22は特定のメモリセル11上の偏向されたレーザ
ビーム３の入射点のｘ方向とｙ方向の両方向の位置を検
出する役目をする。図１の実施例では各メモリセル11
は、図2Cの平面図で概略的に示されているように分離し
たPSD層22を有し、図2Cは、４×４＝16のメモリセル11
を有する光メモリが従って約１×1cmの寸法を有する16
の分離したPSD層22を含むことを示している。
記憶素子23 図３の記憶媒体10のさらに下部には、強誘電性液晶
（FLC）とPLZTセラミック材料またはエレクトロクロミ
ズムに基づいて電気光学効果を使用した材料のような双
安定記憶素子23が設けられている。記憶素子23は２進数
１または０に対応する情報を記憶する役目をする。図１
の記憶素子23はFLC層であるとする。
電極マトリックス24と絶縁25 記憶素子23の上部でそれと接触して、電気的に相互に
絶縁され、間に絶縁マトリックス25が設けられている透
過照射可能な電極点のグリッドを具備する電極マトリッ
クス24が設けられている。分離した電極点には導線ワイ
ヤは存在しない。
示された実施例では電極マトリックス24の電極点の大
きさとその間の距離は約１μｍであり、各電極点はメモ
リセル11の１つのメモリ点に対応する。各メモリセル11
はそれ故各方向で10mm/2μｍ＝5000メモリ点、即ち全体
で5000×5000＝２千５百万個のメモリ点を有する。
共通の電極26 記憶素子23の下方にそれと接触して、メモリセル11の
全て２千５百万のメモリ点に共通であり、メモリセル11
全体のxy面に延在される第２の透過照射可能な電極26が
設けられている。
光伝導層27 前記PSD層22と前記電極マトリックス24との間にはメ
モリセル11に共通であり光強度依存抵抗を有する透過照
射可能な光伝導層27が設けられている。光伝導層27は光
制御スイッチとして動作し、これは電極制御電圧が光伝
導層27と共通の電極26との間で接続されるならば、電極
マトリックス24の電極点と共通電極26との間の電界をオ
ンおよびオフに切換える役目する。
光伝導層27の機能は以下の通りである。光伝導層27上
のレーザビーム３により照射される点Ｐは層27の照射さ
れていない領域に関して低い電気抵抗を有する。このよ
うな照射されたメモリ点では層27,26の間に供給された
制御電圧の主要な部分はそれ故電極層24と26との間、即
ち照射点でのみで記憶素子23にわたって位置されること
に注意しなければならない。これは照準されていないメ
モリ点で比較的高い抵抗を有するので同一のメモリセル
11の照射されていないメモリ点では供給された制御電圧
の主要な部分は光伝導層27を横切って位置され、そこで
電圧の小部分は記憶素子24にわたって位置される。
メモリ記憶機能 前述の構造では、レーザビーム３の偏向により２千５
百万のメモリ点の中でメモリセル11の特定のメモリ点Ｐ
をアドレスし、光伝導層27の補助によって照射点Ｐの下
に位置される記憶素子23の部分にわたる電界を発生し、
即ちこのメモリ点で２進数１または０を記憶することが
可能である。物理的に、FLC分子と光ベクトルは前記偏
光子20と関連して90゜回転される。
記憶素子23が双安定であるので前に記憶される２進情
報は照射されていないメモリ点では変化せずに保持され
る。
偏光子（分析装置）28 この方法で図３のメモリセル11のメモリ点Ｐに記憶さ
れた２進情報の読取りのために、共通電極26の下には第
２の偏光子（分析装置）28が設けられており、この偏光
角度は第１の偏光子20に関して90゜回転され、双安定の
FLC記憶素子23を通過するレーザビーム３を通過または
遮断させる役目をする。
光感知層29 偏光子28の下には記憶された情報の読取りに関連して
考慮するメモリ点の状態を検出する役目をする無定形の
光感知層29が存在する。層29の下には最終的に基体30が
存在する。
記憶情報の読取り用の光感知層29の前述の機能はまた
書込まれる情報が実際に記憶されたことをチェックする
ためにメモリへの書込みと関連して使用されてもよい。
単一のレベル−機能 実際、図１、図３の光メモリへの書込みと光メモリか
らの読取りを行うことが可能である１例を図４を参照し
て詳細に説明する。
図４はただ２つのメモリ点を具備する図３によるメモ
リセル11の切断部分を斜視図で示しており、ブロック図
でそこに接続する周辺電子装置を示している。レーザビ
ーム３の発生、照準、偏向、焦点を結ぶ手段は図４では
示されていない。
入来する２進データ情報40および読取り−書込み制御
信号41,42は入力され、データバッファ43に記憶され
