JP2009517712A - 光学走査装置 - Google Patents

Abstract

光記録担体を走査するための光学走査装置。光学走査装置は、放射線源系（６６１；７６１）と、調節可能な構造を有する流体メニスカス（１６；１１６，１３８；２１６；３１６）によって互いから分離される第一流体（Ａ）と第二流体（Ｂ；Ｃ）とを含む光学素子（１；１０１；２０１；３０１）と、第一種類の波面修正を導入するために流体メニスカス構造を調節するために配置される制御系（２０；１２０；２２０；３２０）とを含む。第一種類の波面修正は、放射線ビームを入射放射線ビーム経路（２；１０２；２４４；３４８）から複数の出力放射線ビーム経路（２４，２６；１４０；２４６；３５０）の１つの上に方向変更させ、各出力放射線ビーム経路は、入力放射線ビーム経路から異なる角変位（α、β、γ、δ、ε）を有する。制御系は、第二種類の波面修正を導入するために流体メニスカス構造を調節するようさらに配置され、第二種類の波面修正は、放射線ビームの波面収差を補償するよう配置され、補償される波面収差は角変位に従って調節される。

Description

本発明は、光記録担体を走査するための、具体的には、フォログラフィック光記録担体を走査するための光学走査装置に関する。

コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、又は、フォログラフィック光記録担体のような光記録担体からデータを読み取り且つ光記録担体にデータを書き込むための装置は、一般的に、光記録担体の照射のために放射線ビームを操作するための構成素子を含む。そのような操作は、例えば、ビームの方向を変更することを含み得る。

データ中の誤りを避けるために、担体上のデータの読取り又は書込みは、可能な限り正確であることが重要である。しばしば、光記録担体を走査するときに、装置構成素子によって、或いは、光記録担体自体の一部によって、球面収差のような収差がビーム中に導入される。これらの収差は、ビームによって担持されるデータ信号中へのデータ誤差の導入を招き得る。

光記録担体を走査するためのビーム中の収差を減少するための系が既知である。国際特許出願ＷＯ２００４／１０２２５１号は、流体メニスカスを有する調節可能な鏡を記載しており、それは米国特許第５，８８０，８９６号中に記載される光学走査装置中に使用され得る。鏡は、メニスカスの構造を調節することによって、単一の放射線ビーム経路に沿って走査ビームを偏向し、記録担体の基板の厚さによって引き起こされる球面収差を相殺する球面収差をビームに適用する。

光記録担体を走査するための放射線ビームの収差を減少することが本発明の目的である。

本発明の第一の特徴によれば、光記録担体を走査するための光学走査装置が提供され、光学走査装置は、
ａ） 光記録担体の照射のための放射線ビームを放射するよう配置される放射線源系と、
ｂ） 調節可能な構造を有する流体メニスカスによって互いから分離される第一流体と第二流体とを含む光学素子と、
ｃ） 第一の種類の波面修正を導入するために流体メニスカス構造を調節するために配置される制御系とを含み、第一の種類の波面修正は、放射線ビームを入射放射線ビーム経路から複数の出力放射線ビーム経路の１つの上に方向変更させ、各出力放射線ビーム経路は、入力放射線ビーム経路から異なる角変位を有し、
制御系は、第二の種類の波面修正を導入するために流体メニスカス構造を調節するようさらに配置され、第二の種類の波面修正は、放射線ビームの波面収差を補償するよう配置され、補償される波面収差は、角変位に従って調節されることを特徴とする。

光学素子は、第一の種類の波面修正を導入することによって、放射線ビームを１つの出力放射線ビーム経路上に方向変更し、よって、光学走査装置を通じるビームの伝搬の方向を制御する。さらに、光学素子は、角変位に従う第二の種類の波面修正を導入し、よって、選択的な出力放射線経路に依存して、第二の種類の波面修正の形態を制御する。

放射線ビームは、異なる出力放射線ビーム経路上に方向変更され、第二の種類の波面修正は相応して調節され得る。よって、光記録担体を走査するとき、第二の種類の波面修正は、異なる出力経路上へのビームの方向変更に応答して動的に調節される。

ビームの方向変更は、装置の光学素子上へのビームの入射角を変更し、ビームを構成素子を通じる非最適経路に従わせる。方向変更は、光記録担体の基板上へのビームの入射角も変更し得る。結果的に、例えば、光記録担体上に書き込まれる且つ／或いは光記録担体から読み取られるデータ中に誤差を生成し得る波面収差が、ビーム内に導入され得る。角変位に従った補償的な第二の種類の波面修正を導入することによって、光学素子は、そのような波面収差を最小限化し、よって、データの読取り又は書込み中の如何なる誤差をも最小限化する。

光学素子は、低い電力消費、メニスカス構造の急速な切換え時間を有し、コンパクトな設計に従って安価に構築され得る。本発明は、単純且つ効率的な方法で、放射線ビームを方向変更するための、並びに、第二の種類の波面修正を導入するための装置を提供する。その上、流体メニスカス構造の調節は、素子の最小の摩耗及び断裂を招き、よって、光学素子は信頼性及び耐久性がある。

ここで使用される角変位という用語は、（後に明らかになるように、可能であれば拡張形態の）入力放射線ビーム経路と、選択出力放射線ビーム経路との間の角度的な分離である。角変位は、放射線ビームの方向変更の平面において取られる角度的な値として与えられる。正及び負の角変位が可能であり得る。最大の正の角変位及び最大の負の角変位との合計は、角変位の最大の可能な範囲をもたらす。

