CN1155350A - 具有折叠图像的光随机存取存储器 - Google Patents

Abstract

一种小型光存储器(100)，其中数据被存储在一个可以利用，例如可变透射率，反射率，偏振率，和/或相位有选择地改变光的光数据层(190)中。用可控光源(106)照明数据，并且一个多表面衍射成像小透镜的阵列凭借一个反射镜(128)利用反射，因而折叠了图像光线，把一个数据图像投射在一个光传感器(108)的阵列上，该镜面(128)反射和修正光线以把它们重新引导到与数据层实际上是共平面的传感器阵列(108)上。数据被组织在一个片段(称为页)的环形阵列中。通过有选择地照亮每一个数据页，小透镜之一把选定的数据页在一个传感器阵列(108)定位的中央图像平面上成像。数据图像图样中的光入射到光源阵列的每一个不同光传感器上，因此以电数据信号的形式输出一个二进制位的图样。

Description

具有折叠图像的光随机存取存储器

本发明包含James T.Russell 1991年12月30日申请的，系列号为07/815,924的美国专利申请，现在的日期为1995年1月3日的第5,379,266号美国专利；和1992年12月30日申请的系列号为PCT/US92/11356的国际专利申请，题目为“光随机存取存储器(OPTICAL RANDOM ACCESS MEMORY)”公开的技术主题。

本发明涉及光存储和检索以光变化特性存储在光学材料上的大量数据，以及提供快速随机存取检索的方法和装置。

已经有人提出这类具有利用一种薄膜或薄层材料的光修改特性而存储的，和利用没有机械运动的光寻址存取的大量数字数据的光存储器，但是并没有导致广泛的商业应用。由于这种光记录和检索技术具有比现有的需要存储介质相对运动的电-光机构——例如光盘——，和磁存储——例如磁带和磁盘——较快的检索大量数据的突出能力，因而引起人们对它的兴趣。

例如，在使用光盘存储器的情况下，需要旋转记录并且径向地移动读出头以检索数据，该数据是以串行方式输出的。串行存取的数据一般需要输送到一个数据处理器的缓冲器或固态随机存取存储器中，以便适应现代计算机的高速数据寻址和其它操作。固态ROM和RAM可以提供所寻求的相对较高的存取速度，但是当把它们扩充到相对较大的数据容量时，这些设备的成本，尺寸和热损耗限制了它们的应用。

在一些专利文献中公开了为提供有关本发明的技术主题的这种类型的光存储器的相对较大的存储容量和较快的存取速度所作的努力，例如：James T.Russell申请的，题目为“包括光扫描器的数字信息的照相记录和读出***(PHOTOGRAPHIC RECORDS OF DIGITALINFORMATION AND PLAYBACK SYSTEM INCLUDING OPTICALSCANNERS)”的第3,806,643号美国专利，和题目为“光扫描器(OPTICAL SCA NNER)”的第3,885,094号美国专利；题目为“利用一个多透镜阵列的高密度光存储器装置(HIGH DENSITYOPTICAL MEMORY MEANS EMPLOYING A MULTIPLE LENSARRAY)”的第3,898,005号美国专利；题目为“大容量光存储器(OPTICAL MASS MEMORY)”的第3,996,570号美国专利；题目为“只读存储器(READ-ONLY MEMORY)”的第3,656,120号美国专利；题目为“光存储器装置(OPTICAL MEMORYAPPARATUS)”的第3,667,864号美国专利；题目为“使用一个从高密度光存储器读取数据的多透镜阵列的装置(MEANSEMPLOYING A MULTIPLE LENS ARRAY FOR READING FROM AHIGH DENSITY OPTICAL STORAGE)”的第3,899,778号美国专利；题目为“光存储器存储和检索***(OPTICAL MEMORY STORAGEAND RETRIEVAL SYSTEM)”的第3,765,749号美国专利；和题目为“高密度面向块的固态光存储器(HIGH DENSITY BLOCKORIENTED SOLID STATE OPTICAL MEMORIES)”的第4,663,738号美国专利。尽管这些***中的一些试图满足本发明的上述目的，但它们都有一个或多个方面的不足。

