JP2008546032A - スイッチング可能光学要素 - Google Patents

Abstract

スイッチング可能光学要素は光軸を有する。その光学要素は、チャンバと、チャンバの内側表面を規定する面（その面は前記光軸を横切って広がっている）を有する波面変化器と、第１流体及び第２流体とを有する。その光学要素は、第１流体が波面変化器の面を実質的に覆う第１離散状態と、第２流体が波面変化器の面を実質的に覆う第２離散状態との間でスイッチング可能であり、チャンバは、第１及び第２離散状態の両方において第１及び第２流体の両方を囲み、界面は第１離散状態において前記光軸を横切って広がっている。

Description

本発明は、スイッチング可能光学要素、スイッチング可能光学要素を有する装置並びにその装置及び要素の製造方法及び動作方法に関する。スイッチング可能光学要素の実施形態は、光記録担体の種々の種類の情報層を走査するための光走査装置で用いるために特に適する。

光記録担体は、特定の波長の放射線ビームにより走査されるように一般にデザインされている各々のフォーマットを有する、多様な異なるフォーマットにおいて存在する。例えば、ＣＤはそれ自体、ＣＤ−Ａ（ＣＤ−オーディオ）、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−読み出し専用メモリ）及びＣＤ−Ｒ（ＣＤ−読み出し可能）として利用可能であり、約７８５ｎｍの波長を有する放射線ビームにより走査されるようにデザインされている。他方、ＤＶＤは、約６５０ｎｍの波長を有する放射線ビームにより走査されるようにデザインされ、ＢＤは、約４０５ｎｍの波長を有する放射線ビームにより走査されるようにデザインされている。一般に、波長が短くなればなる程、光ディスクの対応する容量は大きくなり、例えば、ＢＤフォーマットのディスクは、ＤＶＤフォーマットのディスクに比べて大きい記憶容量を有する。

光走査装置が、例えば、１つの対物レンズ系を好適に用いて、異なる波長を有する放射線ビームに対応する異なるフォーマットの光記録担体を走査するように、光記録担体の種々のフォーマットと互換性のあることは好ましい。例えば、大きい記憶容量を有する新しい光記憶担体が導入されるときに、用いられる対応する新しい光走査装置は、下位互換性のある新しい光記録担体から情報を読み出す及び／又はそれに情報を書き込むように用いられることは好ましい。

光走査装置の光学特性を光記録担体の異なるフォーマットについて調整することを可能にするために、多様な可変又はスイッチング可能光学要素が知られている。スイッチング可能光学要素は、各々の状態において異なる光学特性を有する光学要素を有する２つ又はそれ以上の異なる状態間でスイッチングされることが可能である光学要素である。

例えば、米国特許第６，２８８，８４６号明細書においては、異なる波面変化を与えるように２つの異なる離散状態間でスイッチングされるシステムについて記載されている。 約０の屈折率差が、放射線ビームが変化しないまま保たれるように、システムがそれらの状態の一にあるとき、流体と波面変化器との間に確立される。システムの他の状態においては、この屈折率差は、放射線ビームの経路が変化されるような十分な値を有する。流体処理システムは、状態間で流体システムをスイッチングするように用いられる。流体処理システムの例には、皮下注射シリンジ、蠕動ポンプ、圧縮バルブ及び圧電、油圧又は空気圧アクチュエータがある。

Ｐｈｉｌｏｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社による国際公開第２００４／０２７４９０号パンフレットにおいて、第１離散状態及び異なる第２離散状態を有する改善されたスイッチング可能光学要素について記載されている。その要素は、第１流体と、異なる第２流体と、面を有する波面変化器と、その要素の第１離散状態と第２離散状態との間で切り替えるように流体システムにおいて作用するための流体システムスイッチとを有する流体システムを有する。波面変化器はチャンバ内に位置付けられる。導管が、そのチャンバの向かい合った側の間に伸びている。その要素が第１離散状態にあるとき、波面変化器の面は、導管において位置付けられている第２流体と共に、第１流体により実質的にカバーされている。第３システムスイッチは、チャンバ（波面変化器をカバーする）と導管との間においてそれらの流体を移動させるようにエレクトロウェッティング効果を利用する。

そのような既知のシステムは、光学要素の複雑度及び全体的な大きさの両方を増大させる関連ポンプ、シリンジ又は導管により、製造を複雑にする。
米国特許第６，２８８，８４６号明細書 国際公開第２００４／０２７４９０号パンフレット

本発明の目的は、上記の又はそれ以外の、先行技術における少なくとも１つの課題を解決するスイッチング可能光学要素を提供することである。本発明の特定の実施形態の目的は、製造を容易にするスイッチング可能光学要素を提供することである。

本発明の第１の特徴にしたがって、光軸を有するスイッチング可能光学要素であって、その要素は、チャンバと、そのチャンバの内側表面を規定する面を有する波面変化器であって、その面はその光軸を横断して広がっている、波面変化器と、第１流体と、第２流体とを有する、スイッチング可能光学要素であり、それらの流体は非混合性であり、界面に亘って接触していて、その光学要素は、第１流体が波面変化器の面を実質的に覆っている第１状態と、第２流体が波面変化器の面を実質的に覆っている第２離散状態との間でスイッチング可能であり、チャンバは両方の離散的状態にある両方の流体を囲んでいて、界面は第１離散状態における光軸を横断して広がっている、スイッチング可能光学要素を提供する。

