(57)【要約】第1の分離状態と、別の第2の分離状態とを有する切替式光素子。本素子は、第1の流体（44）及び別の第2の流体（46）を含む流体システムと、1の面（28）を有する波面変調材（26）と、流体システムスイッチとを有し、流体システムスイッチは流体システムに作用して当該素子の第1及び第2の状態間を切り替える。素子が第1の分離状態にあるときには、波面変調材（26）の面（28）は第1の流体（44）に実質上覆われる。素子が第2の分離状態にあるときには、波面変調材の面は第2の流体（46）に実質上覆われる。流体システムスイッチは電極構造及び電圧制御システムを有し、電極構造はエレクトロウェッティング力により流体システムに作用するように設置され、電圧制御システムは電極構造に印加される電圧の制御用に設置され、素子の第1及び第2の分離状態間を切り替える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の分離状態と、別の第2の分離状態とを有する切替式光素子であって、
a）第1の流体と、別の第2の流体とを有する流体システム、
b）1の面を有する波面変調材、及び
c）前記流体システムに作用して当該素子の前記第1及び第2の分離状態間を切り替える流体システムスイッチ、
を有し、
当該素子が前記第1の分離状態にあるときは前記波面変調材の前記面は実質上前記第1の流体で覆われ、当該素子が前記第2の分離状態にあるときは前記波面変調材の前記面は実質上前記第2の流体で覆われ、
前記流体システムスイッチは、
エレクトロウェッティング力を利用して前記流体システムに作用するよう設けられた電極構造、及び
前記電極構造に印加される電圧の制御用に設置され、当該素子の前記第1及び第2の分離状態間を切り替える電圧制御システム、
を有することを特徴とする切替式光素子。
【請求項２】
前記第1の流体には導電性があり、前記第2の流体は絶縁性であることを特徴とする請求項1に記載の切替式光素子。
【請求項３】
前記第1の流体及び前記第2の流体はともに液体であることを特徴とする請求項2に記載の切替式光素子。
【請求項４】
前記電極構造は作動領域を有する第1の電極を有し、前記波面変調材の前記面と前記第1の電極の前記作動領域は、実質上配置が重複するように設けられることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の切替式光素子。
【請求項５】
前記電極構造は第1の電極、第2の電極、及び共通の第3の電極を有し、前記電圧制御システムは、当該素子が前記第1及び第2の分離状態のうち少なくとも一方の場合に、前記第1及び第2の電極に異なる電圧を印加するように設置されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の切替式光素子。
【請求項６】
前記波面変調材の前記面が設置された室と、
2の端部を有する溝であって、各端部は別々の場所で前記室と連通されるところの溝、
を有し、当該素子の前記第1及び第2の分離状態間の遷移中、流体の循環が生じ、流体は前記2の端部の一方を経由して前記室から前記溝に流れ、流体は前記2の端部の他方を経由して前記溝から前記室に流れることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の切替式光素子。
【請求項７】
前記波面変調材の前記面は1又は2以上の突起を有し、前記突起は、当該素子が前記第1及び第2の分離状態のいずれかにあるとき、所定波長の所与の放射線に対して所定の波面変調を提供するように設けられることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の切替式光素子。
【請求項８】
前記突起は光軸に対して同心円状に設けられることを特徴とする請求項7に記載の切替式光素子。
【請求項９】
前記突起は直線状であって、相互に平行に設置されることを特徴とする請求項7に記載の切替式光素子。
【請求項１０】
前記突起は回折格子を構成することを特徴とする請求項7、8又は9に記載の切替式光素子。
【請求項１１】
前記突起は前記面を横断する方向に非周期的なステップ形状を形成することを特徴とする請求項7、8又は9に記載の切替式光素子。
【請求項１２】
波面変調材の第2の面であって、当該素子は前記第2の面に関連する第3及び第4の分離状態を有するところの第2の面、及び
第3の流体と、別の第4の流体を有する第2の流体システム、
を有し、当該素子が前記第3の分離状態にあるときは前記第2の面は実質上前記第3の流体で覆われ、当該素子が前記第4の分離状態にあるときは前記第2の面は実質上前記第4の流体で覆われ、前記電圧制御システムは前記電極構造に印加される電圧の制御用に設置され、当該素子の前記第3及び第4の分離状態間を切り替えることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の切替式光素子。
【請求項１３】
前記波面変調材は複屈折材料を有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の切替式光素子。