る。これらの信号は並列データ情報をFLC記憶素子23の
励起に必要とされる電圧レベルにレベル適合されたパル
スへシフトする役目をする結合されたシフトレジスタ／
スイッチ装置であるユニット44に送られる。発生器45は
論理１の書込み用の信号＋Ｖを発生し、発生器46は論理
０の書込み用の信号−Ｖを発生する。
レーザビーム３は１のメモリ点から別のメモリ点へ偏
向手段により変位される都度、現在のxy位置はPSD層22
から位置信号48を受信するユニット47で計算される。レ
ーザビーム３の現在位置は以下のように計算される。
Ｘ＝（x1−x2）／（x1＋x2） Ｙ＝（y1−y2）／（y1＋y2） ここでx1、x2、y1、y2はPSD層22からの電圧信号48を
表す。ユニット47からの差動信号49は従ってビーム３が
メモリ点に正確に導かれるか否かを検出することがで
き、ユニット44のＤ出力からの読取りパルス50を遮断す
るか通過させるためユニット44に放射される。論理１お
よび論理０の書込み用の＋Ｖまたは−Ｖを表す読取りパ
ルス50はそれぞれ光伝導層27に供給され、共通電極26は
51で接地される。
図４のメモリセル中のメモリ点からのデータの読取り
はレーザビーム３をメモリ点方向に偏向することにより
行われる。記憶媒体10の光出口側上の光感知層29は従っ
て比較器53により検出される信号52を発生し、この大き
さはメモリ点の光状態が論理１であるか論理０であるか
を示す。メモリから読み取られたデータは比較器53の出
力54で受信される。
多重レベル設計 本発明による光メモリの第２の実施例を図５〜７を参
照して説明する。
図５は図３と類似した断面図であり、本発明による光
メモリに含まれる記憶媒体10中のメモリセル11を示して
いる。図５のメモリセルは図３のメモリセルと同一の方
法でマトリックスパターンで分布され、光ビーム３によ
り個々にアドレスされることができる多数のメモリ点を
有する。図１の部品１〜９に対応する部品は有効に図５
の実施例でもまた使用されている。
図５の記憶媒体は図３の記憶媒体と同様に偏光子20、
最終的に焦点を結ぶ基体21、PSD層22、分析する偏光子2
8、光感知性の光層29を具備し、それらの機能は図３の
実施例と同一であるので詳細には説明しない。
しかしながら、図５の記憶媒体はただ１つのこのよう
な記憶レベルを有する図３の記憶媒体とは反対に４つの
記憶レベルN0−N3を有する。最低レベルN0は（上から下
まで）光伝導層27−０と、相互に絶縁された電極点を有
する電極マトリックス24−０と、少なくとも２つの安定
な光状態を有する記憶素子23−０と、共通電極26−０と
を具備する。同様に他の３つのレベルN1〜N3はそれぞれ
光伝導層27−１、27−２、27−３と、電極マトリックス
24−１、24−２、24−３と、記憶素子23−１、23−２、
23−３と、共通電極26−１、26−２、26−３とを具備す
る。基体30はレベル間およびレベルN0より下に配置され
ている。
レベルはこれらが異なった厚さの記憶素子23を有する
ほかは実質的に同一である。図５ではレベルN0は最も厚
い記憶素子23−０を有し、一方、レベルN3は最も薄い記
憶素子23−３を有する。
厚さの賢明な選択により４つのレベルは16程度のグレ
ースケールを呈示することができる。換言すると、４ビ
ットワードが各メモリ点に記憶されることができる。図
５の照射されたメモリ点では、例えば２進情報1010を表
している光状態の暗明暗明（下から計算して）が記憶さ
れている。
４つの記憶素子23−０〜23−３の厚さが、１つのメモ
リ点の光層29で感知された各光強度が１つ、即ち１つの
メモリ点の４つの記憶レベルの状態の16の可能な組合わ
せからの１つのみに対応するように選択されることが重
要である。図７はこれが達成されることのできる１例を
示している。レベルN0−N3の記憶素子23の厚さはこの場
合、以下の方法で選択される。暗い状態はレベルN0のみ
であり、各レベルN1−N3のそれぞれの明るい状態は図７
で残された破線のボックス内で示されているように50％
の相対的な透過減少を与える。同様にN1のみの暗い状態
は25％の透過減少を与え、N2、N3は15％と５％の減少を
それぞれ与える。図７は右側のボックスに４つのレベル
N0−N1の明暗状態の16の全ての可能な組合わせを示して
おり、透過された光の強度の検出により照射メモリ点が
有する組合わせ、即ち記憶される４ビットワードをあい
まい性がなく決定することが可能であることが分かる。
より多数のビットが１つのメモリ点で同時に書込みお
よび読取られるので、幾つかの記憶レベルの利点は１領