そのような光学要素は、状態間のスイッチングの間に単一のチャンバ内に両方の流体を
保持するために、付加導管又は別個の機械式ポンプを必要とする従来技術の装置に比べて複雑ではない。それ故、そのような光学要素の構造は製造することが容易であり、比較的コンパクトにすることが可能であり、即ち、それ故、何れかの装置又は機器における要素により（占められる）占有領域を低減する。

光学要素は、エレクトロウェッティング効果を利用して流体を移動させることにより第１離散状態と第２離散状態との間で光学要素を切り替えるように備えられている流体切り替えシステムを更に有することが可能である。

流体切り替えシステムは、第２流体に結合されている第１電極と、波面変化器の面に適合されるように位置付けられている第２電極とを有する。

波面変化器の面は、第２電極とチャンバ内の流体との間の絶縁性バリアを構成する第１コンタクト層を有する。

第２電極は、波面変化器の面から固定された所定距離において、波面変化器の面に隣接して伸びている。

第２電極は、複数の独立したアドレス可能部分を有することが可能である。

波面変化器の面は平面的でないことが可能である。

波面変化器の面は少なくとも１つの凸部を規定することが可能である。

少なくとも１つの凸部は高さが５０μｍ以下であることが可能である。

少なくとも１つの凸部は回折格子を構成することが可能である。

チャンバは、界面が第１離散状態において広がっている少なくとも１つの側壁を有することが可能である。

前記側壁の濡れ性は、第１離散状態にあるときに、その界面が、面において光軸を横断するようになっていることが可能である。

前記側壁の濡れ性は、第１離散状態にあるときに、その界面が覆われるようになっていることが可能である。

本発明の第２の特徴にしたがって、上記のスイッチング可能光学要素を有する装置を備える。

その装置は光走査装置であることが可能である。

本発明の第３の特徴にしたがって、光軸を有するスイッチング可能光学要素であって、その光学要素はチャンバを有する、スイッチング可能光学要素と、チャンバの内側表面を規定する面を有する波面変化器であって、その面は光軸を横断して広がっている、波面変化器と、第１流体及び第２流体であって、それらの流体は非混和性であり、第１流体が波面変化器の面を覆う第１離散状態と、第２流体が波面変化器の面を実質的に覆う第２離散状態との間でスイッチング可能である、第１流体及び第２流体と、を有するスイッチング可能光学要素を動作させる方法であり、チャンバは両方の離散状態における両方の流体を囲んでいて、それらの界面は第１離散状態における光軸を横断して広がり、その方法は、第１離散状態と第２離散状態との間で光学要素をスイッチングする段階を有する、方法を提供する。

その装置は、動作の第１モードにある放射線の第１ビームと、動作の第２モードにある放射線の第２ビームとを供給するように備えられている放射線源であって、その方法は、放射線源の動作のモードを表す信号に応じてそれらの離散状態間で光学要素を切り替える段階を有する、放射線源を更に有する。

本発明の第４の特徴にしたがって、光軸を有するスイッチング可能光学要素を製造する方法であって、チャンバを備える段階と、チャンバの内側面を規定する面を有する波面変化器を備える段階であって、その面は光軸を横断して広がっている、段階と、第１流体及び第２流体を備える段階であって、それらの流体は非混和性であり、界面に亘って接触している、段階と、第１流体が波面変化器の面を実質的に覆う第１離散状態と、第２流体が波面変化器の面を実質的に覆う第２離散状態との間で光学要素をスイッチングするための流体スイッチングシステムを備える段階と、を有する方法であり、チャンバは両方の離散状態における両方の流体を囲んでいて、それらの界面は第１離散状態における光軸を横断して広がっている、方法を提供する。

以下、本発明の好ましい実施形態について、例示として、添付図を参照して詳述する。

図１Ａ乃至２Ｂは、本発明の第１実施形態にしたがったスイッチング可能光学要素１００を示している。図１Ａ及び１Ｂは、第１離散状態にある光学要素１００を示し、図２Ａ及び２Ｂは、第２離散状態の光学要素を示している。

スイッチング可能要素１００は、チャンバを通して伸びている光軸１１９を有するチャンバ１０２を有する。チャンバ１０２は、光軸１１９を横断して伸びている端壁１０４、１０６を有する。この特定の実施形態においては、端壁１０４、１０６は、一般に、光軸１１９に対して垂直に伸びている。要素１００は。光軸１１９に沿って入射する放射線ビームを制御するように備えられている。端壁１０４、１０６は、それ故、透明な固い材料、例えば、ガラスから成る。

この特定の実施形態においては、チャンバは円筒形である。チャンバは、光軸１１９について対称的な円筒形である。チャンバの側部は、それ故、光軸１１９に対して平行に伸びている単一の連続的な側壁１１０により規定される。

