JPS5845996A - 光学メモリ - 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】 本発明は光学メモリに関する。

磁気メモリにおけるデータ密度の限界の問題を解決する
ために、光学メモリが提案されている。

従来の「１回限り書込み」光学メモリは、除去法によっ
て２進データを記録した。すなわち、メモリ物質の薄膜
（０，０３〜Ｏ，ＯＳ　＞の局所部分に高強度の光ビー
ムを集束させるととｋよってこの薄膜が蒸発し、それで
２進値の１に対応する位置で膜に穴があけられた。蒸発
の破片や他の因子により、除去法による光学メモリの信
号対謔音比は小さい。また、この膜は非常に薄くて自ら
を保持することができないから、モしてテルルのような
用いることのできる膜物質は非常にもろくそして腐食性
であるので、もし保存記録体として用いようとするなら
ば、この膜を包装して保護しなければならない。したが
って、大きな信号対維音比をもち、包装して保護する必
要のない記録体が得られること、および製造価格が安い
光学メモリが要望されている。

本発明では、イオン交換されたガラスの層が光□学メモ
リとして用いられる。イオン交換により。

このようなガラスは圧縮応力の形で蓄積されたエネルギ
ーを有する。イオン交換されたガラスの層の局所部分が
十分に加熱されると、ガラスのこれらの部分が軟化して
圧縮応力エネルギーが解放され、局在した固体表面隆起
部ができる。表面隆起部の存在の有無により２進データ
が記憶される。

この表面隆起部はガラス表面の平坦部とは異って光を散
乱するから、そしてガラスは自己保持性でかつ丈夫であ
るから、本社ＦＩＡＫよるイオン交換がラスメモリによ
れば、信号対維音比が大きくそして保存用に適した記録
体が得られる。イオン交換ガラスメモリは、記録媒体と
して、容易に入手できる安価な物質（すなわち、ガラス
）を使用するので１本来、低価格のメモリである。

以乍、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図を参照するに１適当な酸化物の調節剤を含んだホ
ウケイ酸ガラスのイオン交換された表面層部分６０表面
４上に小さな離散的固体隆起部２の形で２進データが記
憶されている。適当なホウケイ酸ガラスの例はコーニン
グがラス７７４ｏで。

これは酸化物調節剤とじ【の酸化す）９ウム（１ｆａｌ
Ｏ）を４モルーーセント含んでいる。使用可能なガラス
の酸化物調節剤のイオンは、ガラス格子の中にゆるく結
合されて分散している。酸化。

物調節剤のイオン（上記特定のガラスの場合ナトリウム
イオン　Ｈａ”　）は％ガラス格子中を非常に動き易い
。製造時に、ガラスを溶解させながら酸化物調節剤が加
えられるから、ガラス基板８は応力の形でのエネルギー
をはとんと蓄えていない。

比較的多量のエネルギーが、イオン交換により。

表面層部分６の中に圧縮応力の形で蓄積される。

このようなイオン交換は、ｅラスの格子位置を占める親
和力が調節剤酸化物のイオンよ、りも大きいイオンと交
換することによって行なわれる。特定の実施例では上記
コーニングがラス７７４０のホウケイ酸ガラスのナトリ
ウムイオン（）ｉＪＬ”　）をもった格子装置に銅イオ
ン（ｃｕ”　）が交換して入る。

すなわち、ナトリウムイオンがこのガラスの轡子位置か
ら拡散で外に出て空格子位置がつくられ、この空格子位
置に銅イ、オンが入る。銅イオンの原子半径（０，９８
Ａ　）はナトリウムイオンの原子半径（０，９６Ａ）よ
りわずかに大きいので、イオン交換層部分６は圧縮応力
の形で蓄積されたエネルギーを有する。

このイオン交換層 ７７４０を塩化鋼の溶融体の中に一定時間浸すことｋよ
って行なわれる。この溶融体の温度はそれ程厳密ではな
く、５５０℃で十分であるけれども。

その蒸気は有毒であるので、＃１化第二銅が蒸発しない
ように注意しなければならない。イオン交換された部分
６の深さは、交換時間、すなわち。

７７４０がラスがこの溶融体の中に浸される時間の平方
根に比例する。具体的Ｋ）’！、ｄをミクロンで表され
た層６の深さとし、ｔを溶融体につけられた時間を分で
表したものとしたとき。

ａ−２，０９４σである。算２図は、溶融体の温度が５
５０℃の場合に１ミクロンで表された層部分６の深さを
分で表された交換時間の関数として表したグラフである
。第１図では、溶融体に浸す際に適当なマスクを用いた
り後で適当に研磨したりしてイオン交換層６は基板の片
側面にだげ設けであるが、もし両面メモリが必要である
場合には。

