(57)【要約】光学同定要素（８）は、内部に少なくとも１つの回折格子（１２）が並べられている光学基板（１０）を含む。回折格子（１２）は、入射光（２４）で照射されると検出される一意の同定ディジタル・コードを表わす複数の並置ピッチΛ（ラムダ）を持っている。入射光（２４）は、狭帯域（単一波長）または複数波長の光源を用いて、基板（１０）の側面から横断方向に向けられる場合がある。このような場合、このコードは、光の空間分布、または波長スペクトルにより、それぞれ表わされる。光学同定要素（８）は、多数の一意のコード、例えば６７００万よりも多くのコードを提供でき、また厳しい環境に耐えることもできる。光学同定要素（８）は、ソーティング（分類）、タギング（標識）、追跡、または同定を必要とするどのような用途にも使用でき、また、要望があれば、ミクロンのスケールの「ミクロビーズ（ｍｉｃｒｏｂｅａｄｓ）」、あるいは、それよりも大きい用途では、さらに大きい「マクロビーズ（ｍａｃｒｏｂｅａｄｓ）」で、作ることができる。このコードは、ディジタル二進ベースであるか、あるいは他の数値ベースのコードであることもある。
2005536769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基板を備え、
前記基板の少なくとも一部に、少なくとも１つの回折格子が並べられており、かつ、前記回折格子が、共通の場所に重ねられた少なくとも１つの屈折率ピッチを持ち、
前記回折格子が、入射光信号で照射されると出力光信号を供給し、
前記光出力信号が前記基板中のコードを表わしている光学同定要素。
【請求項２】
前記基板が、ガラス材料でできている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コードが、複数のビットから成る請求項１に記載の装置。
【請求項４】
ピッチの数が、前記コード中の前記ビットの数を表わす請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記基板が、約５００ミクロンよりも短い長さを持つ請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記基板が、円筒形の形状を持つ請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記回折格子が、ブレーズ回折格子である請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記コードが複数のビットから成り、かつ、それぞれのビットが複数の状態を持っている請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記基板上には、反射性塗膜が設けられている請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記基板が、磁荷分極または電荷分極を持っている請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記基板が、前記回折格子が位置づけられている回折格子領域と、前記回折格子が位置づけられてない回折格子以外の領域とを持ち、前記基板が複数の回折格子領域を持っている請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記基板が、穴のある形態を持っている請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記基板が、突出部分のある形態を持っている請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記基板の少なくとも一部が、円形、正方形、長方形、楕円形、ハマグリ形、Ｄ字形、および多角形のグループから選択された端面断面の幾何形状を持っている請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記基板の少なくとも一部が、円形、正方形、長方形、楕円形、ハマグリ形、Ｄ字形、および多角形のグループから選択された側面の幾何形状を持っている請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記基板の少なくとも一部が、球体、立方体、角錐のグループから選択された三次元の形状を持っている請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記コードが、少なくとも所定のビット数から成り、また、前記ビット数が３、５、７、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２４、２８、３０、４０、５０、または１００である請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
光学基板を備え、
前記基板の少なくとも一部に、少なくとも１つの回折格子が並べられており、かつ、前記回折格子が、共通の場所に重ねられた少なくとも１つの屈折率ピッチを持ち、
前記回折格子が、入射光信号で照射されると出力光信号を供給し、
前記光出力信号が前記基板中のコードを表わしているマイクロパーティクル。
【請求項１９】
光学同定要素中のコードを読み取る方法であって、
共通の場所に１つまたは複数の屈折率ピッチが重ねられている回折格子を少なくとも一部が持っている光学基板を得るステップと、
基板に入射光を照射して、出力光信号を供給するステップと、
前記出力光信号を読み取って、前記出力光信号からコードを検出するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学同定（optical identification）に関し、さらに具体的に言えば、回折格子を用いる同定またはコード化に使用される光学要素に関する。
（関連出願の引用）
本願は、２００２年８月２０日出願の米国特許仮出願第６０／４０５，０８７号（ＣｉＤＲＡ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＣＣ−０４２９）と、２００２年９月１２日出願の米国特許仮出願第６０／４１０，５４１号（ＣｉＤＲＡ Ｄｏｃｋｅｔ Ｎｏ．ＣＣ−５４３）の恩恵を要求している。これらの出願はそれぞれ、参照によって、その全体が本明細書中に組み入れられている。
【背景技術】
【０００２】
多くの業界が、ソーティング（分類）、追跡、および／または同定／標識のために、一意的に識別できる対象物を必要としており、あるいは、対象物を一意的に識別できる能力を必要としている。バーコード、電子マイクロチップ／トランスポンダ、無線周波数同定（ＲＦＩＤ）、蛍光、および他の光学手法などの現行技術は、不充分であることが多い。例えば、現行技術は、ある種の用途では大きすぎる場合があり、また、充分異なるコードを提供しない場合がある。あるいは、現行技術は、厳しい温度環境、化学環境、核環境、および／または電磁環境に耐えることもできない。
【０００３】
それゆえ、多くのコード（例えば、１００万よりも多くのコード）を提供できるようにし、非常に小さくすることができ、かつ／または、厳しい環境にも耐えることのできるコード化要素（coding element）またはプラットフォームを得ることが望ましいであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、多数の異なるコードを提供できるようにし、非常に小さくすることができ、かつ／または、厳しい環境にも耐えることのできる光学同定要素またはプラットフォームを提供することを含む。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明により、光学同定要素は、光学基板を含み、この基板の少なくとも一部に、少なくとも１つの回折格子が並べられており、この回折格子が、共通の場所に重ねられた少なくとも１つの屈折率ピッチを持ち、また、この回折格子が、入射光信号で照射されると出力光信号を供給し、さらに、この光出力信号が、この基板中のコードを表わしている。
【０００６】
本発明は、多くの光学的に読取り可能なコードを持つことができる光学要素を提供する。この光学要素は、複数の並置屈折率間隔または屈折率ピッチΛを持つ光学的に読取り可能な複合回折格子が入っている基板を持っている。本発明は、多数の一意的に識別できるコード（例えば、何百万、何十億、またはそれ以上）を提供できるようにしている。これらのコードは、ディジタル二進コードであることもあり、したがって、ディジタル的に読取り可能である。あるいは要望があれば、これらのコードは、他の数値ベースであってもよい。
【０００７】
この光学要素は、石英ガラスまたは他のガラスなどのガラス材料でできているか、あるいは、プラスチック、または、中に回折格子を並べることのできる他の任意の材料でできていてもよい。この光学要素は、形状が円筒形であるか、あるいは、その設計パラメータを満たすことを条件として、他の任意の幾何形状であってもよい。
【０００８】
さらに、これらの光学要素は、小さい用途（約１〜１０００ミクロン）では、非常に小さい「マイクロビーズ（microbeads）」（すなわち、マイクロエレメント（microelement）またはマイクロパーティクル（microparticle）またはコード化パーティクル（encoded particle））であり、あるいは、さらに大きい用途（例えば、１〜１０００ｍｍ、または、それよりもさらに大きい）では、さらに大きい「マクロビーズ」（すなわち、マクロエレメント（macroelement））であることもある。これらの要素は、コード化パーティクルとも呼ぶことがある。さらに、この要素は、さらに大きい基板または対象物の中に埋め込まれるか、あるいは、それらの一部であることもある。
【０００９】
この要素中のコードは、自由空間光学素子を用いて識別されるものであって、アライメント（整列）の影響を受けなくすることができる。
【００１０】
これらの回折格子（またはコード）は、基板の内部（基板の表面上または表面付近を含む）に埋め込まれる。これらの回折格子（またはコード）は、厳しい環境（化学環境、温度環境、核環境、電磁環境など）でも働くことのできる恒久的に除去できないコードであることもある。
【００１１】
このコードは、スポット（光点）の欠陥、この基板中の掻き傷、亀裂、または破損には影響されない。さらに、これらのコードは、空間的に不変である。したがって、要素を軸方向に分割またはスライスすると、同一コードを持つさらに多くの要素が発生する。よって、ビーズが軸方向に分割されると、そのコードが失われず、その代り、それぞれの部片に複製される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の上記および他の目的、特徴、利点は、本発明の模範的な実施形態の下記詳細な説明に照らしてみれば、さらに明らかになろう。