要素１００は、チャンバの内側表面を規定する面を有する波面変化器を有する。波面変化器は、光学要素が離散状態の少なくとも１つにあるとき、入射放射線ビームの波面を変化させるように備えられている。波面変化器の面は非平面的である。その面は、光学的パワーを与える（例えば、レンズのような機能に対して）ように局面的であることが可能である。この特定の実施形態においては、その面は複数の凸部（１０７ａ乃至１０７ｄ）を有する。それらの凸部は、一連の所定の高さの段差を成す。この特定の実施形態においては、各々の段差は所定の高さｈに等しく、光軸１１９について円筒状に対称的である。中央の段差１０７ａは円筒形である。段差１０７ｂ乃至１０７ｄは輪状段差であり、光軸１１９と同心円状である。光学要素は、光学要素の光学的に活性な部分を通って透過する放射線ビームを制御するように備えられている。波面変化器の面は、光学要素１００の光学的に活性な部分において広がっている。

チャンバ１０２は２つの流体１２０、１２２を囲んでいる。それら２つの流体は非混和性であり、少なくとも１つの異なる光学的特性を有する。例えば、流体の屈折率、色、吸収度、反射率又は光学的不透明度が異なっている。好適には、それらの流体１２２は同じ密度を有し、それ故、装置の動作は、機械的影響又は重力により過度に影響されない。この特定の実施形態においては、各々の流体は異なる屈折率を有する。それらの流体は、界面１２４において接触している。

スイッチング可能光学要素１００は２つの離散状態間でスイッチング可能である。第１離散状態（図１Ａ及び１Ｂに示す）において、第１流体１２０は波面変化器の面（この実施形態においては、凸部１０７ａ乃至１０７ｄにより規定される）を覆っている。両方の流体１２０、１２２の本体は光軸１１９を横断して広がっている。第１流体１２０と第２流体１２２との間の界面１２４はその光軸を横断して広がっている。界面１２４の外周は側壁１１０と接している。側壁１１０は、両方の流体１２０、１２２に対して等しい濡れ性（少なくとも界面１２４が側壁１１０と交差する位置において）を有する。それ故、三相接触角（２つの流体と側壁との間の角度）は側壁に対して直角に伸びている。波面変化器の面における第１流体の厚さは、界面１２４の形状がその面の形状により影響されないようなものである。それ故、界面１２４は平面的である。

他の実施形態においては、側壁は光軸１１９に対して垂直に伸びていないことが可能であることを理解する必要がある。しかしながら、正しい三相接触角を規定するように、側壁の濡れ性を適切に選択することにより、２つの流体間の界面１２４は第１離散状態において平面として形成されることが可能である。

図２Ａ及び２Ｂは、第２状態にあるスイッチング可能光学要素を示している。第２離散状態において、第２流体１２２は波面変化器の面を覆っている。第２離散状態において、第１流体１２０は、チャンバ１０２の光学的に活性な部分の外側に位置付けられている。第１流体１２０は光軸１１９を通って伸びていない。第１流体１２０はチャンバ１０２の外周に配置されている。この特定な実施形態においては、第１流体は、要素１００の第２離散状態にあり、輪状に広がっていて、光軸１１９と同心円状にある。第１流体１２０は、波面変化器の面に隣接する端壁１０６の表面を覆っているが、その面の外側にある。第２流体１２０は、第１流体と異なる光学特性（この実施形態においては、異なる屈折率）を有するため、光要素１００が第１離散状態に対して第２離散状態にあるときに、波面変化器の面の動作は異なる。好適には、前記流体の一の屈折率は、波面変化器の面を規定する材料の屈折率に等しい。そのような状態においては、波面変化器により与えられる光学的機能は打ち消される、即ち、波面変化器は入射放射線（又は、少なくとも屈折率が同じである波長における入射放射線）に対して不可視的になる。

要素１００は、エレクトロウェッティング効果を利用して、第１離散状態（図１Ａ、１Ｂ）と第２離散状態（図２Ａ、２Ｂ）との間でスイッチング可能である。前記流体の一は、電気的に影響を受け易い流体、例えば、塩水のような極性又は導電性流体である。他の流体は、電気的に影響を受け難い流体（即ち、電場の印加により影響されない流体）、例えば、シリコーン油のような電気的に絶縁性の流体である。

上記の図に示している本発明の実施形態においては、第１流体１２０は油であり、第２流体は塩水である。

疎水性の絶縁体は第１カバー層１０８を規定し、その第１カバー層は、チャンバ１０２の一端部において、チャンバの内側表面において広がっている。カバー層１０８は、ガラス１０６により形成された凸部（１０７ａ乃至１０７ｄ）において広がっている。カバー層１０８は、それ故、波面変化器の面を規定する。更に、カバー層１０８は、波面変化器の面に隣接するチャンバ１０２の内側面の領域を覆う。図示している特定の実施例においては、カバー層１０８は、端壁１０６により規定される内側表面の全てに亘って広がっている連続的なカバー層である。チャンバ１０２の反対側の内側表面は、水のような電気的に影響を受け易い流体に影響を与えるように、親水性であり、例えば、端壁１０４の内側表面はガラスから成る。

光学要素１００は、波面変化器の面の濡れ性を変えるようにエレクトロウェッティング効果を利用することにより、その面を覆うように電気的に影響を受け易い第２流体１２２を引き寄せるように、第２離散状態（図２Ａ及び２Ｂ）にスイッチングする。第１流体１２０は、その場合、疎水性を保っている領域、即ち、波面変化器の面に隣接している領域における端壁１０６の内側面のみを覆うように、第２流体で置き換えられる。第１流体１２０は、それ故、光学要素の光学的に活性な領域の外側の位置に対して第２離散状態で置き換えられる。