【請求項１４】
前記第1及び／又は第2の流体は液晶材料を有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の切替式光素子。
【請求項１５】
情報層を走査する光走査装置であって、前記請求項のいずれかに記載の切替式光素子を有し、
a）第1の所定波長の第1の放射線及び第2の所定波長の第2の放射線を放射する放射源システム、及び
b）前記放射線を各記録層に分岐する対物レンズ系、
を有し、
前記素子が前記第1の分離状態にあるときには第1の所定の波面変調が前記第1の放射線に提供され、前記素子が前記第2の分離状態にあるときには第2の所定の波面変調が前記第2の放射線に提供される光走査装置。
【請求項１６】
前記第1の所定の波面変調は、少なくとも球面収差及び／又はデフォーカスに近いことを特徴とする請求項15に記載の光走査装置。
【請求項１７】
前記第2の所定の波面変調は、少なくとも近似的に平坦であることを特徴とする請求項15又は16に記載の光走査装置。
【請求項１８】
前記放射源システムは第3の所定波長の第3の放射線を放射するように適合され、前記素子が前記第2の状態にあるときには第3の所定の波面変調が前記第3の放射線に提供されることを特徴とする請求項15に記載の光走査装置。
【請求項１９】
前記第3の所定の波面変調は少なくとも近似的に平坦であるか、あるいは少なくとも球面収差及び／又はデフォーカスに近いことを特徴とする請求項18に記載の光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は切替式光素子に関し、これに限定されるものではないが特に、異なる種類の光記録担体の情報層を走査する光走査装置への利用に適する。本発明はさらにそのような素子を有する光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクトディスク（CD）、標準的なデジタル多用途ディスク（DVD）及びいわゆるブルーレイ（登録商標）ディスクのような光記録担体の情報層にはデータを保管することができる。
【０００３】
青色レーザーダイオードの出現により近年、ブルーレイ（登録商標）ディスクが提案されている。青色レーザーダイオードは、従来のDVDからのデータの読み出し又は書き込みに用いられる赤色レーザーダイオードに比べて超短波長の光を放射する。青色レーザーダイオードの波長は、通常用いられる赤色レーザーダイオードの波長より短いため、青色レーザーダイオードはディスク上に小さなスポットを形成することができ、従来のDVDに比べてブルーレイ（登録商標）ディスクの情報層トラック間隔を密にすることができる。これはブルーレイ（登録商標）ディスクを通常のDVDに比べて大記憶容量化することを可能にし、記憶容量は通常少なくとも2倍に増大する。
【０００４】
特定形式の光記録担体からのデータの読み出し及び書き込みのため、消費者が複数の異なる装置を購買しなければならなくなることを避けるため、単一の光走査装置で、異なるフォーマットの各種光記録担体からデータ再生ができることが好ましい。
【０００５】
しかしながら、異なる記録担体フォーマット及びそれに対応する走査装置は異なる特性を有するため、この課題を達成することは容易ではない。例えばCDは特にCD-A（オーディオCD）、CD-ROM（読み出し専用メモリCD）及びCD-R（追記型CD）に利用され、レーザー波長約785nm、開口数（NA）0.45で走査されるように設計される。一方DVDはレーザー波長650nmの領域で走査するように設計され、ブルーレイ（登録商標）ディスクはレーザー波長405nmの領域で走査するように設計される。読み出しの場合はNAが0.6のDVDが用いられ、一方書き込みの場合は通常NAは0.65であることが必要である。
【０００６】
このような複雑化の要因は、ある波長で読み出すように設計されたディスクが常に別の波長で読み出せるとは限らないことにある。例えばCD-Rにおいては、記録スタックには特殊な色素が付与されており、785nmの波長で高い信号変調を得ることができる。650nmの波長では、色素の波長感度によりディスクからの信号変調はきわめて小さくなるため、この波長での読み出しは不可能となる。
【０００７】
大データ容量の新規な記録担体システムを導入する場合、市場で高い支持を得るためには読み出し及び書き込み用の新しい装置は既存の記録担体に対して下位互換性を有する必要がある。従ってDVDシステムは785nmレーザー及び650nmレーザーを含む、既存の全てのCD方式を読み出せるようにしなければならない。同様にそのシステムはCD、DVD及びブルーレイ（登録商標）ディスクの全ての読み出しを可能にするため、785nmレーザー、650nmレーザー及び405nmレーザーを含む必要がある。
【０００８】
異なる種類の記録担体においてはさらに、通常ディスクのデータ担持層用の保護層として作用する担体用透明基板の厚さが異なるため、記録担体の入射面からデータ層までの深さは記録担体の種類によって異なる。例えばDVDのデータ層深さは約0.6mmであるのに対してCDのデータ層の深さは約1.2mmである。保護層を横切る放射線に生じる球面収差は通常、光走査装置の対物レンズで補正される。
