JPH10503869A

JPH10503869A - 折返し影像を有する光学ランダムアクセスメモリ

Info

Publication number: JPH10503869A
Application number: JP8504276A
Authority: JP
Inventors: ティーラッセル、ジェームズ
Original assignee: インフォメーションオプティックスコーポレイション
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 1998-04-07
Also published as: US5436871A; CA2194279A1; EP0769188A4; AU681789B2; AU2383595A; WO1996002055A1; EP0769188A1

Abstract

(57)【要約】コンパクトな光学的メモリ(100)は、変更可能の透過率、反射率、偏光および／または位相等により、光を選択的に変化させることができる光学データ層(100)としてデータを記憶する。データは、制御可能の光源により照明される。多面回折決像小レンズアレイは、鏡(128)による反射によりデータ層と本質的に共通に配置された光センサ(108)のアレイに向かうべきデータ像を生じさせてそこに像光線を折り返し、アレイと反射鏡とは、センサアレイ(108)に指向させるべき光線を反射して光学的に変調する。データは、パッチ（いわゆる、ページ）の環状アレイに構成される。小レンズの１つは、各データページの選択的照明により、センサアレイ(108)が配置された像面に選択したページ像を結ばせせる。データ像パターンの光は、配列された光源の異なる１つに衝突し、それによりバイナリービットの形の電気的データ信号パターンが出力される。

Description

【発明の詳細な説明】折返し影像を有する光学ランダムアクセスメモリ発明の背景本発明は、光学材料の光変化特性として記憶された多量のデータを光学的に記憶し、検索するとともに、速いランダムアクセス検索を提供する方法および装置に関する。機械的な移動なしに光学的にアドレスすることによりアクセスされ、かつ、フィルムまたは薄い材料層の光変調特性により記憶された多量のデジタルデータを有する光学メモリは提案されているが、商業用には広く普及していない。そのような光学的記録および検索技術は、磁気テープや磁気ディスクのような磁気記憶技術、光学ディスク技術等のように記憶媒体の相対的な移動を必要とする全ての既存の電子光学的メカニズムに比べ、多量のデータを早く検索することができる突出した能力を有する。たとえば、光学ディスクメモリの場合、記録媒体を回転させかつ読み取りヘッドを半径方向へ移動させて、直列的に出力するデータを検索することが必要である。データを直列的にアクセスすることは、現在のコンピュータの高速度データアクセスまたは他のデータ操作に適応させるためには、データプロセッサのバッファーまたは固体のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）に伝送することが必要である。固体のリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）およびランダクアクセスメモリは、比較的高いアクセス速度を有するが、多量のデータに拡大するとき、その適用がコスト、サイズおよび熱消失により制限される。本発明の主題である、最適なメモリの高速アクセスおよび多量の記憶容量を提供する試みは、米国特許第３，８０６，６４３号、３，８９８，００５号、３，９９６，５７０号、３，６５６，１２０号、３，６７６，８６４号、３，８９９，７７８号、３，７６５，７４９号および４，６６３，７３８号の明細書に記載されている。いくつかのこれらのシステムは本発明の上記課題を解決しようと試みているが、１以上の点において不足する。たとえば、上記のいくつかのシステムは、有用なデータ密度を検索に必要な解像度を提供しないレンズまたは他の光学的構成体を有する。これら従来のレンズシステムによるデータ像の光学的分解能は、他のメモリと競争する上で充分なデータ密度およびデータ率を得られない。顕微鏡用のような他の分野に使用されているレンズシステムは必要な解像度を理論的には得ることができるが、そのようなレンズの組み合わせは接近した間隔のデータフィールドの形に記憶したデータの読み出しには全体的に不適当である。現在の設計で直面する他の困難性は、光学的データを電気信号に変換する光学センサ、レンズ組立体およびデータフィルムまたはデータ層間の機械的関係の物理的障害と、温度の実際上の影響にある。たとえば、この種の適度の密度の光学メモリの端末拡張の影響は、光学データ像と読み出しセンサとの間に大きな位置ずれを生じる。