例如，上述的一些***的透镜或其它光学结构不能为检索有用的数据密度提供必要的分辨率。这些现有的透镜***提供的数据图像的光学分辨率不能导致足以与其它形式的存储器相比的数据密度和数据率。尽管某些用于其它领域的透镜***——例如显微镜物镜——在理论上可以提供需要的分辨率，但这类透镜组合完全不适于读取存储在微小间隔的数据区中的数据。现有设计所遇到的其它困难是温度以及数据膜或层，透镜组件和把光数据转换为电信号的光传感器之间的机械关系的其它物理干扰的实际影响。例如，即使是这种类型的中等密度的光存储器的热膨胀效应也能在光数据图像和读出传感器之间造成严重的重合不良。在记录过程和随后的读出操作之间所需的重合性中也会遇到同样的困难。高密度光学组件的介入重合不准如果不是使数据完全丢失的话，也将造成严重的数据误差。

因此，本发明的目的是提供一种具有随机存取性能的大容量光存储器，其有可与磁带和小型磁盘存储机构相比的较小的尺寸或甚至更小的尺寸，并且仍能以固态随机存取存储器将数据送入和取出处理器的数据总线同样的方式为数据处理设备工作。

数据存储在一个利用可改变的透射率，反射率，偏振率和/或相位能够有选择地改变光的光数据层中。在一个可透射的数据层的情况下，数据位作为相对透明的点存储在一种材料的薄层上，并由可控光源照亮。一个成象小透镜阵列将照明的数据的放大的光的图像投射在光传感器的阵列上。该数据层被组织成多个区或片(称为页)，并且通过有选择地照明每一个数据页，小透镜中的一个将选定的数据页的图像投射到传感器阵列上。透射的页数据，在这种情况下是通过数据层上透明的比特位置的光，投射在光传感器阵列中的各个不同的光传感器上，因而以电数据信号的形式输出二进制位的图样。通过有选择地顺序照明数据层上的各个不同的数据区(页)，对应的小透镜把对应的不同数据图样映射到同一个光传感器阵列，因此可以用电光速度把许多数据页多路传输到共用的光传感器阵列图像平面上。

在上述的有关的申请SN07/815,924，现在的第5,379,266号专利中把有关本发明的数据存储和检索***的实施例作为只读设备，只写设备和读/写设备公开的。根据本发明的优选实施例，数据的页或区在数据层上排列成基本为环形的平面图样的阵列，该数据层最好结合在一个也是环形结构的环形多表面透镜阵列上。用一个固态发光器件，例如发光二极管或激光二极管，分别地照亮选定的数据区或页。多表面透镜***阵列的小透镜收集来自数据层的光，并将其导向一个基本上为平面的反射表面，该反射表面平行于环形数据层和环形小透镜阵列，并与它们有一定的间隔。该反射表面反射要形成数据图像的光线，并其发生光学上的变化。这种反射重新引导光线，并且把图像向后折向环形小透镜和数据阵列的中央，在那里形成数据页图像。为接收这种反射的和因此而折叠的图像，将一个固态传感器的平面阵列放置在一个与数据和小透镜阵列的中心区域对准的图像平面上，最好是位于与反射器件相对的数据层一侧的平面上。

设计和计算小透镜阵列在一个光学***中的光学规定，其包括修正反射器件反射的光线，使得数据图像可以会聚在一个通过环形数据和小透镜阵列中心的假象轴线上。在反射之后，来自位于数据阵列上的一个选定数据区或页位置的数据图像向组件的中心反射，精确地落在传感器阵列上。这种构造，其中数据分布在一个环绕位于中心的传感器阵列的环形阵列中，与光修正反射器件一起提供了一种紧凑的光存储器组件。这种结构也在一个紧凑和有效的几何形状中提供了可用的较大数据面积或表面积，使数据可以有选择的一页接一页地映射在共用的位于中心的传感器阵列上。可用于数据成像的光程实际上等于组件高度或厚度的两倍，即数据层平面和反射器件平面之间的距离。

在本优选实施例中，环形数据层和环形小透镜固定在一个可取出的数据/小透镜夹层卡上，该卡在阵列的中央部位有一个孔或透光部分。数据/透镜卡可取出地***一个阅读器，该阅读器中安装着光源(发光器件)，传感器阵列，反射器件和接口电子电路。此外，数据/小透镜夹层卡的透镜表面形式最好是具有衍射性能的，衍射性能的规定是考虑到数据的分辨力的要求，以及数据图像相对于环形阵列中心的位置而计算出的。反射器件的优选光学规定是在反射表面上模压或印刷的衍射表面。支持发光器件和传感器的电子电路最好紧靠发光和/或传感器，或是以大规模集成(LSI)形式与发光和/或传感器集装在一起，以使整个产品有更高的效率和更为小巧。

