情報担体を走査する光学装置
情報担体を走査する光学走査装置が提供される。当該装置は、情報担体の走査のための放射線スポットアレイを入力放射線ビームから生成するように構成された光学素子アレイを含んでいる。当該装置は更に、放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用するように構成された収差光学素子を含んでいる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射スポットアレイを用いて情報担体を走査する光学走査装置、該装置で使用される光学素子、及び走査方法に関する。本発明は光データ記憶の分野で使用されてもよい。
【背景技術】
【０００２】
光学式記憶は、例えばＣＤ（コンパクトディスク）及びＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）の規格に基づく記憶システムにおいて、コンテンツ配信のために幅広く使用されている。光学式記憶は、情報担体が容易且つ安価に複製される点で、ハードディスク及び半導体記憶に対して大きな利点を有している。
【０００３】
しかしながら、駆動装置内の多量の可動部のため、読み出し動作時に可動部に要求される安定性を考慮するに、この種の記憶装置を用いる既知の用途は読み出し動作を行う時の衝撃に対して堅牢ではない。結果として、光学式記憶は、例えば可搬式装置などの、衝撃が加えられる用途においては容易に用いられることができないでいる。
【０００４】
最近、情報担体を走査するために光放射スポットのアレイを使用する新規の代替的な光学式記憶システムが提案されている。この情報担体はコンテンツ配信に使用されることができる。提案されたシステムの仕様は、切手サイズ（＜１平方インチ）のディスクに１ギガバイト程度情報密度及び記憶容量を提供し得るものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、情報担体を走査するための光学走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に従って提供される情報担体を走査する光学走査装置は：情報担体の走査のための放射線スポットアレイを入力放射線ビームから生成するように構成された光学素子アレイを有し；当該装置は更に、放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用するように構成された収差光学素子を有する。
【０００７】
このような収差光学素子を装置内に組み込むことにより、装置の性能が向上される。収差光学素子は所定の光収差を放射線に与え、さもなければ放射線スポット群に、例えば光学素子アレイの像内に、生じるであろう収差を相殺する。これにより、情報担体のデータ密度の増大が可能にされる。
【０００８】
収差光学素子は光学素子アレイと放射線スポット群との間の光路上に配置されていてもよい。
【０００９】
収差光学素子は入力放射線ビームのソースと光学素子アレイとの間の光路上に配置されていてもよい。
【００１０】
収差光学素子は実質的に放射線の位相のみを変化させるように構成されていてもよい。
【００１１】
好ましくは、収差光学素子は、実質的に均一な屈折率を有する透明材料を有し、該材料の厚さは所定の光収差をもたらすように該素子の全域で変化している。
【００１２】
収差光学素子は個別素子として形成されていてもよい。
【００１３】
収差光学素子は前記光学素子アレイを含んでいてもよい。
【００１４】
光学素子アレイはレンズアレイ又は開口アレイであってもよい。
【００１５】
光学素子アレイは該光学素子アレイから実質的にタルボット距離の位置に前記スポット群を生成するように構成されていてもよい。
【００１６】
収差光学素子は、光学素子アレイのサイズが有限であることに起因する放射線スポット群における光収差を補正するために、所定の光収差を適用するように構成されていてもよい。
【００１７】
当該装置は、情報担体によって生成された出力光ビームアレイから情報を検出するように構成された光センサーアレイを有していてもよい。
【００１８】
本発明の第２の態様に従って提供される情報担体を走査する光学走査装置にて使用される収差光学素子にあっては、前記装置は、情報担体の走査のための放射線スポットを入力放射線ビームから生成するように構成された光学素子アレイを有し；当該収差光学素子は放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用するように構成されている。
【００１９】
本発明の第３の態様に従って提供される情報担体を走査する方法は：情報担体の走査のための放射線スポット群の２次元アレイを入力放射線ビームから生成する段階；及び放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用する段階を有する。
【００２０】
本発明の第４の態様に従って提供される情報担体を走査する光学走査装置を製造する方法は：情報担体の走査のための放射線スポットアレイを入力放射線ビームから生成する光学素子アレイを設ける段階；及び放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用する収差光学素子を設ける段階を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
続いて、本発明の実施形態について、単に例示として、添付の概略的な図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分又は副工程については同様にして指し示すこととする。
【００２２】
最初に、全般的な新規システム（すなわち、光学走査装置及び情報担体）と、取り得る様々な実施形態に関する実施例について、図１乃至１６を参照しながら詳細に説明する。その後、上記システムで発生する光収差について、システム性能を向上させるために収差光学素子が本発明の実施形態に従ってどのように上記システム内に実装され得るかの例とともに詳細に説明する。
【００２３】
システムは情報担体に記憶されたデータを走査するように構成されている。走査するという用語は、担体から情報を読み取ることと、担体に情報を書き込むこととの双方を包含するよう意図される。光学走査装置は一方の機能又は双方の機能の何れを実行するように構成されていてもよい。
【００２４】
情報担体は、データマトリックスのようにアレイ状に編成されたデータを記憶するものである。このデータは好ましくはバイナリー形式、すなわち１及び０から成る形式、である。情報担体が透過的に読み出されるように意図される場合、情報担体に記憶されたバイナリーデータの状態は透明領域と不透明（すなわち、光吸収）領域とによって表される。他の例では、情報担体が反射的に読み出されるよう意図される場合、情報担体に記憶されたバイナリーデータの状態は非反射（すなわち、光吸収）領域と反射領域とによって表される。これらの領域は、例えばガラス、プラスチック、又は磁気特性を有する材料などの材料内に印される。システムは：
− 情報担体を走査するための光スポットアレイを入力光ビームから生成する光学素子、
− 情報担体によって生成された出力光ビームのアレイからデータを検出する検出器、
を有する。
【００２５】
このシステムは、データマトリックス状に編成されたバイナリーデータを記憶するように意図された静止した情報担体（光カードとも呼ばれる）を含むことができる。情報担体上のビットは、例えば、透明領域と不透明領域とによって表される。
【００２６】
この情報担体は単一の光ビームではなく、光学素子アレイによって生成された光スポットアレイによって照射されるように意図されている。この光学素子は有利には、タルボット効果を引き出すように設計されたマイクロレンズアレイ又は開口アレイに相当する。
【００２７】
各々の光スポットは情報担体上で読み取られる特定領域のデータを選択し、このデータは検出器によって検出される。光学素子を情報担体の上方で移動させることにより、光スポット群は情報担体全体を走査することができる。
【００２８】
情報担体は静止しているので、可動素子数は大いに削減され、このシステムは堅牢な機械的ソリューションを提供する。
【００２９】
このシステムは、情報担体が静止しているという点で半導体記憶の利点と、システムが有する読み取り装置から取り外し可能である点で光学式記憶の利点とを併せ持つ情報担体の使用を可能にする。
【００３０】
図１に示される第１実施形態において、情報担体１０１に記憶されたデータを読み取るシステム（すなわち、光学走査装置）は、入力光ビーム１０４から光スポットのアレイ１０３を生成する光学素子１０２を有している。光スポットアレイ１０３は情報担体１０１を走査するためのものである。
【００３１】
光学素子１０２はマイクロレンズの２次元アレイに相当しており、その入力にはコヒーレントな入力光ビーム１０４が入射される。マイクロレンズアレイ１０２は、光スポットの焦点が情報担体上に合わされるように、情報担体１０１に対して平行且つ距離を置いて配置されている。マイクロレンズの開口数及び品質が光スポットの大きさを決定する。例えば、０．３に等しい開口数を有するマイクロレンズの２次元アレイ１０２が使用可能である。入力光ビーム１０４は入射レーザビームを拡げる導波路（図示せず）によって、あるいは結合されたマイクロレーザの２次元アレイによって実現され得る。
【００３２】
光スポット群は情報担体１０１の透明又は不透明領域に当てられる。光スポットが不透明領域に当てられる場合、それに応じて情報担体から出力光ビームは生成されない。光スポットが透明領域に当てられる場合、それに応じて情報担体によって出力光ビームが生成され、この出力光ビームが検出器１０５により検出される。検出器１０５は、故に、光スポットが当てられた領域のデータの値（例えば、バイナリー値）を検出するために使用される。
【００３３】
検出器１０５は有利には、例えばＣＭＯＳセンサー（相補型金属酸化物シリコン・センサー）又はＣＣＤ（電荷結合素子）であるセンサー素子のアレイから成る。例えば、情報担体の１つのデータ（すなわち、１ビット）を記憶する基本領域に対向して、検出器の１つのセンサー素子が配置される。この場合、検出器の１つのセンサー素子が情報担体の１つのデータを検出するよう意図される。
【００３４】
有利には、情報担体により生成された出力光ビームを検出器上に集光し、データの検出を改善するために、情報担体１０１と検出器１０５との間にマイクロレンズアレイ（図示せず）が配置される。
【００３５】
図２に示される第２実施形態においては、情報担体２０１に記憶されたデータを読み取るシステムは、入力光ビーム２０４から光スポットのアレイ２０３を生成する光学素子２０２を有している。光スポットアレイ２０３は情報担体２０１を走査するためのものである。
【００３６】
光学素子２０２は開口の２次元アレイに相当しており、その入力にはコヒーレントな入力光ビーム２０４が入射される。この開口は、例えば、１μｍ以下の直径を有する円形の開口に相当する。入力光ビーム２０４は入射レーザビームを拡げる導波路（図示せず）によって、あるいは結合されたマイクロレーザの２次元アレイによって実現され得る。
【００３７】
光スポット群は情報担体２０１の透明又は不透明領域に当てられる。光スポットが不透明領域に当てられる場合、それに応じて情報担体から出力光ビームは生成されない。光スポットが透明領域に当てられる場合、それに応じて情報担体によって出力光ビームが生成され、この出力光ビームが検出器２０５により検出される。図１に示された第１実施形態と同様に、検出器２０５は、故に、光スポットが当てられた領域のデータのバイナリー値を検出するために使用される。
【００３８】
検出器２０５は有利には、例えばＣＭＯＳセンサー又はＣＣＤであるセンサー素子のアレイから成る。例えば、情報担体の１つのデータ（すなわち、１ビット）を記憶する基本領域に対向して、検出器の１つのセンサー素子が配置される。この場合、検出器の１つのセンサー素子が情報担体の１つのデータを検出するよう意図される。
【００３９】
有利には、情報担体により生成された出力光ビームを検出器上に集光し、データの検出を改善するために、情報担体２０１と検出器２０５との間にマイクロレンズアレイ（図示せず）が配置される。
【００４０】
光スポットアレイ２０３は、以下のように作用する回折現象であるタルボット効果を引き出す開口アレイ２０２によって生成される。周期的な回折構造を有する物体、例えば開口アレイ等、にコヒーレントな光ビームが照射されるとき、開口アレイを通過直後のビームはコヒーレントな２次放射の周期的なアレイから成る。この回折光は、回折構造から予測可能な距離ｚ０に配置された平面にて、周期的な回折構造直後のビームの正確な像に再結合する。この距離ｚ０はタルボット距離として知られている。タルボット距離ｚ０は、回折構造の周期をｄ、入射光ビームの波長をλとして、ｚ０＝２ｄ２／λで与えられる。より一般的には、再結像は回折構造から更に離れた、タルボット距離の倍数であるｚ（ｎ）＝２ｎｄ２／λなる他の距離群ｚ（ｎ）で発生する。ここで、ｎは整数である。このような再結像はｎ＝１／２＋整数でも発生するが、この場合、像は半周期分だけシフトされる。この再結像はｎ＝１／４＋整数、及びｎ＝３／４＋整数でも発生するが、像は２倍の周波数を有するものとなり、すなわち、開口の周期性は開口アレイの周期性に対して半分にされたものとなる。
【００４１】
タルボット効果を引き出すことにより、光学レンズを必要とすることなく、開口アレイ２０２から比較的大きい距離の位置（ｚ（ｎ）によって表現される数百ミクロン）に高品質の光スポットアレイを生成することが可能になる。これにより、開口アレイ２０２と情報担体２０１との間に、情報担体２０１を汚染（例えば、埃、指紋など）から保護する被覆層を挿入することが可能になる。さらに、これにより実装が容易になるとともに、マイクロレンズアレイの使用と比較してコスト効率良く、情報担体に当てられる光スポットの密度を増大させることが可能になる。
【００４２】