波面変化器の面の濡れ性は、流体スイッチングシステムを用いて制御される。流体スイッチングシステムは、波面変化器の面に隣接して位置している透明電極１３４を有する。好適には、電極１３４は、波面変化器の面から固定された所定距離の範囲内で、波面変化器の面に隣接して伸びている。好適には、電極１３４は、波面変化器の面に対して平行に伸びている。例えば、波面変化器の面が凸部を規定する場合、電極１３４は、波面変化器の面から所定の距離において、凸部内に伸びている。好適には、電極１３４は、波面変化器の面の表面領域と同じ表面領域において伸びている、即ち、電極１３４は、波面変化器の面の表面領域の全ての下地である。

他の電極１３２は、電気的に影響を受け易い流体１２２と電気的に接している。電極１３２、１３４間に電圧電源１３０から電圧を印加することにより、波面変化器の面の濡れ性を変化することが可能である。それ故、スイッチング可能光学要素１００は、波面変化器の面の濡れ性を変えるように適切な電圧を印加することにより第１離散状態から第２離散状態にスイッチングされることが可能である。同様に、電圧を除去することにより、その面の濡れ性はその公称の疎水性の性質に戻り、光学要素は第２離散状態から第１離散状態に戻るようにスイッチングされる。

上記の実施形態は、単に例示として説明されていることを理解する必要がある。

例えば、波面変化器の面は、何れかの形状に局面化される、又は非周期的な位相構造を規定することが可能である。何れかの凸部の高さ（光学要素の光軸に沿った凸部の寸法である高さ）は、スイッチング可能光学要素の特定のアプリケーションのために適切である何れかの特定の大きさであることが可能である。好適には、そのような凸部の高さｈは５０μｍ以下であり、より好適には、その高さは５μｍ乃至２０μｍの範囲内にあるが、実質的には、５μｍに等しい又はそれ以下であることが可能である。それらの寸法は、流体によりその面を覆うこと及び露呈することを容易にするときに、好ましい。用語、流体は、流れることができ、何れかの材料を囲むことができ、気体、蒸気、液体及び液晶を含むが、それらに限定されるものではない。

スイッチング可能光学要素は何れかの装置において用いられることが可能である。光学要素は、２つ又はそれ以上の放射線ビームが用いられる装置内に位置付けられ、波面変化器は、入射放射線の偏向か又は放射線の波長のどちらかのために、異なる放射線ビームの波面に対して異なる変化を与えるように備えられることが可能である。

例えば、波面変化器の面は、複屈折材料、例えば、液晶から成ることが可能である。液晶の主軸は、光軸１１９を横断する（例えば、光軸に直交する）方向に備えられる。液晶の分子は、それ故、第１偏向の放射線ビームが第２の異なる偏向の放射線ビームとは異なる波面変化器の屈折率を現す。それ故、放射線の入射ビームの異なる偏向は、光学要素により異なる波面変化を現すことが可能である。

同様に、波面変化器の面が回折格子を規定する場合、その回折格子のステップは所定の高さを有し、それ故、少なくとも１つの離散ステップにおいて、ステップは、所定の波長の放射線の入射ビームに対して実質的に２πの整数倍である位相変化を導入するように備えられる。それ故、光学要素がその特定の離散状態にあるときに、波面変化器に入射するその特定の波長の放射線ビームは、その回折格子により変化されることはない。しかしながら、波面変化器がその特定の離散状態にあるときに、回折格子のステップに入射する他の波長の放射線ビームは、波面変化器により構成される回折格子により回折される。

上記の実施形態におけるチャンバについては、円筒状であるとして説明している。しかしながら、チャンバは、例えば、立方系又は他の何れかの所定の形状に形成されることが可能であることが理解できるであろう。全ての実施形態において、チャンバは２つの流体を囲んでいる（即ち、内側にそれらを全部収容している）。

図１Ａ乃至２Ｂに示す実施形態に関連して、第１流体１２０と第２流体１２２との間の界面１２４については、動作の第１離散モード（図１Ａ及び１Ｂ）において平面状であるとして説明している。界面１２４は、第１流体１２０について、第２流体１２２と同じ濡れ性を有する側壁１１０のために、平坦である。それ故、界面１２４は側壁１１０に対して垂直に伸びている。しかしながら、側壁１１０の濡れ性は、それらの流体のどちらかに対して大きいことが可能である。このことは、界面又はメニスカス１２４の角度を変える。界面１２４は、可及的に最小エネルギーになろうとするため、表面１２４は、側壁表面１２４が流体の一により好適に濡れる場合（光学要素が第１離散状態にあるとき）に、局面化される（側壁が光軸に対して平行に伸びていることを前提として）。代替として、側壁の濡れ性は、変化した流体のスイッチングシステムを用いて、連続的な所定領域に亘って動的に制御されることが可能である。

図３は、第１離散状態におけるスイッチング可能光学要素２００を示している。光学要素２００は、一般に、図１Ａ乃至２Ｂに示している光学要素１００に相当する。光学要素２００の第２離散状態は、図２Ａ及び２Ｂに示すのと同じ位置にある流体１２０、１２２を有する。