域当りの増加されたメモリ容量と増加された読取り−書
込み速度との両者である。
図５では４つのビットが１つのメモリ点に記憶される
がこの数は例えば256程度のグレースケールに対応して
同一の原理により８またはそれ以上に増加されることが
できる。
多重レベル−機能 図５により幾つかの記憶レベルを有する記憶媒体を具
備した光メモリへの書込みおよび光メモリからの読取り
の１例が図６を参照してより詳細に説明されている。
図６は図５による２つのみのメモリ点を具備したメモ
リセル11の切断部分を斜視図で示し、そこに接続する周
辺電子装置をブロック図で示している。レーザビーム３
の発生、照準、偏向、焦点結び用の手段は図６には示さ
れていない。
図４、６の同様の部分は同様の参照数字を示し、実質
上同じ方法で機能する。
８つの２進データビットD0−D7（信号40）はそれぞれ
読取り−書込み制御信号41,42と共にデータバッファ43
に記憶される。D0−D7はバッファ55に記憶されている２
つの４ビットワードに分割される。バッファ55では読取
り−書込み制御信号41,42が得られ、コンバータ56に送
られる。
バッファ55からのデータビットD0−D3もコンバータ56
に供給され、これらの４つのデータビットを16度のアナ
ロググレースケールを表す４つの電圧に適合するように
機能する。コンバータ56からの出力信号D0−D3は従って
アナログ形態で記憶されたグレースケール情報のデジタ
ル値に対応する。
コンバータ56は発生器45,46の補助でパルス（論理１
で＋Ｖ、論理０で−Ｖ）を書込むように情報変換用のレ
ベルスイッチとして動作する。
書込み制御信号42はレベルスイッチ56の出力上に書込
みパルスD0−D3が存在することを許容する。読取り制御
信号41は読取りがメモリから行われるときD0−D3に対す
るレベルスイッチ56の出力を遮断する。
図６の記憶媒体10への書込みは以下の方法で行われ
る。バッファ55から記憶される情報が以下の値を有し、
図６の２つのメモリセルうちの右側の１つに書込まれる
と仮定する。
D0＝1,D1＝0,D2＝1,D3＝０ この情報ではレベルコンバータ56の出力D0−D3は以下
の電圧を値を仮定する。
D0＝＋V,D1＝−V,D2＝＋V,D3＝−Ｖ 電圧D0＝＋Ｖは最低レベルN0の光伝導層27−０と共通
の電極26−０との間に供給されている。照射されたメモ
リセル中の記憶レベルN0の記憶素子23−０（図５参照）
はそれ故論理１に対応して暗い状態に励起される。
電圧D1＝−Ｖは最低である１つのレベルN1の光伝導層
27−１と共通の電極26−１との間に供給されている。記
憶レベルN1の記憶素子23−１が前に論理１（暗い状態）
に励起されるならば、書込み２進論理０に対応する明る
い状態に励起される。記憶素子23−１が前に論理０（明
るい状態）に励起されるならばD1＝−Ｖは効果がなく、
記憶素子23−１は明るい状態即ち論理０に維持される。
同じことは２つの最上の記憶レベルN2、N3の電圧D2、
D3に対しても適用される。
バッファ55からの２進情報D0−D3（1010）は従って図
６の右側のメモリセル中に以下の光状態で記憶され、以
下の式から計算される。
暗−明−暗−明 図６の記憶媒体からのこのような記憶情報の読取りは
問題とされるメモリ点方向にレーザビーム３を偏向する
ことにより行われる。記憶媒体10の光出口側の光感知層
29は従って信号52を発生し、これはメモリ点４つの記憶
レベルN0−N3からの透過を結果とする。アナログ検出信
号52は図７で示されている原理にしたがって動作するア
ナログデジタルコンバータ57中で出力D0−D3上の４ビッ
トデジタル２進情報に変換され、これは論理信号1010即
ちバッファ55の出力D0−D3から前に読取られたものと同
じ情報を放射する。
本発明による光メモリの第３の実施例を図８を参照し
て簡単に説明する。図８の実施例と図１の実施例との違
いは偏向システム６、７が除去され、光源を変位する手
段に置換されていることである。従って、図８では電気
的制御手段60はｘ方向とｙ方向で変位するようにレーザ
ダイオードフィールド１の上側に接続されている。手段
60は当業者に知られているタイプのxyピエゾ電気モータ
ー装置で構成することが好ましい。図１の実施例と比較
したときの図８の別の違いは全てのメモリセル11の記憶
媒体10がレーザダイオードフィールド１と光感知層29と
の両者から離れていることである。この実施例はメモリ
セルを共通の置換可能なディスクまたは小型ディスク61
上に配置することを可能にし、ディスク61は使用におい