【００１３】
図１を参照すると、光学同定要素８は、光学基板１０の容積内または表面上に光学回折格子１２が並べられている（すなわち、書込み、型押し、埋込み、転写、エッチング、成長、被着などを行って形成される）公知の光学基板１０を含む。回折格子１２は、基板１０の少なくとも一部の有効屈折率および／または実効光吸収を周期的にまたは非周期的に変えるものである。
【００１４】
基板１０は、回折格子１２が位置づけられている内部領域２０を持っている。この内部領域は、回折格子１２を書き込むか、あるいは型押しすることができるように、感光性であることもある。基板１０は、回折格子１２が入っていない外部領域１８も持っている。
【００１５】
回折格子１２は、基板１０の回折格子領域２０の長さに沿って並置された、個々に屈折率を空間周期的に正弦波変化させるもの（それぞれ、空間周期（すなわちピッチ）Λを持っている）の複数の組合せである。回折格子１２（あるいは、回折格子を組み合わせたもの）は、ビットから成る光学的に読取り可能な一意のコードを表わしている。一実施形態では、ビットは、回折格子１２中の一意のピッチΛに対応する。
【００１６】
回折格子１２は、本明細書中では、複合回折格子または並置回折格子とも呼ばれることがある。さらに、回折格子１２が、入力光信号を、所定の望ましい光出力パターンまたは光出力信号に変換するか、あるいは、フィルタリングするときに、「ホログラム（hologram）」と呼ばれることもある。
【００１７】
基板１０は、外径Ｄ１を持つものであって、回折格子１２を基板中または基板上に並べられるようにするのにふさわしい化学組成を持つ石英ガラス（ＳｉＯ2）から成っている。要望があれば、光学基板１０に他の材料が用いられてもよい。例えば、基板１０は、任意のガラス、例えば石英ガラス、リン酸ガラス、または他のガラスでできているか、あるいは、ガラスとプラスチック、またはプラスチックだけでできていることもある。高温または厳しい化学用途では、ガラス材料でできている光学基板１０が望ましい。光学基板１０は、回折格子領域２０内に回折格子１２を並べさせることができる材料であって、光を通させて、このコードを光学的に読み取れるようにする材料であれば、どんなものでもよい。
【００１８】
回折格子１２を持つ光学基板１０は、長さがＬ、外径がＤ１、内部領域２０の直径がＤである。長さＬは、短いもの（約１〜１０００ミクロン、またはそれよりも短い）から、長いもの（約１．０〜１０００ｍｍ、またはそれよりも長い）にわたることもある。さらに、外径Ｄ１は、小さいもの（１０００ミクロンよりも小さい）から、大きいもの（約１．０〜１０００ｍｍ以上）にわたることもある。基板１０および回折格子１２には、他の寸法および長さを使用してもよい。
【００１９】
回折格子１２は、基板１０の長さＬにほぼ等しい長さＬｇを持つことがある。別法として、回折格子１２の長さＬｇは、図１１に示されるように、基板１０の全長Ｌよりも短いことがある。
【００２０】
さらに、図４４を参照すると、回折格子１２の回折格子領域２０の所与のどんな寸法のサイズも、基板１０の対応する任意の寸法よりも小さいことがある。例えば、回折格子１２が、長さＬｇ、奥行Ｄｇ、幅Ｗｇの寸法を持ち、また、基板１２が長さＬ、奥行Ｄ、幅Ｗの寸法を持つ場合に、回折格子１２の寸法は、基板１２の寸法よりも小さいことがある。したがって、円筒形の回折格子領域では、回折格子１２は、さらに大きい基板１２の内部に埋め込まれるか、あるいは、その基板１２の一部であることもある。基板１０、光学同定要素８、または回折格子１２のサイズとして、直交する寸法または座標を使用せずに、サイズとして、他の寸法／座標（例えば、極座標またはベクトル寸法）を使用してもよい。
【００２１】
さらに、光学同定要素８は、さらに大きい対象物中に埋め込まれるか、または対象物上に形成されて、その対象物を同定することがある。例えば、顕微鏡のスライドまたは試験管の中または上に、光学同定要素１０が埋め込まれていることもある。
【００２２】
基板１０は、正方形、長方形、楕円形、ハマグリ形、Ｄ字形、または他の形状などの円形以外の端面断面形状を持ち、また、円形、正方形、楕円形、ハマグリ形、Ｄ字形、または他の形状などの長方形以外の側面断面形状を持つことがある。さらに、球体、立方体、角錐、または他の任意の３Ｄ形状などの円筒体以外の３Ｄ幾何形状も使用されることがある。別法として、基板１０は、上述の形状の１つまたは複数を組み合わせた幾何形状を持つことがある。
【００２３】
所与の用途に対して、所望の光学的特性および材料特性を満たすように、基板１０の寸法、幾何形状、材料、材料特性を選択する。光学コード用の分解能およびレンジは、これらのパラメータ（後で、さらに詳しく説明する）を制御することで、増減できる。
【００２４】
基板１０の少なくとも一部に施した塗膜により、側面照射を用いての光学コードの光検出に足りる十分な光が基板１０を横断できることを条件として、ポリマ材料、あるいは、基板１０の材料とは異なる他の材料を、基板１０に塗布することがある。
【００２５】
図２を参照すると、回折格子１２は、軸方向に、空間的に一様である。その結果、回折格子１２を持つ基板１０は、軸方向に、多くの別々のさらに小さい基板３０〜基板３６に細分されてもよい。それぞれの基板３０〜基板３６は、同一のコードを収める。細分基板３０〜３６の数に対する限度は、後で説明する設計および性能のファクタに基づいている。
【００２６】
図１を参照して、外部領域１８は、純粋な石英（ＳｉＯ2）でできていて、屈折率ｎ２が約１．４５８（約１５５３ｎｍの波長にて）であり、また、基板１０の内部回折格子領域２０は、ゲルマニウムおよび／またはボロンなどのドーパントを持っていて、約１．４５３の屈折率ｎ１を提供する。この屈折率ｎ１は、外部領域１８のものよりも約０．００５だけ小さい。要望があれば、所望の回折格子領域２０内に回折格子１２を型押しできることを条件として、回折格子領域２０と外部領域１８にそれぞれ、他の屈折率ｎ１、ｎ２を使用してもよい。例えば、回折格子領域２０は、外部領域１８の屈折率よりも大きい屈折率を持つか、あるいは、要望があれば、外部領域１８と同じ屈折率を持ってもよい。
【００２７】
基板１０の外部領域１８（すなわち、回折格子１２を持たない領域）の主目的は、内部回折格子領域２０に対して、機械的または構造的な支持を提供することである。よって、図３を参照すると、要望があれば、基板１０全体が、回折格子１２から成っていてもよい。別法として、図４を参照すると、この支持部分は、全部または一部が、平板状の幾何形状（図４）、またはＤ字形の幾何形状（図５）、あるいは他の幾何形状の場合のように、回折格子領域２０の１つまたは複数の側面の下にあるか、上にあるか、あるいは、そのような側面に沿っていてもよい。基板１０の回折格子以外の部分１８は、光学レンズ効果または他の効果（後で説明する）などの他の目的でも使用されてもよい。
【００２８】
さらに、基板１０の端面は、これらの側面に垂直である必要もないし、互いに平行である必要もない。
【００２９】
図６を参照すると、波長λの入射光２４、例えば、公知の周波数二倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザからの５３２ｎｍ、または、公知のヘリウム・ネオン・レーザからの６３２ｎｍの入射光２４が、基板１０中の回折格子１２に入射する。要望があれば、λが、この基板の光透過レンジ内にあることを条件として、他のどんな入力波長λも使用できる（後で、さらに詳しく説明する）。
【００３０】
入力光２４の一部は、破線２５で示されるように、格子１２を直進して通過する。入力光２４の残りは、回折格子１２で反射されて、複数のビーム２６〜３６を形成し、それぞれのビームは、入力波長λと同一の波長λを持ち、またそれぞれのビームは、回折格子１２中に存在しているピッチ（Λ１〜Λｎ）を表わす異なる角度を持っている。
【００３１】
上に説明されたように、回折格子１２は、基板１０に沿って屈折率が変わる複数の個別空間周期またはピッチΛを組み合わせたものであり、それぞれの空間周期またはピッチが、基板１０上のほぼ同じ場所に並置されている（後で、さらに詳しく説明する）。その結果、これらの個別ピッチを組み合わせたものが、空間周期（Λ１〜Λｎ）（それぞれ、コード中の１ビットを表わしている）を含む回折格子１２である。よって、このコードは、所与の複合回折格子１２中に、どの空間周期（Λ１〜Λｎ）が存在するか（あるいは、存在しないか）によって決定される。このコードはまた、後で説明するように、追加パラメータでも決定されることがある。
【００３２】
反射光２６〜３６は、レンズ３７を通過する。レンズ３７は、ＣＣＤカメラ６０上に結像される集光ビーム４６〜５６を供給する。レンズ３７の代りに、またはレンズ３７に加えて、他の結像光学素子を使用して、基板の形状、および入力光信号に応じて、カメラ６０上に光学画像／信号の所望の特性（例えば、スポット、線、円形、楕円形など）を提供することがある。さらに、ＣＣＤカメラの代りに、他の装置を使用して、出力光を読み取る／取り込むこともある。
【００３３】
図７を参照すると、ＣＣＤカメラ６０上の画像は、光学同定要素８中の回折格子１２におけるディジタル・パターンまたはコードの１とゼロを示す一連の照射ストライプ（縞）である。
【００３４】
図８を参照すると、グラフ７０上の線６８は、空間周期（Λ１〜Λｎ）で示されるように、図７の画像をディジタル化したものを表わしている。
【００３５】
回折格子１２中の個別空間周期（Λ１〜Λｎ）はそれぞれ、わずかに異なり、したがって、後でさらに詳しく説明するＮ個の一意の回折状態（または、回折角）の配列をもたらす。単一の入力波長λの（単色）光源を用いて、側面から、回折格子１２の領域内に適切な角度で（後で説明する）光学同定要素８に照射すると、回折（または、反射）ビーム２６〜３６が発生する。
【００３６】
ビーム２６〜３６をＣＣＤカメラ６０上に結像して、ディジタル（または二進）コードを表わす明るい領域と暗い領域のパターンを生成する。ここで、明るい＝１、暗い＝０（あるいは、その逆）である。このディジタル・コードは、所望の空間周期（Λ１〜Λｎ）を用いて、個別屈折率変化（または個別回折格子）を選択的に生じさせることで、生成され得る。
【００３７】
図９（ａ）〜図９（ｃ）を参照すると、円筒形基板１０中の回折格子１２が、サンプル・スペクトル１７ビット・コード（すなわち、１７の異なるピッチΛ１〜Λ１７）を持つ場合に、ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ６０上の対応する画像は、７ビットをオン状態にしたディジタル・パターン（１０１１００１０００１００１００１）、９ビットをオン状態にしたディジタル・パターン（１１０００１０１０１０１００１１１）、１７ビットすべてをオン状態にしたディジタル・パターン（１１１１１１１１１１１１１１１１１）について、図示されている。