しかしながら、図３に示す実施形態においては、側壁１１０点の濡れ性は動的に制御される。側壁１１０′の濡れ性を変えることにより、変化される流体１２０、１２２間の界面１２４′の形状（即ち、曲率）が変わる。流体１２０、１２２は異なる屈折率を有するため、界面の凹状の、複雑な及び平坦な界面１２４′の曲がり及び／又は系面１２４′の曲率を変えることにより、入射する放射線に対する界面により与えられる有効な光パワーが変わる。このことは、光学要素２００の付加的な機能性を与える。

例えば、光学要素２００は、３つの異なる放射線ビームを用いる装置において用いられることが可能である。光学要素２００は、その装置が第１放射線ビームか又は第２放射線ビームのどちらかを用いるときに一の離散状態にあるように、及び、その装置が第３放射線ビームを用いるときに他の離散状態にあるように制御される。界面１２４′の曲がりは、何れかの放射線ビームのフォーカシング又はデフォーカシングの必要な度合いを与えるように、用いられている放射線ビームに応じて変えられることが可能である。

表面１１０′の濡れ性は、側壁１１０′の内側表面に隣接して位置付けられている付加電極１３６を用いることにより調整される。電極１３６は側壁１１０に対して平行に伸びている。この実施形態においては、電極１３６は輪状であり、光軸１１９と同心円状である。電極１３６は、チャンバの内側表面（即ち、チャンバ内の流体）とは電気的に絶縁されている。電極１３２と電極１３６との間に電圧電源１３０から電圧を印加することにより、電極１３６に隣接するチャンバの内側表面の濡れ性を変えることが可能である。その表面の濡れ性は印加電圧に依存する。

そのようなシステムは、界面１２４′の光パワーを調整することを可能にする。

更なる実施形態においては、波面変化器の面に隣接する電極１３４は、独立してアドレス指定可能である複数の部分から成る。換言すれば、異なる電圧を、電極１３４の異なる部分に印加することが可能である。それ故、波面変化器の面の異なる領域の濡れ性を独立して変えることが可能である。このことは、流体の移動を容易にするように、アドレス指定可能な部分の各々において時間の関数として印加電圧を変えることにより、動作の異なる離散モード間のスイッチングを容易にするように用いられることが可能である。同様に、異なる電圧が、電極部分の方にその電極部分を覆う第２流体の一部を選択的に引きつける（しかし、第１流体１２０が波面変化器の全体の面を尚も覆っているように、電圧は所定値である）ように、電極１３４の異なる部分に印加されることが可能である。それ故、界面１２４、１２４′の形状は、入射ビームに球面収差を与えるように（例えば、球面収差補償のために）、電極の、独立してアドレス指定可能な部分を用いて変形されることが可能である。メニスカスの周囲は、壁の形状又は濡れ性における急激な変化によりその壁に固定されることが可能である。そのような構成を用いて、メニスカスの形状は、電極１３４への電圧の適切な制御により、凸状、平坦及び凹状の間で変えられることが可能である。

上記のスイッチング可能光学要素は種々の装置において利用可能である。

例えば、図４は、第１放射線ビーム４により第１光記録担体３の第１情報層２を走査するための装置１であって、対物レンズ系８を有する、装置１を示す図である。

光記録担体３は、情報層２が備えられている一の側において、透明層を有する。透明層５から離れて対向する情報層２の側は、保護層６により環境の影響から保護されている。装置に対向する透明層の側は入射面と呼ばれる。透明層５は、情報層２のために機械的支持を与えることにより光記録担体３のための基板としての役割を果たす。代替として、透明層５は、単に情報層を保護する機能を有することが可能である一方、機械的支持は、例えば、最上部の情報層に接続されている付加情報層及び透明層及びにより又は保護層６により、情報層２の他の側におけるある層により与えられる。情報層は、図１に示すようなこの実施形態においては、透明層５の厚さに相当する情報層の深さ２７を有することを特記しておく。情報層２は担体３の表面である。

情報は、実質的に平行な同心円状又は螺旋状のトラックにおいて配列された光学的に検出可能なマークの形で記録担体の情報層２に記憶される。トラックは、フォーカシングされる放射線ビームのスポットにより追跡されることが可能である経路である。それらのマークは、何れかの光学的に読み出し可能な形に、例えば、ピット、ある反射係数を有する領域、周囲と異なる磁化方向又はそれらの組み合せの形にあることが可能である。その場合、光記録担体３はディスクの形状を有する。

図２に示すように、光走査装置１は、放射線源７、コリメータレンズ１８、ビームスプリッタ９、光軸１９ａを有する対物レンズ系８、スイッチング可能光学要素３０及び検出システム１０を有する。更に、光走査装置１は、サーボ回路１１、焦点アクチュエータ１２、径方向アクチュエータ１３及びエラー補正のための情報処理ユニット１４を有する。

この特定の実施形態においては、放射線源７は、第１放射線ビーム４、第２放射線ビーム４′及び第３放射線ビーム４′′を連続的に又は別個に供給するために備えられている。例えば、放射線源７は、第３ビームを供給する別個のレーザを有する放射線ビーム４、４′及び４′′の二を連続的に供給するための可変半導体レーザ、又はそれらの放射線ビームを別個に供給するための３つの半導体レーザを有することが可能である。

