(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエネルギーを有する光ビームの放射に応答して、第１の異性体形態から第２の異性体形態に変化し得る、活性媒体を含有する１容量において情報を保存するための光記憶媒体であって、該活性媒体が一般式Ａｒ1Ｒ1Ｃ＝ＣＡｒ2Ｒ2［式中、Ａｒ1およびＡｒ2は同じでも異なっていてもよく、独立して、置換アリールまたは非置換アリールであって、その置換基がＩＲ領域において強力な吸収を有し；そして、Ｒ1およびＲ2は同じでも異なっていてもよく、ＩＲ領域において強力な吸収を有する基である］のジアリールアルケン誘導体であり、ここで、任意の所定の容量部分における第１の異性体形態と第２の異性体形態との間の濃度比が、データ単位を示すことを特徴とする光記憶媒体。
【請求項２】
前記データ単位がビットである請求項１記載の光記憶媒体。
【請求項３】
前記活性媒体が支持マトリクス中に埋め込まれている請求項１記載の光記憶媒体。
【請求項４】
前記支持マトリクスがポリマーであって、かつ前記活性媒体がポリマーに化学結合される請求項３記載の光記憶媒体。
【請求項５】
前記支持マトリクスが立方相を形成するワックスまたはミセルであり、そして前記活性媒体がその中に均一に分布される請求項３記載の光記憶媒体。
【請求項６】
２つの異性体形態が、第２のしきいエネルギーのエネルギー吸収について実質的に異なる吸収係数を有する請求項１〜５のいずれかに記載の光記憶媒体。
【請求項７】
前記実質的に異なる吸収係数がＩ．Ｒ．領域にある請求項６記載の光記憶媒体。
【請求項８】
該活性媒体の前記活性媒体の前記２つの異性体形態が、実質的に異なる入射エネルギーの散乱パターンを有する請求項１〜７のいずれかに記載の光記憶媒体。
【請求項９】
前記実質的に異なる入射エネルギーの散乱パターンがラマン散乱である請求項８記載の光記憶媒体。
【請求項１０】
前記アリール置換基ならびにＲ1基およびＲ2基は、Ｃ1~8β−カルボン酸もしくはそれらのエステル、２−ヒドロキシＣ1~8アルキル、２−フルオロキシＣ1~8アルキル、２−ニトロＣ1~8アルキル、２−シアノＣ1~8アルキルまたはニトロ基から選択される請求項１〜９のいずれかに記載の光記憶媒体。
【請求項１１】
前記アリール置換基ならびにＲ1基およびＲ2基が、エタノールまたはプロパノールから選択される請求項１０記載の光記憶媒体。
【請求項１２】
前記アリール置換基ならびにＲ1基およびＲ2基が同じである、請求項１０または１１記載の光記憶媒体。
【請求項１３】
前記アリール置換基ならびにＲ1基およびＲ2基は異なっており、その１つが、Ｃ1~8β−カルボン酸もしくはそれらのエステル、２−ヒドロキシＣ1~8アルキル、２−フルオロキシＣ1~8アルキル、２−ニトロＣ1~8アルキル、２−シアノＣ1~8アルキルまたはニトロ基から選択され、そして他方が、ハロゲン化物またはシアノ基から選択される請求項１０記載の光記憶媒体。
【請求項１４】
前記アリール置換基ならびにＲ1基およびＲ2基が、エタノールまたはプロパノールから選択される請求項１３記載の光記憶媒体。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれかに記載の光記憶媒体を有するメモリ装置であって、
前記第１のしきいエネルギーとは異なる第１のエネルギーを有する光ビームを、前記活性媒体の選択された部分に指向する手段；および
また、前記第１のしきいエネルギーとは異なる少なくとも１つのさらなるエネルギーを有する少なくとも１つのさらなる光ビームを、該活性媒体の該選択された部分に指向する手段、
を備え、
ここで、第１の光ビームのエネルギーと、少なくとも１つのさらなる光ビームのエネルギーとを組み合わせたエネルギーとが、第１のしきいエネルギーと実質的に同一であるメモリ装置。
【請求項１６】
前記活性媒体の異なる部分における活性媒体の異性体状態の濃度比からデータ単位を読み取る手段をさらに備える請求項１５記載のメモリ装置。
【請求項１７】
請求項１５から１７のいずれかに記載のメモリ装置であって、前記データ単位を読み取る手段が、
前記第２のしきいエネルギーとは異なるエネルギーを有する第１の光ビームを、前記活性媒体の選択された部分に指向する手段；および
前記第２のしきいエネルギーとは異なる少なくとも１つのさらなるエネルギーを有する少なくとも１つのさらなる光ビームを、該活性媒体の該選択された部分に指向する手段、
を備えるメモリ装置。
【請求項１８】
何度も書き込みおよび読み取りすることが可能である請求項１５〜１７のいずれかに記載のメモリ装置。