ここで使用される走査という用語は、光記録担体からデータを読み取ること、及び／又は、光記録担体にデータを書き込むことを含むよう理解されるべきである。本発明の好適実施態様によれば、波面収差は、非点収差、球面収差、及び、コマ収差のうちの少なくとも１つを含む。光学素子は、このようにして、多様な異なる波面収差を補償し得る。

ここで使用される補償するという用語は、波面収差がビーム中に既に存在しているか或いは後続的に導入され得るかに拘わらず、放射線ビームの波面収差を減少するために放射線ビームの波面を変更することを意味すると理解されるべきである。

好ましくは、光学走査装置は、データブックを記憶するための少なくとも１つの領域を備えるホログラフィック光記録担体を走査するよう配置される。

ホログラフィック光記録担体を走査するための角度多重化技法では、基準放射線ビームが、光学素子によって、異なる出力放射線経路に沿って方向変更され得る。各出力経路は、データブックの異なるデータページに対応する。選択的な出力経路に従った第二の種類の波面修正の調節は、走査中に起こるデータ誤差が最小限化されることを可能にする。

本発明のさらなる特徴及び利点は、添付の図面を参照して一例としてのみ与えられる本発明の好適実施態様の以下の記載から明らかになるであろう。

図１及び３は、光学素子１を概略的に示している。光学素子１の追加的な詳細は、国際特許出願ＷＯ２００４／０５１３２３号を参照してここに引用される

図１を参照すると、光学素子１は、光学素子１に入るよう伝えるために、放射線３によって図１中に表示される放射線ビームのための入力放射線経路２を有する。放射線ビームは、レーザのような放射線源系４によって放射される。光学素子１は、入力放射線ビーム経路２の拡張形態ム５について配置される第一組９７のセグメント電極の構造を含む複数の電極を含み、入力経路２は図１中に示されるような光学素子１を通じて線形に拡張される。

図２は、電極の一端から見られた第一組９７の電極の構造の断面を示しており、それは拡張入力放射線ビーム経路５に対して垂直に取られ、後にさらに詳細に記載されるように、アナモルフィックメニスカスレンズ形状を製造するのに適している。第一組９７の電極は、４つのセグメント電極６，７，８，９を含み、それらはそれぞれ矩形で且つ平面的であり、正方形構造に拡張入力放射線ビーム経路５について離間され、それらの長手縁部が平行な状態であり、よって、正方形の囲壁を形成する。セグメント電極６，７，８，９の対向するものは対に配置され、よって、１つのセグメント電極６及び対向するセグメント電極７は第一の対として配置され、他のセグメント電極８及び対向するセグメント電極９は第二の対を形成する。少なくともセグメント電極６，７，８，９の内表面は、例えば、Ｔｅｆｌｏｎ^ＴＭ ＡＦ１６００で形成される、連続的で均一な厚さの電気絶縁性の流体接触層１０で被覆され、それは、後に明らかになるように、メニスカス縁部を抑制する。この実施態様において、各セグメント電極６，７，８，９の各表面は、絶縁層１１で被覆されており、それもＴｅｆｌｏｎ^ＴＭ ＡＦ１６００で形成され得るし、或いは、代替的に、パリレンで形成され得る。

図１を参照すると、第一組９７の電極６，７，８，９は、流体室１４の側壁を形成するよう配置され、流体室はそこからの流体の漏れを防止するよう封止される。透明な前部素子１２が、流体室１４の１つの端壁の一部を形成し、透明な後部素子１３が、流体室１４の他の端壁の一部を形成している。

流体室１４は、選択的な屈折率を備える、シリコーン油又はアルカンのような、電気絶縁性の第一液体Ａと、異なる屈折率を備える、塩溶液を含む水のような、電気絶縁性の第二液体Ｂとを含む。第一流体及び第二流体は、互いに混和せず調節可能な構造を有する流体メニスカス１６によって互いから分離されており、流体メニスカスは、図１に示されるように、拡張入力放射線ビーム５について回転対称でない曲率を有する。メニスカス１６の構造が光学素子１の向きと無関係に制御され得るよう、２つの液体Ａ，Ｂは、好ましくは、等しい密度を有するように構成される。

複数の電極は、第一端部電極１８をさらに含み、第一端部電極は、環状であり、且つ、放射線ビームが第一端部電極１８を通過するのを許容するよう光学的に透明であり、流体室１４の１つの端部に、この場合には、後部素子１３に隣接して配置されている。電極が第二流体Ｂに作用するよう、第一端部電極１８は、少なくとも１つの部分が流体室１４内に備えて配置されている。

第一組９７の少なくとも１つの電極６，７，８，９への電圧の印可によって流体メニスカス１６の構造を決定するために、制御系２０が配置されている。制御系２０は、セグメント電極６，７，８，９のそれぞれに並びに第一端部電極１８に電気的に接続２２され、第一端部電極１８にも適切な電圧を印可しながら、第一の対の１つの電極に第一電圧Ｖ_１を印可するよう、第一の対の他の電極に第二電圧Ｖ_２を印可するよう、且つ、第二の対の電極のそれぞれにさらなる電圧Ｖ_３，Ｖ_４を印可するよう配置されている。少なくとも１つのセグメント電極６，７，８，９に印可される電圧は、少なくとも１つの他のセグメント電極６，７，８，９に印可される電圧と同一であり得るし、或いは、異なり得る。それぞれの電極の容量の測定は、現在のメニスカス構造が同一であることを可能にする。これらの測定値は、制御系２０にフィードバックを提供し、よって、制御系２０が流体メニスカス構造を正確に制御することを可能にする。