【０００９】
各記録担体種類毎にこれらの特性が異なる結果、例えば別の異なる種類の記録担体に最適化された光走査装置で記録担体からデータを読み出そうとした際に、問題が生じる。例えばある種類の担体メディアが、別の位置に最適化された対物レンズで読み出される場合、球面収差が大きくなり、球面色収差が無視できなくなる。装置に3の対物レンズを備えるようにしたり、各波長毎に1つの対物レンズを提供するようにすることも考えられる。しかしこのような対策は比較的コスト高になる。
【００１０】
従って、波長の異なるレーザー放射線を用いて、複数の異なる光担体メディアを走査する単一の光学対物レンズを備える装置を提供することができれば極めて好ましい。
【００１１】
国際特許出願第WO02/082437号には光走査装置内で用いられるそのような対物レンズが示されており、このレンズは3種類の異なる方式の記録担体からデータを読み出せる。レンズは放射線の経路に設置された位相構造を有する。この位相構造は、側面から見て、階段状に設けられた高さの異なる複数の位相素子を有する。高さの異なる位相素子は、特定の形式の記録担体を読み出す特定波長の放射線に所望の波長変調が生じる状態で設置される。
【００１２】
国際公開WO02/082437号パンフレットに示されている方式のシステムは、3種類の異なる方式の光記録担体を光走査装置内の1つの対物レンズを用いて、対応する異なる波長の放射線で走査するという問題に対する対応策を提供する。しかしながら含まれる位相構造は、しばしば複雑な性状のものとなり、高さの異なる広範な領域の位相素子が必要となる。そのような位相構造は、各波長に対して高い光効率が得られるように設計し、製作することが難しい。さらにそのような位相構造は比較的製作コストが高い。
【００１３】
液体システムを用いて特性の変化する光素子を提供する方法について、多くのシステムが提案されている。
【００１４】
米国特許第5973852号明細書には、流体を満たして光レンズのパワーを変化させる方法が示されている。そのレンズは光学的に透明な弾性膜を塗布したハウジングを有し、弾性膜は流体で満たされる室の1の端部全体に塗布される。室に流体を注いだり回収したりする場合にはポンプ組立体が用いられ、これに対応して膜は、凸又は凹レンズの形状となるように選択的に外方又は内方に膨らむ。国際特許出願WO00/58763号にはエレクトロウェッティング法に基づくシステムが示されており、この場合は2種類の異なる流体間にある液体メニスカスの曲率が変化する。本システムは可変レンズとして利用することが提案されている。
【００１５】
米国特許第6288846号明細書には、2種類の異なる状態への切り替えにより、異なる波面変調を提供できる液体システムが示されている。システムがこれらの状態のいずれかにあるときには、流体と波面変調材の間に生じる屈折率の差を近似的にゼロにして、放射線に変化を生じさせないようにする。システムが別の状態にあるときには、この屈折率の差は十分に大きな値となり、放射線経路が変調される。流体システムの切り替えには流体処置システムが用いられる。流体処置システムには例えば、手動又は機械式の皮下注射器、ぜん動ポンプ、圧縮性バルブ、及び圧電性、油圧又は気圧式アクチュエータがある。
【００１６】
米国特許第6408112号明細書には光スイッチが示されており、この光スイッチは構成体内にある溝及び孔口に形成された液体システムを有する。孔口に設置された圧電アクチュエータは、流体を溝内で流動させる。ある実施例では流体は、フレスネルレンズを構成する逃げ構造を有する波面変調材の面を通過する。ある実施例では流体システムの2流体成分のうちの一方は気体であり、液体が逃げ構造を通って空間に移動したとき、この気体は圧縮される。しかしながらそのような構成体は、気体が圧電ポンプを含むシステム部分に移動することを回避するため、直立姿勢を維持する必要がある。また2の適当な液体を用いることも考えられる。しかしながら切替処理の信頼性の点に欠点があり、特に逃げ構造が用いられる場合、流束は完全に均一にはならない。さらに切り替え時に均一な流束を得ようとすると、切替速度が制限される。
【特許文献１】国際公開WO02/082437号パンフレット
【特許文献２】国際公開WO00/58763号パンフレット
【特許文献３】米国特許第5973852号明細書
【特許文献４】米国特許第6288846号明細書
【特許文献５】米国特許第6408112号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の課題は、波面変調材を有する切替式光素子を提供することであり、波面変調材は、少なくとも第1及び第2の分離状態間では、信頼性のある効率的な切り替えが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では、第1の分離状態と、別の第2の分離状態とを有する切替式光素子であって、
a）第1の流体と、別の第2の流体とを有する流体システム、
b）1の面を有する波面変調材、及び