図６は、このシステムの詳細図であり、情報担体６０１によって生成された出力光ビームからデータを検出するための検出器６０５を示している。この検出器は６０２、６０３、６０４として参照されるセンサー素子を有している。なお、示された素子数は理解を容易にするために限定されている。具体的には、素子６０２は情報担体のデータ領域６０６に記憶されたデータを検出するよう意図され、素子６０３は情報担体のデータ領域６０７に記憶されたデータを検出するよう意図され、そして素子６０４は情報担体のデータ領域６０８に記憶されたデータを検出するよう意図されている。各データ領域（マクロセルとも呼ばれる）は一組の基本データを有する。例えば、データ領域６０６は６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄと参照されるバイナリーデータを有する。
【００４３】
この実施形態においては、検出器の１つのセンサー素子が一組のデータを検出するように意図されており、このデータセット間の各基本データは、図１に示されたマイクロレンズアレイ１０２又は図２に示された開口アレイの何れかによって生成される単一の光スポットによって連続して読み取られる。情報担体上のデータのこの読み取り技術は、以下において、マクロセル走査と呼ばれる。
【００４４】
図６に基づく図７は、情報担体７０１のマクロセル走査の非限定的な一例を示している。
【００４５】
情報担体７０１上に記憶されたデータは黒色領域（すなわち、不透明領域）又は白色領域（すなわち、透明領域）の何れかによって指し示された２つの状態を有する。例えば、黒色領域は“０”のバイナリー状態に相当し、白色領域は“１”のバイナリー状態に相当する。
【００４６】
検出器７０５のセンサー素子が、情報担体７０１により生成された出力光ビームによって照射されるとき、センサー素子は白色領域により表されている。この場合、センサー素子は第１の状態を有する電気出力信号（図示せず）を供給する。逆に、検出器７０５のセンサー素子が情報担体から如何なる出力光ビームを受け取らないとき、センサー素子は斜線領域によって表されている。この場合、センサー素子は第２の状態を有する電気出力信号（図示せず）を供給する。
【００４７】
この例においては、各データセットは４つの基本データを有しており、単一の光スポットが同時に各データセットに当てられている。光スポット７０３による情報担体７０１の走査は、例えば左から右に、２つの基本データ間の距離に等しい横方向変位を増加させながら実行される。
【００４８】
位置Ａにおいては、全ての光スポットは不透明領域に当てられているため、検出器領域の全てのセンサーは第２の状態にある。
【００４９】
位置Ｂにおいては、光スポットの右への変位後、左側の光スポットは透明領域に当てられているため対応するセンサーは第１の状態にあるが、他の２つの光スポットは不透明領域に当てられているため検出器の対応する２つのセンサーは第２の状態にある。
【００５０】
位置Ｃにおいては、光スポットの右への変位後、左側の光スポットは不透明領域に当てられているため対応するセンサーは第２の状態にあるが、他の２つの光スポットは透明領域に当てられているため検出器の対応する２つのセンサーは第１の状態にある。
【００５１】
位置Ｄにおいては、光スポットの右への変位後、中央の光スポットは不透明領域に当てられているため対応するセンサーは第２の状態にあるが、他の２つの光スポットは透明領域に当てられているため検出器の対応する２つのセンサーは第１の状態にある。
【００５２】
情報担体７０１の走査は、検出器のある１つのセンサーに面するデータセットの全てのデータに光スポットが当てられたときに完了する。情報担体に当てられる光スポットは２次元アレイを形成しているので、検出器のセンサーに対向するデータセットは、例えば、基本データの列毎に、且つ基本データの所与の列の基本データ毎にというように、連続して読み取られる。これは情報担体の２次元走査を意味する。
【００５３】
図７に提示される例は、データはバイナリーの基本データに代えて、例えば多値スキームを用いて更に高い分解能で符号化され得るということにおいても非限定的なものである。一例は、４階調（０、１／４、１／２、３／４）を区別することにより画素毎に２つの基本ビットが検出されるスキームである。
【００５４】
図８は、図２に示されるシステムを３次元的に示している。これは、情報担体８０１に当てられる光スポットのアレイを生成する開口アレイ８０２を有している。各々の光スポットは情報担体８０１の２次元データセット（太線の四角で表されている）上に当てられ、且つ走査される。この光スポットに応答して、情報担体はそれに応じて出力光ビームを生成し（あるいは、光スポットが不透明領域に当てられる場合には、生成しない）、出力光ビームは、走査されるデータセットに対向する検出器８０３のセンサーによって検出される。情報担体８０１の走査は、開口アレイ８０２をｘ軸及びｙ軸に沿って変位させて行われる。
【００５５】
開口アレイ８０２、情報担体８０１、及び検出器８０３は平行平面群に積層されている。開口アレイ８０２は唯一の可動部である。
【００５６】
図１に示されたシステムの３次元表示は、開口アレイ８０２をマイクロレンズアレイ１０２によって置き換えると、図８に示されたものと同一となる。
【００５７】
光スポットアレイによる情報担体の走査は、情報担体に平行な平面内で行われる。走査装置は情報担体の全表面を走査するため、ｘ及びｙの二方向への並進運動を行う。
【００５８】
図３に示される第１の解法においては、走査装置はＨ型ブリッジに相当している。光スポットを生成する光学素子（すなわち、マイクロレンズアレイ又は開口アレイ）は第１のスレッジ（ｓｌｅｄｇｅ）３０１内に実装されており、第１のスレッジ３０１は第２のスレッジ３０２に対してｙ軸方向に移動可能である。このため、第１のスレッジ３０１はガイド３０７、３０８と接触する接合部３０３、３０４、３０５、３０６を有する。第２のスレッジ３０２はガイド３０９、３１０と接触する接合部３１１、３１２、３１３、３１４によってｘ軸方向に移動可能である。スレッジ３０１及び３０２は、例えばジャッキとして動作するステッピングモータ、磁気アクチュエータ、又は圧電アクチュエータなどの、作動装置（図示せず）によって平行移動させられる。
【００５９】
図４に示される第２の解法においては、走査装置はフレーム４０１にて支持されている。フレーム４０１を吊すために使用される要素は、図５にて３次元的に詳細に示されている。これらの要素は：
− 第１の板バネ４０２、
− 第２の板バネ４０３、
− 走査装置４０１のｘ軸方向への作動をもたらす第１の圧電素子４０４、及び
− 走査装置４０１のｙ軸方向への作動をもたらす第２の圧電素子４０５
を有している。図４に示された第２の解法は、図３に示されたＨブリッジの解法より少ない機械伝導装置を有する。フレーム４０１に接触する圧電素子は、電圧変化が圧電素子の寸法変化を生じさせ、それによりｘ及び／又はｙ軸方向へのフレーム４０１の変位をもたらすように電気制御される（図示せず）。
【００６０】
位置Ｐ１は第１の位置にある走査装置４０１を示しており、一方、位置Ｐ２はｘ軸方向への平行移動後の第２の位置にある走査装置４０１を示している。板バネ４０２及び４０３の柔軟性がはっきりと表されている。
【００６１】
同様の構成が、２つの追加の圧電素子が板バネ４０２及び４０３を置換して、４つの圧電素子を用いて構築され得る。この場合、対向する圧電素子の対は拮抗筋の対と同様にして１次元内で協働する。
【００６２】
図９は、情報担体９０１の走査が可動部品を用いることなく実現された改善システムを示している。図９は図２に基づいているが、入力光ビーム９０４の経路内に配置された位相変調器９０６を追加的に有している。
【００６３】
入力光ビーム９０４に、そして位相プロファイルを変化させることに、位相変調器９０６によって定められた位相プロファイルを適用することによって、非機械的な走査が実現される。位相変調器９０６は入力光ビーム９０４の位相を横方向の距離ｘ（及び／又はｙ）に関して変化させる。
【００６４】
なお、位相変調器９０６はまた、開口アレイ９０２と情報担体９０１との間に配置されることもできる（図示せず）。
【００６５】
位相φ（ｘ）が位置ｘに関して線形に変化するように位相変調器９０６が作用するとき、横軸ｘ方向への光スポットアレイ９０３の横方向シフトΔｘがもたらされる。位相φ（ｘ）と横方向位置ｘとは次の関係によって結び付けられるとして定めることが可能である：
φ（ｘ）＝（２π／ａ）・（ｘ／λ） …等式１
但し、ｘは（例えば、位相変調器９０６の左端からの）横方向位置、λは入力光ビーム９０４の波長、ａは可変パラメータである。
【００６６】
等式１によって定められる位相プロファイルが位相変調器９０６によって為される場合、光スポットアレイ９０３の横方向シフトΔｘは次の関係によって与えられることが示される：
Δｘ＝ａＺ …等式２
但し、Ｚは有利にはタルボット距離ｚ０、又はタルボット距離ｚ０の整数倍若しくは約数に相当する一定値である。
【００６７】
パラメータａは、横方向シフトΔｘを変化させることを考慮して位相プロファイルの線形係数を修正することを可能にする。パラメータａの値ごとに、異なる位相プロファイルが定められる。パラメータａの変化は、結果として、スポットのｘ方向へのシフトをもたらす。
【００６８】
情報担体９０１の全表面を走査するためには、情報担体の各マクロセルがスポットアレイの内の１つの光スポットによって走査されなければならない。マクロセルの走査は、故に、ｘ及びｙ軸方向への２次元走査に相当する。この２次元走査は、ｘ及びｙ軸に従って線形位相変調を同時に定める際に実行され、定められる位相プロファイルは（等式１によって定められる）ｘ軸に従った線形位相プロファイルと、（ｘをｙで置き換えた等式１によって同様に定められる）ｙ軸に従った線形位相プロファイルとの線形結合から得られる。
【００６９】
位相変調器９０６は有利には、制御可能な液晶（ＬＣ）セルを有する。例えば、画素化された線形ネマチック液晶セルが、開口アレイ９０２の各開口がそれ自身の画素を有し、且つそれ故にそれ自身の位相φ（ｘ）を与えられ得るようにして使用されることができる。従って、位相変調器９０６は２次元のＬＣ画素アレイに相当する。ネマチック液晶は選択的な軸であるディレクタ方向に平均して配向された細長い分子から形成される。ＬＣ位相変調器はネマチック液晶層を２つの導電性基板間に配置し、ＬＣ層に電圧を印加することによって作成可能である。電界は、印加電界の方向にディレクタを傾ける。ＬＣ層は好ましくはツイストしていない。すなわち、セルを基板から基板へと旋回させるとき、ディレクタは何処でも同一面を向く。この平面方向の偏光を有する直線偏光された光のビームは、ディレクタと基板法線との間の角度に依存する屈折率を経る。その結果、印加電圧が変化すると、光路長ひいては位相が変化する。開口アレイ９０２の各開口はそれ自身の画素を有しているので、位相プロファイルは段階的に増加するランプ（ｒａｍｐ）を定め、このランプは等式１により定められる線形方程式を全体的にフィッティングする。
【００７０】
他の例では、位相変調器９０６は、位相プロファイルの線形係数を変化させるために電気的に制御可能な連続的な事前設定の位相プロファイルを定めてもよい。
【００７１】
他の例では、位相プロファイルを定めるためにエレクトロウェッティングセルが用いられ得る。この場合、横方向位置ｘに従った位相プロファイルは異なる高電圧をエレクトロウェッティングセルに印加することによって変化させられる。
【００７２】
他の例では、入力光ビーム９０４の入射角を軸方向ｚから変化させて、光スポットアレイを情報担体上でシフトさせることができる。この解法は、光路中に配置される位相変調器が不要となるので有利である。これは、しかしながら、光ビーム９０４の角度を変化させるために作動手段（図示せず）を必要とする。開口アレイの表面法線に対する光ビームの角度がａであるとき、位相プロファイルは等式１によって定められるプロファイルと一致する。
【００７３】
図１０は、図９に示されたシステムを３次元的に示している。これは、情報担体１００１に当てられる光スポットアレイを生成する開口アレイ１００２を有している。各々の光スポットは情報担体１００１の２次元データセット（太線の四角で表されている）上に当てられ、且つ走査される。この光スポットに応答して、情報担体は出力光ビームを生成し（あるいは、光スポットが不透明領域に当てられる場合には、生成しない）、出力光ビームは、走査されるデータセットに対向する検出器１００３のセンサー素子によって検出される。情報担体１００１のｘ軸及びｙ軸方向の走査は、如何なる要素をも動作させることなく、開口アレイ１００２の下方に配置された位相変調器１００６によって行われる。
【００７４】
位相変調器１００６、開口アレイ１００２、情報担体１００１、及び検出器１００３は平行平面群に積層されている。
【００７５】
図１１はＬＣセルの一例を示している。これは、ＬＣ層１１０１、ガラス基板１１０２、透明電極１１０３、配向膜１１０４を有している。この図においては、パラメータｄはセルの厚さに相当しており、θはＬＣ分子の角度に相当している。液晶分子が再配向するとき、電圧発生器１１０５による印加電界のため、セルを伝播する直線偏光された光は異なる実効的な屈折率を経ることになり、位相変化を生じさせる。
【００７６】
図１１には、一例として、電圧に対する位相変化Δφについて得られたグラフも示されている。この曲線の特徴は使用されるＬＣ材料、光の波長、及びセルの厚さｄに依存する。
【００７７】
入力光ビーム９０４の位相φ（ｘ）が位置ｘに関して二次式で変化するように位相変調器９０６が作用するとき、軸方向の軸ｚ方向への光スポットアレイ９０３の軸方向シフトΔｚがもたらされる。位相φ（ｘ）と横方向位置ｘとは次の関係によって結び付けられるとして定めることが可能である：
φ（ｘ）＝（２π／２Ｒ）・（ｘ２／λ） …等式３
但し、ｘは横方向位置、λは入力光ビーム９０４の波長、Ｒは位相プロファイルの曲率半径に相当する可変パラメータ、そしてΔｚはｚ＝０での位置に関する軸方向シフトである。
【００７８】