てビーム通路中に静止状態で配置される。
最後に、図８では光感知層または素子９は複数のメモ
リセルからの並列の読取りを可能にするために各ビーム
またはメモリセルに対してそれぞれ１つの実際に複数の
相互絶縁層を具備する。
本発明による光メモリの第４の実施例を図９、9A、9B
を参照して説明する。この実施例に含まれる部品は前述
のものと同一の機能のものに対しては同一の参照数字を
有する。
図９は正確に制御されたモーター装置（図示せず）に
より回転軸63を中心に回転可能な円形ディスク62を示し
ている。レーザダイオードフィールド１はディスク62の
一方の側面（光入口側）に配置され、放射状に延在する
マトリックスまたは個々の半導体レーザの行を具備す
る。ピエゾ電気モータ手段64はレーザダイオードフィー
ルド１の半径方向の変位を可能にする。レーザダイオー
ドフィールド１と反対側のディスク62の側面（光出口
側）ではレーザダイオードフィールド１からの各光ビー
ム３用の分離した光感知層を具備する光検出マトリック
ス29が設けられている。
この実施例ではメモリセル11はディスク63の同心リン
グとして設計されている。多数のリングまたはメモリセ
ルは多数の光ビーム３に対応する。各光ビーム３はそれ
故、リングの幅に対応する距離半径方向に変位可能であ
ることのみを必要とする。これは例えば読取り光学型が
ディスク全体にわたって移動しなければならない通常の
CDプレーヤーと対照的である。従って非常に高速なアク
セスが本発明のこの実施例でも得られる。各メモリセル
のメモリ点は回転62の軸に関して半径方向および円周方
向放射状に周囲に分散される。
図9Aはメモリセルの３つの半径方向に分散されたメモ
リ点の部分的断面図を示している。この図から記憶媒体
10は前のものと同一の設計であり、基体21と、記憶素子
23と、電極マトリックス24と、共通電極26と、光伝導層
27と基体30を具備することが認められる。さらに、前の
実施例と同じ機能を有する２つの偏光子20,28が設けら
れており、これは静止状態で使用されるかまたはディス
ク62に付加して使用するか任意に選択される。図9Aの２
つの部分は示された３つのメモリ点の２つの異なった記
憶状態を示す。メモリ点の寸法と間隔は選択性であるが
例えば図１と一致してもよい。
図９はさらにディスク62の中心方向に光ビーム66を放
射する外部の静止した光源65を示している。光ビーム66
は最初に電子偏光子67、その後、照準装置68,69を通過
し、ディスク上の中心フォトセル領域70上に偏光された
光66′として入射される。
ディスク62に到達する光66′は従って偏光子67により
偏光される。フォトセル領域70は受信光に応答して光伝
導層27とメモリセルの共通電極26との間に制御電圧を発
生することを意図している。結果として、フォトセル領
域70（図9B参照）は第１の方向（図9Bの左側部分）で偏
光された光を受けるとき電圧を発生する第１の光セル70
aと、それと直交した第２の方向（図9Bの右側部分）で
偏光された光を受けるとき電圧を発生する第２のフォト
セル70bを具備する。図9Bで示されているように、出力
端子は逆並列に接続され、従ってメモリセルへの制御電
圧は入射光の偏光方向に依存して正または負になる。正
と負の制御電圧はそれぞれ図４の発生器45,46に対応す
る。２つの制御電圧を利用できるようにするため、適切
なスイッチング周波数は電気偏光子67の制御用に使用さ
れることができる。
必要ならば、フォトセル領域70は実際、必要な電圧レ
ベルを達成するための複数の直列接続のフォトセル70
a、70bを具備することができる。
性能 本発明による光メモリの記憶容量は非常に高い。表Ｉ
は本発明による光メモリの異なった実施例の記憶容量と
読取り−書込み速度を示しており、それは図８による置
換可能な小型ディスクとして設計されたものである。能
動的な記憶領域は60mm×60mmであると考えられ、ピエゾ
電気モータ装置60は15cm/秒の速度の動作速度であると
考えられている。
表Ｉでは上部はデータ圧縮をしない値を示し、下部は
10:1のデータ圧縮による対応した値を示している。この
表では異なったケースがメモリ点の寸法と相互間隔に関
して、および多数の層に関しての両者で示されている。
図９による回転媒体では例示によりPZTモータ64が15c
m/秒の速度で動作し、各メモリ点は5:1のデータ圧縮を
有する７μｓで到達されることが想定され、40の光源は
読取りまたは書込み200ビットと７μｓ当り25バイトを
可能にする。
偏向を使用する図１による実施例では、例示によりメ