在上述的优选实施例中，在反射器件上使用了一个衍射元件或表面，规定必须包括有效的非球面度，以在数据根据环上的径向位置控制数据图像的光线。在一个替代实施例中，反射器件是一种具有非球面度的凹面反射镜，以控制图像射线和与同心的传感器阵列恰当对准地反射它们。

在另一个替代实施例中，数据/小透镜卡的透光中心是一种折射材料。这个折射中心使来源于数据圆环外缘的图像光线以较陡的角度向下投射到传感器阵列上，使外缘数据的分辨率或聚焦损失减至最小。其结果是可以减小数据和小透镜阵列的最内部的半径，因而可以容纳更大的数据页或是更多的数据页，以及减小图像光线在传感器元件上的入射角度。本发明的一种优选形式是把数据层和小透镜阵列制造成一种结合在一起的结构单元或卡，非常像一种不同材料层的夹层制品，以便固定这些元件的光程和对准度。这种固定的数据/小透镜卡结构减小了对准误差的有害光学影响，例如由于数据层和小透镜之间的不同热膨胀造成的，并且可以使用大密度的数据图样。这种夹层的数据和小透镜卡结构的另一特点是把数据层与小透镜以一定间隔相邻地埋置在一种透明材料中，这种材料相对于空气和小透镜具有选定的折射率，以便控制从数据层发射出的数据图像光线的扩张角度，并能在小透镜的第一表面上提供折射力。这种埋置材料最好也是一种以下将详细说明的透明聚合物构成的结构粘合层。最终的结构可以用较低的单位成本制造，并且尽管数据是以很大的密度紧密排列的，仍然可以提供达到忠实地在共用光传感器阵列上形成数据图像所需的成像能力的有效方法。

小透镜阵列的这种优选形式的另一个方面是每个小透镜的第一表面，即邻接数据层的表面规定为非球面的，以提高要成像的数据的超小和超密片段的光分辨率。如上面指出的，小透镜阵列的这个第一表面和至少一个第二表面最好是有衍射能力的。环形数据层和环形小透镜阵列连同透明埋置/粘合层一起的制造成本使得该结构能够以可更换的数据卡的形式制造和有效地使用。

因此可以看到，本发明提供了具有接近——如果不是超过的话——最快的固态RAM和ROM的随机存取速度的巨大数据存储容量。此外，本发明的数据输出容量的组织使得可以在实际上同一时刻，例如一个单一的时钟时间，存取非常大的数据字。由于当整个数据页映射在光传感器阵列上时，其支配该阵列在任何规定的时刻从该页输出所有的数据，因此输出的字长仅受传感器阵列中的位数和与传感器阵列协作的寻址电子电路的限制。由于可以沿数据的行和列查询阵列本身，而每个阵列的每一行或列可以是大约1,000比特，因此这使得本发明的***可以输出大约1,000比特的数据字，或按需要输出其选出的和可变的部分。这种较大的输出字使得本发明可以应用于计算机绘图，基于计算机的工业***的“相关发动机”，以及其它计算机化或数字化***中。

通过下面的详细说明和附图，熟悉本领域的技术人员将会了解本发明的这些和其它的特征，目的和优点。

图1是光存储器的一个实施例的沿垂直面切开的剖面图，该光存储器具有一个安装图像折叠的反光器件和光发射器及传感器的阵列的外壳，外壳上有一个用于接收包含环形数据和放置在其上的小透镜的数据/透镜夹层卡的窄缝；