等式３によって定められる位相プロファイルが位相変調器９０６によって形成される場合、光スポットアレイ９０３の軸方向シフトΔｚは次の関係によって精度良く近似され得ることが示される：
Δｚ≒Ｚ２／Ｒ …等式４
但し、Ｚは有利にはタルボット距離ｚ０、又はタルボット距離ｚ０の整数倍若しくは約数に相当する一定値である。
【００７９】
可変パラメータＲは、軸方向シフトΔｚを変化させることを考慮して位相プロファイルの２次係数を修正することを可能にする。パラメータＲの値ごとに、異なる位相プロファイルが定められる。パラメータＲの変化は結果としてシフトΔｚをもたらす。光スポット９０３は、故に、情報担体９０１の表面に対して近接して、あるいは遠く離れて焦点を結ぶことになる。２次の位相プロファイルは、より伝統的な記録における焦点アクチュエータと同一の役割を果たすが、如何なる機械的素子をも用いていない。
【００８０】
有利には、位相変調器９０６によって定められる位相プロファイルは等式１によって定められる（ｘ及び／又はｙ軸に従った）線形位相プロファイルと、等式４によって定められる２次位相プロファイルとの線形結合から得られてもよい。これは、光スポットの焦点を情報担体９０１の表面に正確に設定しながら、光スポットの２次元走査を同時に実行することを可能にする。
【００８１】
改善された一実施形態においては、システムの相異なる構成要素は、図１、２、８、９、１０に示されるように積層される代わりに、平面型システムを定めるように互いの隣に配置される。この平面型システムは、第１表面及び第２表面を有する導波路に構築される。導波路の使用により、導波路の第１表面（すなわち、下表面）と第２表面（すなわち、上表面）との間の反射によって相異なる光ビームを横方向に移動させることが可能になる。この平面型システムは２つの形式に従って得られる。
【００８２】
情報担体上に記憶されたデータを読み取る平面型システムの第１の形式を図１２及び図１３に示す。平面型システムの第１の形式は以下を有する：
− 第１表面１２０７、１３０７及び第２表面１２０８、１３０８を有する導波路１２０３、１３０３。この導波路は、複屈折又は密度差を有しないプラスチック、ガラス、又は何らかの材料から成る、
− 入力光ビーム１２０４、１３０４から第１の光ビームを生成するように上記の第１表面側に配置された開口アレイ１２０２、１３０２。光ビームは更なる導波路（図示せず）によって拡げられたレーザビームから得られてもよい、
− 第１の光ビームから第１の反射光ビームを生成するように上記の第２表面側に配置された第１の反射手段１２０９、１３０９、
− 第１の反射光ビームから位相変調された光ビームを生成するように上記の第１表面側に配置された反射式位相変調器１２０６、１３０６。位相変調された光ビームは上述のような光スポットアレイを有する、
− 位相変調された光ビームから、情報担体１２０１、１３０１を走査するための第２の反射光ビームを生成するように上記の第２表面側に配置された第２の反射手段１２１０、１３１０、
− 情報担体１２０１、１３０１によって生成された出力光ビームからデータを検出する検出器１２０５、１３０５。この検出器は、例えば上述のようなＣＭＯＳ型であり、有利には、出力光ビームの焦点を検出器の感知セルに合わせるためのマイクロレンズアレイ（図示せず）を有する。
【００８３】
図１２に示される実施形態においては、検出器１２０５は第１表面１２０７の側に配置されており、情報担体１２０１は第１表面１２０７と検出器１２０５との間に配置されることが意図される。この特有の実施形態は、透過的に読み取られる情報担体１２０１の使用を暗示するものである。
【００８４】
図１３に示される実施形態においては、検出器１３０５は第２表面１３０８の側に配置されている。このシステムは更に以下を有する：
− 第２の反射手段１３１０と検出器１３０５との間に配置された反射偏光板１３１１、
− 第１表面１３０７と情報担体１３０１との間に配置された１／４波長板１３１２。
【００８５】
導波路１３０３の左側にて、上方を向いた太い矢印は情報担体１３０１から戻ってきた光ビームを指し示している。この光ビームの偏光は１／４波長板によって回転させられており、その結果、この光ビームは反射偏光板１３１１を（第２の反射手段１３１０によって逸らされることなく）直接的に透過する。
【００８６】
図１３に示される特有の実施形態は、第１表面１３０７側に配置されて反射的に読み取られる情報担体１３０１の使用を暗示するものである。
【００８７】
情報担体上に記憶されたデータを読み取る平面型システムの第２の形式を図１４と、３次元的に見た図１５とに示す。平面型システムの第２の形式は以下を有する：
− 第１表面１４０７及び第２表面１４０８を有する導波路１４０３。この導波路は、複屈折又は密度差を有しないプラスチック、ガラス、又は何らかの材料から成る、
− 入力光ビーム１４０４から第１の光ビームを生成するように上記の第１表面側に配置された開口アレイ１４０２。光ビームは更なる導波路（図示せず）によって拡げられたレーザビームから得られてもよい、
− 第１の光ビームから第１の反射光ビームを生成するように上記の第２表面側に配置された第１の反射手段１４０９、
− 第１の反射光ビームから位相変調された光ビームを生成するように上記の第１表面側に配置された反射式位相変調器１４０６。位相変調された光ビームは上述のような光スポットアレイを有する、
− 位相変調された光ビームから第２の反射光ビーム（下方を向いた細い矢印によって示されている）を生成するように上記の第２表面１４０８側に配置された第２の反射手段１４１０。第２の反射光ビームは情報担体１４０１の面に垂直である、
− 第２の反射光ビームから第３の反射光ビーム（上方を向いた太い矢印によって示されている）を生成するように上記の第１表面側に配置された反射偏光板１４１１。第３の反射光ビームは、第２の反射手段１４１０と情報担体との間に配置された１／４波長板１４１２を通過するように意図されており、また情報担体１４０１を走査するためのものである。反射偏光板１４１１は、所与の偏光を有する光ビーム（第２の反射光ビームに相当する）を反射し、この所与の偏光に対して９０°回転させられた偏光を有する光ビーム（第３の反射光ビームに相当する）を透過させるものである、
− 情報担体１４０１によって生成された出力光ビーム（下方を向いた太い矢印によって示されている）からデータを検出するように反射偏光板１４１１の下方に配置された検出器１４０５。出力光ビームは１／４波長板１４１２及び反射偏光板１４１１を透過する。検出器は、例えば上述のようなＣＭＯＳ型であり、有利には、出力光ビームの焦点を検出器の感知セルに合わせるためのマイクロレンズアレイ（図示せず）を有する。
【００８８】
図１４及び図１５に示される特有の実施形態は、第２表面１４０８側に配置されて反射的に読み取られることが意図される情報担体１４０１の使用を暗示するものである。この平面型システムの実施形態は、全ての部品が導波路の同一側にある一方で情報担体が反対側にあるので有利である。この構成により、情報担体読み取り装置の実装が容易になる。好ましくは、第１表面１２０７、１３０７、１４０７と第２表面１２０８、１３０８、１４０８との間隔は、開口アレイ１２０２、１３０２、１４０２の出力で生成される光ビームが反射式位相変調器１２０６、１３０６、１４０６上で再結像するようにされる。
【００８９】
平面型システムの全ての実施形態は、位相変調器を反射的に使用する点で共通している。光ビームは反射式位相変調器層を２度通るので、光ビームに加えられる位相シフト（等式１乃至４によって定められる）は２倍にされることが可能である。図９に示された実施形態と同様に、反射式位相変調器１２０６、１３０６、１４０６の各画素は電気的にアクセスされることができる。この場合、有利なことに液晶・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）技術が使用可能である。
【００９０】
図１６は、第１の反射手段１６０９及び第２の反射手段１６１０の詳細を示している。
【００９１】
導波路１６０３の第２表面１６０８側に三角形構造が配置されており、第１の反射光ビームの反射角は三角形構造の角度α１によって決定されてもよく、第２の反射光ビームの反射角は三角形構造の角度α２によって決定されてもよい。
【００９２】
反射角はまた、ブレーズド（ｂｌａｚｅｄ）回折格子を形作り、逸らされた出力光ビームとして一次の回折ビームが使用されるように、この構造のピッチｐを入力光ビームの波長λ程度に選定して決定されてもよい。
【００９３】
このシステムは、有利なことに、情報担体上に記憶されたデータを読み取るための読み取り装置に実装されることが可能である。
【００９４】
次に、上記のシステムに適用可能な高品質の光プローブ（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｂｅ）アレイを生成する方法及び装置について説明する。この技術はタルボット効果において基本的な光収差によって課される限界を克服するものであり、より高いデータ密度の実現を可能にする。この方法は、プローブを生成するために使用される開口アレイにおける収差を事前に補償することから成る。実際に、開口アレイは位相マスク（収差光学素子とも呼ばれる）によって置き換えられ得る。位相マスクは不連続の位相ステップを有することができる。
【００９５】
数値シミュレーションによって、高品質プローブの生成が明らかにされるとともに、これが比較的単純な位相のみのマスクにより実現可能であることが示されている。
【００９６】
最初に、タルボット効果において収差によって課される限界について示す。周期ｐ及び長さＬを有する、例えば図２のマスク２０２のような周期的な物体を考える。単位セルに対応する波数ベクトルはｋｑ＝２π／ｐによって表される。周期的物体２０２のすぐ背後での図２のビーム２０４の電界Ｅ（ｘ，ｚ＝０）は、
【数１】
によって与えられる。但し、Ｆ（ｘ）は｜ｘ｜＜１／２のとき１であり、その他のときには０である（Ｆ（ｘ）は物体の有限サイズを決定する）。係数Ｅｎは、周期的物体の単位セルの透過関数Ｅｃｅｌｌ（ｘ）のフーリエ成分であり、次式で表される。
【００９７】
【数２】
物体の有限サイズはフーリエ成分のスメアリングを引き起こす。
【００９８】
【数３】
なお、加算は伝搬波のみに限られ、故に、｜ｎ｜はｐ／λより小さくなければならない。物体からの距離ｚでの電界が次式によって与えられる。
【００９９】
【数４】
物体が無限大であるときには、ｓｉｎｃはδ関数となる。
【０１００】
【数５】
Ｅｎは単位セルのフーリエ変換であり、数式（１．５）は逆変換であるので、関数ｚ√（ｋ０２−（ｎｋｑ）２）は位相収差と見ることができる。
【０１０１】
位相収差の項は以下のように展開可能である：
【数６】
不連続なｎの値のみが役割を果たすので、ｚは二次の項が打ち消されるように選定され得る：
【数７】
但し、ｍは整数である。（数式（１．６）の高次の項が無視される）近軸近似では、単位セルはタルボット距離ｚＴに完全に結像される。近軸近似が妥当でないとき（波長程度の構造を有する単位セルの場合）、高次の項は結像プロセスを歪ませる。伝統的な結像における収差と同様に、数式（１．６）の四次の項は球面収差に関連付けられることができる。
【０１０２】
図１７は、周期パターン（開口アレイ）の背後での強度分布を示している。この構造はこの像の底部にあり、小さい開口のアレイ（１λの直径、２０λの間隔）から構成されている。タルボット距離（８００λ）は水平の直線によって指し示されている。この構造位置での強度分布がタルボット距離の位置に“結像”されていることが見て取れる。像の品質に影響を及ぼす２つの効果、すなわち、１）像端部のスポット群に主に影響を及ぼすアレイの有限サイズ、及び２）収差、が観察される。収差の影響は像の縦方向のずれとして、すなわち、最良の位置はタルボット距離より僅かにアレイに近いところにあることに、最も顕著に見て取れる。これは、最も鮮明な“位置”が水平線の僅かに下方にあることによって観察されることができる。収差はまたスポットの品質の低下を引き起こす。
【０１０３】
図１８は、プローブアレイを生成するための開口アレイの使用を例示している。（Ａ）は平面波の照明である。（Ｂ）は透過効率を高めるためのレンズアレイである。（Ｃ）は開口アレイであり、（Ｄ）はプローブアレイである。低いデータ密度のシステムでは、光プローブは比較的大きく、収差は根本的な問題となるとは思われない。しかしながら、データ密度を高めるためには、実効的な開口数が同様に増大される必要があり、収差は根本的な限界を課すことになる。故に、高密度システムが要求される場合には、収差を補正又は防止する方法が必要となる。
【０１０４】
本発明の一実施形態は、位相係数が収差を事前に補償するようにソースアレイを設計することによって位相収差を補正する方法から成る。これは、平行な光ビーム内に配置されることが可能なマスクをもたらす（図１９参照）。代わりの実施形態においては、マスクは開口アレイの後ろに配置され得るように設計される（図２０参照）。ある一定の場合には、これによりマスクがより単純化され得る。
【０１０５】
図１９は、プローブアレイを生成し、且つ収差を事前補償するための、位相マスク又は収差光学素子（Ｅ）の使用を例示している。位相マスクは、例えば、ガラス板にエッチングされた高さプロファイルとして、あるいは透明基板上に複製された高さプロファイルとして実現され得る。
【０１０６】
図２０は、開口アレイと組み合わせての位相マスクの使用を例示している。この実施形態においては、位相マスクは開口から所与の距離に配置される。異なる補正関数が必要とされることにより、マスク設計が単純化され得る。
【０１０７】
マスクを容易に製造できるようにするため、その設計を単純化することが好ましい。以下では、これが、１）振幅変調を無視する（位相のみのマスクを使用する）こと、２）不連続な位相ステップのみを使用すること、及び／又は３）計算されたマスクを小さい形状（例えば、製造が困難であろう所定サイズ制限未満の形状）を除去するように修正すること、によって可能であることを明らかにする。
【０１０８】
数値計算
／／Ｆは電界の複素振幅
／／ｋｑは周期に対応した波数ベクトル
