JP2008516279A - 光スポットの配列を生成するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、入射光ビームから光スポットの周期的な配列を生成するための装置に関し、複数のインターレース化されたサブ配列の開口を形成する開口（２０２）の周期的な配列と、各光スポットが、複数のインターレース化されたサブ配列の開口によって生成される複数の光スポットの重ね合わせとして構成されるよう、位相を入射光ビームに加えるために、開口の前に配置される位相器素子（ＰＳｉ）とを含む。用途：光スポット生成。

Description

本発明は、光スポットの配列を生成するための装置に関する。

光記憶装置の分野で本発明を使用し得る。

図１は、光スポットの配列を生成するためのトールボット効果を活用する既知の解決策を描写している。

光スポット１０１の配列が、トールボット効果を活用する開口１０２の配列によって生成される。トールボット効果は、以下のように作用する回折現象である。入射光ビーム１０３のようなコヒーレント光ビームが、開口１０２の配列のような周期的な回折構造を有する（よって、光エミッタを形成する）物体に加えられるとき、回折光は、回折構造から予測可能な距離ｚ_ｔに配置された平面でエミッタの同一画像に再結合する。この距離ｄ_ｔはトールボット距離として知られている。トールボット距離は、ｚ_ｔ＝２×ｎ_０×ｐ^２／λによってもたらされ、ここで、ｐは、光エミッタの周期的間隔であり、λは、入射光ビームの波長であり、ｎ_０は、伝搬空間の屈折率である。

より一般的には、再結像は、エミッタからさらに離間した他の距離ｚ_ｍで起こり、その距離は、ｚ_ｍ＝２×ｎ_０×ｍ×ｐ^２／λのようなトールボット距離ｚの倍数であり、ここで、ｍは、整数である。

しかしながら、既知の解決策は、技術的な制約を有する。何故ならば、僅か数パーセントの入射光ビーム波平面が開口を通過するので、光スポットの強度は高くあり得ないからである。

より高い強度の光スポットの配列を生成するための装置を提案することが本発明の目的である。

このために、入射光ビームから光スポットの周期的な配列を発生するための本発明に従った装置は、
− 複数のインターレース化されたサブ配列の開口を形成する、開口の周期的な配列と、
− 各光スポットが、複数のインターレース化されたサブ配列の開口によって生成される複数の光スポットの重ね合わせとして構成されるよう、位相を入射光ビームに加えるために、開口の前に配置される位相器素子とを含む。

この装置は、複数のインターレース化されたサブ配列の開口によって生成される光スポットをコヒーレントに加算し得るという事実を活用する。

このために、前記複数のインターレース化されたサブ配列の開口によって生成される複数の光スポットを横方向に変位するために位相器素子が使用されるので、この複数の光スポットは、単一の光スポットを構成するためにオーバーラップする。その結果、従来技術の解決策と比べ、各光スポットはより高い強度を有する。

各光スポットの強度を自由に選択し得るよう、インターレース化されたサブ配列の開口の数を自由に選択し得る。

その上、開口の配列と光スポットとの間の所与の距離のために、開口の配列はより多くの開口を含むので、光透過率が向上する。

本発明の詳細な説明及び他の特徴は、以下に与えられる。

以下に記載され且つ添付の図面に関連して考察される実施態様を参照して、本発明の具体的な特徴を今や説明する。

以下において、本発明は二次元配列の開口に適用するが、本発明に従った装置は、理解のために、一次元配列の開口に基づいて記載される。

図２は、トールボット効果を活用して、入射光ビーム２０３（例えば、レーザビーム）から、第一周期ｐを有する光スポット２０１の周期的な配列を生成するための本発明に従った装置の第一実施態様を描写している。

光スポット２０１の配列は、開口の配列から距離ｚ_ｍ＝２×ｎ_０×ｍ×ｐ^２／λに生成され、ここで、ｎ_０は、伝搬空間の屈折率であり、λは、入射光ビームの波長であり、ｍは、整数である。開口２０２の配列は、第二周期ｐ’を有する開口を含む。開口は、例えば、円形であり得るが、様々な形状も適合する。

開口２０２の配列は、Ｎ個のインターレースされたサブ配列の開口によって形成される。
− 位置ｘ_{Ｎ×（ｉ−１）+１}に開口を有する第一サブ配列の開口、
− 位置ｘ_{Ｎ×（ｉ−１）+２}に開口を有する第二サブ配列の開口、
− ．．．
− 位置ｘ_{Ｎ×（ｉ−１）+ｋ}に開口を有するｋ番目のサブ配列の開口、
− ．．．
− 位置ｘ_{Ｎ×（ｉ−１）+Ｎ}に開口を有するＮ番目のサブ配列の開口。
ここで、
ｉ_ｍａｘは、方向ｘに沿うサブ配列当たりの開口の数であり、
ｉは、１とｉ_ｍａｘとの間で変化する整数指数である。