图2是图1的光存储器的沿2-2剖面线的顶视图；

图3是图2所示的光存储器的沿垂直切面3-3的剖视图；

图4是图1-3的光存储器的主要元件的示意图，除去了外壳，显示数据图像光线的各种传播路径；

图5是类似于图4的示意图，显示了本发明的光存储器的一个替代实施例；

图6是有关于图1-5的光存储器的数据读取寻址和控制电子电路的框图；

图7图1-5的光存储器的传感器阵列和有关电子电路的优选实施例的说明图。

参考图1，2和3，显示了根据本发明的光随机存取存储器100的优选形式，其包括一个规则多边形的外壳102，外壳102包括顶和底壁102a和102b；对立的侧壁102c和102d，以及前壁和后壁102e和102f。存储器100包括光源，一个数据/透镜卡，传感器阵列，和接口电子电路，它们利用了一些在有关的公开在系列号为07/815,924的美国专利申请，现在的第5,379,226号美国专利，以及系列号为PCT/US92/11356的国际专利申请中的光存储器的特征和功能，它们的公布的说明引用于此作为参考。本发明的优选实施例的一个特征是外壳102的一个尺寸，即侧，前和后壁102c-f的高度小于其它尺寸——即顶，底和前至后的深度——的一半。整个外壳102的这种宽高比产生了一个更为紧凑的单元，它可以容易地容纳在现有的个人和桌面计算机和有关的设备的外壳中。外壳102的紧凑性造成了一个相应形状的腔室，在这个腔室中包含着用于选择，形成和反射数据图像到光传感器阵列上的电子和光学组件。一个从外壳前壁102e的窄缝***的可取出的数据/透镜卡104使数据区或页的环形阵列与安装在外壳102中靠近底壁102b的页选择光源106的相应形状的环形阵列对准。一个中央传感器阵列108固定在外壳102中的安装着光源106和有关的电子电路的共用基底上，阵列108被定位以通过卡104上的孔或透光窗接收数据页图像，该数据页图像是由光源106中各个独立的光源连续地选定和产生的，并且由放在数据/透镜卡104上方的衍射反射镜110反射(因此被折叠)的。

卡104上的数据/透镜阵列的环形构造使得数据存储容量比提出其它结构大大增加，并且反射镜110的反射表面使数据图像光线折向数据/透镜环的中心，共用的传感器阵列定位于此，以产生一个紧凑的ORAM(光随机存取存储器)阅读器。以下参考图1和3所示的外壳102的下部，靠近底壁102b的内部有一个集成电路112，其包括由微导线(未示出)耦合于一个用作阅读光源106的固态发光元件的环形阵列的电子激励器。光源106安装在一个由集成电路112提供的基底上，以便把光源固定在一个紧密排列的密集的光源图样中，就象在系列号为07/815,924的美国专利申请，现在的第5,379,226号美国专利，以及系列号为PCT/US92/11356的国际专利申请中充分说明的那样。因此光源106的阵列在它们的环形图样中是共平面的，并且支撑在集成电路112上的固定位置上。

紧贴着光源106的上方并且平行于光源106，整体的数据/透镜卡104可取出地安装在外壳前壁102e中的窄缝开口172中。卡104是一种叠层的夹芯结构，其包括组织在多个数据页或区(见图2)中的二进制信息位的一个数据层190。一个补充的衍射透镜阵列210固定在数据层190上，并且具有多个小透镜***，每个小透镜***都在与一个不同的多位数据区或页精确，固定的光对准的位置上。整体的数据/透镜卡104被制造成一个固定的单元，因此使得小透镜***的阵列210具有相对于数据层190的固定的空间关系。这种结构提高了数据和成像小透镜之间的光对准的完整性，因此卡104可以作为一个单元***和取出，而保持固定的数据-透镜空间关系。因此可以用层190上包含不同数据的其它具有相同结构的数据/透镜卡来替换卡104。卡104在位于外壳侧壁102c和102b的对立的内表面上的边缘导轨114a和114b上滑动就位，边缘导轨与卡的下边缘接触。为了使卡104在阅读器外壳102中恰当和一致的定位，在导轨114a和114b上方的内侧壁凸缘118a和118b上安装着叶片弹簧116，把卡压向导轨114a和114b。

为了进一步提高传感器108对从数据/透镜结构17发射的，代表一个选定的被照亮的数据页的图像光线的阅读能力，使来自这种页的图像光线穿过一个具有一个第一和至少一个第二光学表面210a和210b的小透镜***。这些光学透镜表面最好是衍射性的。如同在有关的系列号为07/815,924(现在的专利号5,379,266)和PCT/US92/11356的美国和PCT专利申请中所述，第一透镜表面210a靠近数据层190放置，并且是非球面的，用于收集每个页中的最大数量的数据区的光，第二衍射表面在一个延伸区中容纳数据光线的延伸线，该延伸区大于每一个紧密排列的数据页，来自不同的但是相邻的页的图像光线从该延伸区通过。在衍射透镜表面210b之后，被光源106照亮而从数据层190发出的并被透镜阵列210增强的数据页图像被反射器件110的衍射和反射表面128反射和进一步地光学修正。