／／ｋ０は光放射線の波数ベクトル
／／ｃｏｒｒは収差を補正するために回折次数に加算される位相
／／ｚｃは収差が補正される伝搬距離
／／ａｍｐｌは回折次数の振幅
ｆｏｒ（ｎ＝０；ｎ＜（ｋ０／ｋｑ）；ｎ＝ｎ＋１）
｛
ｋｘ＝ｎ＊ｋｑ；
ａｍｐｌ＝ｅｘｐ（−３＊（ｎ＊ｋｑ／ｋ０）＊＊２）；
ｃｏｒｒ＝ｚｃ＊（ｓｑｒｔ（ｋ０＊＊２−ｋｘ＊＊２）−ｋ０＋（１／２）＊ｋｘ＊＊２／ｋ０）；
Ｆ＝Ｆ＋ｃｏｓ（ｎ＊ｋｑ＊ｘ）＊ｅｘｐ（ｉ＊ｃｏｒｒ）＊ａｍｐｌ；
｝。
【０１０９】
マスクを如何にして生成するかということに使用され得る擬似コードが上に示されている。この擬似コードにおいて、ｓｑｒｔは平方根演算を示し、ｅｘｐ（ｘ）は指数関数ｅｘを示し、またｘ＊＊ｙはｘｙを示している。ｋｑの倍数である空間周波数のみが使用されることにより、周期的物体が確実に得られる。回折次数の振幅（ａｍｐｌ）は、この例では、（ガウシアン形状を用いることにより）なだらかに減少するように選定される。この減少は実効的な開口数を決定する。位相の項（ｃｏｒｒ）は回折次数の位相を決定する。位相が等しく取られる（ｃｏｒｒ＝０）とき、スポットアレイはソース位置に現れ（図２１に示される）、タルボット距離には重度に収差の影響を受けた像が現れる（図２２）。
【０１１０】
図２１は収差が存在しない場合のプローブを例示している。右側の像は低強度の構造の視認性を高めるためにガンマ補正されたものである。この像の寸法は横方向に４０波長分、縦方向に２００波長分である。アレイの周期は２０波長分である。このプローブは上述の擬似コードによって生成されている。
【０１１１】
図２２は収差の影響を例示している。この強度パターンは、図２１の構造がソースとして使用されたときにタルボット距離にて得られたものである。
【０１１２】
収差を補正するように位相が選択される（ｚｃをタルボット距離、ｃｏｒｒを上述の数値計算にて示されるようにする）場合、収差のない像が実現される（図２３）が、より複雑なソース（図２４）という犠牲を伴う。
【０１１３】
図２３は、完全な（すなわち、単純化されていない）補正マスクが用いられるときの、タルボット距離での像を例示している。擬似コード（上述）において、位相の項にはｃｏｒｒ＝ｚｃ＊（ｓｑｒｔ（ｋ０＊＊２−ｋｘ＊＊２）−ｋ０＋（１／２）＊ｋｘ＊＊２／ｋ０）という表現が用いられている。図２４は、図２３のスポット群を生成するために使用されるマスク（１つのユニットセル）の振幅プロファイル（左図）及び位相プロファイル（右図）を例示している。
【０１１４】
次に、容易に製造可能なマスクを使用することができるかどうかを証明するため、ソースを単純化する。これは、ここでは先ず、（位相プロファイルのみを維持して）透過振幅を１に設定することによって為される（図２５）。
【０１１５】
図２５は、位相の項のみはそのままでマスクの振幅が１に設定されたときの、タルボット距離での像を示している。品質は依然として非常に良いことが見て取れる。故に、振幅の項は無視可能であることを示している。図２６は、図２５のスポット群を生成するために使用されるマスク（１つのユニットセル）の振幅プロファイル（左図）及び位相プロファイル（右図）を示している。
【０１１６】
／／ｆｉｎは連続関数である位相
／／ｆｏｕｔはマスク用に離散化された位相
ｎ＝２
ｆｏｕｔ＝（ｐｉ／ｎ）＊ｉｎｔ（ｆｉｎ／（ｐｉ／ｎ））；
次に、上記の擬似コードに示されるように、マスクの離散的な位相ステップを選択した（図２７及び図２８）。演算“ｉｎｔ”は数字が最も近い整数まで波数を切り捨てられることを示している。これは像の品質に殆ど影響を及ぼさないことが見て取れる。位相マスクを離散化するために使用される擬似コードは上に示されている。π／ｎの倍数である位相値のみが用いられる（ホログラムには全体として２ｎ個のステップが存在する）。
【０１１７】
図２７は、４つの不連続な位相ステップ（−１／２π、０、１／２π、π）を有するマスクを用いたときに、タルボット距離で得られた像を示している。離散化の擬似コードにおいてｎ＝２である。図２８は、図２７のスポット群を生成するために使用されるマスク（マスクの振幅は１に保たれている）を示している。
【０１１８】
最後に、製造しやすさを最適化するためにマスクを手作業で変化させることが可能である。一例を図２９及び図３０に示す。図２９は、製造しやすくするために所定の閾値未満の形状の除去によりマスクが手作業で修正された（図２８のマスクから一部の最小形状が除去されている）ときの、タルボット距離で得られた像を示している。大規模な最適化手順に従っていないものの、像の品質は既に（図２２と比較して）良いものである。図３０は、図２９に示されたプローブ群を生成するために使用されるマスク（振幅は１に保たれている）を示している。このマスクは３つのみの異なる位相レベルと波長程度の構造とを有している。
【０１１９】
上述のシミュレーションは１次元のアレイに関するものであったが、２次元のアレイ及びマスクに対しても結論は妥当であることは認識されるであろう。さらに、上述において光学素子アレイは、該光学素子アレイから実質的にタルボット距離の位置に放射線スポットアレイを生成するように構成されていると大まかに仮定されていたが、光学素子アレイは異なる距離の位置にスポット群を生成するようにも構成され得ることが認識されるであろう。収差光学素子は、如何なる所定位置にある焦点に持ってこられる放射線スポット群においても光収差を補正するように構成され得る。同様に、収差光学素子はスポット群の位置を変化させるように構成されてもよい。例えば、光学素子アレイが近軸タルボット距離に放射線スポットアレイを生成するように構成されている場合、収差光学素子は、放射線スポット群における光収差の補正のために所定の光収差を適用するとともに、スポット群のｚ位置（すなわち、スポット群と光学素子アレイとの間の光路に沿った間隔）を変化させるために所定の光学関数を適用するように構成されることができる。
【０１２０】
以上、収差光学素子について光学素子アレイとは別の個別ユニットとして大まかに説明してきた。しかしながら、２つの素子は単一の連続的なユニットとしても形成され得ることは認識されるであろう。他の例では、光学素子アレイは収差光学素子の一部を形成してもよい。すなわち、収差光学素子は放射線スポット群の光収差を補正するだけでなく、放射線スポット群のアレイを生成することもできるように構成されてもよい。
【０１２１】
動詞“有する”及びその活用形は、請求項にて挙げられる以外の要素又は段階の存在を排除するものではない。要素又は段階の前の冠詞“ある（“ａ”若しくは“ａｎ”）”の使用は、このような要素又は段階が複数存在することを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】第１のシステムを示す図である。
【図２】第２のシステムを示す図である。
【図３】システムを情報担体上で移動させる第１の構成を示す図である。
【図４】システムを情報担体上で移動させる第２の構成を示す図である。
【図５】システムを情報担体上で移動させる第１の構成の詳細な構成要素を示す図である。
【図６】システム内で使用されるマクロセル走査用の構成要素の詳細を示す図である。
【図７Ａ】マクロセル走査の原理を示す図である。
【図７Ｂ】マクロセル走査の原理を示す図である。
【図７Ｃ】マクロセル走査の原理を示す図である。
【図７Ｄ】マクロセル走査の原理を示す図である。
【図８】第１のシステムを３次元的に示す図である。
【図９】第３のシステムを示す図である。
【図１０】第３のシステムを３次元的に示す図である。
【図１１】電気的に制御可能な液晶セルと、その電圧制御曲線を示す図である。
【図１２】平面型システムの第１実施形態を示す図である。
【図１３】平面型システムの第２実施形態を示す図である。
【図１４】平面型システムの第３実施形態を示す図である。
【図１５】平面型システムの第３実施形態を３次元的に示す図である。
【図１６】平面型システムで使用される構成要素を示す詳細図である。
【図１７】タルボット効果を例示する、周期構造からの強度分布を示す図である。
【図１８】プローブのアレイを生成するために開口アレイを使用することを例示する概略図である。
【図１９】本発明の一実施形態に従って、プローブのアレイを生成するために位相マスクを使用することを例示する概略図である。
【図２０】本発明の一実施形態に従って、プローブのアレイを生成するために開口アレイと組み合わせて位相マスクを使用することを例示する概略図である。
【図２１】収差が存在しないときのプローブを示す図である。
【図２２】収差が存在するときの、タルボット距離で得られたプローブの強度パターンを示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態に従って完全な収差補正が使用されたときのタルボット距離での像を示す図である。
【図２４】図２３のスポット群を生成するために使用される１つのユニットセルマスクの振幅（左図）及び位相（右図）プロファイルを示す図である。
【図２５】本発明の一実施形態に従って位相条件のみを維持しマスク振幅を１に設定したときのタルボット距離での像を示す図である。
【図２６】図２５のスポット群を生成するために使用されるマスク（１つのユニットセル）の振幅（左図）及び位相（右図）プロファイルを示す図である。
【図２７】４つの不連続な位相ステップ（−１／２π、０、１／２π、π）を有するマスクを用いたときのタルボット距離で得られた像を示す図である。
【図２８】図２７に示されたプローブを生成するために使用されるマスク（マスク振幅は１に保たれている）を示す図である。
【図２９】作成が容易になるようにマスクが手動で修正された（図２８におけるマスクと比較して、一部の最小形状が除去されている）ときのタルボット距離で得られた像を示す図である。
【図３０】図２９に示されたプローブを生成するために使用されるマスク（振幅は１に保たれている）を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射スポットアレイを用いて情報担体を走査する光学走査装置、該装置で使用される光学素子、及び走査方法に関する。本発明は光データ記憶の分野で使用されてもよい。
【背景技術】
【０００２】
光学式記憶は、例えばＣＤ（コンパクトディスク）及びＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）の規格に基づく記憶システムにおいて、コンテンツ配信のために幅広く使用されている。光学式記憶は、情報担体が容易且つ安価に複製される点で、ハードディスク及び半導体記憶に対して大きな利点を有している。
【０００３】
しかしながら、駆動装置内の多量の可動部のため、読み出し動作時に可動部に要求される安定性を考慮するに、この種の記憶装置を用いる既知の用途は読み出し動作を行う時の衝撃に対して堅牢ではない。結果として、光学式記憶は、例えば可搬式装置などの、衝撃が加えられる用途においては容易に用いられることができないでいる。
【０００４】
最近、情報担体を走査するために光放射スポットのアレイを使用する新規の代替的な光学式記憶システムが提案されている。この情報担体はコンテンツ配信に使用されることができる。提案されたシステムの仕様は、切手サイズ（＜１平方インチ）のディスクに１ギガバイト程度情報密度及び記憶容量を提供し得るものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、情報担体を走査するための光学走査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に従って提供される情報担体を走査する光学走査装置は：情報担体の走査のための放射線スポットアレイを入力放射線ビームから生成するように構成された光学素子アレイを有し；当該装置は更に、放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用するように構成された収差光学素子を有する。
【０００７】
このような収差光学素子を装置内に組み込むことにより、装置の性能が向上される。収差光学素子は所定の光収差を放射線に与え、さもなければ放射線スポット群に、例えば光学素子アレイの像内に、生じるであろう収差を相殺する。これにより、情報担体のデータ密度の増大が可能にされる。
【０００８】
収差光学素子は光学素子アレイと放射線スポット群との間の光路上に配置されていてもよい。
【０００９】
収差光学素子は入力放射線ビームのソースと光学素子アレイとの間の光路上に配置されていてもよい。
【００１０】
収差光学素子は実質的に放射線の位相のみを変化させるように構成されていてもよい。
【００１１】
好ましくは、収差光学素子は、実質的に均一な屈折率を有する透明材料を有し、該材料の厚さは所定の光収差をもたらすように該素子の全域で変化している。
【００１２】
収差光学素子は個別素子として形成されていてもよい。
【００１３】
収差光学素子は前記光学素子アレイを含んでいてもよい。
【００１４】
光学素子アレイはレンズアレイ又は開口アレイであってもよい。
【００１５】
光学素子アレイは該光学素子アレイから実質的にタルボット距離の位置に前記スポット群を生成するように構成されていてもよい。
【００１６】
収差光学素子は、光学素子アレイのサイズが有限であることに起因する放射線スポット群における光収差を補正するために、所定の光収差を適用するように構成されていてもよい。
【００１７】
当該装置は、情報担体によって生成された出力光ビームアレイから情報を検出するように構成された光センサーアレイを有していてもよい。
【００１８】
本発明の第２の態様に従って提供される情報担体を走査する光学走査装置にて使用される収差光学素子にあっては、前記装置は、情報担体の走査のための放射線スポットを入力放射線ビームから生成するように構成された光学素子アレイを有し；当該収差光学素子は放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用するように構成されている。
【００１９】