図２の実施態様では、理解のために、開口２０２の配列が開口の３つのインターレースされたサブ配列と等しいよう、Ｎ＝３である。
− 位置ｘ_{３（ｉ−１）+１}に開口を有する第一サブ配列の開口、
− 位置ｘ_{３（ｉ−１）+２}に開口を有する第二サブ配列の開口、
− 位置ｘ_{３（ｉ−１）+３}に開口を有する第三サブ配列の開口。
ここで、ｉは１と３との間で変化する整数指数である。

本発明に従った装置は、開口の前に配置された位相器素子ＰＳ_ｉも含む。各位相器素子ＰＳ_ｉ（ｉ＝１．．．ｉ_ｍａｘ）は、（ｘ_ｉ+１−ｘ_ｉ）＝ｐ’＝ｐ／Ｎとなるよう、横方向位置に配置される。

位相器素子は、各光スポットが前記複数のインターレースされたサブ配列の開口によって生成される複数の光スポットの重ね合わせとして構成されるよう、入射光ビームに位相を与える。

例えば、図２で左側に示される第一光スポットは、位置ｘ_{３（ｉ−１）+１}に開口を有する第一配列の開口によって生成される第一光スポット、位置ｘ_{３（ｉ−１）+２}に開口を有する第二配列の開口によって生成される第二光スポット、及び、位置ｘ_{３（ｉ−１）+３}に開口を有する第三配列の開口によって生成される第三光スポットの重ね合わせに起因し、これらの３つの配列の開口から前記第一光スポットに向かう３つの点線によって象徴されている。同一のことが他の光スポットの構成に当て嵌まる。

複数のインターレースされたサブ配列の開口によって生成される複数の光スポットの重ね合わせとして構成される光スポットを作成するために、ｋ番目の開口のサブ配列の前に配置される位相器素子ＰＳ_ｉは、横方向ｘに沿って線形位相

を以下の通り定めなければならない。

ｋ＝１．．．Ｎであり、ｉ＝１．．．ｉ_ｍａｘである。

（１）の結果、光スポットに垂直に面する開口を有する開口のサブ配列（即ち、この実施例では、ランクＮの開口のサブ配列）に関連する位相器素子ＰＳ_ｉのための零位相が得られることが分かる。

開口のｋ番目のサブ配列に関連する位相器素子ＰＳ_ｉの高さ

を以下の通り変更することによって、線形位相を遂行し得る。

ここで、ｎは、位相器素子の屈折率である。
ｋ＝１であり、ｉ＝ｉ_ｍａｘである。

よって、位相器素子ＰＳ_ｉの高さは、線形線Ｌ_１及びＬ_２によって表わされるように、横方向ｘに沿って線形に増大する。

各位相器素子ＰＳ_ｉは、単一の開口の前に配置された透明材料（例えば、プラスチック）から成る三角形に対応する。

代替的に、図３に示されていないが、横方向位置を伴って線形に変化するが、それらの高さｈ_０を一定に保つ屈折率ｎ_ｋ，ｉを有する透明材料（例えば、液晶セル）を用いて位相器素子ＰＳ_ｉを定めることによって、線形位相を遂行し得る。屈折率ｎ_ｋ，ｉは以下の通り定められる

勿論、線形に変化する高さ及び線形に変化する屈折率を有する位相器素子ＰＳｉの組み合わせも考慮し得る。

有利に、位相ずれφ_ｋが、開口のｋ番目の配列の項

に以下の通り加えられる。

サブ開口配列からの光寄与が可能な限りコヒーレントに加わることを保証するために、この位相ずれを使用し得る。よって、光スポットの強度をより均一にするために、位相ずれφ_ｋを変更することを使用し得る。

図３は、光スポットの周期的な配列を生成するための本発明に従った装置の第二実施態様を描写している。

位相器素子ＰＳ_ｉの高さがピースだけ線形に増大し、その結果、減少された高さを備える装置が得られるよう、それは、関係（１）が２π（即ち、α+２π×ｊ＝α、ここで、ｊは整数であり、０≦α＜２πである）を法としてもたらされる点で、図２と異なる。

図４は、光スポットの周期的な配列を生成するための本発明に従った装置の第三実施態様を描写している。

それは、各光スポットが３つのサブ配列の開口、光スポットの横方向位置の周りに対称に配置された２つのサブ配列の開口によって生成される点で、図３と異なる。勿論、異なる奇数のサブ配列の開口も選択し得る。