同様の困難さは、記録プロセスと引き続く読み出し操作との間の必要な位置合せすなわち位置決め(regisut ration)に直面することである。高密度光学要素における位置ずれは、全てのデータではないとしても、多量のデータエラーを生じる。本発明の目的は、テープおよびコンパクトディスク記憶機器より小さく比較的コンパクトサイズであり、またプロセッサのデータバスに対してデータを移す固体のランダムアクセスメモリと同じ手法でデータ処理機器を利用できるランダムアクセスの光学的な大容量メモリを提供することにある。発明の概要データは、透過率、反射率、偏光および／または位相により光を選択的に変化させることができる光学的データ層に記憶される。光透過性データ層の場合、各データビットは薄い材料層上の透過性スポットとして記憶され、制御可能の光源により照らされる。結像小レンズアレイは、照明されたデータの光学的な拡大像を光センサアレイに投影すなわち投射する。データ層は、複数の領域または区画（いわゆる、ページ）に構成され、また各データページの選択的な照明（投光）により小レンズの１つはデータページの像を光センサアレイの結ばせる。透過したページデータは、光がデータ層の透過性ビット位置を通過する場合、配列された光センサの異なる１つずつに衝突し、それによりバイナリービットパターンの電気的データ信号を出力する。データ層のデータ領域（データページ）を異なる１つずつ選択的におよび連続的に照明することにより、対応する異なるデータパターンが対応する小レンズ群により同じホトセンサアレイ上に結像され、それにより多重化すべき多量のデータページの像を共通のホトセンサアレイの像面に所定の電子光学的速度で写すことができる。本発明に関係するデータ記憶および検索装置の実施例は、書込み専用デバイス、読み出し専用デバイスおよび書込み／読み出しデバイスなる名称の米国特許第５，３７９，２６６号明細書に記載されている。本発明の好ましい実施例に従えば、データのページまたは領域は、好ましくは環状構成に接合された環状多面レンズアレイのようにデータ層の本質的に環状でかつ平坦なパターンに配列される。それぞれの選択されたデータ領域またはデータページは、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードのような固体エミッタ群により照らされる。多面レンズシステム配列の小レンズ群は、データ層からの光を集光し、それを環状のデータ層および環状の小レンズアレイから離れて並列に配置された本質的に平坦な反射面に向けて指向させる。その反射面は、データ像を形成する光線を反射しかつ光学的に変化させる。この反射は、データページ像が形成される環状の小レンズ群およびデータアレイの中央に向けて影像を反射させて折り返す。この反射により折り返された影像を受けるように、平坦な固体センサアレイは、小レンズアレイおよびデータの中央領域に位置決めされた結像面に、好ましくは反射鏡からデータ層と反対側の面に配置されている。レンズアレイの光学的な指定は、データ像が環状のデータおよび小レンズアレイの中央を貫通する仮想的な軸線上に収束するように、反射鏡の光変調光学を含む光学システムに設計されて計算される。反射後、データアレイ上の選択されたデータ領域またはページ位置からのデータ像は、センサアレイ上に正確に向かうように組立体の中央に指向される。データが光学変調反射鏡とともに中央配置のセンサアレイの周りの環状アレイに分散される機器構成は、コンパクトな光学メモリ組立体を提供する。比較的大きいデータ範囲またはデータ用面範囲は、コンパクトで有効な幾何学形状である共通の中央配置のセンサアレイ上に、ページ基準による選択的ページの像を結ぶことに役立つ。データの結像に役立つ光学的間隔は、本質的に、組立体の高さまたは厚さ、すなわちデータ層面と反射鏡面との間隔の２倍である。好ましい実施例においては、環状データ層と環状小レンズ群とは、取り除くことができるデータ／小レンズサンドイッチカードに固定されており、そのカードは開口または光学的な透明部をアレイの中央に有する。データ／小レンズカードは、光源（発光器）、センサアレイ、反射鏡およびインターフェース電子素子を組み込んだリーダに除去可能に挿入される。データ／小レンズサンドイッチカードの好ましい形は、環状アレイの中央に関するデータ像の位置とともに、データの解像度要件を考慮する計算した指定を有する回折特性を呈する。反射鏡の好ましい光学的指定は、反射面に浮き彫りまたは刻印される回折面である。光源群およびセンサ群を支持する電子機器は、大規模集積回路により、総合生産においてさらに有効性およびコンパクト性を提供するように、大規模集積回路により、エミッタ群および／またはセンサ群に近接して配置するか、それらとともに集積化することが好ましい。反射鏡に回折要素または回折面を使用する上記の好ましい実施例においては、データ環状部の環状位置に依存するデータページ像の光線を制御するために、指定において重要な非球面を含むことが必要である。