制御系２０によって印可される電圧の調節は、メニスカス構造を調節し、よって、制御する。印可電圧は、流体Ａ，Ｂにエレクトロウェッティング力を加え、エレクトロウェッティング力は、セグメント電極６，７，８，９のそれぞれを横断する流体接触層１０の第二流体Ｂによって、湿潤性を決定する。この湿潤性は、各セグメント電極６，７，８，９のために、３つの位相線（流体接触層１０と２つの液体Ａ，Ｂとの間の接触の線）でメニスカスの接触角度を決定する。

印可電圧の調節によって、メニスカス構造は、異なる流体メニスカス構造を得るよう調節され得る。非球面曲率を備えるメニスカス構造が達成可能であり、それは拡張入力放射線ビーム経路５について回転対称であっても良いし、回転対称でなくても良い。

入射光線を概ね直交し且つ軸方向に分離される２つの焦線に概ね集束することによって、アナモルフィックレンズとして作用し得るアナモルフィックメニスカス構造も得られ得る。アナモルフィックレンズは、２つの概ね直交する軸において異なる値の焦点屈折力又は倍率を示し、それらの軸の一方は、拡張入力経路５に対して垂直な平面内に配置される円筒軸と呼ばれる。これらの焦点特性は、光学的状態「非点収差」を特徴付ける。アナモルフィックレンズ形状は、略円筒形及び略球面円筒形の性質の形状を含む。

前部素子１２から見られるときに凸状又は凹状曲率を有するメニスカス構造が可能である。代替的に、平面的メニスカス構造も得られ得る。

流体メニスカス１６の構造は、前述のメニスカス構造の組み合わせであり得る。例えば、流体メニスカス１６は、平面的構造及びアナモルフィック構造の組み合わせである構造を有し得る。

光学素子１は、例えば、放射線ビームを方向変更するために且つ／或いは第二の種類の波面修正を放射線ビーム中に導入するために、ビームの波面を修正するようメニスカス構造を調節することによって放射線ビームを操作するために使用される。流体メニスカス構造の調節は、そのような操作を制御し得る。

放射線ビームの方向変更のために、光学素子１は、入力放射線ビーム経路２から光学素子１に入る放射線ビームを、それぞれ入力経路と異なる角変位を有する複数の出力放射線ビーム経路の１つの上に方向変更するために、第一の種類の波面修正をビーム中に導入するよう配置される。流体メニスカス構造の適切な調節は、以下にさらに詳細に記載されるように、複数の出力放射線ビーム経路の異なる経路上に放射線ビームを方向変更する。光学素子１は、メニスカス１６でのビームの屈折によって、さらに、後部素子１３の外表面での屈折によっても、放射線ビームを方向変更する。光学素子１の他の部分もビームを屈折し得る。

図１を参照すると、第一の対の一方の電極に印可される電圧Ｖ_１は、第一接触角θ_１を決定し、第一の対の他の電極に印可される電圧Ｖ_２は、第二接触角θ_２を決定し、この実施例では、第二接触角は第一接触角よりも小さい。第二の対の電極に印可される電圧は、さらなる接触角を決定する。印可電圧のこの組み合わせは、特定の流体メニスカス構造を決定し、それは、この実施例では、平面的構造及びアナモルフィック構造の組み合わせである。入力放射線ビームは、直交軸ｘ、ｙ、ｚによって定められるＸ−Ｙ平面において入力放射線ビーム経路２から第一出力放射線ビーム経路２４上に方向変更される。第一出力放射線ビーム経路２４は、拡張入力放射線ビーム経路５からの第一角変位αを有する。さらに、メニスカス１６は、ビーム中に非点収差を加えるよう、第二の種類の波面修正をビーム中に導入する。

各接触角は、約６０°の最小の獲得可能な値を有する。もし液体Ａがｎ＝１．６の屈折率を有し、液体Ｂがｎ＝１．３３の屈折率を有するならば、最大の正の角変位は約＋９°であり、最大の負の角変位は約−９°であるので、角変位の最大範囲は約１８°である。

光学素子は、メニスカス１６の使用によって、波面収差の所望の補償をもたらす第二の種類の波面修正との組み合わせで、所望の角変位に従ってビームを方向変更するよう、第一の種類の波面修正を導入する。これを達成するために、制御系２０は、所要のメニスカス構造を計算し、相応して、例えば、図９，１０，１１のうちのいずれか１つを参照して記載されるメニスカス構造の調節に従って、メニスカス構造を調整する。

図３を今や参照すると、図３は前に記載された光学素子１を示し、異なる角変位に従ってビームを方向変更しており、電極に印可される電圧は、異なる電圧Ｖ_５が第一の対の一方の電極に印可され、異なる電圧Ｖ_６が第一の対の他方の電極に印可され、且つ、さらなる電圧Ｖ_７，Ｖ_８が他の電極のそれぞれに印可されるよう、制御系２０によって調節され得る。異なる印可電圧は、第一の対の一方の電極との第三接触角θ_３及び第一の対の他方の電極との第四接触角θ_４とを含む異なる接触角を決定する。再び、メニスカス構造は、平面的構造及びアナモルフィック構造の組み合わせである。放射線ビームは、拡張入力放射線ビーム経路５からの異なる角変位βを有する異なる出力放射線ビーム経路２６に沿って方向変更される。この実施例では、第一角変位αは、第二角変位βよりも大きい。メニスカス１６は、ビーム中に非点収差を加える異なる第二の種類の波面修正も導入する。制御系２０は、ビームが異なる角変位を伴う異なる出力放射線ビーム経路に沿って方向変更されるよう、メニスカス構造を調節し得る。加えて、制御系２０は、ビームが方向変更される特定の出力放射線ビーム経路に従ってビーム内に導入される第二の種類の波面修正を調節するために配置される。例えば、もしビームが特定の角変位を伴う第一出力放射線ビーム経路上に方向変更されるならば、特定の第二の種類の波面修正がビーム中に導入される。もしビームが、次に、異なる角変位を伴う異なる出力放射線ビーム経路上に方向変更されるならば、異なる第二の種類の波面修正が導入される。このようにして、制御系は、角変位に従って第二の種類の波面修正を調節するよう配置される。