表面128的衍射光学规定起一种场透镜的作用，分布从数据/透镜卡的第二衍射表面210b到达如所示的132的图像位光线，并且在如所示的134反射(即折叠)回数据环中心的传感器108。由于图像位光线，特别是来自页190中的数据环靠外区域中的图像位光线以一个小于90°的，即不垂直于传感器平面的入射角，被折叠返回传感器108，在数据和透镜阵列的中心的卡材料提供了一个折射的，或可能是衍射的图像返回区140。以图1和4中所示的方式折射反射回来的图像光线，以使数据图像，特别是那些来自数据页最外圈的数据页的数据图像以更为垂直的角度入射到传感器阵列。

因此，通过把传感器108放置在数据卡的下面，由于卡的透明中心的折射，以及传感器108的技术使成像得以改善，传感器108安装在支撑光源阵列106的同一个或共平面的集成电路基底上。

在本优选实施例中，投射在阵列108上的数据图像是从存储在图2所示的规则X-Y栅格图样中的页产生的。通过照亮数据层190的选定的区或页，例如页190a，图像，当被相关的一个小透镜***变换时，被放大，径向向内偏移，反射，由反射器件110上的光学规定进一步地修正，最后在传感器108的光读出元件108a的阵列上成像。尽管元件108a可以用适当的方式排列成各种不同的阵列，这里它们最好是排列成规则的X-Y正方形传感器栅格108b，其转角部分被切去以安放于内同心区140之内，如图所示大致为一个圆形或有许多侧边的多边形。在相邻栅格108b的间隔的圆周位置上提供有多个基准检测器108c，它们具有与传感器元件108a相同的或类似的光敏特性，以帮助对准和/或阅读每个数据图像，就象在有关的系列号为07/815,924的美国专利申请，现在的第5,379,226号美国专利，以及系列号为PCT/US92/11356的国际专利申请中说明的那样。

反射器件110的衍射和反射表面128的光学规定的作用就象一种场透镜，重新引导图像光线，以收集图像光线和使数据页图像在传感器108上再聚焦。

因此，在操作中，通过激发排成环形阵列的光源106的一个选定的蜂窝，从环形数据层190的许多二进制数据的页中选出一个。这造成数据页光线射出，并被分布形成页图像的数据位光线的反射器件110反射，投射到传感器阵列108的排成阵列的光敏元件上。数据页图像具有大致圆形或许多边的多边形的形状，并且充满传感器阵列108的上表面之上的图像平面。在一个单一的数据页内的各个数据位在这里被排列成微小间隔的行和列，并且其排列的密度有利于利用包括光化学膜在内但不限于光化学膜的高分辨率的光学膜或其它记录介质作为层190。

如同在有关的系列号为07/815,924的美国专利申请，现在的第5,379,226号美国专利，以及系列号为PCT/US92/11356的国际专利申请中所述，可以通过利用一个页构成器和成像光连续地对数据层上的每一页或区曝光形成数据光位的光化学方法在层210a上记录数据，也可以像现有的光盘记录中那样通过包括接触印刷和/或从一个母模模压或压纹的直接照相复制的方法在层210a上记录数据。数据位的尺寸的范围是2.25至0.5微米，中心-中心的间距也在这个范围内。每个数据页是由大量的独立的数据位形成的，数据位可以集中在一个蜂窝中并分成组，其优选的密度范围是2×10⁷-4×10⁸比特每cm²，已经发现每页大约10⁶(一兆比特)数据位是一种有利的数量，这种数量的密度可以导致产生能够被传感器阵列108的光敏元件可靠读出的放大后的数据图像。在这种情况下，本优选实施例通过各小透镜***和表面128的场透镜效应，可以提供大约20-30倍于层190上的数据密度的光图像的放大倍数。因此，假设一个25倍的中等放大倍数，那么投射到传感器阵列108上的像素108a的间距大约为25微米。因此，一个用于读出一个数据的页的多边或大致圆形的蜂窝将包含一百万数据位传感器元件。

在有关的系列号为07/815,924的美国专利申请，现在的第5,379,226号美国专利，以及系列号为PCT/US92/11356的国际专利申请中详细地描述了传感器阵列108的特殊结构和操作，以及对本优选实施例的各种替代方法。简单地讲，可以用来自成像的页的一个光点表示的每个数据位造成传感器阵列108的光敏元件108a导通或不导通，这取决于该数据位是“1”还是“0”。虽然可以使用不同形式的数据层190，但在本优选实施例中数据层190是一种透光掩模或膜，其中二进制“1”位是透光的，而二进制“0”位是不透明的或阻光的。