c）前記流体システムに作用して当該素子の前記第1及び第2の分離状態間を切り替える流体システムスイッチ、
を有し、
当該素子が前記第1の分離状態にあるときは前記波面変調材の前記面は実質上前記第1の流体で覆われ、当該素子が前記第2の分離状態にあるときは前記波面変調材の前記面は実質上前記第2の流体で覆われ、
前記流体システムスイッチは、
エレクトロウェッティング力を利用して前記流体システムに作用するよう設けられた電極構造、及び
前記電極構造に印加される電圧の制御用に設置され、当該素子の前記第1及び第2の分離状態間を切り替える電圧制御システム、
を有することを特徴とする切替式光素子が提供される。
【００１９】
エレクトロウェッティング力を利用して、電極構造及びこれと関連する電圧制御システムを用いて第1及び第2の分離状態間を切り替えることで、改善された流体切替システムが提供され、波面変調材の面が異なる流体で選択的に覆われる。エレクトロウェッティング力は、波面変調材の表面又はこれと隣接する表面の濡れ性を変えるために用いても良く、各流体それぞれに対して有効な斥力又は引力を生じさせることにより、比較的迅速かつ信頼性のある切り替えが可能となる。濡れ性の状態を切り替えることにより、波面変調材の面からある流体を流出させ、他の流体を取り込むことが助長される。
【００２０】
流体システムは、第1および第2の状態間を循環式に移動するように設置することが好ましい。この方法では2流体が2種類の異なる液体を有する場合であっても、切り替えに可動部を必要としない。
【００２１】
本発明の切替式光素子を適当な光走査装置に組み込み、3種類の異なる光記録担体であって、それぞれ異なる波長の放射線を用いる必要のある記録担体を走査することができる。所定の波面変調を提供する波面変調材の面は、単純な構造で構成することができ、これは製作工程を容易かつ効率的にする。
【００２２】
本発明のように各流体がそれぞれ相互に異なる屈折率を有し、切替式光素子に異なる分離状態が提供されることで、波面変調材の設計には広範な自由度が与えられ、この場合には波面変調材の位相構造を1以上の波長の放射線に適合させることができる。波面変調材は各分離状態において、所定波長の放射線に所定の波面変調を提供する。所与の放射線の波長λにおいて、屈折率nの材料からなる波面変調材の面の突起のステップ高さhは、波面変調材の面を覆う流体の屈折率をnsとして、以下で与えられる。
【００２３】
【数１】
2006500618.tif 000003
結果的に所与の放射線の波長が変化したとき、波面変調材の面の突起によって生じる波面変調は変化する。さらに波面変調材の面を覆う流体が変化して屈折率nsが変化した場合、波面変調材の面により生じる波面変調にも変化が生じる。従って、再生対象記録担体の形式に特化した異なる波長を有する放射線に対して異なる所望の波面変調を簡単に提供することができる。
【００２４】
更なる本発明の特徴と利点は、単に例示のために示される、本発明の好適実施例の記述及び添付図面を参照することでさらに明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図1乃至4を参照すると、本発明による切替式光素子の実施例は、室20を有し、この室は２つの開口22、23を介して、２つの対称に位置する端部を有する溝24と連通される。室の第1の開口22は溝の第1の端部と連通され、室の第2の開口23は溝の第2の端部と連通され、流体システム用の流体密封された囲いが構成される。室20の1つの側は波面変調材26で覆われ、波面変調材26は室20の内方を向いた面28を有する。波面変調材は、例えばポリカーボネートのような透明材料で構成される。波面変調材の面28は、突起30状の硬質逃げ構造を有し、この突起は波面変調材の面28の表面を横断するように相互に平行に並んだ一定間隔の直線隆起部を構成する。本実施例における波面変調材の面28の突起30の配置は、一次光回折格子を構成する。図1乃至4では回折格子は、概略的に突起30が等しい高さとなるように示されている。しかしながら突起は相互に異なる高さであっても良い。また突起の寸法は誇張して示されており、好適実施例においては突起の高さは1μm程度である。さらに以下の記載から明らかなように、突起は同心円状回折格子及び非周期的な位相構造にしても良く、この場合突起は環状であるか又は少なくとも環状の部分を構成する。
【００２６】
室20はさらに蓋板36で囲まれ、この蓋板は例えばポリカーボネートのような透明材料で構成される平面素子である。蓋板36は疎水性流体接触層32で被覆され、この層は透明で、例えばジュポン社の製品テフロン（登録商標）AF1600で構成される。この疎水性流体接触層32の片面は室20の内方に向けられる。第1のエレクトロウェッティング電極34は蓋板36と疎水性流体接触層32の間に設けられる。この第1のエレクトロウェッティング電極34は透明導電性材料のシートで形成され、例えばインジウムスズ酸化物（ITO）である。例えばパリレンで構成される絶縁層（示されていない）を流体接触層32と第1のエレクトロウェッティング電極34の間に形成しても良い。第1のエレクトロウェッティング電極34は作動領域を有し、この作動領域は、波面変調材の面28の一連の突起30に占有される領域と完全に重なることに留意する必要がある。疎水性流体接触層32は、波面変調材の面28の一連の突起30と完全に重なる表面領域を有する。