本発明の第３の態様に従って提供される情報担体を走査する方法は：情報担体の走査のための放射線スポット群の２次元アレイを入力放射線ビームから生成する段階；及び放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用する段階を有する。
【００２０】
本発明の第４の態様に従って提供される情報担体を走査する光学走査装置を製造する方法は：情報担体の走査のための放射線スポットアレイを入力放射線ビームから生成する光学素子アレイを設ける段階；及び放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用する収差光学素子を設ける段階を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
続いて、本発明の実施形態について、単に例示として、添付の概略的な図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分又は副工程については同様にして指し示すこととする。
【００２２】
最初に、全般的な新規システム（すなわち、光学走査装置及び情報担体）と、取り得る様々な実施形態に関する実施例について、図１乃至１６を参照しながら詳細に説明する。その後、上記システムで発生する光収差について、システム性能を向上させるために収差光学素子が本発明の実施形態に従ってどのように上記システム内に実装され得るかの例とともに詳細に説明する。
【００２３】
システムは情報担体に記憶されたデータを走査するように構成されている。走査するという用語は、担体から情報を読み取ることと、担体に情報を書き込むこととの双方を包含するよう意図される。光学走査装置は一方の機能又は双方の機能の何れを実行するように構成されていてもよい。
【００２４】
情報担体は、データマトリックスのようにアレイ状に編成されたデータを記憶するものである。このデータは好ましくはバイナリー形式、すなわち１及び０から成る形式、である。情報担体が透過的に読み出されるように意図される場合、情報担体に記憶されたバイナリーデータの状態は透明領域と不透明（すなわち、光吸収）領域とによって表される。他の例では、情報担体が反射的に読み出されるよう意図される場合、情報担体に記憶されたバイナリーデータの状態は非反射（すなわち、光吸収）領域と反射領域とによって表される。これらの領域は、例えばガラス、プラスチック、又は磁気特性を有する材料などの材料内に印される。システムは：
− 情報担体を走査するための光スポットアレイを入力光ビームから生成する光学素子、
− 情報担体によって生成された出力光ビームのアレイからデータを検出する検出器、
を有する。
【００２５】
このシステムは、データマトリックス状に編成されたバイナリーデータを記憶するように意図された静止した情報担体（光カードとも呼ばれる）を含むことができる。情報担体上のビットは、例えば、透明領域と不透明領域とによって表される。
【００２６】
この情報担体は単一の光ビームではなく、光学素子アレイによって生成された光スポットアレイによって照射されるように意図されている。この光学素子は有利には、タルボット効果を引き出すように設計されたマイクロレンズアレイ又は開口アレイに相当する。
【００２７】
各々の光スポットは情報担体上で読み取られる特定領域のデータを選択し、このデータは検出器によって検出される。光学素子を情報担体の上方で移動させることにより、光スポット群は情報担体全体を走査することができる。
【００２８】
情報担体は静止しているので、可動素子数は大いに削減され、このシステムは堅牢な機械的ソリューションを提供する。
【００２９】
このシステムは、情報担体が静止しているという点で半導体記憶の利点と、システムが有する読み取り装置から取り外し可能である点で光学式記憶の利点とを併せ持つ情報担体の使用を可能にする。
【００３０】
図１に示される第１実施形態において、情報担体１０１に記憶されたデータを読み取るシステム（すなわち、光学走査装置）は、入力光ビーム１０４から光スポットのアレイ１０３を生成する光学素子１０２を有している。光スポットアレイ１０３は情報担体１０１を走査するためのものである。
【００３１】
光学素子１０２はマイクロレンズの２次元アレイに相当しており、その入力にはコヒーレントな入力光ビーム１０４が入射される。マイクロレンズアレイ１０２は、光スポットの焦点が情報担体上に合わされるように、情報担体１０１に対して平行且つ距離を置いて配置されている。マイクロレンズの開口数及び品質が光スポットの大きさを決定する。例えば、０．３に等しい開口数を有するマイクロレンズの２次元アレイ１０２が使用可能である。入力光ビーム１０４は入射レーザビームを拡げる導波路（図示せず）によって、あるいは結合されたマイクロレーザの２次元アレイによって実現され得る。
【００３２】
光スポット群は情報担体１０１の透明又は不透明領域に当てられる。光スポットが不透明領域に当てられる場合、それに応じて情報担体から出力光ビームは生成されない。光スポットが透明領域に当てられる場合、それに応じて情報担体によって出力光ビームが生成され、この出力光ビームが検出器１０５により検出される。検出器１０５は、故に、光スポットが当てられた領域のデータの値（例えば、バイナリー値）を検出するために使用される。
【００３３】
検出器１０５は有利には、例えばＣＭＯＳセンサー（相補型金属酸化物シリコン・センサー）又はＣＣＤ（電荷結合素子）であるセンサー素子のアレイから成る。例えば、情報担体の１つのデータ（すなわち、１ビット）を記憶する基本領域に対向して、検出器の１つのセンサー素子が配置される。この場合、検出器の１つのセンサー素子が情報担体の１つのデータを検出するよう意図される。
【００３４】
有利には、情報担体により生成された出力光ビームを検出器上に集光し、データの検出を改善するために、情報担体１０１と検出器１０５との間にマイクロレンズアレイ（図示せず）が配置される。
【００３５】
図２に示される第２実施形態においては、情報担体２０１に記憶されたデータを読み取るシステムは、入力光ビーム２０４から光スポットのアレイ２０３を生成する光学素子２０２を有している。光スポットアレイ２０３は情報担体２０１を走査するためのものである。
【００３６】
光学素子２０２は開口の２次元アレイに相当しており、その入力にはコヒーレントな入力光ビーム２０４が入射される。この開口は、例えば、１μｍ以下の直径を有する円形の開口に相当する。入力光ビーム２０４は入射レーザビームを拡げる導波路（図示せず）によって、あるいは結合されたマイクロレーザの２次元アレイによって実現され得る。
【００３７】
光スポット群は情報担体２０１の透明又は不透明領域に当てられる。光スポットが不透明領域に当てられる場合、それに応じて情報担体から出力光ビームは生成されない。光スポットが透明領域に当てられる場合、それに応じて情報担体によって出力光ビームが生成され、この出力光ビームが検出器２０５により検出される。図１に示された第１実施形態と同様に、検出器２０５は、故に、光スポットが当てられた領域のデータのバイナリー値を検出するために使用される。
【００３８】
検出器２０５は有利には、例えばＣＭＯＳセンサー又はＣＣＤであるセンサー素子のアレイから成る。例えば、情報担体の１つのデータ（すなわち、１ビット）を記憶する基本領域に対向して、検出器の１つのセンサー素子が配置される。この場合、検出器の１つのセンサー素子が情報担体の１つのデータを検出するよう意図される。
【００３９】
有利には、情報担体により生成された出力光ビームを検出器上に集光し、データの検出を改善するために、情報担体２０１と検出器２０５との間にマイクロレンズアレイ（図示せず）が配置される。
【００４０】
光スポットアレイ２０３は、以下のように作用する回折現象であるタルボット効果を引き出す開口アレイ２０２によって生成される。周期的な回折構造を有する物体、例えば開口アレイ等、にコヒーレントな光ビームが照射されるとき、開口アレイを通過直後のビームはコヒーレントな２次放射の周期的なアレイから成る。この回折光は、回折構造から予測可能な距離ｚ０に配置された平面にて、周期的な回折構造直後のビームの正確な像に再結合する。この距離ｚ０はタルボット距離として知られている。タルボット距離ｚ０は、回折構造の周期をｄ、入射光ビームの波長をλとして、ｚ０＝２ｄ２／λで与えられる。より一般的には、再結像は回折構造から更に離れた、タルボット距離の倍数であるｚ（ｎ）＝２ｎｄ２／λなる他の距離群ｚ（ｎ）で発生する。ここで、ｎは整数である。このような再結像はｎ＝１／２＋整数でも発生するが、この場合、像は半周期分だけシフトされる。この再結像はｎ＝１／４＋整数、及びｎ＝３／４＋整数でも発生するが、像は２倍の周波数を有するものとなり、すなわち、開口の周期性は開口アレイの周期性に対して半分にされたものとなる。
【００４１】
タルボット効果を引き出すことにより、光学レンズを必要とすることなく、開口アレイ２０２から比較的大きい距離の位置（ｚ（ｎ）によって表現される数百ミクロン）に高品質の光スポットアレイを生成することが可能になる。これにより、開口アレイ２０２と情報担体２０１との間に、情報担体２０１を汚染（例えば、埃、指紋など）から保護する被覆層を挿入することが可能になる。さらに、これにより実装が容易になるとともに、マイクロレンズアレイの使用と比較してコスト効率良く、情報担体に当てられる光スポットの密度を増大させることが可能になる。
【００４２】
図６は、このシステムの詳細図であり、情報担体６０１によって生成された出力光ビームからデータを検出するための検出器６０５を示している。この検出器は６０２、６０３、６０４として参照されるセンサー素子を有している。なお、示された素子数は理解を容易にするために限定されている。具体的には、素子６０２は情報担体のデータ領域６０６に記憶されたデータを検出するよう意図され、素子６０３は情報担体のデータ領域６０７に記憶されたデータを検出するよう意図され、そして素子６０４は情報担体のデータ領域６０８に記憶されたデータを検出するよう意図されている。各データ領域（マクロセルとも呼ばれる）は一組の基本データを有する。例えば、データ領域６０６は６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄと参照されるバイナリーデータを有する。
【００４３】
この実施形態においては、検出器の１つのセンサー素子が一組のデータを検出するように意図されており、このデータセット間の各基本データは、図１に示されたマイクロレンズアレイ１０２又は図２に示された開口アレイの何れかによって生成される単一の光スポットによって連続して読み取られる。情報担体上のデータのこの読み取り技術は、以下において、マクロセル走査と呼ばれる。
【００４４】
図６に基づく図７は、情報担体７０１のマクロセル走査の非限定的な一例を示している。
【００４５】
情報担体７０１上に記憶されたデータは黒色領域（すなわち、不透明領域）又は白色領域（すなわち、透明領域）の何れかによって指し示された２つの状態を有する。例えば、黒色領域は“０”のバイナリー状態に相当し、白色領域は“１”のバイナリー状態に相当する。
【００４６】
検出器７０５のセンサー素子が、情報担体７０１により生成された出力光ビームによって照射されるとき、センサー素子は白色領域により表されている。この場合、センサー素子は第１の状態を有する電気出力信号（図示せず）を供給する。逆に、検出器７０５のセンサー素子が情報担体から如何なる出力光ビームを受け取らないとき、センサー素子は斜線領域によって表されている。この場合、センサー素子は第２の状態を有する電気出力信号（図示せず）を供給する。
【００４７】
この例においては、各データセットは４つの基本データを有しており、単一の光スポットが同時に各データセットに当てられている。光スポット７０３による情報担体７０１の走査は、例えば左から右に、２つの基本データ間の距離に等しい横方向変位を増加させながら実行される。
【００４８】
位置Ａにおいては、全ての光スポットは不透明領域に当てられているため、検出器領域の全てのセンサーは第２の状態にある。
【００４９】
位置Ｂにおいては、光スポットの右への変位後、左側の光スポットは透明領域に当てられているため対応するセンサーは第１の状態にあるが、他の２つの光スポットは不透明領域に当てられているため検出器の対応する２つのセンサーは第２の状態にある。
【００５０】
位置Ｃにおいては、光スポットの右への変位後、左側の光スポットは不透明領域に当てられているため対応するセンサーは第２の状態にあるが、他の２つの光スポットは透明領域に当てられているため検出器の対応する２つのセンサーは第１の状態にある。
【００５１】
位置Ｄにおいては、光スポットの右への変位後、中央の光スポットは不透明領域に当てられているため対応するセンサーは第２の状態にあるが、他の２つの光スポットは透明領域に当てられているため検出器の対応する２つのセンサーは第１の状態にある。
【００５２】
情報担体７０１の走査は、検出器のある１つのセンサーに面するデータセットの全てのデータに光スポットが当てられたときに完了する。情報担体に当てられる光スポットは２次元アレイを形成しているので、検出器のセンサーに対向するデータセットは、例えば、基本データの列毎に、且つ基本データの所与の列の基本データ毎にというように、連続して読み取られる。これは情報担体の２次元走査を意味する。
【００５３】
図７に提示される例は、データはバイナリーの基本データに代えて、例えば多値スキームを用いて更に高い分解能で符号化され得るということにおいても非限定的なものである。一例は、４階調（０、１／４、１／２、３／４）を区別することにより画素毎に２つの基本ビットが検出されるスキームである。
【００５４】
図８は、図２に示されるシステムを３次元的に示している。これは、情報担体８０１に当てられる光スポットのアレイを生成する開口アレイ８０２を有している。各々の光スポットは情報担体８０１の２次元データセット（太線の四角で表されている）上に当てられ、且つ走査される。この光スポットに応答して、情報担体はそれに応じて出力光ビームを生成し（あるいは、光スポットが不透明領域に当てられる場合には、生成しない）、出力光ビームは、走査されるデータセットに対向する検出器８０３のセンサーによって検出される。情報担体８０１の走査は、開口アレイ８０２をｘ軸及びｙ軸に沿って変位させて行われる。