他の実施例においては、反射鏡は、影像光線を制御するように非球面要素を有する凹面鏡であり、同軸的なセンサアレイに適した位置に光線を反射させる。さらに他の実施例においては、データ／レンズカードの光学的透過性の中央部は、屈折材料である。この屈折性中央部は、外側エッジ部のデータの集光または分解能の損失が最小になるセンサアレイ上にシャープな角度で指向させるように、データ環状部の外側エッジから始まる影像光線を生じる。その結果、データおよび小レンズ群の最も内側の半径が減少し、センサ要素への影像光線の入射角度が減少するとともに、データページ数が増大するまたは多量のデータページに適合する。本発明の好ましい形は、接合された構造ユニットまたはカード、好ましくは異なる材料層のサンドイッチ構造として、データ層および小レンズアレイを組み立て、これら要素の光学的な間隔および位置関係を固定する。このように接合したデータ／レンズカード構成体は、データ層と小レンズ群との間の特異な熱膨張のために、ミスアライメントによる光学的な悪影響を最小にし、またデータパターンを過度に密集させることを可能にする。このサンドイッチ構造にしたデータ／レンズカード構成体の他の面は、データ層から生じるデータ影像光線の発散角度を制御するように、空気および小レンズに関する屈折の選択したインデックスの透明材料の隣接小レンズ間の空間にデータ層を埋め、小レンズの第１の面での屈折力をさらに提供することである。この埋め込み材料は、以下により充分に記載した透明なポリマー製の接合層構造である。そのような構造体は、廉価なユニット当たりのコストで製作することができ、またデータの非常に密集した簡素化配置にもかかわらず、データ像を共通のホトセンサアレイ上に正確に形成することが必要な結像力を達成する効果的な方法を提供する。小レンズアレイのこの好ましい形のさらに他の面は、各小レンズの第１の面、すなわちデータ層に隣接する面が結像させるべきデータの非常に小さくかつ密集パッチすなわち区画の光学的解像度を高めるように非球面状に指定されることである。上記のように、小レンズアレイの第１の面と少なくとも１つの第２の面とは、回折特性を有することが好ましい。環状データ層と環状小レンズアレイとは、透明埋め込み／接合層とともに、許容し得るコストで生産することができ、また交換可能のデータカードとして効果的に使用することができる。本発明は、最高速の固体ＲＡＭおよびＲＯＭに匹敵するランダムアクセス速度を有する巨大なデータ記憶能力を提供する。さらに、本発明のデータ出力能力は、実質的にアクセスすべき非常に大きいデータワードを単一のクロックタイムのような同じ間隔で瞬時にアクセスすることを可能にする。全体のデータページがホトセンサアレイに結像されたとき、アレイが与えられた時間間隔でそのページからの全てのデータを出力し得る状態にあるから、出力ワードのサイズは、センサアレイのビット数およびセンサアレイと共同するアドレス用電子機器によってのみ制限される。また、アレイ自身がデータの行および列に沿って問い合わされるから、行または列当たり１０００ビットのオーダとすることができ、これは、本発明の装置が１０００ビットのオーダのデータワードをまたは必要な選択されたおよび可変可能の部位を出力することを許す。そのように多量のデータワードは、コンピュータグラフィクス、コンピュータベースの工業的装置、および、他のコンピュータ化したまたはデジタルベースの装置等の装置への本発明の卓越した適用を提供する。本発明の上記のおよび他の特徴、目的、利点は、以下に続く詳細な説明および添付の図面から当業者に理解されるであろう。図面の簡単な説明図１は、エミッタおよびセンサのアレイと影像折り返しリレクタのためのハウジングと、環状データおよび重ねられた小レンズ群を含むデータ／レンズのサンドイッチカードを受けるスロットとを有する光学メモリの一実施例を示す縦断面図である。図２は、図１に示す光学メモリの２−２線に沿って得た断面図である。図３は、図２に示す光学メモリの３−３線に沿って得た断面図である。図４は、図１〜図３に示す光学メモリのハウジングを除去して主要素をデータ像光線の各種の移動経路とともに示す線図である。図５は、本発明の光学的メモリの他の実施例を示す、図４と同様の線図である。図６は、図１〜図５に示す光学メモリと共同するデータリード・アドレッシング兼制御電子機器のブロック図である。図７は、図１〜図５に示す光学メモリと共同する電子機器およびセンサアレイの一実施例を示す図である。詳細な説明図１，２および３を参照するに、本発明にしたがう好ましい形の光学的なランダムアクセスメモリ（光学ＲＡＭ）１００は、上底壁１０２ａ，１０２ｂ、対向する側壁１０２ｃ，１０２ｄ、前後壁１０２ｅ，１０２ｆを有する規則的な多角形のハウジング１０２を含む。