【００３８】
図９に示される画像では、基板１０の長さは４５０ミクロンであり、外径Ｄ１は６５ミクロンであり、内径Ｄは１４ミクロンであり、回折格子１２用のδｎは約１０-4であり、部分２０中のｎ１は約１．４５８（約１５５０ｎｍの波長にて）、部分１８中のｎ２は約１．４５３であり、回折格子１２用の平均ピッチ間隔Λは約０．５４２ミクロンであり、ピッチΛ間の間隔ΔΛは、隣り合ったピッチΛの約０．３６％であった。
【００３９】
図１０（ａ）を参照すると、個別回折格子のピッチΛは、グラフ９１上の曲線９０によって示されるように、回折格子１２の軸方向長さに沿った基板１０の回折格子領域２０中の屈折率ｎ１の正弦波変化の軸方向空間周期である。図１０（ｂ）を参照すると、サンプル複合回折格子１２は、基板１０上に並置された３つの個別回折格子から成っている。この場合、それぞれの個別回折格子は、わずかに異なるピッチ（それぞれ、Λ１、Λ２、Λ３）を持ち、また、それぞれのピッチΛ間の差（すなわち、間隔）ΔΛは、グラフ９４上の曲線９２で示されるように、隣りのピッチΛの周期の約３．０％である。図１０（ｃ）を参照すると、それぞれがわずかに異なるピッチ（それぞれ、Λ１、Λ２、Λ３）を持つ３つの個別回折格子が示されている。この場合、それぞれのピッチΛ間の差ΔΛは、隣りのピッチのピッチΛの約０．３％である。図９（ｂ）と図９（ｃ）の個別回折格子は、説明のために、すべて０からスタートするように示されている。しかしながら、これらの個別回折格子は、すべて、互いに同位相でスタートする必要はないものとする。図１０（ｄ）を参照すると、基板１０の回折格子領域２０内の屈折率正弦波変化の個別ピッチ（Λ１〜Λｎ）を重ね合わせれば、図９（ｂ）に示される３つのピッチを組み合わせたものに相当するグラフ９８上の曲線９６として示された複合回折格子１２の組み合された合成屈折率変化がもたらされる。よって、基板１０の回折格子領域２０内の合成屈折率変化は正弦波でないこともある。この合成屈折率変化は、個別ピッチΛ（すなわち、屈折率変化）を組み合わせたものである。
【００４０】
図１１を参照すると、回折格子１２のコードを読み取るために、光は、回折格子１２から効率的に反射（あるいは、回折または散乱）しなければならない。周知のように、光が効率的に反射するためには、２つの条件を満たさなければならない。第１に、回折格子１２の回折条件を満たさなければならない。この条件は、周知のように、回折格子１２の入力波長λ、入力入射角θｉ、出力入射角θｏ、空間周期Λ、の間の回折（あるいは、反射または散乱）関係である。この条件は、以下の式に左右される。
【００４１】
ｓｉｎ（θｉ）＋ｓｉｎ（θｏ）＝ｍλ／ｎΛ    式１
ここで、ｍは、観測されている反射の「次数」であり、またｎは、基板１０の屈折率である。図１１では、入力角θｉと出力角θｏは、円筒体基板１０の外側にあるものとして定められている。ｍ＝１の値、すなわち一次反射は、説明のために許容される。式１は、基板１０のうち、この回折格子の縦軸線（すなわち、ｋBベクトル）に平行である外面に入射する光に適用される。ここで、その外面に垂直な線２０３は、ｋBベクトルと垂直になっている。角度θｉ、θｏは、基板１０の外側に定められるために、また、基板１０の有効屈折率はほぼ共通な値であるために、式１中のｎの値は、この式から消せる。
【００４２】
したがって、所与の入力波長λ、回折格子の間隔Λ、入力光の入射角θｉの場合に、反射出力光の角度θｏを決定できる。方程式１を解いてθｏの値を求め、かつｍ＝１を代入すると、次式が与えられる。
【００４３】
θｏ＝ｓｉｎ-1（λ／Λ−ｓｉｎ（θｉ））    式２
例えば、入力波長λ＝５３２ｎｍ、回折格子の間隔Λ＝０．５３２ミクロン（すなわち、５３２ｎｍ）、入力入射角θｉ＝３０°の場合に、出力反射角は、θｏ＝３０°となろう。別法として、入力波長λ＝６３２ｎｍ、回折格子の間隔Λ＝０．５３２ミクロン（すなわち、５３２ｎｍ）、入力角θｉ＝３０°の場合に、出力反射角は、θｏ＝４３．４７°となり、あるいは、入力角θｉ＝３７°の場合に、出力反射角は、θｏ＝３７°となろう。
【００４４】
以下の表１を参照すると、入力波長λ＝５３２ｎｍで、かつ入力角θｉ＝３０°の場合に、所与の回折格子の間隔Λに対する、出力角θｏが示されている。
【００４５】
【表１】
2005536769.tif 000003
【００４６】
出力光を読み取る第２の条件は、この出力光の反射角θｏが、「ブラッグ包絡線」２００の許容領域内にあって、出力光の許容レベルを提供しなければならないことである。ブラッグ包絡線２００は、入射光の反射（あるいは、回折または散乱）効率を定める。ブラッグ包絡線２００は、中心線２０２上に中心（またはピーク）があり、そこでは、反射効率が最大である（この最大は、後で説明するように、θｉ＝θｏのときに発生する）。ブラッグ包絡線２００は、中心線２０２からの角度で測定された半値幅（θＢ）、または全幅（２θＢ）を持っている。最適な反射、またはもっとも効率的な反射では、出力光路角度θｏは、ブラッグ包絡線２００の中心にあるべきである。
【００４７】
特に、円筒体に入射する入力光ビームが、円筒体の縦軸線２０７と、この円筒体の縦軸線２０７に垂直な線２０３により画成された平面内にある場合には、ブラッグ包絡線２００用の反射効率または散乱効率（すなわち、正規化反射強度）の輪郭を左右する式は、近似的に以下のものである。
【００４８】
Ｉ（ｋｉ，ｋｏ）≒［ＫＤ］2ｓｉｎｃ2［（ｋｉ−ｋｏ）Ｄ／２］    式３
式中、Ｋ＝２πδｎ／λである。ここで、δｎは、回折格子の局所屈折率変調振幅であり、また、λは入力波長である。ｓｉｎｃ（ｘ）＝ｓｉｎ（ｘ）／ｘであって、ベクトルｋｉ＝２πｃｏｓ（θｉ）／λとベクトルｋｏ＝２πｃｏｓ（θｏ）／λはそれぞれ、回折格子１２の軸方向（すなわち、回折格子ベクトルｋＢ）に垂直な線２０３上への入射光と出力（または反射）光の射影である。また、Ｄは、線２０３（回折格子１２の軸方向に垂直）に沿って測定された回折格子１２の厚さまたは奥行である。円筒体以外の基板形状が使用されることもあり、ブラッグ包絡線の同様なピーク特性を示すことになろう。我々は、この基板の回折格子領域内で約１０-4というδｎ用の値が許容できることを見いだしたが、しかしながら、要望があれば、他の値を使用してもよい。
【００４９】
式３を書き換えると、ブラッグ包絡線の反射効率の輪郭が次式として与えられる。
【００５０】
Ｉ（ｋｉ，ｋｏ）≒［２π・δｎ・Ｄ／λ］2［Ｓｉｎ（ｘ）／ｘ］2    式４
ここで、ｘ＝（ｋｉ−ｋｏ）Ｄ／２＝（πＤ／λ）＊（ｃｏｓθｉ−ｃｏｓθｏ）
したがって、入力角θｉが出力（または反射）角θｏに等しい（すなわち、θｉ＝θｏ）ときに、反射効率Ｉ（式３と式４）が最大となり、これが、ブラッグ包絡線の中心またはピークにある。θｉ＝θｏであるときに、入力光の角度は、周知のように、ブラッグ角と呼ばれる。他の入力角と出力角（すなわち、θｉ≠θｏ）では、反射効率Ｉは、式３と式４で定められるように、低下する。したがって、最大の反射効率、したがって、最大の出力光パワーのために、所与の回折格子のピッチΛと入力波長では、反射出力光の角度θｏが入力角θｉに等しくなるように、入力光２４の角度θｉをセットすべきである。ブラッグ包絡線に関係する反射効率の式３のｓｉｎｃ2関数の一例が、線２００として図示されている。
【００５１】
さらに、この回折格子の厚さまたは直径Ｄが短くなると、ｓｉｎ（ｘ）／ｘ関数の幅（したがって、ブラッグ包絡線の幅）が長くなり、さらに、ｓｉｎｃ2（すなわち、ｓｉｎ（（ｘ）／ｘ）2）関数の係数または振幅（したがって、ブラッグ包絡線の全域の効率レベル）も大きくなり、逆も同様である。さらに、波長λが長くなると、ブラッグ包絡線の全域の効率レベルだけでなく、ブラッグ包絡線の半値幅も短くなる。したがって、個別ビットの明るさと、ブラッグ包絡線のもとで利用できるビットの数との間には、トレードオフの関係がある。理想的には、δｎは、明るさを最大にするために、できる限り大きくしなければならない。そうすれば、Ｄをさらに短くすることができる。
【００５２】
式３と式４から、ブラッグ包絡線の半値角θＢは、次式として定義される。
【００５３】
θＢ＝ηλ／πＤｓｉｎ（θｉ）    式５
ここで、ηは、ｓｉｎｃ2（ｘ）関数中のｘの値である反射効率係数であり、曲線２００上の点２０４、点２０６で示されるように、ｓｉｎｃ2（ｘ）の値が、最大振幅から所定の値まで減少している。
【００５４】
ブラッグ包絡線の中心にある出力光の角度θｏは、最大の反射効率を与えるが、ブラッグ包絡線の中心の周りの所定レンジ内の出力角は、充分な反射効率レベルを与える。
【００５５】
η≦１．３９のときに、この反射効率が許容できることがわかった。このηの値は、反射ビームの振幅（すなわち、式３と式４のｓｉｎｃ2（ｘ）関数からのもの）が、そのピーク値の約５０％まで減衰したときに対応する。特に、ｘ＝１．３９＝ηであるときに、ｓｉｎｃ2（ｘ）＝０．５である。しかしながら、要望があれば、ブラッグ包絡線における効率のしきい値または係数に他の値を使用してもよい。
【００５６】
集光ビームは、その焦点を超えると、開き半値角θＲにて散開することがわかっている。開き半値角θＲは、次式として定義されている。
【００５７】
θＲ＝λ／（πｗ）    式６
ここで、λは、この光の波長であり、ｗは、このピーク・ビーム強度（ガウス・ビームについて）の１／ｅ2の地点で測定された焦点におけるビーム半値幅（ＨＷ）（すなわち、「ビーム・ウエスト」）である。このビーム半値幅ｗは、光学同定要素８に入射する地点にて決定される。このビーム半値幅ｗが短くなると、その開き角が大きくなる（逆も同様である）。さらに、光の波長λが長くなると、このビーム開き角θＲも大きくなる。
【００５８】
側面回折格子反射とブラッグ効果の上記説明は、Ｋｒｕｇ Ｐ．氏らによる「Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｄｅｘ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ａｌｏｎｇ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ（光ファイバのブラッグ回折格子に沿っての屈折率変調の測定）」（Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、１９９５年９月、第２０巻（第１７号）、ｐ．１７６７−１７６９）にも述べられている。これは、参照によって、本明細書中に組み入れられている。
【００５９】