【請求項１９】
活性媒体を含有する１容量における定義されたエネルギーを有する波長をもつ光について異なる吸収係数の三次元パターンを製造する方法であって、該方法は、
該第１のしきいエネルギーとは異なる第１のエネルギーを有する光ビームを、該活性媒体の選択された部分に指向する工程；および
該第１のしきいエネルギーとは異なる少なくとも１つの他のエネルギーを有する少なくとも１つの他の光ビームを、該活性媒体の該選択された部分に指向する工程、
を含み、
該活性媒体が一般式Ａｒ1Ｒ1Ｃ＝ＣＡｒ2Ｒ2［式中、Ａｒ1およびＡｒ2は同じでも異なっていてもよく、独立して、置換アリールまたは非置換アリールであって、その置換基がＩＲ領域において強力な吸収を有し；そして、Ｒ1およびＲ2は同じでも異なっていてもよく、ＩＲ領域において強力な吸収を有する基である］のジアリールアルケン誘導体を含有し、該ジアリールアルケン誘導体が第１の異性体形態か第２の異性体形態のいずれかであり得、該第１のしきいエネルギーの照射の吸収によって別のものに変換し得るものであって、
ここで、該第１の光ビームのエネルギーと、少なくとも１つのさらなる光ビームのエネルギーとを組み合わせたエネルギーが、該第１のしきいエネルギーレベルと実質的に同一である方法。
【請求項２０】
定義されたエネルギーを有する波長の光について異なる吸収係数の三次元パターンからデータを読み取る方法であって、該方法は、
第２のエネルギーしきい値とは異なる第１のエネルギーを有する第１の光ビームを、一般式Ａｒ1Ｒ1Ｃ＝ＣＡｒ2Ｒ2［式中、Ａｒ1およびＡｒ2は同じでも異なっていてもよく、独立して、置換アリールまたは非置換アリールであって、その置換基がＩＲ領域において強力な吸収を有し；そして、Ｒ1およびＲ2は同じでも異なっていてもよく、ＩＲ領域において強力な吸収を有する基である］のジアリールアルケン誘導体からなる活性媒体の選択された部分に指向する工程；および
該第２のエネルギーしきい値とは異なる少なくとも１つのさらなるエネルギーを有する少なくとも１つのさらなる光ビームを、該活性媒体の該選択された部分に指向する工程、
を含み、
ここで、該第１の光ビームのエネルギーと、少なくとも１つのさらなる光ビームのエネルギーとを組み合わせたエネルギーが、該第２のエネルギーしきい値と実質的に同一である方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の分野］
本発明は、三次元光データの保存および検索システムに関する。
【０００２】
［発明の背景］
以下の刊行物を、本発明の説明において参照する：
１）米国特許第５，５９２，４６２号
２）米国特許第５，２６８，８６２号
コンピュータ化された時代において、大量のデータを保存するための信頼できる手段を提供する必要性が増している。近頃の、膨らむいっぽうの情報量がパーソナルコンピュータおよび市販のコンピュータにおいて保存されている。そして、技術の進歩とともに、この要求は確実に大きくなっている。このよう必要性を満たすための１つの試みは、データの保存のために光学的な方法を使用することである。なぜなら、光メモリは、非常に高密度で、ビットとして情報を圧縮することを実現可能にするからである。さらに、保存された情報は、情報の明らかな損失なしに、長期間損傷することなく維持され得る。
【０００３】
米国特許第５，５９２，４６２号（Ｂｅｌｄｏｃｋ）には、光データを保存および検索するための三次元システムが記載されている。この刊行物（本明細書において参考として援用される）によると、そのデータは２つの干渉する光ビームで保存媒体を照射することによって保存および検索される。２つの光ビームの使用は、書き込まれたか、または読み取られた容量の特定部分の定義を事例ごとに可能にする。
【０００４】
米国特許第５，２６８，８６２号（Ｒｅｎｔｚｅｐｉｓ）には、Ｂｅｌｄｏｃｋによって記載された種類のシステムにおいて使用するための活性媒体が記載されている。この媒体は、スピロベンゾピラン（ｓｐｉｒｏｂｅｎｚｏｐｙｒａｎ）誘導体の２つの形態を使用して、２つのビットを示す。しかし、このメモリは、室温よりも低い温度、代表的には−７８℃で維持される。したがって、書き込み、書き込まれた情報の保存および読み取りは、この低温で行なわれる。温度の上昇は、全ての保存された情報を消去する。なぜなら、活性な異性体は室温で１５０秒だけしか安定ではないからである。このようなメモリの維持は高価であり、そして商業上使用され得ない。さらに、読み取り工程は蛍光の検出と関連し、この工程は加熱を含む。したがって、読み取りの間に保存されたデータの損失の可能性がある。