１つの実施例において、制御系２０は、所要のメニスカス構造を計算し、図９，１０，１１のうちのいずれか１つを参照して記載されるメニスカス構造の調節に従ってメニスカス構造を調節する。

図１及び３は、光学素子１によって集束されるビームの光線３を示している。出力ビームが発散又は平行ビーム光線を有するよう、光学素子は、代替的に、ビームの輻輳（ｖｅｒｇｅｎｃｅ）を変更し得る。

図４は、本発明のさらなる実施態様に従った光学素子１０１を示しており、図１及び３を参照して記載された光学素子１の機能と類似する機能を備える。そのような機能は、１００だけ増分された同一の参照番号を使用してここに示され、対応する記載はここにも当て嵌まると理解されるべきである。

光学素子１０１の追加的な詳細は、国際特許出願第ＷＯ２００４／０５１３２３号を参照としてここに引用される。

光学素子１０１の複数の電極は、図２を参照して記載された第一組１９７に類似する第二組１９８のセグメント電極の構造を含む。複数の電極は、第一端部電極１１８と構造が類似する第二端部電極１３６をさらに含む。第二組１９８の４つの電極は、第一組１９７の電極から、並びに、端部電極１１８，１３６から互いに前記的に絶縁されている。この実施態様では、第二端部電極１３６及び前部素子１１２は、流体室１１４の一方の端壁の一部をそれぞれ構成し、後部素子１１３及び第一端部電極１１８は、流体室１１４の他の端壁の一部をそれぞれ構成している。第一組１９７及び第二組１９８の電極は、流体室１１４の側壁を形成している。

流体室１１４は、第三流体を保持し、第三流体は、この実施態様では、前に記載された液体Ｂであり、それは第二端部電極１３６と接触して位置し、第二流体メニスカス１３８によって液体Ａから分離されている。第二端部電極１３６は、第三流体と部分的に接触するよう前部素子１１２と流体室１１４との間に位置付けられている。当業者は、第三流体が液体Ｂと異なる液体を含み得ることを理解しよう。

制御系１２０は、各端部電極１１８，１３６に、並びに、第一組１９７及び第二組１９８の各電極に電気的に接続され、各電極に電圧を印可するよう配置されている。メニスカス１１６の構造を調節するために、電圧Ｖ_９が第一組１９７の１つの電極に印可され、電圧Ｖ_１０はが第一組１９７の対向する電極に印可され、追加的に、さらなる電圧Ｖ_ｎが第一組１９７の他の電極の少なくとも１つに印可されている。制御系１２０は、前に記載された流体メニスカス調節と類似する方法で第二メニスカス１３８の構造を調節するために、第二組１９８の１つの電極に電圧Ｖ_１１を印可し、第二組１９８の対向する電極に電圧Ｖ_１２を印可し、追加的に、第二組１９８の電極にさらなる電圧Ｖ_ｎを印可する。適切な電圧が端部電極１１８，１３６にも印可される。

実施例として、制御系１２０は、２つの流体メニスカスの少なくとも１つのために、所要のメニスカス構造を計算し、図９，１０，１１のうちのいずれか１つを参照して記載されたメニスカス構造の調節に従ってメニスカス構造を調節する。

メニスカス１１６及び代印流体メニスカス１３８の両方の構造の調節は、放射線ビームが前述の光学素子１よりも大きな柔軟性を備えて操作されることを可能にする。例えば、ビームは、より大きな最大範囲の角変位を伴って出力経路上に方向変更され得る。この実施例において、ビームは、第一角変位α及び第二角変位βよりも大きな第三角変位γを伴って出力放射線ビーム経路１４０に沿って方向変更される。

前の実施態様のために、拡張入力放射線ビーム経路は、流体室の中心長手軸と一致するが、図５及び６を使用して記載されたものを含むさらなる実施態様では、拡張入力放射線ビーム経路は、代替的に、非中心長手軸に沿って光学素子を通過し得るので、入力経路は、放射線ビームが光学素子に入る前部素子の外表面に対して垂直ではない。

図５は、本発明の実施態様に従ったさらなる光学素子２０１を示している。光学素子２０１の機能は、図１及び３を参照して記載された光学素子１の機能と類似している。そのような機能は、２００だけ増分された同一の参照番号を使用してここに示されており、対応する記載がここにも当て嵌まると理解されるべきである。光学素子２０１のさらなる詳細は、国際特許出願第２００４／１０２２５１号を参照してここに引用される。

例えば、アルミニウム、金、若しくは、銀の金属塗膜、又は、適切な誘電性塗膜を含む反射表面２４２が、後部素子２１３の外表面に取り付けられる。制御系２２０は、第一組２９７の１つの電極に電圧Ｖ_１３を印可し、第一組２９７の対向する電極に電圧Ｖ_１４を印可し、第一端部電極２１８に加え、第一組２９７の他の電極の少なくとも１つにさらなる電圧Ｖ_ｎを印可し得る。

放射線ビームが、入力経路２４４に沿って前部素子２１４を通って光学素子２０１に入り、反射表面２４２による放射線ビームの反射によって、入力経路２４４からの角変位δを有する出力放射線ビーム経路２４６上に方向変更される。方向変更されたビームは、前部素子２１２を介して光学素子２０１から出る。従って、反射表面２４２は鏡機能をもたらし、制御系２２０によって決定されるようなメニスカス２１６の構造は、どの出力放射線ビーム経路上にビームが方向変更されるかを選択する。メニスカス構造は、第二の種類の波面修正も放射線ビーム中に導入する。