イオン交換層を両面に設けることが可能である。

イオン交換は１層部分６内に圧縮応力の形で工ネルイー
を蓄積させる他に１層部分６の光吸収スペクトルを変え
ることもできる。塩化銅ＣｕＣｊと７７４０ガラスとで
イオン交換層６が形成される場合には１層６は着色（黒
化）し、層６の光吸収率が増加する。第３図の曲線人は
銅イオンで交゛換した７７４０がラスの層の吸収スペク
トルを示したものである。従来のアルザンレーデおよび
ヘリウム・カドミウムレーデからの放射光波長であるこ
のスペクトルの青色端において、このイオン交換層は比
較的大きな吸収率をもつことに注意され、これらのレー
デは本イーオン交換が ラスメモリのための書込みビームエネルギー源として用
いることができる。貰〜鴬本鬼對へ隻〜〜光吸収・率が
（イオン交換前のガラスの光吸収率に比べて）大きいと
、イオン交換層６の離散的局所位ｆｌＫ吸収される書込
みビー・ムエネルギーの量が大きくなり、この光吸収の
結果生ずる熱により。

このイオン交換層内のそれら離散的局所位置が軟化する
（または柔軟になる）。蓄積されていた圧縮応力エネル
ギーは、これらの加熱されて軟化した位置で「押出され
」、これらの部分が可能な方向に変形する。すなわち、
小さな離散的表面隆起部２が形成される。

前記の通り、７７４０ｆラスは４モルパーセントのＮａ
２Ｏを含んでいる。より高濃度の酸化物調節剤を含んだ
ホウケイ酸ガラスを用いることができ、この場合には次
の付加的な利点がある。その第１は、そのようなガラス
の軟化点は低いことであり　したがって、ガラスを軟化
させて圧縮応力エネルギーを解放させるのに必要な書込
みビームエネルギーが小さくてすむことである。第２は
、そのようなガラスは交換イオンで占められる格子位置
をより多く有することであり、その結果このようなガラ
スの吸収率が大きく、書込みビームエネルギーはさらに
小さく【すむ。

ガラス基板は酸（Ｉｓナトリウム′以外の酸化物調節剤
を含むとζができる。例えば、ガラス基板は酸化ナトリ
ウムの代りに、酸化物調節剤として、酸化カリウムまた
は酸化リチウムを含むことができる。また、２種または
それ以上の種類の酸化物を組合わせて含むこともで會る
。Ｃｕ”／に＋イオン交換およびｃｕ”／ｌ、ｉ＋イオ
ン交換はＣｕ”／Ｎａ”イオン交換が行なわれるのと実
質上回、じようにして行なわれる。Ｈａ＋イオンはＣイ
オタまたはＬ１＋イオンのいずれよりもずっと良く拡散
で外に出るとい゛う点では、　Ｃｕ”／’Ｎａ＋イオン
交換が好ましい。

第４Ｖは隆起部２の記録お、よび読出しのための装置を
例示したものである。Ｌａｘ・１′モデル９５−４４８
８ｎｍの光ビームを放射する。この放射された光ビーム
（書込みビーム）は鏡２２によって曲げられ、Ｃｏｈｅ
ｒｅｎｔ　Ａｓ５ｏｃｉａｔ＠−社によって市販され進
み、そこで、この書込み♂−ムは４９　Ｋ　　Ａｐｐｌ
ｅＩＩコンｔユータのような制御デルセッサ２９から従
来の方式で送られてくるデータ信号に従って振幅変調を
受ける。変調された書麩みビームは鏡２８によって曲げ
られて空間フィルタ３０に進む。空間フィルタ３０は書
込みビームを「清浄」ｋし【コリメータレンズ３２に送
る。コリメータレンズ３２は光♂−ムを拡大し再び平行
光線にする。

（空間フィルタ３０は書込みビームを非平行光線′する
。）偏光ビームスプリッタ３４は書込みビームを偏光し
て伝送する。１７４波長板３６はこの偏光ビームの偏光
面を回転させ、後で記述゛するような書込みビームと読
出しビームの分離を容Ｊ！ＩＫする。偏光された書込み
ビームの直径は、制御された開口部材３ＢＶＣよって制
御される。適切な直径をもった書込みビームが鏡４０に
よって曲げられてレンズ４１に進む。レンズ４１により
書込み♂−ムがイオン交換層６０表面４の離散的位置に
集束される。書込みビームに対して１層６の″ＣＸ座標
方向およびｙ座標方向に移動する。これらのステップモ
ータは、制御プロセッサ２９からの適当な入力を受取元
ステツゾモータ制御器４５にょっ【従来。方式、制−さ
、る。５巣がって。