図１２、図１３、図１６を参照すると、我々は、基板１０の外側縁が、入力光を入射角から出力ビーム角空間に散乱させ、それにより、反射出力光からコードを読み取る能力が低下する場合があることを見いだした。このような影響を最小限に抑えるために、ビーム幅２ｗは、基板１０の外側寸法よりも、所定のビーム幅係数β（例えば、それぞれの寸法に対して、約５０％〜８０％）だけ短くなければならない。したがって、円筒体では、このビームは、軸方向の寸法における縦の長さＬよりも短く（側面で見て）、かつ、断面寸法における円筒体の直径よりも狭く（端面で見て）なければならない。よって、円筒体基板１０では、入力ビーム２４は、円形でない断面を持つことがある。その場合、ビーム２４の半値幅ｗは、回折格子１２の一方向の寸法（例えば、長さ）に沿って半値幅寸法ｗ１を持ち、また、回折格子１２の他方向の寸法（例えば、断面直径）に沿って半値幅寸法ｗ２を持つことになる。要望があれば、その用途で許容できる端面散乱の量に応じて、他のスポットサイズを使用してもよい（後で、さらに詳しく説明する）。
【００６０】
したがって、ビーム幅係数βは、以下のように、基板１０の長さＬに対する入射ビームの全幅（２ｗ）（所与の軸線に沿って）の比率として定義できる。
【００６１】
β＝２ｗ／Ｌ    式７
例えば、ビームの全幅２ｗが、基板１０の長さの５０％であるときには、係数βは、０．５の値を取る。
【００６２】
よって、この拡散式は、基板長さＬとビーム幅係数βの点から、次式として書き換えることができる。
【００６３】
θＲ＝λ／（πｗ）＝２λ／（πβＬ）    式８
例えば、基板が、約４００ミクロンの全長Ｌを持ち、またその全長Ｌに沿って回折格子１２の長さＬｇを持つ場合には、回折格子の長さＬに沿った入射ビームの半値幅ｗ１は、端面散乱効果を避けるために、約１００〜１５０ミクロンとなり得る。同様に、基板１２が、約６５ミクロンの外径と、約１０ミクロンの回折格子領域２０の直径を持つ場合には、入射ビーム２４の他の半値幅ｗ２は、約１５ミクロンとなり得る。要望があれば、その用途で許容できる端面散乱の量に応じて、他のスポット寸法を使用してもよい。
【００６４】
上記にかんがみて、異なる回折格子ピッチΛの数（それゆえ、コードの数）に等しく、また、基板１０中の回折格子１２の側面照射および側面読取りを用いて正確に読み取る（または、分解する）ことができるビット数Ｎは、基板に入射するビーム幅ｗ（および、対応する基板長さＬと回折格子の長さＬｇ）、回折格子１２の厚さまたは直径Ｄ、入射光の波長λ、ビーム開き角θＲ、ブラッグ包絡線θＢと有用ブラッグ包絡線θＢＵの幅、を含む多数のファクタによって決定される。図１０では、ブラッグ包絡線θＢとビーム開き角θＲは両方とも、中心線からの半値角として定められることに留意されたい。
【００６５】
したがって、所与の波長に対して分解可能なビットＮの最大数は、近似的に、以下に示される通りである。
【００６６】
Ｎ≒θＢ／θＲ    式９
式５から得たθＢと、式８から得たθＲを式９に代入すると、次式が与えられる。
【００６７】
Ｎ≒ηβＬ／２Ｄｓｉｎ（θｉ）    式１０
下記の表２は、θｉ＝３０度で、かつβ＝０．５である場合に、ミクロンで表わす回折格子の厚さＤと、ミクロンで表わす基板長さＬ（回折格子１２の長さＬｇは、基板の長さＬと同じである。すなわち、回折格子の長さＬｇが調整される）の様々な値に対して、コード数Ｎの値を示している。
【００６８】
【表２】
2005536769.tif 000004
【００６９】
表２からわかるように、上に説明された式で示される通り、回折格子の厚さまたは奥行Ｄが小さくなると、ブラッグ包絡線θＢは大きくなり、したがって、ビット数Ｎは増す。さらに、回折格子Ｌｇの長さが短くなるにつれて（したがって、ビーム幅が短くなるにつれて）、ビット数Ｎは少なくなり、また、開き角θＲは、ビットまたはピッチΛごとに大きくなる。よって、ビット数Ｎは、ブラッグ包絡線（２θＢ）内に収まることのできるビット数に限定される。
【００７０】
図１６を参照すると、入力波長λｉ＝５３２ｎｍ、入力角θｉ＝３０度、回折格子厚さＤ＝２０ミクロン、ビーム半値幅ｗ＝１５０ミクロン（これは、角空間において２つの半値幅で分けられた全ブラッグ包絡線（２θＢ）の全域で合計１５ビットに相当する）の場合に、ブラッグ包絡線の半値幅（θＢ）の一例が示されている。
【００７１】
上に説明された許容反射効率に関する許容有用ブラッグ包絡線（θＢ）に応じて、実現可能なビット数Ｎは、上に説明されるように、この大きさから換算され得ることを理解すべきである。
【００７２】
さらに、式５は、「遠視野（far field）」でのビーム間隔に基づくものとする。したがって、たとえ、これらの出力ビームが、基板付近で（すなわち、「近視野（near field）」にて）重なり合うことがあっても、レンズ３７が、この近視野に置かれる場合には、レンズ３７は、これらの個別ビームを区別し、かつ、所望のスポットサイズを持つ別々に分解されたビームを供給して、式５で示される実効遠視野効果を与えることになる。別法として、これらのビームは、レンズ３７を用いずに、すなわち、要望されるような他の結像光学素子を用いて、遠視野にて光学的に検出され得る。
【００７３】
さらに、図１２と図１３を参照すると、基板１０の外径Ｄ１は、基板１０の端面から、どれだけパワーを散乱させるかに影響を及ぼす。特に、ＨＷビーム・サイズが、基板１０の外側縁内にあっても、入射ビーム２４上のＨＷ地点外の明暗縞（intensity fringe）が、基板１０の前面または背面に反射して、出力ビームに向かうことがある。それゆえ、基板の外径Ｄ１が小さければ小さいほど、不要のビーム散乱の量がそれだけ少なくなる。別法として、基板１０のいくつかの側縁は、弓形（図１７を参照）またはＬ形にされるか、そうでなければ、これらの側縁は、このような散乱を最小限に抑える幾何形状を持つか、あるいは、これらの端面に、散乱を最小限に抑える物質を塗布することがある。
【００７４】
図１５を参照すると、円筒形基板１０の円形外面により、線２９４で示される反射光ビームを広げる凸レンズ効果が発生する。レンズ３７は、反射光２９０をコリメートし、反射光２９０が線２９５として現れる。基板１０の底面が、彎曲した形状（凸形）ではなくて、線２９６で示されるように平らであった場合には、反射光は、このような大きさで広がらなくて、破線２９７で示されるように、入射光の形状（ビームの末広がりの原因となる）をほぼ保持することになる。その場合、出力光は、線ではなくて、スポットまたは円となろう。
【００７５】
図１４を参照すると、側面図において、レンズ３７は、６５ミクロン直径の基板に対して、約３０ミクロンの直径を持つ点またはスポット（１／ｅ2の強度地点にて、全幅）に、反射光２９０を集光させる。レンズ３７は、その反射光を、線２９２に沿った異なるスポット２９３上に集光させる。
【００７６】
図１９を参照すると、単一波長λｉ（単色）の入力光２４を持ち、かつ出力光の角度θｏで、これらのビットを読み取るのではなくて、複数の波長を提供して、この反射出力光信号の波長スペクトルを読み取ることにより、これらのビット（または、回折格子のピッチΛ）が読み取られ／検出されることがある。このような場合、１波長につき、１ビットがあろう。したがって、このコードは、反射出力信号の波長情報に入っている。
【００７７】
このような場合、それぞれのビット（または、Λ）は、その角度位置がブラッグ包絡線内にあるかによるのではなくて、その対応する波長がブラッグ包絡線内に入るかどうかにより定められる。その結果、それぞれのビット（または、Λ）は、上に説明された実施形態の場合のように、所与の複合回折格子１２に対して、ブラッグ包絡線内に収まることのできる角度の数では制限されない。したがって、複数の波長を用いるときのビット数Ｎの唯一の制限は、出力ビーム用の波長空間において、重ねられ、かつ光学的に区別できる回折格子のピッチΛの最大数である。
【００７８】
図１９と図５６（ａ）を参照すると、反射出力ビーム３１０の反射波長スペクトル（λ１〜λｎ）は、同一の出力ブラッグ角θｏにそれぞれが現れている一連の反射ピーク６９５を示す。それぞれの波長ピーク６９５（λ１〜λｎ）は、回折格子１２を構成する関連空間周期（Λ１〜Λｎ）に対応する。
【００７９】
波長空間中のビットを測定する１つの方法は、出力光角度θｏに等しい入力光角度θｉを一定値に保つことと、回折格子のピッチΛごとに、回折条件（式１）を満たす入力波長λを提供することである。これは、回折格子１２中に検出されたピッチΛごとに、出力信号の光学的パワーを最大にする。
【００８０】
別法として、図５６（ｂ）を参照すると、透過出力ビーム３３０の透過波長スペクトル（これは、回折格子１２を直進して伝えられる）は、一連のノッチ（または暗スポット）６９６を示す。別法として、反射出力光３１０を検出するのではなくて、透過光３３０が、検出器／読取り装置３０８にて検出されることがある。反射ピーク６９５および透過ノッチ６９６用の光信号レベルは、回折格子の「強度」、すなわち、回折格子１２中の屈折率変化ｎの値によって決まることを理解すべきである。
【００８１】
図２１を参照すると、波長ベースの読出しでは、ブラッグ包絡線２００の幅を狭くし、したがって、反射効率を大きくするために、回折格子１２の厚さＤを大きくすることがあり、したがって、その厚さＤは、ビット３４０の１つに対応する出力ビームの角度幅に匹敵するか、あるいは、それよりもわずかに短い。
【００８２】
図１９では、これらのビットは、入力波長を連続的にスキャンすることで検出され得る。公知の光源３００は、グラフ３０４として示されているスキャンされたコヒーレントな波長入力光の入力光信号２４を供給する。光源３００は、同期信号を線３０６上で公知の読取り装置３０８に供給する。この同期信号は、タイミングの取られたパルスまたは電圧ランプ信号（voltage ramped signal）であることもある。このパルスまたは信号は、いつでも、入力光２４として基板１０に供給されている波長を表わす。読取り装置３０８は、フォトダイオード、ＣＣＤカメラ、または他の光検出装置であることもあり、これらは、光信号が存在するときに検出して、本明細書中に説明されるように、基板１０中のコードを表わすか、あるいはこのコードと直接関係のある出力光中に存在する波長を表わす出力信号を線３０９上に供給する。回折格子１２は、入力光２４を反射させて、出力光信号３１０を読取り装置３０８に供給する。この入力信号の波長は、反射出力光３１０がブラッグ包絡線３１２のほぼ中心３１４にくるように、セットされて、個別回折格子ピッチ（または、ビット）を読み取るようにしている。
【００８３】