【００５５】
開口アレイ８０２、情報担体８０１、及び検出器８０３は平行平面群に積層されている。開口アレイ８０２は唯一の可動部である。
【００５６】
図１に示されたシステムの３次元表示は、開口アレイ８０２をマイクロレンズアレイ１０２によって置き換えると、図８に示されたものと同一となる。
【００５７】
光スポットアレイによる情報担体の走査は、情報担体に平行な平面内で行われる。走査装置は情報担体の全表面を走査するため、ｘ及びｙの二方向への並進運動を行う。
【００５８】
図３に示される第１の解法においては、走査装置はＨ型ブリッジに相当している。光スポットを生成する光学素子（すなわち、マイクロレンズアレイ又は開口アレイ）は第１のスレッジ（ｓｌｅｄｇｅ）３０１内に実装されており、第１のスレッジ３０１は第２のスレッジ３０２に対してｙ軸方向に移動可能である。このため、第１のスレッジ３０１はガイド３０７、３０８と接触する接合部３０３、３０４、３０５、３０６を有する。第２のスレッジ３０２はガイド３０９、３１０と接触する接合部３１１、３１２、３１３、３１４によってｘ軸方向に移動可能である。スレッジ３０１及び３０２は、例えばジャッキとして動作するステッピングモータ、磁気アクチュエータ、又は圧電アクチュエータなどの、作動装置（図示せず）によって平行移動させられる。
【００５９】
図４に示される第２の解法においては、走査装置はフレーム４０１にて支持されている。フレーム４０１を吊すために使用される要素は、図５にて３次元的に詳細に示されている。これらの要素は：
− 第１の板バネ４０２、
− 第２の板バネ４０３、
− 走査装置４０１のｘ軸方向への作動をもたらす第１の圧電素子４０４、及び
− 走査装置４０１のｙ軸方向への作動をもたらす第２の圧電素子４０５
を有している。図４に示された第２の解法は、図３に示されたＨブリッジの解法より少ない機械伝導装置を有する。フレーム４０１に接触する圧電素子は、電圧変化が圧電素子の寸法変化を生じさせ、それによりｘ及び／又はｙ軸方向へのフレーム４０１の変位をもたらすように電気制御される（図示せず）。
【００６０】
位置Ｐ１は第１の位置にある走査装置４０１を示しており、一方、位置Ｐ２はｘ軸方向への平行移動後の第２の位置にある走査装置４０１を示している。板バネ４０２及び４０３の柔軟性がはっきりと表されている。
【００６１】
同様の構成が、２つの追加の圧電素子が板バネ４０２及び４０３を置換して、４つの圧電素子を用いて構築され得る。この場合、対向する圧電素子の対は拮抗筋の対と同様にして１次元内で協働する。
【００６２】
図９は、情報担体９０１の走査が可動部品を用いることなく実現された改善システムを示している。図９は図２に基づいているが、入力光ビーム９０４の経路内に配置された位相変調器９０６を追加的に有している。
【００６３】
入力光ビーム９０４に、そして位相プロファイルを変化させることに、位相変調器９０６によって定められた位相プロファイルを適用することによって、非機械的な走査が実現される。位相変調器９０６は入力光ビーム９０４の位相を横方向の距離ｘ（及び／又はｙ）に関して変化させる。
【００６４】
なお、位相変調器９０６はまた、開口アレイ９０２と情報担体９０１との間に配置されることもできる（図示せず）。
【００６５】
位相φ（ｘ）が位置ｘに関して線形に変化するように位相変調器９０６が作用するとき、横軸ｘ方向への光スポットアレイ９０３の横方向シフトΔｘがもたらされる。位相φ（ｘ）と横方向位置ｘとは次の関係によって結び付けられるとして定めることが可能である：
φ（ｘ）＝（２π／ａ）・（ｘ／λ） …等式１
但し、ｘは（例えば、位相変調器９０６の左端からの）横方向位置、λは入力光ビーム９０４の波長、ａは可変パラメータである。
【００６６】
等式１によって定められる位相プロファイルが位相変調器９０６によって為される場合、光スポットアレイ９０３の横方向シフトΔｘは次の関係によって与えられることが示される：
Δｘ＝ａＺ …等式２
但し、Ｚは有利にはタルボット距離ｚ０、又はタルボット距離ｚ０の整数倍若しくは約数に相当する一定値である。
【００６７】
パラメータａは、横方向シフトΔｘを変化させることを考慮して位相プロファイルの線形係数を修正することを可能にする。パラメータａの値ごとに、異なる位相プロファイルが定められる。パラメータａの変化は、結果として、スポットのｘ方向へのシフトをもたらす。
【００６８】
情報担体９０１の全表面を走査するためには、情報担体の各マクロセルがスポットアレイの内の１つの光スポットによって走査されなければならない。マクロセルの走査は、故に、ｘ及びｙ軸方向への２次元走査に相当する。この２次元走査は、ｘ及びｙ軸に従って線形位相変調を同時に定める際に実行され、定められる位相プロファイルは（等式１によって定められる）ｘ軸に従った線形位相プロファイルと、（ｘをｙで置き換えた等式１によって同様に定められる）ｙ軸に従った線形位相プロファイルとの線形結合から得られる。
【００６９】
位相変調器９０６は有利には、制御可能な液晶（ＬＣ）セルを有する。例えば、画素化された線形ネマチック液晶セルが、開口アレイ９０２の各開口がそれ自身の画素を有し、且つそれ故にそれ自身の位相φ（ｘ）を与えられ得るようにして使用されることができる。従って、位相変調器９０６は２次元のＬＣ画素アレイに相当する。ネマチック液晶は選択的な軸であるディレクタ方向に平均して配向された細長い分子から形成される。ＬＣ位相変調器はネマチック液晶層を２つの導電性基板間に配置し、ＬＣ層に電圧を印加することによって作成可能である。電界は、印加電界の方向にディレクタを傾ける。ＬＣ層は好ましくはツイストしていない。すなわち、セルを基板から基板へと旋回させるとき、ディレクタは何処でも同一面を向く。この平面方向の偏光を有する直線偏光された光のビームは、ディレクタと基板法線との間の角度に依存する屈折率を経る。その結果、印加電圧が変化すると、光路長ひいては位相が変化する。開口アレイ９０２の各開口はそれ自身の画素を有しているので、位相プロファイルは段階的に増加するランプ（ｒａｍｐ）を定め、このランプは等式１により定められる線形方程式を全体的にフィッティングする。
【００７０】
他の例では、位相変調器９０６は、位相プロファイルの線形係数を変化させるために電気的に制御可能な連続的な事前設定の位相プロファイルを定めてもよい。
【００７１】
他の例では、位相プロファイルを定めるためにエレクトロウェッティングセルが用いられ得る。この場合、横方向位置ｘに従った位相プロファイルは異なる高電圧をエレクトロウェッティングセルに印加することによって変化させられる。
【００７２】
他の例では、入力光ビーム９０４の入射角を軸方向ｚから変化させて、光スポットアレイを情報担体上でシフトさせることができる。この解法は、光路中に配置される位相変調器が不要となるので有利である。これは、しかしながら、光ビーム９０４の角度を変化させるために作動手段（図示せず）を必要とする。開口アレイの表面法線に対する光ビームの角度がａであるとき、位相プロファイルは等式１によって定められるプロファイルと一致する。
【００７３】
図１０は、図９に示されたシステムを３次元的に示している。これは、情報担体１００１に当てられる光スポットアレイを生成する開口アレイ１００２を有している。各々の光スポットは情報担体１００１の２次元データセット（太線の四角で表されている）上に当てられ、且つ走査される。この光スポットに応答して、情報担体は出力光ビームを生成し（あるいは、光スポットが不透明領域に当てられる場合には、生成しない）、出力光ビームは、走査されるデータセットに対向する検出器１００３のセンサー素子によって検出される。情報担体１００１のｘ軸及びｙ軸方向の走査は、如何なる要素をも動作させることなく、開口アレイ１００２の下方に配置された位相変調器１００６によって行われる。
【００７４】
位相変調器１００６、開口アレイ１００２、情報担体１００１、及び検出器１００３は平行平面群に積層されている。
【００７５】
図１１はＬＣセルの一例を示している。これは、ＬＣ層１１０１、ガラス基板１１０２、透明電極１１０３、配向膜１１０４を有している。この図においては、パラメータｄはセルの厚さに相当しており、θはＬＣ分子の角度に相当している。液晶分子が再配向するとき、電圧発生器１１０５による印加電界のため、セルを伝播する直線偏光された光は異なる実効的な屈折率を経ることになり、位相変化を生じさせる。
【００７６】
図１１には、一例として、電圧に対する位相変化Δφについて得られたグラフも示されている。この曲線の特徴は使用されるＬＣ材料、光の波長、及びセルの厚さｄに依存する。
【００７７】
入力光ビーム９０４の位相φ（ｘ）が位置ｘに関して二次式で変化するように位相変調器９０６が作用するとき、軸方向の軸ｚ方向への光スポットアレイ９０３の軸方向シフトΔｚがもたらされる。位相φ（ｘ）と横方向位置ｘとは次の関係によって結び付けられるとして定めることが可能である：
φ（ｘ）＝（２π／２Ｒ）・（ｘ２／λ） …等式３
但し、ｘは横方向位置、λは入力光ビーム９０４の波長、Ｒは位相プロファイルの曲率半径に相当する可変パラメータ、そしてΔｚはｚ＝０での位置に関する軸方向シフトである。
【００７８】
等式３によって定められる位相プロファイルが位相変調器９０６によって形成される場合、光スポットアレイ９０３の軸方向シフトΔｚは次の関係によって精度良く近似され得ることが示される：
Δｚ≒Ｚ２／Ｒ …等式４
但し、Ｚは有利にはタルボット距離ｚ０、又はタルボット距離ｚ０の整数倍若しくは約数に相当する一定値である。
【００７９】
可変パラメータＲは、軸方向シフトΔｚを変化させることを考慮して位相プロファイルの２次係数を修正することを可能にする。パラメータＲの値ごとに、異なる位相プロファイルが定められる。パラメータＲの変化は結果としてシフトΔｚをもたらす。光スポット９０３は、故に、情報担体９０１の表面に対して近接して、あるいは遠く離れて焦点を結ぶことになる。２次の位相プロファイルは、より伝統的な記録における焦点アクチュエータと同一の役割を果たすが、如何なる機械的素子をも用いていない。
【００８０】
有利には、位相変調器９０６によって定められる位相プロファイルは等式１によって定められる（ｘ及び／又はｙ軸に従った）線形位相プロファイルと、等式４によって定められる２次位相プロファイルとの線形結合から得られてもよい。これは、光スポットの焦点を情報担体９０１の表面に正確に設定しながら、光スポットの２次元走査を同時に実行することを可能にする。
【００８１】
改善された一実施形態においては、システムの相異なる構成要素は、図１、２、８、９、１０に示されるように積層される代わりに、平面型システムを定めるように互いの隣に配置される。この平面型システムは、第１表面及び第２表面を有する導波路に構築される。導波路の使用により、導波路の第１表面（すなわち、下表面）と第２表面（すなわち、上表面）との間の反射によって相異なる光ビームを横方向に移動させることが可能になる。この平面型システムは２つの形式に従って得られる。
【００８２】
情報担体上に記憶されたデータを読み取る平面型システムの第１の形式を図１２及び図１３に示す。平面型システムの第１の形式は以下を有する：
− 第１表面１２０７、１３０７及び第２表面１２０８、１３０８を有する導波路１２０３、１３０３。この導波路は、複屈折又は密度差を有しないプラスチック、ガラス、又は何らかの材料から成る、
− 入力光ビーム１２０４、１３０４から第１の光ビームを生成するように上記の第１表面側に配置された開口アレイ１２０２、１３０２。光ビームは更なる導波路（図示せず）によって拡げられたレーザビームから得られてもよい、
− 第１の光ビームから第１の反射光ビームを生成するように上記の第２表面側に配置された第１の反射手段１２０９、１３０９、
− 第１の反射光ビームから位相変調された光ビームを生成するように上記の第１表面側に配置された反射式位相変調器１２０６、１３０６。位相変調された光ビームは上述のような光スポットアレイを有する、
− 位相変調された光ビームから、情報担体１２０１、１３０１を走査するための第２の反射光ビームを生成するように上記の第２表面側に配置された第２の反射手段１２１０、１３１０、
− 情報担体１２０１、１３０１によって生成された出力光ビームからデータを検出する検出器１２０５、１３０５。この検出器は、例えば上述のようなＣＭＯＳ型であり、有利には、出力光ビームの焦点を検出器の感知セルに合わせるためのマイクロレンズアレイ（図示せず）を有する。
【００８３】
図１２に示される実施形態においては、検出器１２０５は第１表面１２０７の側に配置されており、情報担体１２０１は第１表面１２０７と検出器１２０５との間に配置されることが意図される。この特有の実施形態は、透過的に読み取られる情報担体１２０１の使用を暗示するものである。
【００８４】
図１３に示される実施形態においては、検出器１３０５は第２表面１３０８の側に配置されている。このシステムは更に以下を有する：
− 第２の反射手段１３１０と検出器１３０５との間に配置された反射偏光板１３１１、
− 第１表面１３０７と情報担体１３０１との間に配置された１／４波長板１３１２。
【００８５】
導波路１３０３の左側にて、上方を向いた太い矢印は情報担体１３０１から戻ってきた光ビームを指し示している。この光ビームの偏光は１／４波長板によって回転させられており、その結果、この光ビームは反射偏光板１３１１を（第２の反射手段１３１０によって逸らされることなく）直接的に透過する。
【００８６】
図１３に示される特有の実施形態は、第１表面１３０７側に配置されて反射的に読み取られる情報担体１３０１の使用を暗示するものである。
【００８７】
情報担体上に記憶されたデータを読み取る平面型システムの第２の形式を図１４と、３次元的に見た図１５とに示す。平面型システムの第２の形式は以下を有する：
− 第１表面１４０７及び第２表面１４０８を有する導波路１４０３。この導波路は、複屈折又は密度差を有しないプラスチック、ガラス、又は何らかの材料から成る、