【００２７】
溝24は溝壁41と蓋板40の間に構成される。蓋板は、溝24の内方を向いた1面を疎水性流体接触層38で被覆され、疎水性流体接触層は例えばAF1600（登録商標）で構成される。第2のエレクトロウェッティング電極40は蓋板42と疎水性流体接触層38の間に設置される。この電極は例えばインジウムスズ酸化物（ITO）のような導電性材料で構成される。第2のエレクトロウェッティング電極40は、溝24の内面の大部分と重なる表面領域を有することに留意する必要がある。
【００２８】
この取り囲まれた流体システムは第1の流体44及び第2の流体46を有する。第1の流体44は水溶液系の導電性流体であって、例えば所定の屈折率の塩水である。第2の流体はオイル系絶縁性流体であって、例えばシリコンオイルである。本発明の本実施例では、第1の流体44及び第2の流体46はいずれも液体である。第1の流体44及び第2の流体46は、少なくともメニスカス48、49で相互に接触する。
【００２９】
切替式光素子の第1の分離状態では、図1及び2に示すように、第1の流体44は実質的に室20と溝24の一部を満たす。実質的に満たすとは、第1の流体が少なくとも波面変調材の面28の突起30の大部分と接触することを意味する。この状態では第1の流体は、少なくとも室内の疎水性流体接触層32の露出面の大部分と接触する。さらに例えば金属で構成される共有の第3の電極50が、室の1つの開口22の近傍の溝24内に設置され、この電極は、いずれの状態においても第1の流体44が満たされる溝の部分と接触するように設置される。素子が第1の分離状態にある場合、共有の第3の電極50と接触する第1の流体44で満たされた部分を除いて、第2の流体46が実質的に溝24を満たす。
【００３０】
切替式光素子の第2の分離状態では、図3及び4に示すように、第1の流体44は実質的に溝24を満たす。この第2の分離状態においても第1の流体44は、溝の前述の部分に設置された共通の第3のエレクトロウェッティング電極との接触を維持する。第1の流体44は今度は、溝の疎水性流体接触層38と接触する。第2の流体46は今度は実質的に室20を満たし、第2の流体46が波面変調材の面28の突起30、及び室の疎水性流体接触層32の露出面と接触する。さらに溝24の一部は第2の流体46で満たされる。溝24のこの部分は、共通の第3の電極のある位置とは反対側の端部にある。
【００３１】
第1、第2及び第3の電極34、40、50はエレクトロウェッティング電極構造を形成し、電圧制御システム（示されていない）とともに流体システムスイッチを構成する。この流体システムスイッチは、第1及び第2の流体44、46を有する上述の流体システムとして機能し、流体システムは切替式光素子の上述の第1及び第2の分離状態間を切り替える。素子の第1の分離状態では、第1のエレクトロウェッティング電極34と共通の第3の電極50間に、適当な値の印加電圧V1が印加される。印加電圧V1によってエレクトロウェッティング力が生じ、本発明の切替式光素子は第1の分離状態に向かい、導電性の第1の流体44が移動し、室20は実質的に流体44で満たされる。電圧V1の印加の結果、室20の疎水性流体接触層32は一時的に少なくとも比較的親水的状態となり、第1の流体44は優先的に誘引され、実質的に室20は第1の流体44で満たされる。一方第1の分離状態では、第2のエレクトロウェッティング電極40と共通の第3の電極50間に電圧を印加しなくても、溝内の流体接触層は比較的高い疎水性を維持することがわかる。
【００３２】
切替式光素子の第1の分離状態と第2の分離状態とを切り替える場合は、流体システムスイッチの電圧制御システムは電圧V1の印加を止め、第2のエレクトロウェッティング電極40と共通の第3の電極50間に適当な値の第2の電圧V2を印加する。さらに第1のエレクトロウェッティング電極34と共通の第3の電極50間に印加される電圧V1が遮断されると、エレクトロウェッティング電極34と共通の第3の電極50の間には電圧は印加されないことがわかる。
【００３３】
次に切替式光素子が第2の分離状態にあるときは、第1の流体44は実質的に溝24を満たし、印加電圧V2によって結果的にエレクトロウェッティング力が生じる。印加電圧V2によって、溝24の疎水性流体接触層38は今度は少なくとも比較的親水的となって第1の流体44を引き寄せる。第1の流体44は、共通の第3の電極のある溝24の部分を満たすように移動する。前述のように、今度は第2の流体46は実質的に室20を満たす。室20の疎水性流体接触層32は今度は比較的強い疎水性を呈し、第2の分離状態での第2の流体の移動を助長する。
【００３４】