別法として、光源３００は、グラフ３１６として示されるような連続広帯域波長入力信号を供給することがある。そのような場合、反射出力ビーム３１０の信号は、狭帯域スキャニング・フィルタ３１８に供給される。狭帯域スキャニング・フィルタ３１８は、所望の波長レンジに亘ってスキャンして、フィルタリングされた出力光信号３２０を読取り装置３０８に供給する。狭帯域スキャニング・フィルタ３１８は、どの波長が、出力信号３２０で読取り装置に提供されているのかを表わす同期信号を、線３２２で読取り装置に提供する。この同期信号は、光源３００からの線３０６上にある前述の同期信号と類似する場合もある。このような場合、光源３００は、同期信号を供給する必要はない。なぜならば、入力光信号２４が連続するからである。別法として、スキャニング・フィルタを出力ビーム３１０の光路中に置くのではなく、スキャニング・フィルタは、線３２３上に同期信号を供給する破線枠３２４で示されるように、入力ビーム２４の光路中に置かれることがある。
【００８４】
別法として、スキャニング・フィルタ３１８、３２４の代りに、読取り装置３０８は、出力光の波長を測定できる公知の光学スペクトロメータ（例えば、公知のスペクトルアナライザ）であることもある。
【００８５】
光源３００からの入力信号２４の入力波長λ（または波長レンジ）に望ましい値は、所与の回折格子間隔Λで、かつ入力光の角度θｉと出力光の角度θｏが等しい場合に、式１のブラッグ条件から求めることができる。式１を解いてλを求め、かつｍ＝１を代入すると、次式が与えられる。
【００８６】
λ＝Λ［ｓｉｎ（θｏ）＋ｓｉｎ（θｉ）］    式１１
下記の表３を参照すると、θｉ＝θｏ＝３０度の場合に、上記の式は、λ＝Λとなる。したがって、所与の回折格子ピッチΛの場合に、入力（および関連出力）波長λの対応する値が、表３に示されている。
【００８７】
【表３】
2005536769.tif 000005
【００８８】
図２０を参照すると、２つの異なる入力波長、例えばλ１、λ２を用いて読み出されるビットの一例がある。λ１が光源であるときに、右端ビット３４２は、ブラッグ包絡線２００から外れるが、ただし、λ２では、ブラッグ包絡線２００に入る。したがって、ビット３４２の有効位置は、線３４４で示されるように、入力波長に基づいてシフトする。
【００８９】
図２２を参照すると、角度ベースのコード検出と、波長ベースのコード検出を組み合わせることも可能である。これらのコード検出は両方とも上に説明された。このような場合、それぞれの読み出された波長は、ブラッグ包絡線内の所定のビット数に関連する。異なる波長に対して書き込まれるビット（または、回折格子ピッチΛ）は、適正な波長を使用しなければ、はっきり現れない。例えば、実線４０４で示される所与の入力波長λ１に関しては、約３ビット（または、ピッチΛ）４０２がブラッグ包絡線４００内に収まるように、また、破線４０６で示される第２の入力波長λ２に関しては、第２の組の３ビット（または、ピッチΛ）４０２がブラッグ包絡線４００内に収まるように、さらに、破線４０８で示される第３の入力波長λ３に関しては、第３の組の３ビット（または、ピッチΛ）４０２がブラッグ包絡線４００内に収まるように、ブラッグ包絡線４００をセットする。これらの組のビットはそれぞれ、図２２に示される通りに、ブラッグ包絡線４００内で、互いに上下にならない場合があることを理解すべきである。
【００９０】
上記にかんがみて、１つの波長と多くの角度、多くの波長と１つの角度、または、多くの波長と多くの角度を用いて、これらのビット（または、回折格子ピッチΛ）を読み取ることができる。
【００９１】
図２３を参照すると、回折格子１２は、その厚さまたは奥行Ｄが、入射ビーム波長λに匹敵するか、あるいは、それよりも短いことがある。これは、「薄い」回折格子として知られている（すなわち、その全角ブラッグ包絡線は、１８０度である）。そのような場合、半値角ブラッグ包絡線θＢは、ほぼ９０度である。しかしながら、δｎは、式３と式４により、充分な反射効率を与えるのに足る大きさとならなければならない。特に、「薄い」回折格子では、Ｄ＊δｎ≒λ／２となり、これは、回折格子１２の隣り合った最小屈折率値と最大屈折率値との間のπの位相差に相当する。
【００９２】
ビーム開き角θＲと入射ビーム幅（または、基板の長さＬ）とについて先に説明されたトレードオフの関係がまだあるが、到達可能な角空間は、理論上、ここでは９０度であることを理解すべきである。さらに、最大の効率を得るためには、回折格子１２の隣り合った最小屈折率値と最大屈折率値との間の位相差は、πの位相差に近似すべきである。しかしながら、他の位相差も使用してもよい。
【００９３】
このような場合、前に説明され、かつ破線７０１で示されるように、従来のブラッグ入力角θｉで回折格子１２に入射されるのではなく、長手方向の回折格子ベクトル７０３と直交する線７０３に沿った入力光２４を回折格子１２に照射する。この入射ビーム２４は、振幅の等しい２つ（または、それよりも多く）のビームに分かれる。ここで、出口角θｏは、式１から、入力角θｉ＝０（回折格子１２の縦軸線に垂直）を用いて求めることができる。
【００９４】
特に、式１から、所与の回折格子ピッチΛ１の場合に、＋／−一次ビーム（ｍ＝＋１とｍ＝−１）は、それぞれ、出力ビーム７００と出力ビーム７０２に対応する。＋／−二次ビーム（ｍ＝＋２とｍ＝−２）は、それぞれ、出力ビーム７０４と出力ビーム７０６に対応する。０次（ｕｎｄｅｆｒａｃｔｅｄ）ビーム（ｍ＝０）は、ビーム７０８に対応し、この基板を直進して通過する。出力ビーム７００〜７０８は、それぞれ、基板１０の上面に平行である共通平面（この側から、線７０９で示される）に沿って、スペクトル・スポットまたはピーク７１０〜７１８を投影する。
【００９５】
例えば、回折格子ピッチΛ＝１．０ｕｍで、かつ入力波長λ＝４００ｎｍである場合に、出口角θｏは、式１から、＋／−２３．６度（ｍ＝＋／−１の場合）と、＋／−５３．１度（ｍ＝＋／−２の場合）である。いくつかの波長では、いくつかの次数のビーム（例えば、ｍ＝＋／−２）は、反射されて入力側に向けて戻されないなど、回折格子１２の出力側では検出できない場合があることを理解すべきである。
【００９６】
別法として、＋／−一次ビーム（ｍ＝＋１／−１）の出力ビームだけを使用することもある。このような場合、２つのピーク７１２、７１４だけを検出すべきであろう。別法として、検出できる任意の次数の出力ビームから、任意の一対または複数の対を使用することもある。別法として、所与の次数に対して、一対の出力ピークを使用するのではなくて、一つの個別ピークを使用してもよい。
【００９７】
図２４を参照すると、２つのピッチΛ１、Λ２が、回折格子１２中に存在する場合には、２組のピークが存在することになる。特に、第２の回折格子ピッチΛ２では、＋／−一次ビーム（ｍ＝＋１とｍ＝−１）はそれぞれ、出力ビーム７２０、出力ビーム７２２に相当する。＋／−二次ビーム（ｍ＝＋２とｍ＝−２）はそれぞれ、出力ビーム７２４、出力ビーム７２６に相当する。０次（ｕｎｄｅｆｒａｃｔｅｄ）ビーム（ｍ＝０）は、ビーム７１８に対応し、この基板を直進して通過する。第２のピッチΛ２に対応する出力ビーム７２０〜７２６は、それぞれ、スペクトル・スポットまたはピーク７３０〜７３６を投影する。これらのスペクトル・スポットまたはピーク７３０〜７３６はそれぞれ、点７１０〜７１６とは異なる場所にあるが、ただし、同一の共通平面（この側から、線７０９で示される）に沿っている。
【００９８】
したがって、回折格子中の所与のピッチΛ（または、ビット）では、一組のスペクトル・ピークが、空間中の特定の場所に現れることになる。したがって、それぞれの異なるピッチは、異なる仰角または出力角に対応し、また、その仰角または出力角は、所定の一組のスペクトル・ピークに対応する。よって、特定のピークまたは特定の組のスペクトル・ピークの有無が、このコードを定める。
【００９９】
一般に、回折格子１２の角度が、基板１０の機械的縦軸線に対して、適正に揃えられてない場合には、この読み出された角度は、もはや対称的ではないかもしれず、読出しに支障をきたす可能性がある。薄い回折格子では、入射光の入力角θｉに基板１０の縦軸線を揃えることの角度感度が低下するか、あるいは、なくなる。特に、この入力光は、ブラッグ角包絡線が大きいために、出力信号の低下をもたらすことなく、回折格子１２に対して、ほぼ任意の角度θｉに向けることができる。さらに、入射ビーム２４が基板１０に垂直である場合には、回折格子１２は、出力信号の低下をもたらすことなく、任意の回転（または、方位）角に向けることができる。しかしながら、上記の場合のそれぞれにおいて、入射角θｉまたは方位角を変更することは、所定の予測可能なやり方で、反射光の出力角θｏに影響を及ぼし、それにより、出力コード信号の正確な検出または補償が可能になる。
【０１００】
図２５を参照すると、薄い回折格子では、ビットは、回折格子ピッチΛに基づいて、仰角または出力角において多重化することに加えて、基板１０の方位角（または、回転角）θａにおいても多重化できる。特に、それぞれ同一のピッチΛを持つ複数の回折格子７５０、７５２、７５４、７５６が、基板１０の表面７０１に並べられて、基板面７０１の平面に設置される。入力光２４は、すべての回折格子７５０、７５２、７５４、７５６に、同時に入射する。これらの回折格子はそれぞれ、それらの回折格子の向きに基づいて向けられた出力ビームを提供する。例えば、回折格子７５０は、出力ビーム７６４、７６２を提供し、回折格子７５２は、出力ビーム７６６、７６８を提供し、回折格子７５４は、出力ビーム７７０、７７２を提供し、回折格子７５６は、出力ビーム７７４、７７６を提供する。これらの出力ビームはそれぞれ、スペクトル・ピークまたはスポット（上に説明されたものに類する）を提供する。これらのピークまたはスポットは、基板面の平面７０１に平行な平面７６０内にある。このような場合、単一の回折格子ピッチΛが、基板１０の表面上に異なる角度で配置できる回折格子の数、および、空間的に、かつ光学的に分解／検出できる出力ビームのスペクトル・ピークの数に応じて、多くのビットを生成できる。それぞれのビットは、空間中の平面７６０内の所定の場所における、一対のピークの有無として見ることができる。この例は、それぞれの反射出力ビームについて、ｍ＝＋／−一次ビームしか使用してないことに留意すること。別法として、この検出は、ｍ＝＋／−二次ビームも使用することがある。そのような場合、それぞれの回折格子（前に説明された通り）に対して、追加の２つの出力ビームとピーク（図示されてない）が、平面７６０と同一の平面内で、かつ、円７６０外の同心円上にあるであろう。
【０１０１】
さらに、方位角の多重化と、前に説明された仰角または出力角の多重化を組み合わせれば、多重化する２つのレベルを提供できる。よって、薄い回折格子では、これらのビット数は、回折格子のピッチΛの数に基づいて、かつ／または、幾何学的に、これらの回折格子のピッチの向きによって、多重化できる。
【０１０２】
さらに、入力光の角度θｉが基板１０に垂直である場合には、基板１０の側縁は、前に説明されたように、もはや入射角から「コード角空間」に光を散乱させない。