光学メモリ１００は、光源、データ／レンズカード、センサアレイおよびインターフェース電子機器を含み、それらは参考のために従来技術として記載した米国特許第５，３７９，２６６号および国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９２／１１３５６号の明細書に記載された特徴および機能とほぼ同じである。側壁１０２ｃ，１０２ｄ、前壁１０２ｅおよび後壁１０２ｆの高さ寸法は、他の寸法、上壁１０２ａおよび底壁１０２ｂの寸法ならびに前後方向の長さ寸法の２分の１より小さく、そのようなハウジング１０２の寸法は本発明の好ましい１つの実施例である。全体的なハウジング１０２のこの外観比は、現存のパーソナルコンピュータおよびデスクトップ型コンピュータならびに関係する機器のシェルに容易に適用することができる、よりコンパクトなユニットとなる。コンパクトなハウジング１０２は、ホトセンサ上にデータ像を、反射し、成形しおよび選択するために電子的および光学的な要素を含む対応する形状のチャンバーを形成する。除去可能のデータ／レンズカード１０４は、ハウジング前壁１０２ｅのスロットを通して挿入され、底壁１０２ｂ付近においてハウジング１０２に据え付けられた複数のページ選択用光源１０６に対応する形状の環状アレイとともに位置合せすなわち位置決めをされたデータ領域またはページの環状アレイを配置する。中央のセンサアレイ１０８は、ハウジング１０２内にあって光源１０６およびアレイ１０８と共同する電子部品が取り付けられた共通の基板に固定されており、またデータページ像をカード１０４の開口または光学的透過窓を通して受けるように配置されている。データページ像は、複数の光源１０６の１つ１つにより連続的に選択して発生されて、データ／レンズカード１０４を覆う反射鏡または回折鏡１１０により反射される（それゆえに、折り返される）。カード１０４上のデータ／レンズアレイの環状の形状は、他の提供された形状を越えてデータ記憶容量に本質的な増大をもたらす。鏡１１０の反射面は、コンパクトな光学ＲＡＭリーダを形成するように、共通のセンサアレイが配置されたデータ／レンズ環状部の中心に向けてデータ影像光線を折り返えす。図１および３に示すハウジング１０２の下部領域を参照するに、集積回路１１２が底壁１０２ｂの内側に隣接して備えられており、集積回路１１２は読み取り用光源１０６として機能する固体発光要素の環状アレイにマイクロリード（図示せず）により結合された複数の電子ドライバを含む。光源１０６は、基板に取り付けられている。この基板は、米国特許第５，３７９，２６６号明細書および国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９２／１１３５６号明細書により充分に開示されているように、閉鎖実装型高密度光源パターンに光源を固定するように、集積回路１１２に備えられている。円形パターンの光源１０６のアレイは、集積回路１１２の固定位置と共面であり、またその固定位置に支持されている。光源１０６に対しすぐ上におよびそれと平行に、統一された単一のデータ／レンズカード１０４がハウジング前壁１０２ｅに形成されたスロット状開口１７２に取り去り可能に配置される。カード１０４は、多数のデータページまたは領域で構成された複数のバイナリー情報ビットのデータ層１９０を含む層構造サンドイッチ構造体である（図２参照）。相補型回折レンズアレイ２１０は、データ層１９０に接合されており、また各種のマルチビットデータ領域またはページと固定の光学的位置関係で正確に配置された複数のレンズセルシステムを有する。単一すなわち統一のデータ／レンズカード１０４は、撮像用小レンズシステムのアレイ２１０がデータ層１９０に空間的に関連して固定されるように、接合ユニットとして組み立てられている。この構成は、カード１０４が固定の空間的データ／レンズ関係を維持するユニットとして取付け可能におよび交換可能に、データと結像用小レンズ群との間の光学的位置決め精度を高める。したがって、カード１０４は層１９０に異なるデータを記録した他の同様に構成されたデータ／レンズカードと交換することができる。カード１０４は、ハウジング側壁１０２ｃ，１０２ｄの対向する内面のエッジガイド１１４ａ，１１４ｂにカード１０４の下側端を接触させてそれらガイド１１４ａ，１１４ｂ上を滑動する。カード１０４がリーダハウジング１０２に適宜調和する位置を維持するために、側壁内側フランジ１１８ａおよび１１８ｂと共同する板ばね１１６がそれぞれガイド１１４ａおよび１１４ｂの上に配置されており、板ばね１１６はガイド１１４ａおよび１１４ｂに対してカード１０４を押す。データ／レンズ構造体１７から発散されかつ選択されて照明されたデータページを表す影像光線のセンサ１０８による読みやすさをさらに高めるために、そのような各ページからの影像光線は、第１および少なくとも第２の光学面２０１ａおよび２１０ｂを有する小レンズシステムを通過する。