素子の第1及び第2の分離状態の遷移の間、流体システムスイッチの制御により、流体システムの第1及び第2の流体44、46は流体システムを循環式に流れ、各流体が相互に入れ替わる。この循環流体の流れでは、第1から第2の分離状態の遷移中に、第1の流体44は室20から出て、室の1つの開口を通って溝24の端部に流入する。同時に第2の流体46は溝24の別の端部から出て、室の別の開口23を通って室20に流入する。第2の分離状態から第1の分離状態への遷移中は、流体には反対向きの循環式の流れが生じる。
【００３５】
従って第1の分離状態から第2の分離状態への遷移中、第2のエレクトロウェッティング電極40と共通の第3の電極50間の印加電圧V2により、導電性の第1の流体44は室20内に引き寄せられ、室20から電気絶縁性の第2の流体46が排出される。さらに室20の疎水性流体接触層32は、導電性の第1の流体44を室20から排出し、第1の流体44が溝24に流入する。第2から第1の分離状態への遷移時は、第1から第2の分離状態の逆のことが生じる。
【００３６】
図5には光記録担体、この例ではディスクの情報層を走査する光走査装置を概略的に示す。光走査装置は、図1乃至4を参照して示した上述の説明と同様の本発明の実施例に対応した切替式光素子を有する。
【００３７】
光記録担体1は透明層2を有し、この層の片面には情報層3が少なくとも1層設けられる。担体は、透明層の情報層のある側に異なる深さに設けられた複数の情報層を有しても良く、これらの情報層は保護層4によって環境因子から保護される。透明層の装置と対向する側にはディスク入射面5がある。透明層2は光ディスクの基板として機能し、1又は2以上の情報層の機械的支持を提供する。代わりに透明層2には情報層3を保護する機能のみを付与して、機械的支持は情報層の他の側に設けた層、例えば保護層4又は他の情報層によって提供しても良い。この場合、透明層は最上部の情報層と接続される。
【００３８】
情報は、図1には示されていない実質的に平行、同心円状又はらせん状のトラックに配置された光学的に検出できるマークの形で、光ディスクの情報層3又は複数の情報層に記憶させても良い。マークはいかなる光学的に検出できる形であっても良く、例えばピット状、若しくは周囲とは異なる反射係数の領域、周囲とは異なる方向に磁化された領域、又はそれらの形態の組み合わせがある。
【００３９】
光走査装置は放射源システム6を有し、このシステムは可変波長半導体レーザー又は3つの別個の半導体レーザーを有する。第1、第2又は第3の所定波長の放射線7が放射される。放射線の第1、第2及び第3の所定波長は、光走査装置で走査される異なる種類の光記録担体1に対応する。例えば第1の所定波長λ1は405nmであってブルーレイ（登録商標）ディスクに対応し、第2の所定波長λ2は650nmであってDVDディスクに対応し、第3の所定波長λ3は785nmであってCDに対応する。所定波長の放射線は分岐され、レンズ系に放射される。レンズ系はコリメータレンズ8と、本発明による切替可能な光素子9と、光軸11に沿って設置された対物レンズ10とを有する。コリメータレンズ8は、放射源システム6から放射される所定波長の分岐放射線7を実質的に平行なビーム12に変換する。本発明の切替式光素子9は、以下に詳細を示すように、平行放射線12の波面を変調して、波面変調を再生対象の記録担体の方式に特化させる。対物レンズ10は、ある選定された開口数（NA）を有し、入射された波面変調放射線15を収束ビーム13に変換し、このビームは情報層3上で焦点14を形成する。検出システム16、第2のコリメータレンズ17及びビームスプリッタ18は、放射線19が搬送するデータ信号情報を検出するために設けられ、焦点誤差信号を含むこの信号を制御する。なお焦点誤差信号は対物レンズ10の軸位置を機械的に調整する際に用いられる。
【００４０】
切替式光素子9の波面変調材の面は正確に設計され構成されており、この素子においていずれかの分岐状態が選定された際に、走査記録担体の種類に特化した特定波長を有する平行放射線12に所定の波面変調が提供される。次に切替式光素子の別の実施例の詳細な説明を示す。
【００４１】
本発明の実施例では、波面変調材の面の突起は環状回折格子を構成する。波面変調材はポリカーボネート材料で構成され、屈折率n=1.6であり、第1の流体は屈折率nwater=1.350の塩水であり、第2の流体は屈折率noil=1.393のシリコンオイルである。
【００４２】
以下の例では、λ1の放射線を0次回折に、またλ2、λ3の放射線を1次回折に選定した回折格子の設計を示す。波面変調材の突起は環状であり、波面変調材の面の半径断面から見たとき、一連の等幅の領域を構成する。各領域は多数の半径方向のサブ領域を有する。各領域のサブ領域の配置はほぼ等しく、ステップは規則的な繰り返し位相構造を構成する。各ステップの高さは、位相変化（Φ）を生じるように選定され、Φが2πの整数倍であるとき、λ1の放射線に対し平坦な波面変調が得られる。放射線λ1に対する位相変化が2πとなるようなステップの適当な高さは、用いられる切替式光素子の分離状態に依存する。波面変調材の面が第1の流体で覆われる、第1の分離状態における基本ユニットの高さは、
【００４３】
【数２】
2006500618.tif 000004
であり、面が第2の流体で覆われる第2の分離状態では、
【００４４】
【数３】
