JPH10503869A - 折返し影像を有する光学ランダムアクセスメモリ - Google Patents
折返し影像を有する光学ランダムアクセスメモリInfo
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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(L
ED)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10
2e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1
06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10
2b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P
CT/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1
14b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/US92/11
356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/US
92/11356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10
8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1
90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 FI
H04N 1/21 H04N 1/21
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,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,C
H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB
,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,KR,
KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,M
N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU
,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TT,
UA,US,UZ,VN
Claims (1)
- 【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。
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