放射線ビーム４は波長λ_１及び偏向ｐ_１を有し、放射線ビーム４′は波長λ_２及び偏向ｐ_２を有し、放射線ビーム４′′は波長λ_３及び偏向ｐ_３を有する。波長λ_１、λ_２及びλ_３は全て異なる。好適には、何れかの２つの波長の間の差分は２０ｎｍに等しい又は２０ｎｍより大きく、より好適には、５０ｎｍより大きい。偏向ｐ_１、ｐ_２及びｐ_３の少なくとも２つは互いに異なっていることが可能である。

コリメータレンズ１８は、発散放射線ビーム４を実質的にコリメートされたビーム２０に変換するために光軸１９ａに備えられている。同様に、そのコリメータレンズは、放射線ビーム４′及び４′′を２つのそれぞれの実質的にコリメートされたビーム２０′及び２０′′に変換する（図４には示していない）。

ビームスプリッタ９は、対物レンズ系８の方に光軸に沿って放射線ビームを搬送するために備えられている。図示している実施例においては、放射線ビームは、ビームスプリッタ９を通る搬送により対物レンズ系の方に搬送される。好適には、ビームスプリッタ９は、光軸に対して角度αで、より好適には、α＝４５°で傾けられた平行平面板により成る。この特定の実施形態においては、対物レンズ系８の光軸１９ａは放射線源７の光軸と共通である。

対物レンズ系８は、情報層２の位置において第１走査スポット１６を形成するように、第１フォーカシング放射線ビーム１５にコリメート放射線ビーム２０を変換するように備えられている。

走査中、記録担体３はスピンドルにおいて回転し（図示せず）、情報層２は、その場合、透明層５を通って走査される。フォーカシング放射線ビーム１５は情報層２において反射し、それにより、反射ビーム２１が得られ、その反射ビームは、前方集束ビーム１５の
光路を戻る。対物レンズ系８は、反射放射線ビーム２１を反射コリメート放射線ビーム２０に変換する。

ビームスプリッタ９は、検出システム１０の方に光路２２に沿って反射放射線２２の少なくとも一部を搬送することにより反射放射線ビーム２２から前方放射線ビーム２０を分離する。この例示としての実施例においては、反射放射線ビーム２２は、ビームスプリッタ９におけるプレートからの反射により検出システム１０の方に搬送される。図示している特定の実施形態においては、ビームスプリッタ９は偏向ビームスプリッタである。４分の１波長板９′は、ビームスプリッタ９と対物レンズ系８との間に光軸１９ａに沿って位置付けられている。４分の１波長板９′と偏光ビームスプリッタ９の組み合わせは、反射放射線ビーム２２の大部分が検出システムの光軸１９ｂに沿って検出システム１０の方に搬送される。検出システムの光軸１９ｂは、検出システム１０の方に反射放射線２２の少なくとも一部を搬送するビームスプリッタ９のために、光軸１９ａの延長である。それ故、対物レンズ系の光軸は、参照番号１９ａ及び１９ｂで現される軸を有する。

検出システム１０は、前記の反射放射線ビーム２２の一部を捕捉するために備えられている検出器２３と集束レンズ２５とを有する。

検出器は、前記の反射ビームの一部を少なくとも１つの電気信号に変換するように備えられている。

それらの信号の位置は情報信号であり、その情報信号の値は情報増２において走査された情報を表す。情報信号は、エラー補正のために情報処理ユニット１４により処理される。

検出システム１０からの他の信号は焦点エラー信号及び径方向トラッキングエラー信号である。焦点エラー信号は、走査スポット１６と情報層２の位置との間のＺ軸方向の高さにおける軸方向の差分を表す。好適には、この信号は、文献“Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｃ Ｓｙｓｔｅｍ”，ｂｙ Ｇ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ，Ｊ．Ｂｒａａｔ，Ａ．Ｈｕｉｊｉｓｅｒ ｅｔ ａｌ，ｐｐ．７５−８０（Ａｄａｍ Ｈｉｌｇｅｒ １９８５ＩＳＢＮ ０−８５２７４−７８５−３）に記載されていて、それ自体既知である“非点収差方法”により生成される。径方向トラッキングエラー信号は、走査スポット１６により追跡される情報層２におけるトラックの中心と走査スポット１６との間の情報層２のＸＹ平面における距離を表す。この信号は、上記のＧ．Ｂｏｕｗｈｕｉｓ等による文献の７０乃至７３ページにまた、記載されている“径方向プッシュプル方法”により生成される。

サーボ回路１１は、焦点及び径方向トラッキングエラー信号に応じて、焦点アクチュエータ１２及び径方向アクチュエータ１３のそれぞれを制御するためにサーボ制御信号を供給するために備えられている。焦点アクチュエータ１２は、走査スポット１６の位置が情報層２の平面と実質的に一致するように、Ｚ軸に沿って対物レンズ８の位置を制御し、それにより、走査スポット１６の位置を制御する。径方向アクチュエータ１３は、対物レンズ８の位置を変えることにより情報層２において追跡されるトラックの中心線と走査スポット１６の径方向位置が一致するように、走査スポット１６の径方向位置を制御する。