書込み♂−ムはイオン交換層６の選択された部分を順次
加熱して、蓄積されて、、：た圧縮最カーネルヤーを局
所的に解放し、固体データ隆起部２をつくる。

読出しは、レーデ２，０または別のレーデによって書込
みビームよりは小さな強度℃館２ビーム（読出しビーム
）を書込みＶ−ムの静路に沿２て放射することにより行
なわれる。イオン交換層６の表面から反′射された光は
、鏡４０によって再び反射されて１／４波長板３６に進
み、そこで読出しＣ−ムはさらＩ／ｃ１／４波長だけ回
転される。このため、読出し♂−ムは偏光♂−ムスデリ
ツタ３４で反射される。イオン交換層６の表面から反射
された読出しビームの強度が、光検出器５０によって計
をられる。なお、読出しビームは、迷光から検出器を遮
蔽するために光検出器５０の前に置かれた可変開口部材
３９を通る。増幅器５２を備えた光検出器５０により、
読出しビームの当ったイオ。

ン交換層６の各離散部分の反射率が読取られる。

、読出しビームが隆起部２に入射すると、読出しビーム
は隆起部によって散乱さ、れ、光検出器５０には小さな
強度の光が達する。イオン交換層６０表面の平らな部分
は読出しＶ−ムを散乱しないので、比較的大きな強度の
光が光検出器５０に達する。このようにして、イオン交
換層６の表面上の情報の２進値が、光検出器５０によっ
て２進値で検出される。光検出器シ０の出力は増幅され
、この増幅出力が制御プロセッサ２９に送られる。そこ
で、書込みビームによって照射されたイオン交換層の各
部分の座標オ、これちの座標位ｆＫ対応して光検出器５
０から送られてきた信号強度と従来の方法で関係づける
。

隆起部２のサイズは層６の圧縮応力エネルギー。

層６の光吸収率、書込みビームの強度とパルス長等の複
数の間予に依存する。銅イオンで交換した７７４０がラ
スを用いてこれを溶解した（５５０℃）塩化銅液中に１
３２０分浸した場合、そして、層６の表面にアルビンレ
ーデ光（波長４８８ミクロン）を３０ζリワツトで１マ
イク四秒照射した時。

直径が約２．２５ミクロ、ンで高さが約０．３〜０．５
ミクｐンの隆起部２が形成される。レンズ４１が従来の
１０倍顕微鏡対物レンズである場合に、このようなサイ
ズの隆起部が形成される。レンズ４１がもつと専倍率で
ある場合、例えば、典型的な場合として６０ｘである場
合、０．５ミク四ン租度のもつと小さな直径の隆起部が
形成される。隆起部２の高さが比較的高い場合に読出し
♂−ムの散乱が有効に起こり、そしてテルル除去を用い
た従来の光学メモリの場合に比べて大きな信号対鍵音比
が得られる。また、データは極めて凹凸のある物質（ガ
ラス）の一部分（固体表面隆起部）として記憶されるの
で、記憶場所は保護容器のようなものを必要としない。

さらＶＣ，メモリ媒体は極めて安価な物質であるので、
ｉ価の非常に安い光学メモリが得られる。

ことＶＣ記載したイオン交換光学メモリは光学メモリと
してテルル除去そりもいくつかの点で優れているが、デ
ータを記憶するのにテルル除去メモリよりも多くのエネ
ルギーが必！である。例えば、典型的な場合として、テ
ルル除去では０．２５ナノジユールの工↑ルヤーが必要
であり、そしズ隆起部２を形成する場合には３０ナノジ
ユールが必要である。銅イオン交換光学メモリ層へのデ
ータ記憶に要するエネルギーは水素還元によって小さく
することができる。フォーミングザス（窒素８０嗟。

水素″２０％）のような水素を含んだがスが加熱された
（４００℃）イオン交換光学メモリ層の上をイオン交換
光学メそり層の厚さに比例した時間（１時間ないし数時
間）の間流される。この水素気流により銅イオンは金属
鋼（ｃｕ’　）の微粒子になる。イオン交換層内に金属
銅があると、算３図の曲線Ｂ、ｃｋよつズ示されている
よ５Ｋ、イオン交換層の吸収率が増加する。第３図の曲
線ＢおよびＣは水素還元時間がそれぞれ１時間および６
時間に対応する曲線である。イオン交、換層の吸収率が
太き（なると、イオン交換層の離散部分を。