実施例において、制御系２２０は、所要のメニスカス構造を計算し、図９，１０，１１のうちのいずれか１つを参照して記載されるメニスカス構造の調節に従ってメニスカス構造を調節する。

図６は、本発明の実施態様に従ったさらなる光学素子３０１を示している。光学素子３０１の機能は、図１及び３を参照して記載された光学素子１の機能と類似している。そのような機能は、３００だけ増分された同一参照番号を使用してここに示され、対応する記載はここにも当て嵌まると理解されるべきである。

この実施態様において、第二流体は液体Ｂではなく、第一流体と混和せず且つメニスカス３１６が放射線ビームを反射させる液体Ｃである。１つの実施例において、液体Ｃは水銀である。代替的な実施例において、液体Ｃは、例えば、メニスカス３１６で反射表面を形成するようメニスカス３１６で凝結する銀粒子を含む金属粒子の懸濁液である。２つの液体間の界面で或いは液体の外表面上に金属液体性フィルム（ＭＥＬＬＦ）を形成する金属粒子の使用のこの点におけるさらなる詳細は、Ｈｅｌｅｎｅ Ｙｏｃｋｅｌｌ−Ｌｅｌｉｅｖｒｅ，Ｅｒｍａｎｏ Ｆ． Ｂｏｒｒａ，Ａｎｎａ Ｍ．Ｒｉｔｃｅｙ，Ｌａｎｄｅ Ｖｉｅｉｒａ ｄａ Ｓｉｌｖａ，“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｅｓｔｓ ｏｆ Ｎａｎｏｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｉｒｒｏｒｓ”，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ４２ （２００３）ｐ．１８８２を参照することによってここに含められる。

制御系３２０は、メニスカス構造を決定するために、第一組３９７の１つの電極に電圧Ｖ１５を印可し、第一組３９７の対向する電極に電圧Ｖ１６を印可し、第一組３９７の他の電極の少なくとも１つに並びに第一端部電極３１８にさらなる電極Ｖｎを印可し得る。放射線ビームが、入力経路３４８に沿って前部素子３１２を通じて光学素子３０１に入り、メニスカス３１６で液体Ｃによって提供される反射表面によるビームの反射によって、入力経路３４８から角変位εを有する出力放射線ビーム経路３５０上に方向変更される。方向変更されたビームは、前部素子３１２を介して光学素子３０１から出る。制御系３２０は、メニスカス構造の調節によって、メニスカス３１６によって提供される鏡機能を制御し、よって、どの出力計路上にビームが方向変更されるかを選択する。メニスカス構造は、第二の種類の波面修正も放射線ビーム中に導入する。

１つの実施例において、制御系３２０は、所要のメニスカス構造を計算し、図９，１０，１１のうちのいずれか１つを参照して記載されるメニスカス構造の調節に従ってメニスカス構造を調節する。

図７及び８を参照して、代替的な組のセグメント電極が今や記載される。前述の如何なる光学素子の電極の組は、図７又は図８のいずれかを使用して記載された電極の組と置換され得ることが理解されよう。

図７は、セグメント電極の組の代替的な構造の断面を示している。電極のこの構造の機能は、図２を使用して記載された第一組３９７の構造と類似している。そのような機能は、４００だけ増分された同一の参照番号を使用して示されており、対応する記載がここにも当て嵌まると理解されるべきである。図７は、セグメント電極の一端から取られた断面図であり、拡張入力放射線ビーム経路４０５と垂直である。

セグメント電極４５２は、光学素子の制御系にそれぞれ電気的に接続されている。この実施態様には、３１の個々のセグメント電極があるが、代替的に、３１よりも多い或いは少ない電極があり得る。異なるセグメント電極４５２への電圧の印可によって、メニスカスの構造は、前述の方法で調節され得る。この構造のより大きな数のセグメント電極４５２は、より多くの様々なメニスカス構造が得られることを可能にする。放射線ビームのより正確な操作は、例えば、減少された光学収差を伴う第二の種類の波面修正を導入することによっても提供され得る。

光学素子のセグメント電極の組のさらなる構造が考えられる。図８は、セグメント電極の組のさらなる例示的な構造を示している。この組の電極の機能は、図２を使用して記載された組の電極と類似している。そのような機能は、５００だけ増分された同一の参照番号を使用して示されており、対応する記載がここにも当て嵌まると理解されるべきである。図８は、セグメント電極５５４の一端から取られた断面図であり、拡張入力放射線ビーム経路５０５と垂直である。この実施例において、１つの電極５５４から隣接する電極５５４への方向に取られる絶縁層５１１の厚さは、絶縁層５１１の１つの電極間部分から絶縁層５１１の隣接する電極間部分への方法に取られる各電極５５４の厚さよりも大きい。厚さのこの配置は、流体メニスカスの縁部に沿う接触角の非連続的変化を減少し、従って、メニスカスによって放射線ビーム中に導入される如何なる光学収差をも減少する。

図９は、光記録担体を走査するための光学走査装置を示している。図９は概略的であり、原寸通りに描写されていないことが留意されるべきである。この実施態様において、光学走査装置は、データ記憶のためのホログラフィック媒体６６０を含むホログラフィック光記録担体６５９を走査するよう配置されている。例示的なホログラフィック媒体は、ＩｎＰｈａｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ^ＴＭによって開発されたＴａｐｅｓｔｒｙ^ＴＭ媒体である。