【０００５】
したがって、低コストで、安定で、そして効果的な光メモリの必要性がある。
【０００６】
［発明の要旨］
１つの態様にしたがって、本発明は、活性媒体を含有する１容量中に情報を保存するための三次元メモリ装置を提供する。この三次元メモリ装置は、第１のしきいエネルギーと実質的に同一のエネルギー光放射に応答して、第１の異性体形態から第２の異性体形態への変化およびその逆を可能にする。ここで、所定の容量部分における第１の異性体形態と第２の異性体形態との間の濃度比が、データ単位を示す。このメモリ装置は、活性媒体がジアリールアルケン誘導体、トリエン誘導体、ポリエン誘導体またはこれらの混合物を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明の活性媒体は、支持マトリクス中に埋め込まれ得る。この支持マトリクスはポリマーであり得、そして活性媒体は、そのポリマーに化学結合される。あるいは、支持マトリクスはワックスまたはミセルであり得、そして活性媒体はその中に均一に分布される。
【０００８】
本発明の装置によって保存された情報は、一連のデータ単位として保存される。
【０００９】
１つの実施形態にしたがって、このデータ単位はビットであり、そして容量において含有される活性媒体の各々の部分は、０または１を示す。この場合、高濃度比しきい値および低濃度比のセットがあり、そして高い比しきい値を超える濃度比を有する容量部分は１ディジットを示し、一方、低い比しきい値よりも低い濃度比を有する部分は、他のディジットを示す。たとえば、第１の異性体形態の７０％以下の活性媒体を有する容量部分は、０を示し得、一方、第２の異性体形態の８０％以上の活性媒体を有する容量部分は、１を示し得る。
【００１０】
あるいは、データの表示はアナログであり、そして各々の濃度比は所定のデータ単位を示す。
【００１１】
活性媒体は、ある異性体形態から別の異性体形態へ、それらの状態を変化し得る所定の容量に閉じ込められる、複数の分子、またはポリマーの活性基として理解されるべきである。
【００１２】
第１のしきいエネルギーは、活性媒体の分子を、第１の異性体形態から第２の異性体形態に光化学的に変換することが必要であるエネルギーに相当する。
【００１３】
本発明にしたがうジアリールアルケン誘導体は、一般式Ａｒ1Ｒ1Ｃ＝ＣＡｒ2Ｒ2［式中、Ａｒ1およびＡｒ2は同じでも異なっていてもよく、独立して、置換アリールまたは非置換アリールであって、その置換基がＩＲ領域において強力な吸収を有するか、または効果的なラマン散乱を示し得る；そして、Ｒ1およびＲ2は同じでも異なっていてもよく、ＩＲ領域において強力な吸収を有する基である］である。
【００１４】
本発明にしたがうポリエン誘導体は、１１個までの二重結合を有するポリエンであって、置換基がＩＲ領域において強力な吸収を有するか、または効果的なラマン散乱を示し得る。
【００１５】
好ましくは、本発明にしたがう装置は、さらに活性媒体の異なる部分においてこの活性媒体の異性体形態からデータ単位を読み取る手段を含む。
【００１６】
好ましくは、活性媒体の特異的部分の異性体形態は、そのなかを横切り、そして干渉する少なくとも２つの光ビームを、その部分に向かって指向することによって（書き込み工程において）制御され、そして（読み取り工程において）決定される。
【００１７】
その態様の別の態様にしたがって、本発明は、活性媒体を含有する１容量における所定の光について異なる吸収係数の三次元パターンを製造する方法を提供する。この活性媒体は、ジアリールアルケン誘導体、トリエン誘導体、ポリエン誘導体またはこれらの混合物を含有し、かつ、第１の異性体形態、第２の異性体形態またはその他の異性体形態のいずれかであり得る。本発明のこの態様にしたがって、活性媒体は、第１のしきいエネルギーと実質的に同一のエネルギーを有する光ビームに感受性である。本発明のこの方法は、
前記の第１のしきいエネルギーとは異なるエネルギーを有する第１の光ビームを、活性媒体の選択された部分に指向する工程；および
第１のしきいエネルギーとは異なる少なくとも１つのさらなるエネルギーを有する少なくとも１つさらなる光ビームを、活性媒体の同じ選択された部分に指向する工程、
を含み、
ここで、第１の光ビームのエネルギーと少なくとも１つのさらなる光ビームのエネルギーとを組み合わせたエネルギーが、第１のしきいエネルギーと実質的に同一である。
【００１８】
本発明のこの方法において、異性体形態のあるセットから異性体形態の他のセットへの転移は、多光子吸収の結果である。
