JPH07507175A - 光メモリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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進情報の茶屋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、先媒体（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一書込みヘッドの機 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、これは位置付は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 みのときキューり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客員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提供するこ 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魚形の電極に、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５００ ０ｘ５０００−２千５百万のメモリ点になる。

書込み 本発明による先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 導層は照射点で屓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か 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 り先ビームの方向で、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先ビーム後 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先ビームが異なっ て影響される事実が使用される。先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２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。

このような複数の先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。

本発明による先メモリはさらに対応するメモリセル上のメモリセルの先ビームの 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、先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先人口側に位置され、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、先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先人口側と光 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先ビー 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光され 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）　、ＰＬＺＴ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以上の先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。

段数の記憶レベル 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・ソ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ビツ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・ン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許請求の範囲で述べられて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は本発明による先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一書込み動作、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ＮｘＭ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４Ｘ４−１６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２ Ａの実施例ではレーザダイオード２は約１０ｍｍ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一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Ｘ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５０−５０−８ Ｏ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 数に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Ｘ偏向を予ｐ１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Ｘ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ツ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は実際、異方的なプラグ回折を使用して単結 晶性の二酸化テルル（Ｔ　ｅ　Ｏ２）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。

別の例として先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ｌＯ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２ １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０．８ ｍｍに焦点を結ばせる。

ＰＳＤＳ二層 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。

ＰＳＤＳ二層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Ｘ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２０の平面図で概略的に示されているように分離したＰＳＤＳ 二層を有し、図２Ｃは、４Ｘ４＝１６のメモリセル１１を有する光メモリが従っ て約ｌＸ１ｃｍの寸法を有する１６の分離したＰＳＤＳ二層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はそれ数名方向で１０ｍｍ／２μｍ−５０００メモリ点、即ち全体で ５０００Ｘ５０００−２千５百万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の全ての２千５百万のメ モリ点に共通であり、メモリセルＩＩ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ｌｌ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放電極層２４と２６との間、即ち照射点でのみで記憶素子２ ３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の先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および読取り一書込み制御信号４１．４２は人力さ 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ヘシフ 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の書込み用の信号十■を発生し、発生器４６は 論理Ｏの書込み用の信号−■を発生する。

レーザビーム３は１つ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がら位置信号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＝　（ｘｉ−ｘ２）／　（ｘｌ＋ｘ２）Ｙ＝　（ｙｌ−ｙ２）／　（ｙ　１＋ ｙ２）ここでＸｌ、Ｘ２、ｙｌ、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５ｏ を遮断するが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または一■を表す読取りパルス５ｏ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の先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 本発明による先メモリの第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 ｌＯ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２８、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Ｎｏ−Ｎ３を有する。最低レベルＮＯ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２ ６−１．２６−２．２６−３とを具備する。基体３０はレベル面およびレベルＮ Ｏ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ＮＯ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・ソ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１０１Ｏ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ＮＯ 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・ン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−Ｎｌ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ビツ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８墓と増加された読取り 一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ＤＯ−Ｄ７　（信号４０）はそれぞれ読取り一書込み制 御信号４１．４２と共にデータバッファ４３に記憶される。ＤＯ−Ｄ７はバッフ ァ５５に記憶されている２つの４ビツトワードに分割される。バッファ５５では 読取り一書込み制御信号４１．４２が得られ、コンバータ５６に盗られる。

バッファ５５からのデータビットＤＯ−Ｄ３もコンノく一夕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ＤＯ−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＋ｖ１論理０で一 ■）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Ｄｏ−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ＤＯ−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ｌＯ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。

ＤＯ−１，Ｄ１＝Ｏ，Ｄ２−１．Ｄ３＝０この情報ではレベルコンバータ５６の 出力Ｄｏ−Ｄ３は以下の電圧を値を仮定する。

Ｄｏ−十Ｖ、　ＤＩ　−−Ｖ、　Ｄ２＝＋Ｖ、　Ｄ３−−Ｖ電圧Ｄｏ−＋Ｖは最 低レベルＮＯ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 。照明されたメモリセル中の記憶レベルＮＯ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Ｄ　１　＝−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Ｏ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ＤＯ−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−明一暗一明 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】０の先出口側の光 感知層２９は従って信号５２を発生し、これはメモリ点の４つの記憶レベルＮｏ −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ＤＯ−Ｄ３上 の４ビツトデジタル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Ｄｏ−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か除去され、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Ｘ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ｌＯ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。

本発明による先メモリの第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（先人口側）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（ 先出口側）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６２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６３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ｌＯ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上に偏光された先 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の先セルフ０ａ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 ォトセルフ０ｂ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フ０ａ、　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ｎＱＵｌ容量は非常に高い。表１は本発明による先メモ 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６０ｍｍＸ６０ｍｍであると考えられ、ピエゾ電気モータ装置６０は１５ｃ ｍ／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１５ｃｍ／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ビツトと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ｌμｓ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一書込み速度を有する。

口 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＰＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＰＴ、ＳＥ） 、０Ａ（ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、　ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、 　ＭＲ，ＳＮ、　ＴＤ。

ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ。

ＣＺ、ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、 ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎ。

、ＮＺ、ＰＬ、ＰＴ、ＲＯ，ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ、ＳＫ。

ＵＡ、　ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （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（１ ０）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）の光人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（２３）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）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）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（６７）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）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）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）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（６３）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）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）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）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）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）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）を通つ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）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（ＮＯ−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）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１ ２のいずれか１項記載の光メモリ。 （１４）電極マトリックス（２４）が記憶素子（２３）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）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）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）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）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。