因此可以看到，光存储器100的读元件和操作可以对数百个数据区(页)中的每一个进行存取，该区具有，例如，每页一百万个1微米位尺寸的位。此外，在本发明中，总的数据存储量是通过把数据构造成环形阵列，包围着传感器窗以便共用的传感器阵列108可以阅读周围的任何一个数据页的方法提高的。通过激发光源106的一个蜂窝从数据层190中选择一个单一的数据页存取106位的一整页。这个数据可以在接口以典型的电-光开关速度，例如等于或小于50毫微秒，被利用，该接口包括在传感器阵108列下面支撑传感器阵列108的集成电路112中。可以在电路112中对构成该整页的不同部分的数据字有选择地寻址，例如在每个被存取的页上的数据的一列或一行，或可以作为并行转储输出该整页。在一个存取的页中的每一行或列可以包含给予上述结构的多达1000的数据位，因此可以在光存储器100的容量之内快速随机检索这种长度的超长位字。

从尺寸上讲，映射在传感器阵列108上的一个一百万(106)位的页将占据6.5cm²或大约1平方英寸面积的多边形或圆。卡104上的数据/透镜环形的外径和内径分别为2.5cm和0.85cm，它在上述的2×10⁷-4×10⁸每CM²的优选密度范围提供了一个17.30cm²(大约2.6平方英寸)的面积。这个面积包含了多达1664个数据的片段或页，每个片段或数据页可以通过电-光和电子寻址器件的高速开关能力几乎同时(≤50毫微秒)选择和检索。实际上，通过阅读光源106的电子开关，把多个数据位的页多路传输到传感器阵列108的图像平面上。输出的数据可以以上述的形式直接应用于一个处理器的数据总线。

在图4中显示了没有外壳102的折叠图像ORAM100的主要元件。数据页图像被反射器件110的起场透镜类似作用的光衍射表面128有选择地重新引导(如图所示)，使得数据层190的径向最里面的至最靠外的区(页)反射和聚焦在共用的中央传感器阵列108上。由于传感器传感器除去了一些本来可以用于数据的层190上的面积，可以增加章的大小以补偿损失。如果把章做得更大以更有效地利用传感器，这种增大意味着环的最边缘上的页的更长的光程，这将增大放大率。此外，光束在传感器上的入射角度变大，这使得位图像在一个方向上变长，因而如果没有进一步的设计制约的话，图像的一个单一的光位将覆盖在相邻的阵列108的传感器元件上。

有各种不同的改革方法可以使ORAM100克服上述结构的问题。首先，反射器件110在表面128上具有衍射光元件。这种元件稍有球差，并在下面提出规定的例子。反射镜和非球面衍射元件联合反射图像光线，与页小透镜***结合起到场透镜的一部分作用。由于反射表面128上的非球面组件，来自页外侧的光束被有效地聚焦在传感器阵列108的径向之内。这种额外的聚焦表示，来自层190的径向外侧的页的图像光束被小透镜***210校准，因此径向外侧的数据页相对于那些径向内侧的数据页的额外光程不再对图像起放大作用。

其次，ORAN100在卡104的夹层中使用了一种固态折射窗140。固态窗140折射内边缘光束，使得可以把更多的页增加到圆环之内。窗140也折射来自外边缘的光束，减小了最边缘的光线在传感器阵列108的入射角。最好在阵列108上使用一种较高折射率的涂层，以进一步减小最边缘图像光线的入射角。

第三，阵列108与光源106实际上是共平面的，因而它们都形成在同一个基底或下层结构上。这表示可以把所有的电子电路放在一个结构上，该结构最好是大规模集成的。

在图1-4的特别的实施例中，层190中的数据页的较大的半径大约为25mm，环形的较小半径为大约8.5mm。传感器的直径大约为10mm。这提供的页的数量大约为没有成像折叠反射镜，但同样高度的结构的五倍。换言之，对于同样的数据章尺寸，集中所有的页只需要大约一半的高度。