2006500618.tif 000005
となる。表1には、各放射線波長λ1、λ2、λ3に対して位相変化が2πとなるステップ高さの基本ユニットを示す。表2には、第1及び第2の各分離状態において、放射線波長λ2、λ3のそれぞれのステップ高さhoil405又はhwater405（1.620μm）によって生じる位相変化（Φ）を示す。
【００４５】
【表１】
2006500618.tif 000006
【００４６】
【表２】
2006500618.tif 000007
これらの表から、各放射線に利用される素子の分離状態が等しい場合、λ3の放射線の位相変化は近似的にπとなることがわかる。その結果この場合、λ3の放射線に対しては2の実質的に異なる位相変化ステップのみが可能となるため、比較的単純な格子設計で、1次回折において高い効率を得ることは難しい。しかしながら3の放射線に対する素子の分離状態が異なるときは、そのような設計は可能である。ここではλ1とλ2の放射線の両方に対しては第2の分離状態にある素子が利用され、λ3の放射線に対しては第1の分離状態にある素子が利用される場合を検討する。
【００４７】
表3には、ステップ高さmhoil405で得られる位相変化を示す。ｍは整数で、λ2とλ3の放射線に対して素子が上述のような異なる分離状態で用いられるときのステップ高さの倍数である。
【００４８】
【表３】
2006500618.tif 000008
表3はλ2とλ3の放射線の両方に生じる位相変化がほぼ等しいことを示している。従って8種類の異なるステップ高さの全てを用いて、λ2とλ3の放射線に同一の波面変調を生じさせることができる。
【００４９】
例えばダンマームタイプの回折格子構造を設計して、λ1の放射線に対しては0次回折を選定し、λ2とλ3の放射線に対しては鋸状のブレーズド回折格子で近似することができる。表3に示す構成を用いるとλ2とλ3の放射線に生じる位相変化はほぼ等しくなるため、λ2とλ3の両放射線に対し1次回折を選定する回折格子構造の設計が可能となる。
【００５０】
表4には、λ2とλ3の両放射線において高い効率が得られる、4の半径方向のサブ領域を有する回折格子領域のプロファイルを示す。
【００５１】
【表４】
2006500618.tif 000009
図6にはスケールは示されていないが、表4に示した本発明の実施例の回折格子の1領域のプロファイルを示す。本実施例では波面変調材の面の突起は、半径方向に配置された同心円状のステップであって、切替式素子の光軸の周りに配置された半径領域で区分けされる。得られる波面変調はステップ状形状を有し、λ2とλ3のいずれの放射線に対してもブレーズド格子の鋸形状52に近い。各ステップ状形状の中央では、位相変調は鋸形状52のその位置での値と等しい。λ3の放射線に対しては波面変調材の面が第1の流体で覆われる素子の第1の分離状態を、またλ1、λ2の放射線に対しては波面変調材の面が第2の流体で覆われる第2の分離状態を用いることで、各λ1、λ2、λ3の放射線に対して高い効率が得られる。
【００５２】
表5には本発明の別の実施例の詳細を示す。この実施例は、6のサブ領域を利用する回折格子を有し、各λ1、λ2、λ3の放射線の効率はより高くなる。
【００５３】
【表５】
2006500618.tif 000010
図7にはスケールは示されていないが、本発明のこの別の実施例の回折格子の1領域のプロファイルを示す。先の実施例と同様、波面変調材の面の突起は半径方向に配置された同心円状ステップであって、素子の光軸の周囲に配置された半径領域で区分けされる。得られる波面変調はステップ状形状となり、素子が第2の分離状態にあるときのλ2の放射線、及び素子が第1の分離状態にあるときのλ3の放射線の場合、鋸形状のブレーズド格子54に近い。各ステップ形状の中央の位相変調は、鋸形状54のその場所での値と等しい。
【００５４】
さらに別の本発明の実施例では、波面変調材の面の突起は回折格子を構成する。これらは以下に示す通常の設計配置に従って設置される。
【００５５】
これらの実施例では、ステップ高さhの基本ユニットが波長λaの放射線に0又は2πの整数倍の位相変化を生じさせ、他の2の波長λb、λcの放射線には、これと同じ又は少なくとも同等の位相変化を生じさせる。ここでnaは、第1の分離状態において波面変調材の面を覆う第1の流体の屈折率、nbは、第2の分離状態において波面変調材の面を覆う第2の流体の屈折率、nは波面変調材の屈折率とする。ステップ高さhは波長λb及びλcの2放射線に、少なくとも近似的に同等の位相変化を生じさせるため、
【００５６】
【数４】
2006500618.tif 000011
となる。この式からnb（0.05以内であることが好ましく、0.025以下であることがより好ましい）は実質的に以下の式に従う。
【００５７】
【数５】
2006500618.tif 000012