【００１９】
本発明の１つの実施形態にしたがって、「少なくとも１つのさらなる光ビーム」は、単一のさらなる光ビームであり、そしてある異性体形態から他の異性体形態への転移は、二光子吸収の結果である。
【００２０】
組み合わされたエネルギーは、選択された部分容量に指向された種々の光ビームのエネルギーの和または差のいずれかであり得る。
【００２１】
本発明を理解するため、および実際に実施され得る方法を確認するために、好ましい実施形態を、添付の図面を参照するとともに非限定的な例のみによってここに記載する。
【００２２】
［好ましい実施形態の詳細な説明］
本発明の好ましい実施形態にしたがって、活性媒体は、支持マトリクス中に埋め込まれている。この支持マトリクスはポリマーであり得、ここで、活性媒体は、そこに化学結合される。好ましくは、ジアリールアルケン誘導体のアリール基の置換を介する。あるいは、活性媒体は、不活性媒体（たとえば、ワックス、またはクボソム（ｃｕｂｏｓｏｍ）のような立方相を形成する媒体を含有するミセル）内に均一に分散され得る。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態にしたがって、本発明にしたがうメモリ装置は、第１のしきいエネルギーのエネルギーとは異なる第１のエネルギーを有する光ビームを、活性媒体の選択された部分に指向する手段、および第１のしきいエネルギーとは異なるさらなるエネルギーを有するさらなる光ビームを、活性媒体の同じ選択された部分に指向する手段を含む。第１の光ビームおよびさらなる光ビームの組み合わせたエネルギーは、第１のしきいエネルギーに実質的に同一である。この実施形態に適切なシステムは参考文献２に記載されている。そして、１つのさらなる光ビームが使用される場合については、参考文献１に記載されている。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態において、活性媒体の異性体形態は、第２のしきいエネルギーのエネルギー吸収について実質的に異なる吸収係数を有する。したがって、以下に記載した書き込みの好ましい様式と類似の様式において情報の検索を可能にする。
【００２５】
情報の書き込みは、通常、可視領域またはＵＶ領域における光を活性媒体に照射することによって、本発明にしたがって達成される。一方、読み取りが代表的にＩＲ領域における光を利用するか、またはラマン散乱を測定することによって検出され得る。低エネルギーでのこのような読み取り工程はシステムを加熱しない、そして保存された情報を狂わさ（ｄｉｓｔｒａｃｔ）ない。
【００２６】
したがって、本発明にしたがう活性媒体が、一般式Ａｒ1Ｒ1Ｃ＝ＣＡｒ2Ｒ2のジアリールアルケン誘導体を含有する場合、ジアリールアルケン誘導体のＲ1置換基およびＲ2置換基またはアリール環上の置換基は、活性媒体の２つの異性体形態のＩＲスペクトルまたはラマン散乱パターンを決定する。このアリール環上の置換基およびＲ1置換基およびＲ2置換基は、同じでも異なっていてもよく、ＩＲ領域において強力な吸収を有するか、またはラマン散乱を示す群から選択される。アリール置換基ならびにＲ1置換基およびＲ2置換基のＩ．Ｒ．スペクトル、またはそれらのラマン散乱パターンは、ジアリールアルケン誘導体の異なる異性体形態の各々において有意に異なる。
【００２７】
したがって、アリール置換基およびＲ1およびＲ2は、同じでも異なっていてもよく、好ましくは同じであり、Ｃ1〜8β−カルボン酸またはそれらのエステル、２−ヒドロキシＣ1〜8アルキル、２−フルオロキシＣ1〜8アルキル、２−ニトロＣ1〜8アルキル、２−シアノＣ1〜8アルキルまたはニトロ基から選択される。あるいは、Ｒ1およびＲ2のうち１つは、前記で規定したものであり得、そして他の基は極性基（たとえば、ハロゲン化物またはシアノ基）であり得る。もっとも好ましくは、アリール置換基およびＲ1およびＲ2は、エタノールまたはプロパノールから選択される。
【００２８】