【０１０３】
さらに、薄い回折格子の形態では、要望があれば、連続広帯域波長光源を光源として使用してもよい。
【０１０４】
図２６を参照すると、縦軸線に垂直に向けられている回折格子１２中のピッチΛの代りに、またはピッチΛに加えて、角度θｇにて、ピッチを生成することがある。そのような場合、入力光２４が、表面７９２に垂直に入射すると、式１で求められた角度θｏを持つ反射出力ビーム７９０が、ブレーズ角θｇに合わせて調整される通りに生み出される。これは、このコード中のビットを多重化する別のレベルを提供できる。
【０１０５】
図２７を参照すると、それぞれのビットの強度レベルを使用してコード情報を示す場合には、光学二進（０〜１）コードを使用せずに、光学コードに他の数値ベースを使用させることで、多重化する追加レベルを提供できる。これは、回折格子のピッチΛごとに、屈折率変化（δｎ）の対応する大きさ（または、強度）を持つことで、達成される。図２７では、ビット数またはピッチΛごとに、Ｂａｓｅ−４コードを提供する４つの強度レンジが示されている（ここで、それぞれのビットは、０、１、２、または３に対応する）。このピッチΛが回折格子中にないときには、０に対応する最小強度レベルが存在することになる。１に対応する強度レンジ内に出力信号を供給する一番目に低いレベルδｎ１が回折格子中に存在するときには、次の強度レベル４５０が現れることになろう。２に対応する強度レンジ内に出力信号を供給する２番目に高いレベルδｎ２が回折格子１２中に存在するときには、次の強度レベル４５２が現れることになろう。３に対応する強度レンジ内に出力信号を供給する３番目に高いレベルδｎ３が回折格子１２中に存在するときには、次の強度レベル４５２が現れるであろう。よって、多重化する追加レベルが提供され得る。
【０１０６】
別法として、図３３〜図３７を参照すると、少なくとも１つの回折格子がそれぞれに入っている２つ以上の基板１０、２５０が、例えば、接着手法、融合手法、または他の付着手法によって、互いに付着されて、光学同定要素８を形成することがある。そのような場合、回折格子１２、２５２は、同一または異なるコードを持つ。
【０１０７】
別法として、図３６、３８を参照すると、基板１０は、コードを持つ領域が２つ以上あることがある。例えば、図３３、図３８に示されるように、それぞれ、２つの回折格子が並列状態にあるか、あるいは、向い合わせに相隔たっている。
【０１０８】
図３７を参照すると、光学同定要素８は、プラグ（plug）またはパックあるいはウェーハのように、短くて、かつ大きな直径を持つことがある。
【０１０９】
図３９（ａ）と図３９（ｂ）を参照すると、回折格子の軸線を入力ビーム２４の角度θｉに適正に揃え易くするために、基板１０は、複数の回折格子１２を持ち、それらの回折格子１２に同一コードが、基板１０の多数の異なる角度位置または回転位置にて書き込まれていることがある。特に、図３９（ａ）では、２つの回折格子５５０、５５２が、軸方向の回折格子軸線５５１、５５３をそれぞれ持っている。回折格子５５０、５５２は、２つの軸線５５１、５５３が交差する共通の中心点（すなわち、枢支点または回転点）を持っている。入射光２４の角度θｉは、回折格子５５２には揃えられずに、回折格子５５０に適正に揃えられて、出力光５５５が回折格子５５０から反射し、また、光５５７が、本明細書に説明されるように、回折格子５５０を通過するようにしている。図３９（ｂ）では、入射光２４の角度θｉは、回折格子５５０には揃えられずに、回折格子５５２に適正に揃えられて、出力光５５５が回折格子５５２から反射して、光５５７が、本明細書に説明されるように、回折格子５５２を通過するようにしている。このような回転向きに複数の回折格子が位置づけられているときには、このビーズは、線５５９で示されるように回転され、正しい（または適正な）入射入力角θｉを回折格子５５２に与えるような角度位置が多数あることになる。この例は、円形断面を示しているが、この手法を、どんな形状断面に使用してもよい。
【０１１０】
図４０を参照すると、この基板は、球の幾何形状を持つこともある。そのような場合、基板１０は、異なる三次元平面内に位置づけられた複数の回折格子５５４、５５６を持ち得る。そのような場合、入力光２４が、回折格子５５４、５５６に入射して、回折格子５５４、５５６が、前に説明されたように、反射出力光５６０、５６２を供給する。
【０１１１】
図４１（ａ）、図４１（ｂ）、図４１（ｃ）、図４１（ｄ）、図４１（ｅ）を参照すると、基板１０は、基板１０内に位置する１つまたは複数の穴を持つことがある。図４１（ａ）では、穴５６０は、基板１０の長さの全部または一部に沿って、様々な地点に設けられることがある。これらの穴は、基板１０を完全に貫通する必要はない。要望があれば、穴５６０に関して、どんな数、サイズ、間隔でも使用できる。図４１（ｂ）では、穴５７２は、互いに非常に接近して設けられて、この断面の全部または一部の蜂の巣状エリアを形成する。図４１（ｃ）では、１つ（または複数の）内部穴５６６は、基板１０の中心に設けられるか、あるいは、回折格子領域（１つまたは複数）２０が位置づけられている内部のどこかに設けられる。内部穴５６６には、反射性塗膜５７３が付けられて、回折格子１２の１つまたは複数を読み取り易くするように光を反射させ、かつ／または、回折格子１２の１つまたは複数から回折した光を反射させる。入射光２４は、領域２０内の回折格子１２から反射し、次に、表面５７３から反射して、出力光５７７を供給する。別法として、入射光２４は、表面５７３から反射し、次に、回折格子１２から反射して、出力光５７５を供給することがある。そのような場合、回折格子領域２０は、軸方向に、あるいは、基板１０の周りに周方向５７１に、延びている。図４１（ｄ）では、穴５７９は、回折格子領域２０の周りに周方向に、または、基板１０の横断方向に設けられることがある。図４１（ｅ）では、回折格子１２は、基板１０の外側の周りに周方向に設けられ、かつ、基板１０内側に、穴５７４が開けられていることがある。
【０１１２】
図４２（ａ）、図４２（ｂ）、図４２（ｃ）を参照すると、基板１０は、基板１０から半径方向に、かつ／または周方向に延びている１つまたは複数の突出部または歯状突起５７０、５７８、５８０を持つことがある。別法として、歯状突起５７０、５７８、５８０は、所望の他のどんな形状も取ってもよい。
【０１１３】
図４３（ａ）、図４３（ｂ）、図４３（ｃ）を参照すると、それぞれＤ字形の基板、平坦な面を持つ基板、目状（あるいは、ハマグリ形または滴形）の基板１０が示されている。本明細書に説明されるように、基板１０に、他の幾何形状も使用してもよい。
【０１１４】
図２８を参照すると、光学同定要素８は、本明細書に説明されるように、照射および読取り／検出のために、所定の方向に光学同定要素１０を揃えられるようにするために、ｖ溝２０５付きのトレーに入れられることがある。別法として、溝２０５は、光学同定要素８を所定の位置に保つために、吸引を行う穴２１０を持つことがある。
【０１１５】
図２９を参照すると、平坦なプレートではなく、直径が基板１０よりもほんのわずかに大きく（例えば、約１〜５０ミクロン）、かつ入射光２４をほぼ通すチューブ５０２の中に、これらのビーズを並べることがある。そのような場合、入射光２４は、光５００として示されるように、チューブ５０２を通過し、あるいは、戻り光５０４として示されるように、チューブ５００または基板上の反射性塗膜のために、反射されて戻る。所望の場合、他の技法を使用して揃えることができる。
【０１１６】
図３０を参照すると、反射光５１２として示されるように、入射光５１０を反射させて、入射光が到来する側と同じ側に戻すことができるように、基板１０の側面の少なくとも一部には、反射性塗膜が付けられることがある。
【０１１７】
別法として、図２８と図３１を参照すると、ｖ溝２０５の内側の表面は、入射光を反射させる反射性物質でできているか、あるいは、そのような反射性物質を、上記表面に塗布することがある。光ビームは、基板に入射して、回折格子１２で回折される。特に、回折されたビームは、ｖ溝２０５の表面５２０で反射されて、入射ビーム２４と同じ方向から読み取られ得る。別法として、図２８と図３２を参照すると、入射光ビーム２４は、回折格子１２で回折されて、ｖ溝の上面５２９を通過し、２つの表面５２６、５２８（反射性塗膜でできているか、あるいは、そのような塗膜が塗布されている）から反射して、上に説明されるように、検出できる出力光ビーム５３０として、上向きに出力ビームを向け直すことがある。
【０１１８】
別法として、図５６（ａ）と図５６（ｂ）を参照すると、基板１０は、基板１０および／または回折格子１２の取扱いおよび／または整列（アライメント）または方向づけを容易ならしめるために、あるいは、他の目的のために使用されるドーパントまたは塗膜により、電気的および／または磁気的に分極されることもある。別法として、このビーズに、導電性物質を塗布する（例えば、ｈｏｌｙ基板の内側の金属塗膜、または、その基板中の金属ドーパント）ことがある。これらの場合に、そのような物質により、基板１０は、電界または磁界内で整列することができる。別法として、この基板には、適切な照射のもとに蛍光を発するか光る元素またはコンパウンド（例えば、エルビウムなどの希土類ドーパント、または他の希土類ドーパント）をドープすることもある。そのような場合、このような蛍光は、基板を捜し出したり、または揃えるのに役立つ。
【０１１９】
図４５を参照すると、入力光２４は、基板１０上で、基板１０の端面６００に入射することがある。そのような場合、入力光２４は、線６０２で示されるように、回折格子の縦軸線２０７に沿って（回折格子ベクトルｋＢに沿って）、光のさらに有意な成分を持つ回折格子１２に入射することになる。光６０２は、線６０４で示されるように、回折格子１２から反射して、出力光６０８として、基板から出る。よって、当業者であれば、この場合、出力回折角θｏに関して前に説明された回折式も適用されることが理解されよう。ただし、ここでは、その基準軸線は回折格子の縦軸線２０７となろう。したがって、このような場合、入力光角度θｉと出力光角度θｏは、回折格子の縦軸線２０７から測定され、また、回折格子の長さＬｇは、回折格子１２の厚さまたは奥行Ｄとなろう。その結果、回折格子１２の長さが４００ミクロンである場合には、これにより、ブラッグ包絡線２００は、狭くなるであろう。
【０１２０】
入射光６１０が、回折格子ベクトル２０７と同一の方向に沿って入射する（すなわち、θｉ＝０度）場合には、この光は、回折格子１２の長さＬｇを知り、回折格子は、反射出力光角度θｏ＝０度を生み出し、さらに、上に説明された狭くなる効果が限界に達すると、ブラッグ包絡線６１２は極端に狭くなる。そのような場合、回折格子１２中の所与のピッチΛと、反射波長λとの関係は、以下の公知の「ブラッグ回折格子」関係に左右される。
【０１２１】