これらの光学レンズ面は、回折特性を有することが好ましい。米国特許第５，３７９，２６６号明細書および国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９２／１１３３５６に記載されているように、第１のレンズ面２１０ａは、データ層１９０に接近して配置され、また各ページの最大量のデータフィールド光を収束するように球面である。第２の回折面は、異なった隣接するページからのデータ光線が通過する隣接するパックデータページのそれぞれより長い拡大ゾーンにおけるデータ光線の拡大に適合する。回折レンズ面２１０ｂに続き、光源１０６の照明に基づいて、データ層１９０に生じかつアレイ２１０により発現されたデータページ像は、反射鏡１１０の回折および反射面１２８により反射されてさらに光学的に変調される。面１２８の回折光学的な処方すなわち指定(prescription)は、影像ビット光線を分配する視野レンズとして機能する。影像ビット光線は、データ／レンズカードの第２の回折面２１０ｂから符号１３２で示すように現れて、データ環状部の中央でセンサ１０８に向かう符号１３４で示すように反射される（折り返される）。影像ビット光線、特に層１９０のデータ環状部の外側領域からの影像ビット光線が９０度より小さき範囲の角度で、すなわちセンサ面に垂直ではない角度で、センサ１０８に帰るように折り返されるから（屈折または回折であってもよい）、影像帰着ゾーン１４０がデータおよびレンズアレイの中央のカード材料により提供される。反射された影像光線は、データ像、特に外側データページからのそれらがより垂直の角度でセンサアレイに衝突するように、図１および図４に示す方法で回折される。このため、センサ１０８をデータカードの下方に配置することにより、影像の改良は、カードの透明な中央部による屈折と、光源アレイ１０６を支持する同じまたは共面の集積回路基板上に取り付けられたセンサ１０８の位相幾何学形状とにより、達成される。この好ましい実施例においてアレイ１０８に投射されたデータ像は、図２に示すように規則的なＸ−Ｙグリッドパターンに記憶されたページから発生される。データ層１９０の選択した領域またはページ、たとえばページ１９０ａを照らすことにより、影像は、共同する小レンズシステムにより変換されるように、拡大され、半径方向内側にシフトされ、反射され、さらに反射鏡１１０上の光学的指定により変調され、そしてセンサ１０８の光センサ要素１０８ａのアレイ上に結像される。多数の要素１０８ａは、各種の適宜な方法に配列することができ、また内側の集中領域１４０内に適合させるべく規則的なＸ−Ｙ正方形センサグリッド１０８ｂの角部を取り除いた図示したようなほぼ円形または各種の側面を持つ多角形であることが好ましい。グリッド１０８ｂ付近の間隔をおいた周囲の場所には、センサ要素１０８ａと同じまたは類似の光感知特性を有する複数の起点検出器１０８ｃが備えられている。起点検出器１０８ｃは、米国特許第５，３７９，２６６号および国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９２／１１３５６号の明細書に記載されているように、各データ像の記録および／または読み取りに助力する。反射鏡１１０の回折および反射面１２８による影像光線の転送は、データページ像をセンサ１０８上に集中および再収束させる視野レンズとして作用する。このため、動作において、バイナリーデータの多くのページの１つは、環状配列の光源１０６の選択されたセルを励起することにより、環状データ層１９０から選択される。これにより、データビット光線を分散させる反射鏡１１０に向けて広げられかつ反射鏡１１０により反射されるデータページ可視光線が生じ、そのデータページ光線はセンサアレイ１０８の配列光感知要素に衝突してデータページ像を結ぶ。データページ像は、ほぼ円形または多くの側面を有する多角形の形状を有し、またセンサアレイ１０８の上面の画面を満たす。１つのデータページ内のそれぞれのデータビットは、制限されないが光化学フィルムのような高解像度光学フィルムおよび他の記録媒体を有利にすべく用いる密度で、密に間隔を置いた行および列に配列されて、層１９０として提供される。米国特許第５，３７９，２６６号および国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９２／１１３５６号の明細書に記載されているように、データは、通常のコンパクトディスクのように、マスターからのエンボス加工技術または成形加工技術およびまたは接触印刷技術を含む直接的な光学的複製技術により、データ層の各ページまたは領域をデータ光ビットのフィールドに連続して露出させるべく影像光学器とページ作成器とを使用する光化学処理により層２１０ａに記録される。