本発明にしたがう活性媒体がポリエン誘導体を含有する場合、ポリエンは１１個までの二重結合を有し得、そしてポリエン誘導体は、リコピンまたはβ−カロチンのようなカロチノイド色素あるいはメラノイジン（ｍｅｌａｎｏｉｄｉｎ）色素から選択され得る。種々の二重結合上の置換基は、活性媒体の可能な異性体形態の各々のＩ．Ｒ．スペクトルまたはラマン散乱パターンを決定する。この置換基は、Ｉ．Ｒ．領域において強力な吸収を有するか、またはラマン散乱を示す群から選択される。この置換基のＩ．Ｒ．スペクトルまたはラマン散乱は、ポリエン誘導体の異なる異性体形態の各々において有意に異なる。ラマン散乱は、Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ａｎｔｉ−Ｓｔｏｃｋｓ  Ｒａｍａｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＣＡＲＳ）、Ｒａｍａｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｋｅｒｅ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＲＩＫＥＳ）、またはこれらの改良方法によって検出され得る。
【００２９】
このようなジアリールアルケン誘導体、トリエン誘導体、ポリエン誘導体またはそれらの混合物の使用は、それらの異性体形態の各々の高い熱安定性のために、本発明のメモリ装置を室温で充分に操作可能にする。これは、である。ジアリールアルケンの２つの異性体状態は長期間安定である。そして、ある異性体形態の他の形態への自発的な熱誘導性相互変換（ｉｎｔｅｒ−ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）は起こらない。この安定性はさらに、メモリ装置を何度も書き込んだり読み取ったりし得るようなものにする。
【００３０】
［実施例］
実施例１：純粋なトランス−４−ブロモスチルベンジエチルアセテートを、アセトニトリルに溶解し、そしてＨｇフィルターを有する水銀灯で放射した。図１Ａに示したＵ．Ｖ．スペクトルは、純粋なトランス異性体のスペクトル（９４０１と示した）を例証する。シス異性体は２５４ｎｍにおいて強力な吸収を有する。したがって、５分の照射後、トランス異性体およびシス異性体の形成された混合物の得られるスペクトル（９６０１と示した）を示す。８分の照射後、トランス異性体およびシス異性体の形成された混合物の得られるスペクトル（９８０１と示した）を示す。そして、１５分の照射後、トランス異性体およびシス異性体の形成された混合物の得られるスペクトル（０３０１と示した）を示す。図１Ｂは、１８時間の照射後のシス−４−ブロモスチルベンジエチルアセテートのスペクトルを示す。
【００３１】
実施例２：純粋なトランス−スチルベンジプロパノールをアセトニトリルに溶解し、そしてＨｇフィルターを有する水銀灯で放射した。図２Ａに示したＵ．Ｖ．スペクトルは、純粋なトランス異性体のスペクトル（４３０１と示した）、２分の照射後、トランス異性体およびシス異性体の形成された混合物の得られるスペクトル（２５４ｎｍにおいて強力な吸収を有する）（４４０１と示した）、６分の照射後、トランス異性体およびシス異性体の形成された混合物の得られるスペクトル（４５０１と示した）を例証する。アセトニトリルのスペクトルを４２０１に示す。図２Ａにおいてみられるようなシス−スチルベンジプロパノールのスペクトルを、図２Ｂは例証するが、アセトニトリルスペクトルの抽出（ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ）後である。
【００３２】
実施例３：トランス−スチルベンジエチルアセテートをアセトニトリルに溶解し、そしてＨｇフィルターを有する水銀灯で放射した。示されたＵ．Ｖ．スペクトルは、純粋なトランス異性体のスペクトル（５３０１と示した）、および２２時間の放射後、形成されたシス異性体の得られるスペクトル（２５４ｎｍにおいて強力な吸収を有する）（５５０１と示した）を例証する。
【００３３】
実施例４：シス−スチルベンジプロパノールを放射し、そして得られるラマン散乱スペクトルが水酸基に特徴的な吸収を示すことを例証する。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  シス異性体の形成を示すトランス置換スチルベン（ジエステル）の大部分のＵ．Ｖ．スペクトルを例証する。
【図１Ｂ】  形成されたシス異性体のスペクトルを例証する。
【図２Ａ】  シス異性体の形成を示すトランス置換スチルベン（ジアルコール）の大部分のＵ．Ｖ．スペクトルを例証する。
【図２Ｂ】  形成されたシス異性体のスペクトルを例証する。
【図３】  シス異性体の形成を示すトランス置換スチルベン（ジエステル）の大部分のＵ．Ｖ．スペクトルを例証する。
【図４】  シス異性体のラマン散乱を例証する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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