λ＝２ｎeffΛ    式１２
ここで、ｎeffは、基板の有効屈折率であり、λは、入力（および出力）波長であり、Λは、ピッチである。この関係は、周知の通り、式１（ただし、θｉ＝θｏ＝９０度）から得られることがある。
【０１２２】
そのような場合、このコード情報は、図１９を用いて、波長ベースのコード読取りに関して先に説明されたものと同様に、反射ビームのスペクトル波長でのみ読み取ることができる。よって、この場合の入力信号は、スキャンされる波長光源または広帯域波長光源とし得る。さらに、図１９を用いて前に説明されたように、このコード情報は、反射においては反射ビーム６１４から、あるいは、透過においては、回折格子１２を通過する透過ビーム６１６により得られる。
【０１２３】
図４６を参照すると、基板１０または光学同定要素８の形状が円筒体以外のものである場合に、光学同定要素８、基板１０、および／または、回折格子１２を通る入力光の伝播に及ぼす様々な異なる形状の影響、および、関連反射角は、以下に示されるスネルの法則を含む公知の光物理学を用いて、決定できることを理解すべきである。
【０１２４】
ｎin ｓｉｎ θｉｎ＝ｎout ｓｉｎ θｏｕｔ    式１３
ここで、ｎinは第１の（入力）媒質の屈折率であり、また、ｎoutは第２の（出力）媒質の屈折率であり、θｉｎとθｏｕｔは、入射面６２２に垂直な線６２０から測定される。
【０１２５】
図４７を参照すると、回折格子領域２０内のｎ１の値が、回折格子以外の領域１８内のｎ２の値よりも大きい場合には、基板１０の回折格子領域２０は、いくつかの波長に対して、公知の光導波路として働く。そのような場合、回折格子領域２０は、光を伝わせる「コア」として働き、また、外側領域１８は、光を閉じ込めるか、あるいは光を導くのに役立つ「クラッド」として働く。さらに、このような光導波路は、公知の「開口数」（θｎａ）も持つことになり、これにより、この開口数θｎａの範囲内にある光を、回折格子軸線２０７に沿って方向づけるか、または導き、かつ、軸方向に回折格子１２から反射させて、この光導波路に沿って戻すことができよう。そのような場合、回折格子１２は、回折格子１２中にあるピッチΛに等しい適切な波長を持つ光を反射させて、この光導波路の領域２０（またはコア）に沿って戻して、光の残りの波長を、光６３２として通す。したがって、回折格子１２で反射された波長用の光導波路として回折格子領域２０を働かせることにより、回折格子軸線２０７に正確に揃えられてない入射光を、最適な回折格子反射用に揃えられた回折格子軸線２０７に沿って、導くことができる。
【０１２６】
光導波管が使用される場合には、標準の光導波管であればどれでも使用してもよい。例えば、標準電気通信シングルモード光ファイバ（直径約８〜１０ミクロンとともに、直径１２５ミクロンまたは直径８０ミクロンの光ファイバ）、またはそれよりも大きい直径の光導波管（直径０．５ｍｍよりも大きい）例えば「Ｌａｒｇｅ Ｄｉａｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ，Ｇｒａｔｉｎｇ（大きい直径の光導波管、回折格子）」と称する１９９９年１２月６日出願の米国特許出願第０９／４５５，８６８号に記載されるようなもの、がある。さらに、マルチモード形、複屈折形、偏波面保存形、偏光形、マルチコア形、マルチクラッド形、または超小型構造（microstructured）の光導波管、または、平板状の光導波管（ここでは、この光導波管は長方形である）、あるいは、他の光導波管など、どのようなタイプの光導波管も、光学基板１０に使用してもよい。
【０１２７】
図４８を参照すると、回折格子１２が、基板の全体寸法Ｄにわたる場合には、基板１０は、入射光または反射光用の導波路としては機能しない。入射光２４は、線６４２で示されるように、回折（または反射）され、また、これらのコードは、前に図４５を用いて説明された端面入射条件について、前に説明された通りに検出されることになる。残りの光６４０は、直進して通過する。
【０１２８】
図４９を参照すると、端面照射条件では、前に説明されたように、ブレーズ回折格子またはＬ形（angled）回折格子を使用する場合、入力光２４は、線６５０で示される通り、公知の角度で基板１０から脱する。
【０１２９】
別法として、図５０を参照すると、入力光２４は、側面から入射することがある。回折格子１２が、適切なブレーズ角を持っている場合には、反射光は、線６５４で示されるように、端面６５２から出ることになる。
【０１３０】
図５１を参照すると、回折格子１２は、入力光２４を、線６６４、線６６６で示されるように、異なる出力角に反射させる複数の異なるピッチ角６６０、６６２を持つこともある。これは、要望があれば、追加コードを（空間的に）多重化する別のレベルを提供する。
【０１３１】
図５２を参照すると、回折格子軸線２０７（図１１と図４５）に沿って光２４０が入射する場合には、光学同定要素８よりもわずかに大きい穴６７６を持つプレート６７４を用いて、整列（アライメント）が達成されることがある。入射光６７０は、回折格子から反射して、光６７２として、端面を通って出る。残りの光は、線６７８のように、回折格子およびプレート６７４を通過する。別法として、前に図５１を用いて説明されるように、ブレーズ回折格子が使用される場合には、入射光６７０は、反射して、線６８０で示されるようにプレート６７４の側面から（あるいは、他の任意の所望の角度で）出てゆくことがある。別法として、入力光は、プレート６７４の側面から入射し、反射して、線６８４で示されるようにプレート４７４の上面から出てゆくことがある。光６７２は、複数の別々の光ビームであるか、あるいは、要望があれば、トレー全体６７４を照射する単一の光ビームであってもよい。
【０１３２】
図５３を参照すると、前に図２８を用いて説明されたｖ溝プレートを、端面照射／読出し条件に使用することもある。そのような場合に、回折格子１２は、軸方向の回折格子軸線に沿って入射した光が、上向きに、下向きに、または所定の角度で反射して、コード検出を行うようなブレーズ角を持つ。同様に、入力光は、下向きに、上向きに、または所定の角度で回折格子に入射し、また、回折格子１２は、軸方向の回折格子軸線に沿って光を反射させて、コード検出を行う。
【０１３３】
図５４と図５５を参照すると、端面照射および／または読出しのために向きが揃えられた複数の回折格子６８８が基板１０中に並べられている。ここでは、入力光が線６９０として示され、また、出力光が、反射での読取りでは線６９２として、かつ／または、透過での読取りでは線６９４として示されている。
【０１３４】
回折格子１２は、基板１０の容積内または表面上に、書込み、型押し、埋込み、転写などを行って回折格子を形成する任意の手法により、基板１０に型押しされ得る。いくつかの公知の手法の例が、Ｇｌｅｎｎ氏らによる「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｅｓｓｉｎｇ Ｇｒａｔｉｎｇｓ Ｗｉｔｈｉｎ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ（光ファイバ中に回折格子を型押しする方法）」と称する米国特許第４，７２５，１１０号と米国特許第４，８０７，９５０号、Ｇｌｅｎｎ氏による「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｆｏｒｍｉｎｇ Ａｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｇｒａｔｉｎｇｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒｓ（光ファイバ中に非周期回折格子を形成する方法および装置）」と称する米国特許第５，３８８，１７３号、Ｈｉｌｌ氏による「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｉｎｇｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｓｉｌｉｃａ Ｇｌａｓｓ Ｐｈａｓｅ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｍａｓｋ ａｎｄ Ｍａｓｋ Ｕｓｅｄ ｂｙ Ｓａｍｅ（石英ガラス位相回折格子マスクを使用してブラッグ回折格子を製作する方法と、その方法で用いられるマスｋ）」と称する米国特許第５，３６７，５８８号、Ｄａｂｂｙ氏らによる「Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ（周期誘電体導波管フィルタ）」と称する米国特許第３，９１６，１８２号、および、Ｄａｂｂｙ氏らによる「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ Ｍｏｄｅｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ（光導波管中のモードをフィルタリングする方法）」と称する米国特許第３，８９１，３０２号に記載されており、また、これらの特許はすべて、本発明を理解するのに必要なだけ、参照によって、本明細書中に組み入れられている。
【０１３５】
別法として、基板材料中に回折格子１２を型押しするのではなく、回折格子１２は、Ｄａｂｂｙ氏らによる「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ Ｍｏｄｅｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ（光導波管中のモードをフィルタリングする方法）」と称する米国特許第３，８９１，３０２号（これは、本発明を理解するのに必要なだけ、参照によって、本明細書中に組み入れられている）に記載されるように、基板の波形表面形態または様々な表面形態を作り出すために、エッチングなどして、この基板の外面形態を変更することで、一部または全部作られることがある。ただし、その結果として、所望のコード用の光屈折プロファイルが作り出されることを条件とする。
【０１３６】
さらに、別法として、回折格子１２は、公知の薄膜フィルタを作り出すやり方と同様に、その基板上に誘電体層を被着させて、その結果として、所望のコード用の所望の光屈折プロファイルを作り出すことで、作られることがある。
【０１３７】
本明細書に述べられる実施形態のどれに対しても、寸法と幾何形状は、単に説明のためのものにすぎず、したがって、要望があれば、本明細書中の教示内容に鑑みて、用途、サイズ、性能、製造要件、または他のファクタに応じて、他のどんな寸法も使用してもよい。
【０１３８】
本明細書中に特記しない限り、本明細書中の特定の実施形態に関して述べられた特徴、特性、代替例、または変更例のどれも、適用でき、使用でき、あるいは、本明細書中に述べられる他の任意の実施形態と合体できるものとする。さらに、本明細書中の図面は、定尺では描かれてない。