データビットは、２．２５〜０．５ミクロンの寸法範囲にあり、またその範囲の中心間距離を有する。各データページは、２×１０⁷〜４×１０⁸ビット／ｃｍ²の好ましい密度範囲にセルの形に集められてグループ化される量のデータビットにより形成される。データ／ページ（または、領域）は、ほぼ１０⁶ビット（１メガビット）がセンサアレイ１０８の光感知要素により感知される拡大後のデータ像の発生に有利な量である、ということが見いだされた。このケースにおいて、好ましい実施例では、層１９０のほぼ２０〜３０倍のデータ密度の面１２８の視野レンズ効果と、各種の小レンズシステムとを通して拡大光学像を提供する。平均拡大率が２５倍であるとすると、センサアレイ１０８に投射された影像要素１０８ａの間隔は、２５ミクロンのオーダである。したがって、データページを感知するための多側面のまたは正確に円形のセルは、１００万のデータビット感知要素を含む。センサアレイ１０８の特殊な構造および動作と、好ましい実施例に対する各種の変更とは、米国特許第５，３７９，２６６号および国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９２／１１３５６号の明細書により詳細に記載されている。簡単にいえば、写し出されたページからの光スポットにより表される各データビットは、データが” １”ビットであるかまたは”０”ビットであるかに依存して、センサアレイ１０８の光感知要素を導通または非導通のいずれかにする。異なったデータ層１９０の形が提供されるとしても、好ましい実施例においては、データ層１９０は、真理値”１”は光を通過させる（伝播させるまたは透過性である）が、真理値”０ ”は光の通過を阻止する（伝播させないまたは非透過性である）光透過性マスクまたはフィルムである。光学的メモリ１００の動作と読み出し要素とは、たとえば１ミクロンのビットサイズで１ページ当たり１００万ビットを有する多くのデータ範囲（ページ）のそれぞれをアクセスするために提供する。本発明においては、総データ記憶量は、環状アレイ１０８のデータを構成し、共通のセンサアレイ１０８が取り囲んでいるデータページのいずれか１つを読み出すように感知窓を取り囲むことにより、大きく高められる。光源１０６の１つのセルを励起することによりデータ層１９０から単一のデータページを選択することは、１０⁶ビットの全ページをアクセスする。このデータは、電気−光スイッチのアクセス速度、たとえば５０ナノ秒以下の速度で、センサアレイ１０８の下にあってセンサアレイ１０８を支持する集積回路１１２に含まれるインターフェースで役立つ。全ページの異なる部位を構成するデータワードは、全ページまたはアクセスされた各ページのデータの列または行が並列ダンプとして出力されるように、集積回路１１２に選択的に向けられる。アクセスされたページ内のデータの各行または各列は、上記形態を与える１０００のように多量のデータビットを含むことができ、それゆえに光学的メモリ１００の容量内の大きさの非常に長いビットワードの速いランダム検索をすることができる。寸法において、センサアレイ１０８に結像された１０⁶ビットページは、６．５ｃｍ²（ほぼ１平方インチ）の多側面多角形または円形の範囲を占める。外側および内側の半径がそれぞれ２．５ｃｍおよび０．８５ｃｍであるカード１０４のデータ／レンズ環状部は、１７．３ｃｍ²（ほぼ２．５平方インチ）の範囲と、１ｃｍ²当たり２×１０⁷〜４×１０⁸の上記好ましい密度範囲を提供する。このデータは、１６６４のように多くのデータ区画またはページを含み、各区画またはデータページは、電子光学兼電子アドレス機器の高速スイッチング能力により直ちに選択可能（５０ナノ秒以下）でありかつ検索可能である。効果において、データビットの多くのページは、読み出し用光源１０６の電子的切換によりセンサアレイ１０８の像面上に多重化される。出力データは、プロセッサデータバスに直接的に適用するために上記した形において利用することができる。図４は、像を折り重ねる光学メモリ１００の重要な要素を、ハウジング１０２を除去した状態で示す。データページ像は、反射鏡１１０のフィールド状の光学回折面１２８により、線図的に示すように選択的に向きを変えられ、その結果データ層１９０の半径方向に最も内側部分から最も外側部分までの領域（ページ）が共通の中央センサアレイ１０８に反射され、収束される。センサがデータのために得ることができる他の方法で層１９０の同じ範囲を移す場合、区分サイズは損失のために作り上げるべく増大される。センサをより有効に使用すべく区分がより大きくされているならば、そのような増大は、環状先端エッジ上のページのために長い光路を意味し、大きさの増大を意味する。加えて、センサで形成される束の角度が大きいと、一次元的なビット像を長くする傾向にあり、その結果影像の単一光ビットは、さらなる構造設計なしに、アレイ１０８の隣接するセンサ要素上に重畳させてもよい。