これらの離散部分の圧縮応力エネルギーを隆起部２とし
て解放する点まで、軟化させるのに要する書込み♂−ム
エネルギーの量が小さくてすむ。例えば、７７４［１ガ
ラスのサンプルが５５０℃で１５分間ＣｕＣｊイオン交
換され、そしてそれからフォーミングガス中４００℃で
４５分分間光されるならば、１ナノジユールより小さな
書込み？−ムエネルギーで隆起部を形成することができ
る。このことはレンズ４１が６０Ｘの０．８５　Ｎ、Ａ
・対物レンズの時に起こる。

銅イオンとナトリウム、カリウムまたはリチウムのいず
れかのイオンとの間のイオン交換により有効な光学メモ
リ物質が得られるが、交換イオン源とじ【銅を用いるこ
とは、メモリ物質にある固有の限界を与えるととｋなる
。具体的にいえば。

ｆＪＩＫ３図の曲線人によって示されているようｋ。

Ｃｕ”／Ｎａ＋交換物質は４８８皿よりも長い波長にお
いて光吸収率が非常に低いから、Ｃ’ｕ”／Ｍａ＋交換
物質にデータを記録するのに用いられるレーデビームの
波長はスペクトルの青色、端に限定される。”また、Ｃ
ｕ＋イオンはＨａ＋イオンよりそれほど太き（はな輩か
ら、蓄積−れた圧縮応力エネルギーの絶対値は比較的小
さい。４８８　ｎｕを越えた波長での大きな光吸収率は
、ガラス基板８と′してスコツトＢＧ−３８やＢＧ−１
８のような色ガラスフィルタを用いるととｋよって得る
ことができる。スペクトルの遠赤色端（８００〜９５０
　ｕｍ　）での光吸収率がかなり大きいと、書込みビー
ム源としてダイオ−ｒレーデを用いることができる。蓄
積された圧縮応力エネルギーを大きくすることは、酸化
物調節剤のイオンよりもずっと大きな原子半径をもった
交換イオンを用いることによって達成できる。例えば、
カリウム−イオンはナトリウムイオンよりもずっと大き
いので、酸化物調節剤として酸化ナトリウムを含んだガ
ラスで交換イオンとしてカリウムイオンを用いることに
より、比較的大傘な圧縮応力エネルギーを得ることがで
きる。

Ｃｕ　”、／ｍａ＋イオン交換と同様に、に＋／′Ｎａ
＋イオン交換も、にＣｔのようなカリウム塙の溶解液の
中に酸化ナトリウムを調節剤として含むガラスを浸すこ
とによって得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によ、る光学メモリの立体図、＃Ｅ２ｒ
Ｉ！ｉはイオン交換層の深さを時間の関数として示した
図、第３図はイオン交゛換層の吸収スペクトルすための
装量のブロック線図である。 代理人　浅　村　　　皓 外４名 ＦＩＧ、　７ ＦＩＧ、　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１圧縮応力の形で蓄積されたエネルギーを有するプ
   ラス基板から成っていて、該ガラス基板の選択された部
   分に蓄積された前記エネルギーを解放させることｋよっ
   て蚊ザラス基板によるデータ記憶がなされることを特徴
   とするデータ記憶可能部材。 （２）複数個の離散した固体表面隆起部を有するガラス
   基板から成っていて１ｗＩザラス基板の表面の非隆起部
   は前記隆起部分よりかなり多い蓄積エネルギーを圧縮応
   力の形で有していることを特徴とするデータ記憶可能部
   材。 （３）　　圧縮応力の形で蓄積されたエネルギーを有す
   る表面部分と圧縮応力の形のエネルギーを実質上蓄積し
   ていない他の表面部分とを有するガラス基−板から成る
   データ記憶可能部材。 （４）圧縮応力の形で蓄積されたエネルギーを有する物
   質層を用意することと。 該物質層の選択された離散的部分から前記蓄積エネルギ
   ーを解放し、これｋよりそれらの離散的部分に対応する
   位置の前記物質層の表面に離散的固体隆起部を生ずるこ
   ととから成るデータ記憶方法。　　□ （５）圧縮応力“の形で蓄積されたエネルギーを有する
   物質層を用意することと。 °１物質層の選択された離散的部分から前記蓄積エネル
   ギーをこれらの部分の加熱によって解放し。 これによってそれ６の離散的部分に対応する位置の前記
   物質層の表面に離散的固体隆起部を生ずることとから成
   るデータの記憶方法。