対物レンズ８は、走査スポット１６を形成するように、第１開口率ＮＡ_１を有するフォーカシング放射線ビーム１５にコリメート放射線ビーム２０を変換するように備えられている。換言すれば、光走査装置１は、波長λ_１、偏向ｐ_１及び開口率ＮＡ_１を有する放射線ビーム１５により第１情報層を走査することができる。

更に、この実施形態における光走査装置１はまた、放射線ビーム４′により第２光記録担体３′の第２情報層２′を、及び放射線ビーム４′′により第３光記録担体３′′の第３情報層２′′を走査することができる。それ故、対物レンズ系８は、情報層２′の位置において第２走査スポット１６′を形成するように、第２開口率ＮＡ_２を有する第２フォーカシング放射線ビーム１５′にコリメート放射線ビーム２０′を変換する。対物レンズ８はまた、情報層２′′の位置において第３走査スポット１６′′を形成するように、第３開口率ＮＡ_３を有する第３フォーカシング放射線ビーム１５′′にコリメート放射線ビーム２０′′を変換する。

走査スポット１６、１６′、１６′′の何れか一又はそれ以上が、エラー信号の供給で用いる２つの付加スポットと共に形成されることが可能である。例えば、本発明の実施形態にしたがったスイッチング可能光学要素３０は光ビーム２０の経路に位置付けられている。そのスイッチング可能光学要素は、光走査装置が第１及び第２放射線ビームを用いて動作されるときに、第１離散モードで動作され、光走査装置が第３放射線ビームを用いて動作されるときに、第２離散モードで動作される。波面変化器の面は、エラー信号の供給で用いる２つの付加スポットを供給するように、回折格子として備えられる。回折要素の２つの流体は異なる屈折率を有する。それらの流体の一は、波面変化器の面の回折格子を規定する材料と同じ屈折率を有する。離散状態の一において、波面変化器は、エラー信号の供給で用いる２つの付加スポットを供給するように、入射放射線ビームを回折する。他の離散状態においては、スイッチング可能光学要素は入射する放射線を回折せず、それ故、それらの２つの付加スポットは形成されない。好適には、光学要素のメニスカスの形状は、図３に示す実施形態を参照して説明しているように、光パワーを与えるように変化されることが可能である。このことは、例えば、放射塩ビーム１５、１５′、１５′′の一について、二層読み出しを容易にするように用いられることが可能である。

光走査装置における要素３０を使用する他の実施例は、少なくとも２つの異なるディスクフォーマット（例えば、単独の光ドライブにおける）の読み出し／書き込みを可能にする。その例は、国際公開第２００４／０２７４９０号パンフレットに記載されていて、その文献の援用により本明細書の説明の一部を代替する。スイッチング可能光学要素は、光記録担体の異なるフォーマットを読み出すように光走査装置の互換性を可能にするように、放射線ビームの波面を変えるように用いられる。波面変化器は動作される記録担体の種類に限定的である。

光記録担体３と同様に、光記録担体３′は、情報層２′が第２情報層深さ２７′を有して備えられている一の側において第２透明層５′を有し、光記録担体３′′は、情報層２′′が第２情報層深さ２７′′を有して備えられている一の側において第３透明層５′′を有する。

この実施形態においては、光記録担体３、３′、３′′は、“ブルーレイディスク”フォーマットディスク、ＤＶＤフォーマットディスク及びＣＤフォーマットディスクのみを例としている。それ故、波長λ_１は、３６５乃至４４５ｎｍの範囲内にあり、好適には、４０５ｎｍである。開口率ＮＡ_１は読み出しモード及び書き込みモードの両方において０．８５に等しい。波長λ_２は、６２０乃至７００ｎｍの範囲内にあり、好適には、６５０ｎｍである。開口率ＮＡ_２は、読み出しモードにおいては約０．６に等しく、書き込みモードにおいては、約０．６であり、好適には、０．６５である。波長λ_３は、７４０乃至８２０ｎｍの範囲内にあり、好適には、７８５ｎｍである。開口率ＮＡ_３は０．５以下であり、好適には、ＣＤフォーマットディスクからの情報の読み出しについては０．４５であり、好適には、ＣＤフォーマットディスクからの情報の書き込みについては０．５乃至０．５５の範囲内にある。

第１離散状態における、第１実施形態にしたがってスイッチング可能光学要素の側部断面図である。 第１離散状態における、第１実施形態にしたがってスイッチング可能光学要素の平面図である。 第２離散状態における、第１実施形態にしたがってスイッチング可能光学要素の側部断面図である。 第２離散状態における、第１実施形態にしたがってスイッチング可能光学要素の平面図である。 第１離散状態における、第２実施形態にしたがってスイッチング可能光学要素の側部断面図である。 本発明の実施形態にしたがったスイッチング可能光学要素を組み込んだ光走査装置の模式図である。

Claims (19)