− 入力光ビーム１４０４から第１の光ビームを生成するように上記の第１表面側に配置された開口アレイ１４０２。光ビームは更なる導波路（図示せず）によって拡げられたレーザビームから得られてもよい、
− 第１の光ビームから第１の反射光ビームを生成するように上記の第２表面側に配置された第１の反射手段１４０９、
− 第１の反射光ビームから位相変調された光ビームを生成するように上記の第１表面側に配置された反射式位相変調器１４０６。位相変調された光ビームは上述のような光スポットアレイを有する、
− 位相変調された光ビームから第２の反射光ビーム（下方を向いた細い矢印によって示されている）を生成するように上記の第２表面１４０８側に配置された第２の反射手段１４１０。第２の反射光ビームは情報担体１４０１の面に垂直である、
− 第２の反射光ビームから第３の反射光ビーム（上方を向いた太い矢印によって示されている）を生成するように上記の第１表面側に配置された反射偏光板１４１１。第３の反射光ビームは、第２の反射手段１４１０と情報担体との間に配置された１／４波長板１４１２を通過するように意図されており、また情報担体１４０１を走査するためのものである。反射偏光板１４１１は、所与の偏光を有する光ビーム（第２の反射光ビームに相当する）を反射し、この所与の偏光に対して９０°回転させられた偏光を有する光ビーム（第３の反射光ビームに相当する）を透過させるものである、
− 情報担体１４０１によって生成された出力光ビーム（下方を向いた太い矢印によって示されている）からデータを検出するように反射偏光板１４１１の下方に配置された検出器１４０５。出力光ビームは１／４波長板１４１２及び反射偏光板１４１１を透過する。検出器は、例えば上述のようなＣＭＯＳ型であり、有利には、出力光ビームの焦点を検出器の感知セルに合わせるためのマイクロレンズアレイ（図示せず）を有する。
【００８８】
図１４及び図１５に示される特有の実施形態は、第２表面１４０８側に配置されて反射的に読み取られることが意図される情報担体１４０１の使用を暗示するものである。この平面型システムの実施形態は、全ての部品が導波路の同一側にある一方で情報担体が反対側にあるので有利である。この構成により、情報担体読み取り装置の実装が容易になる。好ましくは、第１表面１２０７、１３０７、１４０７と第２表面１２０８、１３０８、１４０８との間隔は、開口アレイ１２０２、１３０２、１４０２の出力で生成される光ビームが反射式位相変調器１２０６、１３０６、１４０６上で再結像するようにされる。
【００８９】
平面型システムの全ての実施形態は、位相変調器を反射的に使用する点で共通している。光ビームは反射式位相変調器層を２度通るので、光ビームに加えられる位相シフト（等式１乃至４によって定められる）は２倍にされることが可能である。図９に示された実施形態と同様に、反射式位相変調器１２０６、１３０６、１４０６の各画素は電気的にアクセスされることができる。この場合、有利なことに液晶・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）技術が使用可能である。
【００９０】
図１６は、第１の反射手段１６０９及び第２の反射手段１６１０の詳細を示している。
【００９１】
導波路１６０３の第２表面１６０８側に三角形構造が配置されており、第１の反射光ビームの反射角は三角形構造の角度α１によって決定されてもよく、第２の反射光ビームの反射角は三角形構造の角度α２によって決定されてもよい。
【００９２】
反射角はまた、ブレーズド（ｂｌａｚｅｄ）回折格子を形作り、逸らされた出力光ビームとして一次の回折ビームが使用されるように、この構造のピッチｐを入力光ビームの波長λ程度に選定して決定されてもよい。
【００９３】
このシステムは、有利なことに、情報担体上に記憶されたデータを読み取るための読み取り装置に実装されることが可能である。
【００９４】
次に、上記のシステムに適用可能な高品質の光プローブ（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｂｅ）アレイを生成する方法及び装置について説明する。この技術はタルボット効果において基本的な光収差によって課される限界を克服するものであり、より高いデータ密度の実現を可能にする。この方法は、プローブを生成するために使用される開口アレイにおける収差を事前に補償することから成る。実際に、開口アレイは位相マスク（収差光学素子とも呼ばれる）によって置き換えられ得る。位相マスクは不連続の位相ステップを有することができる。
【００９５】
数値シミュレーションによって、高品質プローブの生成が明らかにされるとともに、これが比較的単純な位相のみのマスクにより実現可能であることが示されている。
【００９６】
最初に、タルボット効果において収差によって課される限界について示す。周期ｐ及び長さＬを有する、例えば図２のマスク２０２のような周期的な物体を考える。単位セルに対応する波数ベクトルはｋｑ＝２π／ｐによって表される。周期的物体２０２のすぐ背後での図２のビーム２０４の電界Ｅ（ｘ，ｚ＝０）は、
【数１】
によって与えられる。但し、Ｆ（ｘ）は｜ｘ｜＜１／２のとき１であり、その他のときには０である（Ｆ（ｘ）は物体の有限サイズを決定する）。係数Ｅｎは、周期的物体の単位セルの透過関数Ｅｃｅｌｌ（ｘ）のフーリエ成分であり、次式で表される。
【００９７】
【数２】
物体の有限サイズはフーリエ成分のスメアリングを引き起こす。
【００９８】
【数３】
なお、加算は伝搬波のみに限られ、故に、｜ｎ｜はｐ／λより小さくなければならない。物体からの距離ｚでの電界が次式によって与えられる。
【００９９】
【数４】
物体が無限大であるときには、ｓｉｎｃはδ関数となる。
【０１００】
【数５】
Ｅｎは単位セルのフーリエ変換であり、数式（１．５）は逆変換であるので、関数ｚ√（ｋ０２−（ｎｋｑ）２）は位相収差と見ることができる。
【０１０１】
位相収差の項は以下のように展開可能である：
【数６】
不連続なｎの値のみが役割を果たすので、ｚは二次の項が打ち消されるように選定され得る：
【数７】
但し、ｍは整数である。（数式（１．６）の高次の項が無視される）近軸近似では、単位セルはタルボット距離ｚＴに完全に結像される。近軸近似が妥当でないとき（波長程度の構造を有する単位セルの場合）、高次の項は結像プロセスを歪ませる。伝統的な結像における収差と同様に、数式（１．６）の四次の項は球面収差に関連付けられることができる。
【０１０２】
図１７は、周期パターン（開口アレイ）の背後での強度分布を示している。この構造はこの像の底部にあり、小さい開口のアレイ（１λの直径、２０λの間隔）から構成されている。タルボット距離（８００λ）は水平の直線によって指し示されている。この構造位置での強度分布がタルボット距離の位置に“結像”されていることが見て取れる。像の品質に影響を及ぼす２つの効果、すなわち、１）像端部のスポット群に主に影響を及ぼすアレイの有限サイズ、及び２）収差、が観察される。収差の影響は像の縦方向のずれとして、すなわち、最良の位置はタルボット距離より僅かにアレイに近いところにあることに、最も顕著に見て取れる。これは、最も鮮明な“位置”が水平線の僅かに下方にあることによって観察されることができる。収差はまたスポットの品質の低下を引き起こす。
【０１０３】
図１８は、プローブアレイを生成するための開口アレイの使用を例示している。（Ａ）は平面波の照明である。（Ｂ）は透過効率を高めるためのレンズアレイである。（Ｃ）は開口アレイであり、（Ｄ）はプローブアレイである。低いデータ密度のシステムでは、光プローブは比較的大きく、収差は根本的な問題となるとは思われない。しかしながら、データ密度を高めるためには、実効的な開口数が同様に増大される必要があり、収差は根本的な限界を課すことになる。故に、高密度システムが要求される場合には、収差を補正又は防止する方法が必要となる。
【０１０４】
本発明の一実施形態は、位相係数が収差を事前に補償するようにソースアレイを設計することによって位相収差を補正する方法から成る。これは、平行な光ビーム内に配置されることが可能なマスクをもたらす（図１９参照）。代わりの実施形態においては、マスクは開口アレイの後ろに配置され得るように設計される（図２０参照）。ある一定の場合には、これによりマスクがより単純化され得る。
【０１０５】
図１９は、プローブアレイを生成し、且つ収差を事前補償するための、位相マスク又は収差光学素子（Ｅ）の使用を例示している。位相マスクは、例えば、ガラス板にエッチングされた高さプロファイルとして、あるいは透明基板上に複製された高さプロファイルとして実現され得る。
【０１０６】
図２０は、開口アレイと組み合わせての位相マスクの使用を例示している。この実施形態においては、位相マスクは開口から所与の距離に配置される。異なる補正関数が必要とされることにより、マスク設計が単純化され得る。
【０１０７】
マスクを容易に製造できるようにするため、その設計を単純化することが好ましい。以下では、これが、１）振幅変調を無視する（位相のみのマスクを使用する）こと、２）不連続な位相ステップのみを使用すること、及び／又は３）計算されたマスクを小さい形状（例えば、製造が困難であろう所定サイズ制限未満の形状）を除去するように修正すること、によって可能であることを明らかにする。
【０１０８】
数値計算
／／Ｆは電界の複素振幅
／／ｋｑは周期に対応した波数ベクトル
／／ｋ０は光放射線の波数ベクトル
／／ｃｏｒｒは収差を補正するために回折次数に加算される位相
／／ｚｃは収差が補正される伝搬距離
／／ａｍｐｌは回折次数の振幅
ｆｏｒ（ｎ＝０；ｎ＜（ｋ０／ｋｑ）；ｎ＝ｎ＋１）
｛
ｋｘ＝ｎ＊ｋｑ；
ａｍｐｌ＝ｅｘｐ（−３＊（ｎ＊ｋｑ／ｋ０）＊＊２）；
ｃｏｒｒ＝ｚｃ＊（ｓｑｒｔ（ｋ０＊＊２−ｋｘ＊＊２）−ｋ０＋（１／２）＊ｋｘ＊＊２／ｋ０）；
Ｆ＝Ｆ＋ｃｏｓ（ｎ＊ｋｑ＊ｘ）＊ｅｘｐ（ｉ＊ｃｏｒｒ）＊ａｍｐｌ；
｝。
【０１０９】
マスクを如何にして生成するかということに使用され得る擬似コードが上に示されている。この擬似コードにおいて、ｓｑｒｔは平方根演算を示し、ｅｘｐ（ｘ）は指数関数ｅｘを示し、またｘ＊＊ｙはｘｙを示している。ｋｑの倍数である空間周波数のみが使用されることにより、周期的物体が確実に得られる。回折次数の振幅（ａｍｐｌ）は、この例では、（ガウシアン形状を用いることにより）なだらかに減少するように選定される。この減少は実効的な開口数を決定する。位相の項（ｃｏｒｒ）は回折次数の位相を決定する。位相が等しく取られる（ｃｏｒｒ＝０）とき、スポットアレイはソース位置に現れ（図２１に示される）、タルボット距離には重度に収差の影響を受けた像が現れる（図２２）。
【０１１０】
図２１は収差が存在しない場合のプローブを例示している。右側の像は低強度の構造の視認性を高めるためにガンマ補正されたものである。この像の寸法は横方向に４０波長分、縦方向に２００波長分である。アレイの周期は２０波長分である。このプローブは上述の擬似コードによって生成されている。
【０１１１】
図２２は収差の影響を例示している。この強度パターンは、図２１の構造がソースとして使用されたときにタルボット距離にて得られたものである。
【０１１２】
収差を補正するように位相が選択される（ｚｃをタルボット距離、ｃｏｒｒを上述の数値計算にて示されるようにする）場合、収差のない像が実現される（図２３）が、より複雑なソース（図２４）という犠牲を伴う。
【０１１３】
図２３は、完全な（すなわち、単純化されていない）補正マスクが用いられるときの、タルボット距離での像を例示している。擬似コード（上述）において、位相の項にはｃｏｒｒ＝ｚｃ＊（ｓｑｒｔ（ｋ０＊＊２−ｋｘ＊＊２）−ｋ０＋（１／２）＊ｋｘ＊＊２／ｋ０）という表現が用いられている。図２４は、図２３のスポット群を生成するために使用されるマスク（１つのユニットセル）の振幅プロファイル（左図）及び位相プロファイル（右図）を例示している。
【０１１４】
次に、容易に製造可能なマスクを使用することができるかどうかを証明するため、ソースを単純化する。これは、ここでは先ず、（位相プロファイルのみを維持して）透過振幅を１に設定することによって為される（図２５）。
【０１１５】
図２５は、位相の項のみはそのままでマスクの振幅が１に設定されたときの、タルボット距離での像を示している。品質は依然として非常に良いことが見て取れる。故に、振幅の項は無視可能であることを示している。図２６は、図２５のスポット群を生成するために使用されるマスク（１つのユニットセル）の振幅プロファイル（左図）及び位相プロファイル（右図）を示している。
【０１１６】
／／ｆｉｎは連続関数である位相
／／ｆｏｕｔはマスク用に離散化された位相
ｎ＝２
ｆｏｕｔ＝（ｐｉ／ｎ）＊ｉｎｔ（ｆｉｎ／（ｐｉ／ｎ））；
次に、上記の擬似コードに示されるように、マスクの離散的な位相ステップを選択した（図２７及び図２８）。演算“ｉｎｔ”は数字が最も近い整数まで波数を切り捨てられることを示している。これは像の品質に殆ど影響を及ぼさないことが見て取れる。位相マスクを離散化するために使用される擬似コードは上に示されている。π／ｎの倍数である位相値のみが用いられる（ホログラムには全体として２ｎ個のステップが存在する）。
【０１１７】
図２７は、４つの不連続な位相ステップ（−１／２π、０、１／２π、π）を有するマスクを用いたときに、タルボット距離で得られた像を示している。離散化の擬似コードにおいてｎ＝２である。図２８は、図２７のスポット群を生成するために使用されるマスク（マスクの振幅は１に保たれている）を示している。
【０１１８】
最後に、製造しやすさを最適化するためにマスクを手作業で変化させることが可能である。一例を図２９及び図３０に示す。図２９は、製造しやすくするために所定の閾値未満の形状の除去によりマスクが手作業で修正された（図２８のマスクから一部の最小形状が除去されている）ときの、タルボット距離で得られた像を示している。大規模な最適化手順に従っていないものの、像の品質は既に（図２２と比較して）良いものである。図３０は、図２９に示されたプローブ群を生成するために使用されるマスク（振幅は１に保たれている）を示している。このマスクは３つのみの異なる位相レベルと波長程度の構造とを有している。