この形態の上記面を解決するように光学メモリ１００を種々刷新することができる。第１に、反射鏡１１０は面１２８に回折光学要素を有する。この要素はわずかに非球面であり、指定の例は以下のように設定される。反射鏡および非球面回折要素は、影像光を反射させ、ページ小レンズシステムと共同して視野レンズの一部として作用する。反射面１２８の非球面要素のために、外側のページからのビームは、半径方向内側のセンサアレイ１０８に効果的に収束される。この付加的な収束は、層１９０の半径方向外側のページからの影像光線の束が小レンズシステム２１０により照準される、ということを意味し、したがってこれら半径方向内側に関して半径方向外側のページの余分の間隔が影像の大きさに影響を与えない。第２に、光学メモリ１００は、カード１０４のサンドイッチにおいて固体屈折窓１４０を使用する。固体窓１４０は、より多くのページを環状部の内側に加えることができるように、内側エッジビームを屈折させる。窓１４０は、また、センサアレイ１０８の外側に生じるビームを屈折させ、光線の極端な角度の発生を減少させる。任意ではあるが、影像光線の極端な角度の発生をさらに減少させるように、比較的高いインデックスのカバーをアレイ１０８に使用することができる。第３に、アレイ１０８はセンサ１０６と本質的に同じ面にあり、両者は同じ基板または基台に形成される。これは、全ての電子機器を１つの構成体、好ましくは大規模集積回路に配置することができる、ということを意味する。図１〜図４の実施例においては、層１９０のデータページの主たる半径はほぼ２５ｍｍであり、環状部の主たる半径はほぼ８．５ｍｍである。センサの直径は、ほぼ１０ｍｍである。これは、像折り返し鏡のない場合に比べ、同じ高さ寸法であっても、ほぼ５倍程度の多くのページを提供する。また、同じデータ区分寸法の場合のほぼ２分の１の高さ寸法で全てのページを収束することができる。図１〜図４の回折反射鏡または図５の制御された反射鏡のいずれの場合も、各レンズおよび各反射面は、最適な指定のために以下の例示的な表１，２，３に示すように計算される。表１，２，３は、光学的メモリ１００用のレンズおよび反射鏡の指定の一例である。これらの表は、記録要素の外側エッジのページのために効果的なレンズセット指定および反射鏡を開示している。これは、光学的に最も困難な配置である。好ましくは、中央付近のデータページは、小レンズ群のために指定を反対にされ、以下のような通常のレンズ設計プログラムを使用して、内側の小レンズ群のために半径方向のオフセットを入力することにより計算される。間隔と反射鏡とは、同じ位置にとどまる。表に示す設計のために商業的なレンズ設計プログラム（いわゆるＯＳＬＯ６）を使用した。そのプログラムは、米国ニューヨークのシンクレア・オプティクス社(sinclair Optics,Inc.,)製である。図５において、反射鏡は、曲率に対する非球面要素を持つ通常の凹面鏡に変更することができる。結果として得られる光線の折り返しフィールドは、本質的に同じであり、また確実性において効果的利点を有するが、製作においてより高価になる。図６は、データを光学的メモリ１００からデータをアクセスするために、回路１１２（図１参照）の平坦な基板に集積された読み出し電子機器を示す。読み出し電子機器の構成および動作は、米国特許第５，３７９，２６６号および国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９２／１１３５６号の明細書に記載されている。簡単にいえば、これは、影像がセンサ１０８上に形成された後に、特定のデータ行を選択すべくインターフェースバス１２３を介して接続されたデータバス１２１からのデータをアドレスバッファ１２５を介してアドレスするように改良している。これは、行選択スイッチ１２７を動作させることにより行われる。選択されたデータページを照明するために、バス１２１から得られるアドレスは、ＸおよびＹデコードバスにより供給されたページアドレスデータを含む。Ｘ解読器１３５およびＹ解読器１３７は、単一のデータページを照明してその像をセンサアレイ２７上に得るべく多数の光源１０６の特定の１つを選択する。タイミング制御器１３９は、”パルスリード”（ページ光源１０６を制御する）、”パルスＣＣＤ行”（電荷結合デバイスのセンサアレイ１０８からのデータの読み取りを制御する）、 ”ゲートＭＵＸ”（センサアレイ１０８からの出力マルチプレクサを制御する）、”データレディー”（データがデータ出力マルチプレクサおよびインターフェースからデータユーザバスに準備できたことを意味する信号）として確認されるタイミング制御信号のシーケンスを公知の方法で提供する。