【０１３９】
本発明は、本発明の模範的な実施形態に関して、説明され、かつ図示されてきたが、本発明の精神および範囲から逸脱しなければ、上記および他の様々な追加や省略を、それらの実施形態に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明による光学同定要素の側面図である。
【図２】本発明による全体の光学同定要素と区分された光学同定要素の側面図である。
【図３】本発明による光学同定要素の側面図である。
【図４】本発明による光学同定要素の斜視図である。
【図５】本発明による光学同定要素の斜視図である。
【図６】本発明により、１つの光学読取り実施形態を示す光学同定要素の側面図である。
【図７】本発明による図６のＣＣＤカメラ上の画像である。
【図８】本発明により、図７の画像から得られたコード中のビットのディジタル表現を示すグラフである。
【図９（ａ）】本発明によるＣＣＤカメラ上のディジタル・コードの画像を示す。
【図９（ｂ）】本発明によるＣＣＤカメラ上のディジタル・コードの画像を示す。
【図９（ｃ）】本発明によるＣＣＤカメラ上のディジタル・コードの画像を示す。
【図１０（ａ）】本発明による屈折率ピッチのグラフを示す。
【図１０（ｂ）】本発明による屈折率ピッチのグラフを示す。
【図１０（ｃ）】本発明による屈折率ピッチのグラフを示す。
【図１０（ｄ）】本発明による合計グラフを示す。
【図１１】本発明による光学同定要素、および光学同定要素に関連する光学素子の側面図である。
【図１２】本発明による光学同定要素、および光学同定要素に関連する光学素子の側面図と端面図である。
【図１３】本発明による光学同定要素、および光学同定要素に関連する光学素子の端面図である。
【図１４】本発明による光学同定要素と、および光学同定要素に関連する光学素子の側面図である。
【図１５】本発明による光学同定要素の端面図と、光学同定要素に関連する光学素子の側面図である。
【図１６】本発明による光学同定要素用のビームの端面図である。
【図１７】本発明による光学同定要素の代替実施形態の側面図である。
【図１８】本発明による光学同定要素のブラッグ包絡線内の複数ビットのグラフである。
【図１９】本発明による光学同定要素中のコードの読取りに関連する光学素子を示す。
【図２０】本発明による光学同定要素の複数のビットとブラッグ包絡線のグラフである。
【図２１】本発明による光学同定要素の複数のビットとブラッグ包絡線のグラフである。
【図２２】本発明による光学同定要素の複数のビットとブラッグ包絡線のグラフである。
【図２３】本発明による光学同定要素用の薄い回折格子の側面図である。
【図２４】本発明による光学同定要素用の薄い回折格子の側面図である。
【図２５】本発明による光学同定要素用の薄い回折格子の方位角多重化の斜視図である。
【図２６】本発明による光学同定要素用のブレーズ回折格子の側面図である。
【図２７】本発明による光学同定要素用のコード中のビットごとの複数状態のグラフである。
【図２８】本発明による光学同定要素に用いられる溝付きプレートの斜視図である。
【図２９】本発明による光学同定要素に用いられるチューブの斜視図である。
【図３０】本発明により、反射性塗膜が付けられている光学同定要素の側面図である。
【図３１】本発明により、反射性塗膜が付けられている溝プレートの側面図である。
【図３２】本発明により、反射性塗膜が付けられている溝プレートの側面図である。
【図３３】本発明による光学同定要素用の代替実施形態である。
【図３４】本発明による光学同定要素用の代替実施形態である。
【図３５】本発明による光学同定要素用の代替実施形態である。
【図３６】本発明による光学同定要素用の代替実施形態である。
【図３７】本発明による光学同定要素用の代替実施形態である。
【図３８】本発明による光学同定要素用の代替実施形態である。
【図３９（ａ）】本発明により、周りに複数の回折格子が回転するように位置づけられている光学同定要素の図である。
【図３９（ｂ）】本発明により、周りに複数の回折格子が回転するように位置づけられている光学同定要素の図である。
【図４０】本発明により、複数の回折格子が並べられている球状の光学同定要素の図である。
【図４１（ａ）】本発明により、穴が設けられている光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４１（ｂ）】本発明により、穴が設けられている光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４１（ｃ）】本発明により、穴が設けられている光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４１（ｄ）】本発明により、穴が設けられている光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４１（ｅ）】本発明により、穴が設けられている光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４２（ａ）】本発明により、歯状突起が設けられている光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４２（ｂ）】本発明により、歯状突起が設けられている光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４２（ｃ）】本発明により、歯状突起が設けられている光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４３（ａ）】本発明による光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４３（ｂ）】本発明による光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４３（ｃ）】本発明による光学同定要素の様々な幾何形状を示す。
【図４４】本発明により、回折格子が基板よりも小さい光学同定要素の斜視図である。
【図４５】本発明により、光が端面に入射する光学同定要素の側面図である。
【図４６】本発明により、２つの媒質を通過する入力光と出力光の図である。
【図４７】本発明により、光が端面に入射する光学同定要素の側面図である。
【図４８】本発明により、光が端面に入射する光学同定要素の側面図である。
【図４９】本発明により、ブレーズ回折格子を持つ光学同定要素の側面図である。
【図５０】本発明により、ブレーズ回折格子を持つ光学同定要素の側面図である。
【図５１】本発明により、ブレーズ回折格子を持つ光学同定要素の側面図である。
【図５２】本発明により、光学同定要素に用いられる穴付きプレートの斜視図である。
【図５３】本発明により、光学同定要素に用いられる溝付きプレートの斜視図である。
【図５４】本発明による円板形の光学同定要素の斜視図である。
【図５５】本発明による図５４の側面図である。
【図５６（ａ）】本発明による光学同定要素用の反射波長スペクトルのグラフである。
【図５６（ｂ）】本発明による光学同定要素用の透過波長スペクトルのグラフである。
【図５７（ａ）】本発明により、電界に沿って分極された光学同定要素の側面図である。
【図５７（ｂ）】本発明により、磁界に沿って分極された光学同定要素の側面図である。
【図１】
2005536769.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
2005536769.tif 000015
【図９（ｃ）】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１０（ｃ）】
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【図１０（ｄ）】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９（ａ）】
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【図３９（ｂ）】
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【図４０】
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【図４１（ａ）】
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【図４１（ｂ）】
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【図４１（ｃ）】
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【図４１（ｄ）】
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【図４１（ｅ）】
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【図４２（ａ）】
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【図４２（ｂ）】
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【図４２（ｃ）】
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【図４３（ａ）】
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【図４３（ｂ）】
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【図４３（ｃ）】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６（ａ）】
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【図５６（ｂ）】
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【図５７（ａ）】
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【図５７（ｂ）】
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【国際調査報告】
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2005536769.tif 000080
2005536769.tif 000081
2005536769.tif 000082