光学走査装置は、ホログラフィック媒体６６０上への記録及びホログラフィック媒体６６０からの読取りが可能である光学装置の機能を含み、それはＨ．Ｊ．Ｃｏｕｆａｌ，Ｄ．Ｐｓａｌｔｉｓ，Ｇ．Ｔ．Ｓｉｎｃｅｒｂｏｘ（Ｅｄｓ．），‘Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｄａｔａ ｓｔｏｒａｇｅ’，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ ｓｅｒｉｅｓ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｃｉｅｎｃｅｓ，（２０００）から既知であり、その内容はここに参照として引用される。

図９の光学走査装置は、ホログラフィック光記録担体６５９の照射のための放射線ビームを放射するよう配置される放射線源系６６１を含む。光学走査装置は、コリメータ６６２、可動第一偏向器６６４、第一ビームスプリッタ６６６、第一鏡６６８、空間光変調器６７０、第二ビームスプリッタ６７２、レンズ６７４、図１を使用して前述された光学素子１、第二レンズ６７６、第三レンズ６７８、第二鏡６８０、半波長板６８２、第三鏡６８４、第二偏向器６８６、望遠鏡６８８、及び、検出器６９０を含む。光学走査装置は、ホログラフィック媒体６６０にデータを記録し且つホログラフィック媒体６６０からデータを読み取ることが意図されている。

ホログラフィック媒体６６０内へのデータページの記録中、第一検出器６６４は、例えば、図９中に点線によって示されるような機械的動作によって、放射線ビームを放射した経路から外に移動される。放射線源６６１によって放射される放射線ビームの半分は、第一ビームスプリッタ６６及び第一鏡６６８を用いて空間光変調器の方向に送られる。この部分の放射線ビームは、信号ビームと呼ばれる。放射線源６６１によって放射される放射線ビームの半分は、第一ビームスプリッタ６６を通過し、光学素子１によって、題意レンズ６７６及び第三レンズ６７８を介して、ホログラフィック単体６５９の方向に方向変更される。この部分の放射線ビームは、基準ビームと呼ばれる。信号ビームは、空間光変調器を用いて空間変調される。空間光変調器は、透過地域及び吸収地域を含み、それは書き込まれるべきデータページの０及び１のデータビットに対応する。記号ビームが空間光変調器６７０を通過した後、それはホログラフィック媒体６６０中に書き込まれるべき記号、即ち、書き込まれるべきデータページを担持する。次に、信号ビームは、レンズ６７４を用いてホログラフィック媒体６６０上に集束される。

基準ビームは、第二レンズ６７６及び第三レンズ６７８を用いてもホログラフィック媒体６６０上に集束される。よって、データページは、信号ビームと基準ビームとの間の干渉の結果として干渉パターンの形態でホログラフィック媒体６６０中に書き込まれる。データページがホログラフィック媒体６６０内に書き込まれるや否や、他のデータページがホログラフィック媒体６６０の同一場所に書き込まれる。このために、このデータページに対応するデータが、空間光変調器６７０に送られる。制御系２０は、基準ビームを異なる出力放射線ビーム経路に沿って方向変更するよう流体メニスカスを調節する。このようにして、ホログラフィック媒体６６０に対する基準信号の角度が修正される。よって、干渉パターンが、ホログラフィック媒体６６０の同一場所に異なるパターンを伴って書き込まれる。これは角度多重化と呼ばれる。複数のデータページが書き込まれる、ホログラフィック媒体６６０の、領域とも呼ばれる同一場所は、データブックと呼ばれる。ホログラフィック媒体６６０は、データブックを記憶するための少なくとも１つの領域を有する。ホログラフィック媒体６６０の１つの領域を走査するとき、基準ビームの方向変更のための複数の出力放射線ビーム経路のそれぞれは、１つの領域内のデータブックの異なるページに対応する。方向変更された基準ビームが媒体６６０の同一領域を照射し、従って、同一領域内にデータを記録するために、第二レンズ６７６及び第三レンズ６７８が使用される。

媒体６６０内の１つのデータページと直ぐ次のデータページとを分離する最小多重化角Δφは、以下の関係１に従って定められる。

ここで、λは、放射線ビームの波長であり、θ_ｓは、ホログラフィック媒体６６０上への信号ビームの入射角でり、θ_ｒは、ホログラフィック媒体６６０上への基準ビームの入射角であり、両方の角度は、媒体６６０の、ビームのための、平面的な入射面と平行に位置する軸に対して取られ、Ｌは、入射面の平面と垂直な方向における媒体６６０の厚さである。一例として、λ＝４００ｎｍ、Ｌ＝０．５ｍｍ、θ_ｓ＝０°、θ_ｒ＝６０°、及び、Δθ＝９．２３×１０^―４ラジアンである場合には、ブラッグピークの幅は、ほぼ１ｍｒａｄである。好ましくは、ブラッグ選択度は、データページ間のクロストークを回避するために、ほぼ２ｍｒａｄであるよう選択される。最大角変位範囲は、ブック内に記録可能なデータページの数と対応する約１００〜２００の多重化角の数の範囲をもたらす、ほぼ２０〜３０°である。

ホログラフィック媒体６６０からのデータページの読出し中、第一偏向器６６４は、放射線源系６６１によって放射される放射線ビームの経路内に移動され、ビームが、第二鏡６８０、半波長板６８６、及び、第三鏡６８４を介して第二偏向器６８６に達するよう偏向される。もしホログラフィック媒体６６０内にデータページを記録するために角度多重化が使用され、与えられるデータページが読み出されるべきであるならば、第二偏向器６８６は、ホログラフィック媒体６６０に対するその角度がこの所与のホログラムを記録するために使用された角度と同一であるよう配置される。よって、第二偏向器６８６によって偏向され且つ望遠鏡６８８を用いてホログラフィック媒体６６０内に集束される信号は、この所与のホログラムを記録するために使用された基準信号の位相共役である。