光位相器素子ＰＳｉは、加えられるべき位相を反映する高さに従って、正又は負のいずれかの横方向シフトを遂行する。

図５は、光スポットの周期的な配列を生成するための本発明に従った装置の三次元図を一例として例証している。

この装置は、複数のインターレース化されたサブ配列の開口を形成する、周期的な配列の開口ＡＰを含む。開口は白点で示されている。

この装置は、各光スポットが複数のインターレース化されたサブ配列の開口によって生成される複数の光スポットの重ね合わせとして構成されるよう、位相を前記入射光ビームに加えるために、前記開口の前に配置された位相器素子ＰＳ_ｉも含む。

この実施例では、位置（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）での位相器素子ＰＳ_ｉのｚ方向における高さｈ（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）が、以下の表によってもたらされる。

この表は、ｘ方向又はｙ方向のいずれかに沿って線形に且つ局所的に変化する高さを有する位相器素子によって位相器素子が定められることを明らかにしている。

図６は、入射光ビーム６０５から光スポットの周期的な配列を生成するための本発明に従った装置６０１を使用するシステムの三次元図を描写している。

このシステムは、情報担体６０３を含む。情報担体は、一組の正方形の隣接する、ｓとして参照されるサイズを有し且つ行列に配置される基本データ地域を含む。データは、異なる透明レベル、例えば、二状態データをコード化するために透明又は不透明な材料を使用する２つのレベル、或いは、より一般的に、Ｎ透明レベル（例えば、^２ｌｏｇ（Ｎ）状態データをコード化するために２つの整数力であるＮを取ることが意図される材料の使用を介して、各基本データ地域上にコード化される。

光スポット６０２の配列の各光スポットは、例えば、装置６０１を二次元変換する役割のアクチュエータを使用して、基本データ地域に連続的に適用されることが意図される。前記基本データ地域の透明状態に従って、光スポットは、前記基本データ地域に記憶されたデータを回復するために、集光された光信号を変換することが意図される画素を含むＣＭＯＳ又はＣＣＤ検出器６０４に全く透過されないか、或いは、（部分的に或いは完全に）透過される。

図７に例証されるように、図４によって描写されるシステムを、読取り装置ＲＡ（例えば、ホームプレーヤー装置．．．）、ポータブル装置ＰＤ（例えば、携帯情報端末、ポータブルコンピュータ、ゲームプレーヤーユニット．．．）、又は、携帯電話ＭＴにおいて有利に実施し得る。これらの機器及び装置は、データの読取り／書込みのための観点から、光スポットの配列が適用されることが意図された情報担体ＩＣを収容することが意図された開口（ＯＰ）を含む。

「含む」という動詞及びその活用形の使用は、請求項中に述べられる素子又はステップ以外の素子又はステップの存在を排除しない。素子又はステップに先行する不定冠詞の使用は、複数のそのような素子又はステップの存在を排除しない。

光スポットの配列を生成する既知のシステムを示す概略図である。 光スポットの周期的な配列を生成するための本発明に従った装置の第一実施態様を示す概略図である。 光スポットの周期的な配列を生成するための本発明に従った装置の第二実施態様を示す概略図である。 光スポットの周期的な配列を生成するための本発明に従った装置の第三実施態様を示す概略図である。 光スポットの周期的な配列を生成するための本発明に従った装置を例示的に示す三次元図である。 本発明に従った装置を実施するシステムを示す概略図である。 図６によって示されるシステムを使用する様々な装置を示す概略図である。

符号の説明

１０１ 光スポット
１０２ 開口
１０３ 入射光ビーム
２０１ 光スポット
２０２ 開口
６０１ 装置
６０２ 光スポット
６０３ 情報担体
６０４ 検出器

Claims (8)

1. 入射光ビームから光スポットの周期的な配列を生成するための装置であって、
   複数のインターレース化されたサブ配列の開口を形成する、開口の周期的な配列と、
   各光スポットが、前記複数のインターレース化されたサブ配列の開口によって生成される複数の光スポットの重ね合わせとして構成されるよう、位相を前記入射光ビームに加えるために、前記開口の前に配置される位相器素子とを含む、
   装置。
2. 前記位相器素子は、線形位相を定める、請求項１に記載の装置。
3. 前記線形位相は、２πを法として表現される、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記位相器素子は、線形に変化する高さの素子を含む、請求項１、２、又は、３に記載の装置。
5. 前記位相器素子は、線形に変形する屈折率の素子を含む、請求項１、２、３、又は、４に記載の装置。
6. 請求項１、２、３、４、又は、５に記載の装置を含むポータブル装置。
7. 請求項１、２、３、４、又は、５に記載の装置を含む携帯電話。
8. 請求項１、２、３、４、又は、５に記載の装置を含むゲームプレーヤー。

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