センサアレイ１０８からのデータの出力は、バッファーレジスタ１４１、マルチプレクサ１４３、インターフェース１４５およびバス１４７を介して得られる。図７は、センサアレイ１０８の好適な構成を示す。センサアレイ１０８は、真実のビット影像光線に付随しない近接するセンサ要素に漏れる疑似重畳光を識別する能力を含む。センサアレイ１０８の機器構成およびその動作は米国特許第５，３７９，２６６号および国際特許出願ＰＣＴ・ＵＳ９２？１１３５６号の明細書に記載されている。特定の実施例だけを個々に記載しているにすぎないが、当業者は本発明の精神から逸脱することなしに、同等の手段、機器、および方法の使用を含む各種の変更および変形をそれらの実施例にすることができるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 1/21 Ｈ０４Ｎ 1/21 (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims

【特許請求の範囲】１それぞれがデータビットを記憶する能力を有する複数の並列データ領域に構成されかつ光変化特性としてデータを記憶する光学データ手段と、前記光学データ手段の個々のデータ領域の少なくとも１つを選択的に照明する制御可能の光源手段と、並列データ領域に光学的に位置決めされて並列データ領域付近に配置されたデータ撮像レンズ手段であってその解像力が各データ領域の視野にわたって本質的に均一であるデータ撮像レンズ手段と、選択的に照明されたデータ領域の１つに対応する光像としてデータを感知するために共通像面に配置された複数の並列センサを有する感知手段と、前記共通像面の前記感知手段上に前記光像を反射させて再指向させるために前記共通像面と前記データ撮像レンズ手段との間の光路に配置された反射光学面手段と、照明されかつ写されたデータ領域のデータに対応するデータ信号を出力すべく前記感知手段に結合されたデータ信号出力手段と、を含む、光学的データ装置。２前記反射光学面手段は、前記共通像面上の各データ領域内のデータ像ビットを選択的に再指向させるための光学的指定を含む、請求の範囲１に記載の光学的データ装置。３前記反射光学面手段は、前記指定を提供する非平面輪郭を有する、請求の範囲１に記載の光学的データ装置。４前記反射光学面手段は、前記指定手段を提供する回折光学面を含む、請求の範囲１に記載の光学的データ装置。５前記反射光学面手段は、球面および非球面特性を有する光学的指定を有する、請求の範囲１に記載の光学的データ装置。６前記制御可能の光源手段および前記感知手段は共通の平坦な光源センサ構造体に取り付けられており、前記並列データ領域と前記データ撮像レンズ手段とは、前記共通の平坦な光源センサ構造体と前記反射光学面手段との間にあって並列的に除去可能に配置された本質的に共通の平坦なデータレンズ構造体に取り付けられている、請求の範囲１に記載の光学的データ装置。７前記データ領域は、環状の平坦なパターンの中央に光透過窓を形成する本質的に平坦なデータレンズ構造体上の平坦な環状パターンに配列されており、前記平坦なデータ・レンズ構造体は、前記感知手段が前記光透過窓を持つ本質的にレジストレーションにおいて前記データ領域に並列的な面に配置されるように、前記光源センサ構造体に関して除去可能に配置される、請求の範囲６に記載の光学的データ装置。８前記データ影像レンズ手段は少なくとも１つの回折面を含み、前記反射光学面手段は回折特性を有する、請求の範囲１に記載の光学的データ装置。９前記データ影像レンズ手段は少なくとも第１および第２の回折面を含み、前記反射光学面手段は回折特性を有する、請求の範囲１に記載の光学的データ装置。１０データを光変更特性として記憶する本質的に平坦な光学データ手段であって中央に光透過窓を有する環状のパターンに配置されかつそれぞれがデータビットを記憶することができる複数の並列データ領域に構成された平坦な光学データ手段と、前記光学データ手段の個々のデータ領域の少なくとも１つを選択的に照明するために前記平坦な光学データ手段の第１の側の付近に配置された制御可能の光源手段と、並列データ領域に光学的に位置決めされて並列データ領域付近に配置されたデータ撮像レンズ手段であってその解像力が共通像面上にその像を形成すべくそのデータ領域の視野にわたって本質的に均一であるデータ撮像レンズ手段と、前記データ領域の各データ像を前記環状パターンの中央に向けて後側かつ内側に反射させるために、前記平坦な光学データ手段に並列にその第２の側から間隔をおいて配置された反射光学面と、選択的に照明されたデータ領域に対応する光影像としてデータを感知するために前記共通像面を提供すべく前記光透過窓に位置決めされて前記平坦な光学データ手段の近くに配置された複数の並列センサを有する感知手段と、照明されかつ写されたデータに対応するデータ信号を出力するために前記感知手段に結合されたデータ信号出力手段と、を含む、光学的データ装置。