次に、基準信号の位相共役は、データページの情報パターンによって回折され、それは再構築された信号ビームを創成し、次に、それはレンズ６７４及び第二ビームスプリッタ６７２を介して検出器５９０に達する。よって、画像化されたデータページが検出器６９０上に創成され、前記検出器６９０によって検出される。検出器６９０は、画素又は検出器素子を含み、各検出器素子は画像化されたデータページのビットに対応する。空間光変調器６７０は完全に吸収性に作成されるので、ビームの如何なる部分も空間光変調器６７０を通過し得ない。

図１０は、概略的に、第二レンズ６７６及び第三レンズ６７８を介した、光学素子の後部素子１３からホログラフィック媒体６６０への基準ビームの部分６９１の通過を示している。この実施態様において、第二レンズ６７６及び第三レンズ６７８は、７９．８６ｍｍの焦点距離、４．００ｍｍのレンズ厚さをそれぞれ有し、ＢＫ７ガラスで形成される。後部素子１３の外表面の中心と第二レンズ６７６の入射面の中心との間には特定の距離６９２がある。第三レンズ６７８の出射面の中心と書き込まれるホログラフィック媒体６６０の領域との間の距離は、同一の特定距離６９２であり、第二レンズ６７６の入射面の中心と第三レンズ６７８の出射面の中心との間の距離は、特定距離６９２の二倍である。放射線ビームは、第二レンズ６７６と第三レンズ６７８との間で逆転される。

この組み合わせにおいて、液体Ａは、ｎ＝１．５０の屈折率を有する油であり、液体Ｂは、ｎ＝１．３３の屈折率を有する食塩水である。メニスカス１６の平面的構造を用いて、２０°の角度だけ、直交するｘ、ｙ、ｚ軸によって定められるような、ｚ軸についての回転として流体メニスカス１６を傾斜することは、軸のｘｙ平面内で３．４°の角度だけ基準ビームを方向変更する。このようにしてビームを方向変更することは、１．６４波平均二乗根（ＲＭＳ）非点波面収差を基準ビーム内に導入する方法で、基準ビームを第二レンズ６７６及び第三レンズ６７８を通過させる。この非点収差は、ホログラフィック記録担体６５９の装置による走査精度を減少する。ホログラフィック媒体６６０の正確な走査のために、ビームは、好ましくは、０．０７波ＲＭＳ波面収差の最大回折限界を要求する。平面構造と−５４７．４７ｍｍの円筒形半径を備える円筒形レンズ構造の組み合わせとなるよう流体メニスカス１６を調節することで、基準ビームは、依然として３．４°の角度だけ方向変更され、非点収差を補償するために、第二の種類の波面修正も、基準ビーム中に導入されるので、基準ビームのＲＭＳ非点波面収差は０．００７波である。

このようにして、第二の種類の波面修正は、放射線ビームの波面収差を補償するよう配置される。波面収差は、非点収差、球面収差、及び、コマ収差のうちの少なくとも１つであり得るし、例えば、ビーム方向変更の調節によって、光学走査装置によって放射線ビーム内に導入され得る。記述の実施例において、非点収差は、光学走査装置の第二レンズ６７６及び第三レンズ６７８によって導入される。

異なるデータページを記録するための光学素子による基準ビームの方向変更は、基準ビームを異なる経路に沿って第二レンズ６７６及び第三レンズ６７８に通過させる。第二レンズ６７６及び第三レンズ６７８は、基準ビームが異なる出力ビーム経路に沿って方向変更されるときに、異なる波面収差を基準ビーム内に導入する。第二の種類の波面修正が、ビームが方向変更される特定の出力放射線ビーム経路に対応する導入波面収差を補償するよう、制御系２０は、メニスカス構造を調節する。このようにして、書き込まれる異なるデータページのために、光学素子は、方向変更基準ビームの異なる出力放射線ビーム経路の対応する角変位に従って、第二の種類の波面修正を調節するので、各データページは最大精度で書き込まれる。

本発明のさらなる実施態様において、図９を参照して記載された光学走査装置の光学素子１は、代替的に、図４を参照して記載された光学素子１０１であり得るし、回折によって基準ビームを方向変更する本発明の従った如何なる光学素子でもあってもよい。

図１１は、本発明のさらなる実施態様に従ったホログラフィック光記録担体を走査するための光学走査装置を示している。図１１は原寸通りに示されていない。光学走査装置の機能は、図９を使用して記載された装置と類似している。６００の代わりに７００だけ増分された同一の参照番号がそのような機能のために使用され、対応する記載がここにも当て嵌まることが理解されるべきである。

この実施態様では、基準ビームを方向変更するために、図１及び３に示される光学素子１の代わりに、図５を使用して記載された光学素子２０１が使用される。光学記録装置は、図９のために記載されたのと同じ方法でホログラフィック媒体７６０に書き込む。光学装置は、さらなる鏡７９６を有し、それは、ホログラフィック媒体７６０の読出し中、第一偏向器７６４によって偏向される放射線ビームを第二鏡７８０に並びに前述のようにホログラフィック媒体７６０上に反射する。

図１１の光学走査装置の本発明のさらなる実施態様において、光学素子２０１は、代替的に、図６を参照して記載された光学素子３０１であり得るし、或いは、反射によって基準ビームを方向変更する本発明に従った如何なる光学素子であり得ることが想定される。