【０１１９】
上述のシミュレーションは１次元のアレイに関するものであったが、２次元のアレイ及びマスクに対しても結論は妥当であることは認識されるであろう。さらに、上述において光学素子アレイは、該光学素子アレイから実質的にタルボット距離の位置に放射線スポットアレイを生成するように構成されていると大まかに仮定されていたが、光学素子アレイは異なる距離の位置にスポット群を生成するようにも構成され得ることが認識されるであろう。収差光学素子は、如何なる所定位置にある焦点に持ってこられる放射線スポット群においても光収差を補正するように構成され得る。同様に、収差光学素子はスポット群の位置を変化させるように構成されてもよい。例えば、光学素子アレイが近軸タルボット距離に放射線スポットアレイを生成するように構成されている場合、収差光学素子は、放射線スポット群における光収差の補正のために所定の光収差を適用するとともに、スポット群のｚ位置（すなわち、スポット群と光学素子アレイとの間の光路に沿った間隔）を変化させるために所定の光学関数を適用するように構成されることができる。
【０１２０】
以上、収差光学素子について光学素子アレイとは別の個別ユニットとして大まかに説明してきた。しかしながら、２つの素子は単一の連続的なユニットとしても形成され得ることは認識されるであろう。他の例では、光学素子アレイは収差光学素子の一部を形成してもよい。すなわち、収差光学素子は放射線スポット群の光収差を補正するだけでなく、放射線スポット群のアレイを生成することもできるように構成されてもよい。
【０１２１】
動詞“有する”及びその活用形は、請求項にて挙げられる以外の要素又は段階の存在を排除するものではない。要素又は段階の前の冠詞“ある（“ａ”若しくは“ａｎ”）”の使用は、このような要素又は段階が複数存在することを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】第１のシステムを示す図である。
【図２】第２のシステムを示す図である。
【図３】システムを情報担体上で移動させる第１の構成を示す図である。
【図４】システムを情報担体上で移動させる第２の構成を示す図である。
【図５】システムを情報担体上で移動させる第１の構成の詳細な構成要素を示す図である。
【図６】システム内で使用されるマクロセル走査用の構成要素の詳細を示す図である。
【図７Ａ】マクロセル走査の原理を示す図である。
【図７Ｂ】マクロセル走査の原理を示す図である。
【図７Ｃ】マクロセル走査の原理を示す図である。
【図７Ｄ】マクロセル走査の原理を示す図である。
【図８】第１のシステムを３次元的に示す図である。
【図９】第３のシステムを示す図である。
【図１０】第３のシステムを３次元的に示す図である。
【図１１】電気的に制御可能な液晶セルと、その電圧制御曲線を示す図である。
【図１２】平面型システムの第１実施形態を示す図である。
【図１３】平面型システムの第２実施形態を示す図である。
【図１４】平面型システムの第３実施形態を示す図である。
【図１５】平面型システムの第３実施形態を３次元的に示す図である。
【図１６】平面型システムで使用される構成要素を示す詳細図である。
【図１７】タルボット効果を例示する、周期構造からの強度分布を示す図である。
【図１８】プローブのアレイを生成するために開口アレイを使用することを例示する概略図である。
【図１９】本発明の一実施形態に従って、プローブのアレイを生成するために位相マスクを使用することを例示する概略図である。
【図２０】本発明の一実施形態に従って、プローブのアレイを生成するために開口アレイと組み合わせて位相マスクを使用することを例示する概略図である。
【図２１】収差が存在しないときのプローブを示す図である。
【図２２】収差が存在するときの、タルボット距離で得られたプローブの強度パターンを示す図である。
【図２３】本発明の一実施形態に従って完全な収差補正が使用されたときのタルボット距離での像を示す図である。
【図２４】図２３のスポット群を生成するために使用される１つのユニットセルマスクの振幅（左図）及び位相（右図）プロファイルを示す図である。
【図２５】本発明の一実施形態に従って位相条件のみを維持しマスク振幅を１に設定したときのタルボット距離での像を示す図である。
【図２６】図２５のスポット群を生成するために使用されるマスク（１つのユニットセル）の振幅（左図）及び位相（右図）プロファイルを示す図である。
【図２７】４つの不連続な位相ステップ（−１／２π、０、１／２π、π）を有するマスクを用いたときのタルボット距離で得られた像を示す図である。
【図２８】図２７に示されたプローブを生成するために使用されるマスク（マスク振幅は１に保たれている）を示す図である。
【図２９】作成が容易になるようにマスクが手動で修正された（図２８におけるマスクと比較して、一部の最小形状が除去されている）ときのタルボット距離で得られた像を示す図である。
【図３０】図２９に示されたプローブを生成するために使用されるマスク（振幅は１に保たれている）を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報担体を走査する光学走査装置であって：
情報担体の走査のための放射線スポット群の２次元アレイを入力放射線ビームから生成するように構成された光学素子アレイ；及び
放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用するように構成された収差光学素子；
を有する装置。
【請求項２】
収差光学素子は光学素子アレイと放射線スポット群との間の光路上に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
収差光学素子は入力放射線ビームのソースと光学素子アレイとの間の光路上に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
収差光学素子は実質的に放射線の位相のみを変化させるように構成されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
収差光学素子は、実質的に均一な屈折率を有する透明材料を有し、該材料の厚さは所定の光収差をもたらすように該素子の全域で変化している、請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
収差光学素子は個別素子として形成されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
収差光学素子は前記光学素子アレイを含んでいる、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
光学素子アレイはレンズアレイ又は開口アレイである、請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
光学素子アレイは該光学素子アレイから実質的にタルボット距離の位置に前記スポット群を生成するように構成されている、請求項１乃至８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
収差光学素子は、光学素子アレイのサイズが有限であることに起因する放射線スポット群における光収差を補正するために、所定の光収差を適用するように構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
情報担体によって生成された出力光ビームアレイから情報を検出するように構成された光センサーアレイを有する検出器を更に有する請求項１乃至１０の何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
情報担体を走査する光学走査装置にて使用される収差光学素子であって、前記装置は、情報担体の走査のための放射線スポット群の２次元アレイを入力放射線ビームから生成するように構成された光学素子アレイを有し、
当該収差光学素子は放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用するように構成されている収差光学素子。
【請求項１３】
情報担体を走査する方法であって：
情報担体の走査のための放射線スポット群の２次元アレイを入力放射線ビームから生成する段階；及び
放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用する段階；
を有する方法。
【請求項１４】
情報担体を走査する光学走査装置を製造する方法であって：
情報担体の走査のための放射線スポット群の２次元アレイを入力放射線ビームから生成する光学素子アレイを設ける段階；及び
放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用する収差光学素子を設ける段階；
を有する製造方法。
【請求項１】
情報担体を走査する光学走査装置であって：
情報担体の走査のための放射線スポット群の２次元アレイを入力放射線ビームから生成するように構成された光学素子アレイ；及び
放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用するように構成された収差光学素子；
を有する装置。
【請求項２】
収差光学素子は光学素子アレイと放射線スポット群との間の光路上に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
収差光学素子は入力放射線ビームのソースと光学素子アレイとの間の光路上に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
収差光学素子は実質的に放射線の位相のみを変化させるように構成されている、請求項１乃至３の何れか一項に記載の装置。
【請求項５】
収差光学素子は、実質的に均一な屈折率を有する透明材料を有し、該材料の厚さは所定の光収差をもたらすように該素子の全域で変化している、請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
収差光学素子は個別素子として形成されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
収差光学素子は前記光学素子アレイを含んでいる、請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
光学素子アレイはレンズアレイ又は開口アレイである、請求項１乃至７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
光学素子アレイは該光学素子アレイから実質的にタルボット距離の位置に前記スポット群を生成するように構成されている、請求項１乃至８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
収差光学素子は、光学素子アレイのサイズが有限であることに起因する放射線スポット群における光収差を補正するために、所定の光収差を適用するように構成されている、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
情報担体によって生成された出力光ビームアレイから情報を検出するように構成された光センサーアレイを有する検出器を更に有する請求項１乃至１０の何れか一項に記載の装置。
【請求項１２】
情報担体を走査する光学走査装置にて使用される収差光学素子であって、前記装置は、情報担体の走査のための放射線スポット群の２次元アレイを入力放射線ビームから生成するように構成された光学素子アレイを有し、
当該収差光学素子は放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用するように構成されている収差光学素子。
【請求項１３】
情報担体を走査する方法であって：
情報担体の走査のための放射線スポット群の２次元アレイを入力放射線ビームから生成する段階；及び
放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用する段階；
を有する方法。
【請求項１４】
情報担体を走査する光学走査装置を製造する方法であって：
情報担体の走査のための放射線スポット群の２次元アレイを入力放射線ビームから生成する光学素子アレイを設ける段階；及び
放射線スポット群における光収差の補正のために、所定の光収差を放射線に適用する収差光学素子を設ける段階；
を有する製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公表番号】特表２００８−５１８２４７（Ｐ２００８−５１８２４７Ａ）
【公表日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３７４６９（Ｐ２００７−５３７４６９）
【出願日】平成１７年１０月２４日（２００５．１０．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５３４６４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４６１８４
【国際公開日】平成１８年５月４日（２００６．５．４）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２４日（２００５．１０．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５３４６４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４６１８４
【国際公開日】平成１８年５月４日（２００６．５．４）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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