モリ点当り１μｓの偏向時間と、対応する記憶容量値
と、容易に計算される読取り−書込み速度を有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨゼフ、カロリー ハンガリー国、エイチユー ― 7631 ペクス、ポラック・ミハリー ２／１ 審査官 堀江 義隆 (56)参考文献 特開 昭50−23744（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−83290（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−166364（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−131247（ＪＰ，Ａ) 国際公開91／6099（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G11C 11/42 G11C 13/04 G11B 7/24 G11B 9/02 G11B 11/08

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】それぞれ各光ビーム（３）を受けるように
    構成され、それぞれ記憶媒体（10）を具備する複数の並
    列に配置されたメモリセル（11）を具備し、記憶媒体
    が、 （ａ）記憶素子（23）の光入口側と、それと反対の光出
    口側との間に対応する電界を供給することにより相互に
    異なった光学的特性を有する少なくとも２つの安定な状
    態の間で切換え可能な記憶素子（23）と、 （ｂ）記憶素子（23）の光入口側と光出口側の一方に配
    置され、記憶媒体（10）の等しい複数のメモリ点に対応
    して記憶素子（23）に分散される相互に電気的に絶縁さ
    れた複数の電極点を有する電極マトリックス（24）と、 （ｃ）記憶素子（23）の光入口側と光出口側の他方に配
    置され延在する共通電極（26）と、 （ｄ）光制御スイッチとして動作し、光依存性の電気抵
    抗特性を有し、記憶素子（23）と反対側で電極マトリッ
    クス上に配置され、それと電気接触する光伝導層（27）
    とを具備し、 それによって、光伝導層（27）上の対応する点を選択的
    に照射し、光伝導層（27）と共通電極（26）との間に電
    気制御電圧を供給することにより、電界が記憶素子（2
    3）中の所定のメモリ点にわたって選択的に印加可能で
    あり、 さらに、対応するメモリセル上のメモリセル（11）の各
    光ビーム（３）の入射点の同時的で相互に等しい大きい
    変位を生じさせるための電気的制御手段を具備している
    光メモリ。
  2. 【請求項２】電気的制御手段が、メモリセル（11）の光
    入口側に位置され、光メモリの複数のまたは全てのメモ
    リセル（11）に共通な光ビーム偏向用の音響−光学また
    は電気−光学結晶層（6,7）を具備していることを特徴
    とする請求項１記載の光メモリ。
  3. 【請求項３】メモリセル（11）が互いに行および列で近
    接して配置され、光ビーム偏向用の結晶層（6,7）が前
    記行と列にそれぞれ並列な光ビーム（３）の偏向用の第
    １および、第２の結晶層（6,7）を具備することを特徴
    とする請求項２記載の光メモリ。
  4. 【請求項４】メモリが各メモリセル（11）の分離した光
    ビーム（３）を発生するための個々の光源（２）の光源
    マトリックス（１）を含み、電気的制御手段が変位およ
    び、全ての個々の光源（２）の同時的で相互に等しい大
    きい変位を生じさせるために光源マトリックス（１）に
    接続されていることを特徴とする請求項１記載の光メモ
    リ。
  5. 【請求項５】電気的制御手段がピエゾ電気モーター装置
    （60）を具備することを特徴とする請求項４記載の光メ
    モリ。
  6. 【請求項６】メモリセル（11）が共通のディスク（62）
    または類似物上の同心リングとして配置され、その両側
    の２つの主表面はそれぞれメモリセル（11）の光入口側
    と光出口側を形成し、前記ディスク（62）は中心軸（6
    3）を中心に回転可能であり、各メモリセル（11）のメ
    モリ点は前記軸（63）に関して半径方向および円周方向
    の両者で分散されていることを特徴とする請求項１記載
    の光メモリ。