上記の実施態様は、本発明の例証的な実施例であると理解されるべきである。本発明のさらなる実施態様が想定される。ホログラフィック光学走査装置は、空間光変調器によってもたらされる振幅多重化との組み合わせの角度多重化に関して記載された。シフト多重化又は位相コード多重化が、ホログラフィック媒体中にデータページを記録するための振幅多重化の代わりに或いはそれとの組み合わせで使用され得る。

図９又は１１を使用して例証された光学走査装置を使用したホログラフィック媒体からのデータの読出しは、所謂共役モードで起こる。データ読出しのためのビームが偏向器６８６，７８６によって媒体上に偏向されないが、光学素子によってホログラフィック媒体上に代わりに方向変更され得る、代替的実施態様が想定される。ビームは、媒体から読出しデータ信号を取得し、ビームが担体に入る面と反対側の担体の面から出る。これらの実施態様において、出射ビームは、前述の検出器と同様に、レンズによって検出器上に集束され、そこでは、レンズ及び検出器は、データ信号ビームが出る面と同一のホログラフィック担体の側の上に配置される。

屈折又は反射を使用して基準ビームを方向変更し得る光学素子の様々な構造が記載された。本発明の範囲に従って、光学素子の代替的な構造も想定される。例えば、放射線ビームがセグメント電極を介して素子に入り得るよう、例えば、光学素子の如何なる部分も透明であり得る。さらに、流体Ａ、Ｂ、及び／又は、Ｃのいずれの流体も、記載されたものと異なり得るし、メニスカス構造を調節するために、エレクトロウェッティング力以外の力が使用され得る。

光学素子に対する入力放射線ビーム経路及び／又は出力放射線ビーム経路の位置は、前述のものと異なり得る。放射線ビームが光学素子に入り、次に、方向変更されたビーム経路に沿って素子から出るのを許容する、これらの経路の如何なる位置も想定される。

ホログラフィック光記録担体を走査するための光学走査装置のための光学素子が特に記載されたが、光学素子は如何なる光学記録装置にも使用され得る。その上、第二の種類の波面修正は、光学走査装置によって導入される波面収差の補償に限定されない。光記録担体によって導入される波面収差の補償も想定される。

如何なる１つの実施態様に関連して記載された如何なる機能も、単独で或いは記述の他の機能との組み合わせで使用され得ること、如何なる他の実施態様の１つ又はそれよりも多くの機能との組み合わせ、或いは、如何なる他の実施態様の如何なる組み合わせで使用され得ることが理解されるべきである。さらに、上述されていない均等物及び修正物も、添付の請求項において定められる本発明の範囲から逸脱せずに利用され得る。

本発明の実施態様に従った第一構造の光学素子を示す概略図である。 本発明の実施態様に従った電極構造を示す概略図である。 本発明の実施態様に従った第二構造の光学素子を示す概略図である。 本発明のさらなる実施態様に従った光学素子を示す概略図である。 本発明のさらなる実施態様に従った光学素子を示す概略図である。 本発明のさらなる実施態様に従った光学素子を示す概略図である。 本発明の実施態様に従った電極構造を示す概略図である。 本発明の実施態様に従った電極構造を示す概略図である。 本発明の実施態様に従った光学走査装置を示す概略図である。 本発明の実施態様に従った光学走査装置の部分を通過する放射線ビームを示す概略図である。 本発明の異なる実施態様に従った光学走査装置を示す概略図である。

Claims (9)

1. 光記録担体を走査するための光学走査装置であって、
   ａ） 前記光記録担体の照射のための放射線ビームを放射するよう配置される放射線源系と、
   ｂ） 調節可能な構造を有する流体メニスカスによって互いから分離される第一流体と第二流体とを含む光学素子と、
   ｃ） 第一種類の波面修正を導入するために前記流体メニスカス構造を調節するために配置される制御系とを含み、前記第一種類の波面修正は、前記放射線ビームを入射放射線ビーム経路から複数の出力放射線ビーム経路の１つの上に方向変更させ、各出力放射線ビーム経路は、前記入力放射線ビーム経路から異なる角変位を有し、
   前記制御系は、さらに、第二種類の波面修正を導入するために前記流体メニスカス構造を調節するよう配置され、前記第二種類の波面修正は、前記放射線ビームの波面収差を補償するよう配置され、該補償される波面収差は、前記角変位に従って調節されることを特徴とする、光学走査装置。
2. 前記波面収差は、非点収差、球面収差、及び、コマ収差のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学走査装置。
3. 前記波面収差は、当該光学走査装置によって前記放射線ビーム内に導入される、請求項１又は２に記載の光学走査装置。
4. 前記流体メニスカスは、反射又は屈折によって前記放射線ビームを方向変更するよう配置される、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学走査装置。
5. 前記光学素子は、複数の電極を含み、前記制御系は、前記流体メニスカス構造を決定するために、前記流体にエレクトロウェッティング力を加えるよう、前記複数の電極のうちの少なくとも１つに電圧を印可するよう配置され、前記印可電圧の調節は、前記流体メニスカス構造を調節する、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学走査装置。
6. 当該光学走査装置は、ホログラフィック光記録担体を走査するよう配置される、上記請求項のうちのいずれか１項に記載の光学走査装置。
7. 前記ホログラフィック記録担体は、データブックを記憶するための少なくとも１つの領域を有する、請求項６に記載の光学走査装置。
8. 前記複数の出力放射線ビーム経路のそれぞれは、前記データブックの異なるデータページに対応する、請求項７に記載の光学走査装置。
9. 当該光学走査装置は、異なる前記複数の出力放射線ビーム経路に沿って方向変更されるときに、前記放射線ビームが前記ホログラフィック光記録担体の同一領域を照射するよう配置される、請求項７又は８に記載の光学走査装置。

Images