在图1-4的衍射反射器件或图5形状的镜面中，对于各种透镜和反射表面的每个计算的最佳规定显示在下面的示例表中。

           表    用于ORAM100的透镜和反射器件规定的例子*透镜数据折叠***，25mm偏移SRF        半径         厚度      孔径半径     玻璃        附注0           --       0.100000     0.200000     ULTEM      Data plane1           --       0.822159     0.260000     ULTEM      dcy2           --       --           0.260000     ULTEM      dfx3           --       1.182207     0.260000     ACRYLIC    dfr4           --       2.140722     1.000000A    ACRYLIC    dcy5           --       --           1.000000     ACRYLIC    dfr6           --       0.200000     1.000000     AIR        dfx7           --       12.000000    10.000000    AIR        dcy offset8           --       --           10.000000    AIR        dfr refl9           --       --           10.000000    REFLECT    Mirror10          --       -12.220000   10.000000    AIR11          --       -4.300000    7.000000     ACRYLIC    Window12          --       -0.100000    7.000000     AIR13          --       -0.100000    5.000000     BK7        Sensor

                                                      plane14          --       --           5.000000*衍射表面数据2   DOE DFX    4              DOR 1                  DWV   0.645000

DF2        1.8181e-05     DF3         0.118156   DF4   -0.000887     DF5    0.129276

DF6        0.002617       DF7         -0.017191  DF8   -0.000274     DF9    -0.010582

DF10       -0.000631      DF11        -0.0180013   DOE DFR    10             DOR 1                  DWV   0.645000

DF1        -0.580847      DF2         0.038308   DF3   -0.044406     DF4    0.1139645   DOE DFR    6              DOR 1                  DWV   0.645000

DF1        -0.161999      DF2         0.004165   DF3   -7.6560e-056   DOE DFX    4              DOR 1                  DWV   0.645000

DF2        0.451901       DF3         0.006021   DF5   0.024102      DF6    -0.000324

DF7        0.003690       DF9         0.002165   DF10  0.0001878   DOE DFR    6              DOR-1                  DWV   0.645000

DF1        0.005091DF2    5,1267e-06*倾斜/偏心数据1    DT    1    DCX    --    DCY    -0.094552

            TLA    --    TLB    --           TLC    --4    DT    1    DCX    --    DCY    0.207067

            TLA    --    TLB    --           TLC    --7    DT    1    DCX    --    DCY    25.000000

            TLA    --    TLB    --           TLC    --*透镜的近轴设置

孔径    物镜号孔径：    0.405826

视场    物镜高：        -0.200000*折射率

      玻璃        RN1          RN2        RN3        VNBR

      ULTEM       1.650783     1.652245   1.649365   225.975134

      ACRYLIC     1.488490     1.488924   1.488069   571.701364

      BK7         1.514682     1.515014   1.514363   789.776603

这些表说明了一个透镜组的规定和对于一个在记录元件外边缘的页是有效的反射器件。这时光学上最困难的位置。离中心较近的数据页最好已经修正了对于透镜的规定，利用例如下述的常用的透镜设计程序计算，并输入对于内小透镜的径向补偿值。间隔和反射器件保持不变。

商业透镜设计程序称为OSLO6，在进行表中所示的设计时使用。这个程序是纽约，Fairport的Sinclair公司的产品。

在图5中，反射镜由一个常用的有一个非球面曲率部分的凹“球面”镜代替。对光线的场再引导的结果是一样的，并且在某些应用中具有效率上的优点，但制造成本更高一些。

图6显示了阅读电子电路，其可以集成在一个电路112的平面基底中(见图1)，用于从ORAM100存取数据。在有关的系列号为07/815,924的美国专利申请，现在的第5,379,226号美国专利，以及系列号为PCT/US92/11356的国际专利申请中说明了阅读电子电路的结构和操作，简单地说这涉及在一个图像形成在传感器阵列108上之后，从一个连接于一个接口总线123的数据总线121通过一个地址缓冲寄存器125对数据寻址，以选择数据的特定的行。这时通过操作行选择开关127完成的。为了照亮一个选定的页，从总线121得到的包括页地址数据的地址经过X译码器和Y译码器总线131和133输送，这使得X译码器135和Y译码器137选择多个光源106中特定的一个，以便照亮数据的一个单一的页，用于在传感器阵列27上成像。一个定时控制器139以本身已知的方式提供一个定时控制信号的序列，分别标识为“激发LED”(控制页光源106)；“激发CCD行”(控制读出来自一个电荷耦合器件传感器阵列108的数据)；“选通MUX”(从传感器阵列108控制一个输出多路复用器)；和“数据准备完毕”(数据已经可以从数据输出多路复用器和接口送到数据用户总线的信号)。可以经过一个缓冲寄存器141，一个多路复用器143，一个用户总线接口145，和一个输出数据总线147从传感器阵列108输出数据。