  7. 【請求項７】メモリは、各メモリセル（11）用の分離し
    た光ビーム（３）を発生するためディスク（62）の回転
    軸（63）に関して放射状に延在する個々の光源（２）の
    行を有する光源マトリックス（１）を具備し、 電気的制御手段（64）はディスク（62）の回転軸（63）
    に関して光源（２）の半径方向の変位を生じさせるため
    に光源マトリックス（１）に接続されており、 それによってディスク（62）の回転と光源マトリックス
    （１）の半径方向の変位はメモリセル（11）上の光ビー
    ム（３）の入射点の前記変位を同時にまたは別々に可能
    にすることを特徴とする請求項６記載の光メモリ。
  8. 【請求項８】電気的制御手段は放射方向に作用するピエ
    ゾ電気モーター装置（64）を具備することを特徴とする
    請求項６または７記載の光メモリ。
  9. 【請求項９】回転可能なディスク（62）には好ましくは
    静止状態の光源から光を受け、それに応答してメモリセ
    ル（11）の光伝導層（27）と共通電極（26）の間に制御
    電圧を発生するためのフォトセル手段（70）が設けられ
    ていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項
    記載の光メモリ。
  10. 【請求項１０】ディスク（62）上に配置されているフォ
    トセル手段（70）が第１の方向で偏光された光を受ける
    とき電圧を発生する第１のフォトセル（70a）と、第１
    の偏光方向に垂直な第２の方向で偏光される光を受ける
    とき電圧を発生する第２のフォトセル（70b）を具備
    し、 第１および第２の光セル（70a,70b）の出力端子が静止
    した光源（65）から受けた光の偏光方向に応じて正また
    は負の制御電圧を発生するためにメモリセル（11）と逆
    並列に接続されることを特徴とする請求項９記載の光メ
    モリ。
  11. 【請求項１１】各メモリセル（11）の記憶媒体（10）が
    さらに記憶情報からの読取りのために記憶媒体（10）を
    通って導かれる光ビーム（３）を受けて検出するための
    記憶素子の光出口側に配置された各光感知素子（29）を
    具備し、メモリセル（11）の前記光感知素子（23）は幾
    つかのメモリセル（11）のメモリ点に記憶される情報の
    同時の並列読取りを許容するために互いに絶縁されてい
    ることを特徴とする請求項１乃至10のいずれか１項記載
    の光メモリ。
  12. 【請求項１２】互いに重ねて配置され、前記タイプの記
    憶媒体（10）がそれぞれ設けられている２より大きい数
    の記憶レベル（N0−N3）をメモリが具備し、各メモリ点
    は記憶レベル数に等しい多数のメモリ位置を有すること
    を特徴とする請求項１乃至11のいずれか１項記載の光メ
    モリ。
  13. 【請求項１３】記憶媒体（10）が積層構造を有すること
    を特徴とする請求項１乃至12のいずれか１項記載の光メ
    モリ。
  14. 【請求項１４】電極マトリックス（24）が記憶素子（2
    3）の光入口側に配置され、共通電極（26）が記憶素子
    （23）の光出口側に配置されていることを特徴とする請
    求項１乃至13のいずれか１項記載の光メモリ。
  15. 【請求項１５】記憶素子（23）の異なった光状態が記憶
    媒体（10）の光透過の異なった状態に対応することを特
    徴とする請求項１乃至14のいずれか１項記載の光メモ
    リ。
  16. 【請求項１６】記憶素子（23）が異なった光状態で異な
    った光回転特性を有し、記憶媒体（10）がさらに互いに
    90゜の角度で設定され、記憶素子（23）のメモリ点の光
    状態を分析するために記憶素子（23）の光入口側と光出
    口側にそれぞれ配置されている２つの偏光子（20,28）
    を具備することを特徴とする請求項15記載の光メモリ。
  17. 【請求項１７】記憶素子（23）が強誘電性液晶を具備す
    ることを特徴とする請求項１乃至16のいずれか１項記載
    の光メモリ。
  18. 【請求項１８】記憶素子（23）がPLZTセラミックまたは
    薄膜を具備することを特徴とする請求項１乃至17のいず
    れか１項記載の光メモリ。
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