1. 光軸を有するスイッチング可能光学要素であって、チャンバを有するスイッチング可能光学要素であり：
   前記チャンバの内側表面を規定する面を有する波面変化器であって、前記面は前記光軸を横切って広がっている、波面変化器；並びに
   第１流体及び第２流体であって、該第１流体及び第２流体は非混和性であり、界面において接している、第１流体及び第２流体；
   を有するスイッチング可能光学要素であり、
   前記スイッチング可能光学要素は、前記第１流体が前記波面変化器の前記面を実質的に覆っている第１離散状態と、前記第２流体が前記波面変化器の前記面を実質的に覆っている第２離散状態との間でスイッチング可能であり；
   前記チャンバは、前記第１離散状態及び前記第２離散状態の両方において前記第１流体及び第２流体の両方を囲んでいて、前記界面は前記第１離散状態において前記光軸を横切って広がっている；
   スイッチング可能光学要素。
2. 請求項１に記載のスイッチング可能光学要素であって、エレクトロウェッティング効果を用いて前記第１流体及び第２流体を移動させることにより前記第１離散状態と前記第２離散状態との間で前記光学要素を切り替えるように備えられている流体スイッチングシステムを更に有する、スイッチング可能光学要素。
3. 請求項２に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記スイッチングシステムは、前記第２流体に結合されている第１電極と、前記波面変化器の前記面に隣接して位置付けられている第２電極とを有する、スイッチング可能光学要素。
4. 請求項３に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記波面変化器の前記面は、前記チャンバ内で前記第２電極と前記第１流体及び第２流体との間に絶縁バリアを構成する第１接触層を有する、スイッチング可能光学要素。
5. 請求項３又は４に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記第２電極は前記波面変化器の前記面に隣接し、前記波面変化器の前記面から固定された所定距離で伸びている、スイッチング可能光学要素。
6. 請求項３乃至５の何れか一項に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記第２電極は複数の、独立してアドレス指定される部分を有する、スイッチング可能光学要素。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記波面変化器の前記面は非平面である、スイッチング可能光学要素。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記波面変化器の前記面は少なくとも１つの凸部を規定する、スイッチング可能光学要素。
9. 請求項７に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記少なくとも１つの凸部は高さが５０μｍ以下である、スイッチング可能光学要素。
10. 請求項７又は８に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記少なくとも１つの凸部は回折格子を成す、スイッチング可能光学要素。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記チャンバは、前記界面が前記第１離散状態において広がっている少なくとも１つの側壁を有する、スイッチング可能光学要素。
12. 請求項１１に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記側壁の濡れ性は、前記第１離散状態にあるときに前記界面は前記光軸を横切る面内に広がっているようになっている、スイッチング可能光学要素。
13. 請求項１１に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記側壁の濡れ性は、前記第１離散状態にあるときに前記界面は局面化されるようになっている、スイッチング可能光学要素。
14. 請求項１１乃至１３の何れか一項に記載のスイッチング可能光学要素であって、前記側壁の前記濡れ性を制御するように前記少なくとも１つの側壁に隣接して位置している界面電極を更に有する、スイッチング可能光学要素。
15. 請求項１乃至１４の何れか一項に記載のスイッチング可能光学要素を有する装置。
16. 請求項１５に記載の装置であって、光走査装置である、装置。
17. 光軸を有するスイッチング可能光学要素であって、チャンバを有するスイッチング可能光学要素；
    前記チャンバの内側表面を規定する面を有する波面変化器であって、前記面は前記光軸を横切って広がっている、波面変化器；並びに
    第１流体及び第２流体であって、該第１流体及び第２流体は非混和性であり、界面において接している、第１流体及び第２流体；
    を有する装置を動作させる方法であって：
    前記スイッチング可能光学要素は、前記第１流体が前記波面変化器の前記面を実質的に覆っている第１離散状態と、前記第２流体が前記波面変化器の前記面を実質的に覆っている第２離散状態との間でスイッチング可能であり；
    前記チャンバは、前記第１離散状態及び前記第２離散状態の両方において前記第１流体及び第２流体の両方を囲んでいて、前記界面は前記第１離散状態において前記光軸を横切って広がっている；
    方法であり、
    前記第１離散状態と前記第２離散状態との間で前記スイッチング可能光学要素を切り替える段階；
    を有する方法。
18. 請求項１７に記載の方法であって、前記装置は、動作の第１モードにおいて放射線の第１ビームを、動作の第２モードにおいて第２ビームを供給するように備えられている放射線源を更に有する、方法であり：
    前記放射線源の前記の動作のモードを表す信号に応じて前記第１離散状態及び前記第２離散状態間で前記光学要素を切り替える段階；
    を有する方法。
19. 光軸を有するスイッチング可能光学要素を製造する方法であって、該方法はチャンバを備える段階を有する方法であり：
    前記チャンバの内側表面を規定する面を有する波面変化器を備える段階であって、前記面は前記光軸を横切って広がっている、段階；並びに
    第１流体及び第２流体を備える段階であって、該第１流体及び第２流体は非混和性であり、界面において接している、段階；並びに
    前記スイッチング可能光学要素は、前記第１流体が前記波面変化器の前記面を実質的に覆っている第１離散状態と、前記第２流体が前記波面変化器の前記面を実質的に覆っている第２離散状態との間で前記スイッチング可能光学要素を切り替えるために流体スイッチングシステムを備える段階であって、前記チャンバは、前記第１離散状態及び前記第２離散状態の両方において前記第１流体及び第２流体の両方を囲み、前記界面は前記第１離散状態において前記光軸を横切って広がっている、段階；
    を有する方法。

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