图7显示了一种传感器阵列108的适用的结构，包括排斥落在传感器元件上的与“真”比特图像光线无关的寄生重叠光的能力。在有关的系列号为07/815,924的美国专利申请，现在的第5,379,226号美国专利，以及系列号为PCT/US92/11356的国际专利申请中说明了传感阵列的结构和操作。

尽管这里仅公开了特殊的实施例，但是熟悉本领域的技术人员将会理解，可以对其进行多种改变和修改，包括使用等同的手段，装置，和方法步骤，而不脱离本发明的精神。

Claims (10)

1.一种光数据***，包括：

一个用于把数据作为光变化特性存储，并且被组织成为多个(P)并列的每个都具有存储数据的位(B)能力的数据区的光数据装置；

用于有选择地照明至少一个所述光数据装置的所述独立数据区的可控光源装置；

数据成像透镜装置，布置在十分靠近和光对准所述并列数据区使得所述数据成像透镜装置的图像分辨力在每个所述数据区的视界的整个范围内基本上是均匀的；

传感器装置，具有多个(S)排列在一个共用图像表面上用于读出作为对应于一个所述选择地照明的数据区的光图像的数据的并列光传感器；

放置在所述数据成像透镜装置和所述共用图像表面之间的光路上，用于反射地把所述光图像重新引导到在所述共用图像表面的所述传感器装置上的反射光学表面装置；和

耦合于所述传感器装置的，用于输出代表一个被照明和成像的数据区的所述数据的数据信号的数据信号输出装置。

2.如权利要求1所述的光数据***，其中所述反射光学表面装置包括一种光学规定，用于有选择地把在每个数据区内的数据图像位重新引导到所述共用图像表面上。

3.如权利要求1所述的光数据***，其中所述反射光学表面装置具有一个非平面的轮廓，以提供所述规定。

4.如权利要求1所述的光数据***，其中所述反射光学表面装置包括一个衍射光学表面，以提供所述规定装置。

5.如权利要求1所述的光数据***，其中所述反射光学表面装置具有一个带有球面和非球面组合特性的光学规定。

6.如权利要求1所述的光数据***，其中所述的可控光源装置和所述传感器装置安装在一个共平面光源-传感器结构中，所述并列数据区和所述数据成像透镜装置安装在一个实际上是平面的数据-透镜结构中，该数据-透镜结构可取出地平行放置在所述共平面光源-传感器结构和所述反射光学表面装置之间。

7.如权利要求6所述的光数据***，其中所述数据区在所述实际上是平面的数据-透镜结构上的一个环形平面图样中排成阵列，在所述环形平面图样的中央限定了一个透光窗，和其中所述数据-透镜结构可取出地相对于所述光源-传感器结构放置，使得所述传感器装置平行于所述数据区并实际上对准所述透光窗。

8.如权利要求1所述的光数据***，其中所述数据成像透镜装置包括至少一个衍射表面，和其中所述反射光学表面装置也是衍射性的。

9.如权利要求1所述的光数据***，其中所述数据成像透镜装置包括至少第一和第二衍射表面，和所述反射光学表面装置也是衍射性的。

10.一种光数据***，包括：

一个用于把数据作为光变化特性存储，并且被组织成为多个(P)并列的每个都具有存储数据位(B)能力和在一个平面环形图样中排成阵列，并且在所述环形图样中央有一个透光窗的数据区的实际上是平面形的光数据装置；

靠近放置在所述平面光数据装置的一个第一侧的，用于有选择地照明至少一个所述光数据装置的所述独立数据区的可控光源装置；

数据成像透镜装置，布置在十分靠近和光对准所述并列数据区使得它的图像分辨力在那个数据区的视界的整个范围内基本上是均匀的，以便在一个共用图像表面上形成它的图像；

一个基本上平行于所述平面光数据装置与其第二侧面间隔地放置的，用于向后和向内地朝所述环形图样的所述中心反射每个所述数据区的一个数据图像的反射光学表面；

具有多个(S)靠近所述平面光数据装置排列的，对准所述透光窗以提供所述共用图像表面的，用于读出作为对应于一个照明的数据区的光图像的数据的并列光传感器的传感器装置；和

耦合于所述传感器装置的，用于输出代表一个被照明和成像的数据区的所述数据的数据信号的数据信号输出装置。

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