図8にはスケールは示されていないが本発明の別の実施例による回折格子のプロファイルを示す。先の実施例と同様、波面変調材の面のステップ状の突起は半径方向に配置された同心円状ステップであり、表6に示すように光軸の周囲に配置された半径領域で区分けされる。本実施例では、第2の流体の屈折率は波面変調材を構成する材料の屈折率に等しい。波面変調材材料は例えば屈折率n=1.535の環状オレフィン共重合体（COC）であって、第1の流体は例えば屈折率nwater=1.350の塩水であって、第2の流体は例えば屈折率n=1.535のオイルである。λ1とλ2の場合、波面変調材の面は第2の流体に覆われ、その面はλ3の場合、第1の流体に覆われる。従って波面変調材の面の回折格子の双対ステップはλ1とλ2の放射線は通さず、平坦な波面変調が生じる。λ3の放射線の波面変調はステップ形状となり、波面変調材の面が第1の流体に覆われる場合、ブレーズド格子の鋸形状56に近い。各ステップのプロファイルの中央では位相変調は鋸形状56のその場所での値と等しい。
【００５８】
【表６】
2006500618.tif 000013
図9乃至12には、図5を参照して先に示したような光走査装置への利用に適した、本発明の切替式光素子の別の実施例を概略的に示す。本発明のこの実施例の多くの構成物は図1乃至4を用いて示した本発明の先の実施例の構成物と同様である。これらの構成物の各符号は、先の構成物に100を加えた参照符号で表され、これらの構成物の先の記載をここでも引用する。
【００５９】
図2乃至5を用いて示した先の実施例と同様に、波面変調材の面57は突起58を有し、この突起は本実施例では、面57の径ゼロの位置にある中心59の周囲に設置された一連の同心円状ステップを構成する。図10及び12に示すように断面方向から見たとき、突起58は非周期的構造（NPS）で設置されたステップである。すなわち突起は、規則的パターンを繰り返さず、中心59から半径方向に設けられる。図10及び12には、等しい高さの突起58を有するNPSを概略的に示す。しかしながら通常突起は相互に異なる高さであって、各突起の高さがステップ高さの共通基本ユニットに対応するように設置される。さらに突起の高さは誇張されて示されており、好適実施例ではこの高さは約1μmであって、突起間の距離は約100μmである。
【００６０】
図1乃至4を参照して示した本発明の先の実施例と同様、切替式光素子は2状態間の切り替えが可能であり、第1の流体144及び第2の流体が別々に調整される。図9及び10に示す第1の分離状態では、印加電圧V3が第1のエレクトロウェッティング電極134と共通の第3の電極150間に印加される。この印加電圧V3の値は、第2の分離状態から第1の分離状態に素子の切り替えが適切に生じるような値に選定される。第2のエレクトロウェッティング電極140と共通の第3の電極150間には電圧は印加されない。切替式光素子の本実施例の第2の分離状態では、図11及び12に示すように、第2のエレクトロウェッティング電極140と共通の第3の電極150間には印加電圧V4が印加される。この印加電圧V4の値は、第1の分離状態から第2の分離状態に素子の切り替えが適切に生じるような値に選定される。第1のエレクトロウェッティング電極134と共通の第3の電極150間には電圧は印加されない。
【００６１】
切替式光素子の別の実施例について以下に示す。この実施例では波面変調材の面は非周期的位相構造（NPS）となっている。それぞれの別の実施例において波面変調材の面に特有な構造は、異なる所定波長の複数の放射線に対する異なる所望の所定の波面変調に対応し、各変調は異なる種類の走査記録担体に適合される。
【００６２】
本発明の別の実施例では切替式光素子はNPSを有し、波面変調材は屈折率n=1.6のポリカーボネート材料で構成され、第1の流体は屈折率n=1.350の塩水であり、第2の流体は屈折率1.4のシリコンオイルである。3の異なる放射線が用いられ、各波長はλ1=405nm、λ2=650nm、λ3=785nmである。
【００６３】
以下の例は、λ1及びλ2の放射線に対しては平坦な波面変調を提供し、λ3の放射線に対してはほぼ球面収差の波面変調を提供するNPSの設計を示すものである。波面変調材の面の突起はステップ状であり、それらの突起はλ1の放射線に対して2π、又はその整数倍の位相変化を生じさせる。λ1の放射線の位相変化が2πとなるようなNPSのステップの基本ユニットの高さは、選択された分離状態に依存する。波面変調材の面が第1の流体に覆われる第1の分離状態での基本ユニットの高さは、
【００６４】
【数６】
2006500618.tif 000014
であり、面が第2の流体に覆われる第2の分離状態では、
【００６５】
【数７】
2006500618.tif 000015
となる。表7には、λ1、λ2、λ3の各放射線に対して位相変化が2πとなるステップ高さを示す。表8には、λ2及びλ3の放射線に対する第1及び第2のそれぞれの分離状態におけるhoil405（2.025μm）又はhwater405（1.620μm）のステップ高さによって生じる位相変化（Φ）を示す。
【００６６】
【表７】
2006500618.tif 000016
【００６７】
【表８】
2006500618.tif 000017
これらの表から、各放射線に利用される素子の分離状態が等しい場合、λ3の放射線の位相変化跳躍は近似的にπとなる。結果的にこの場合、λ3の放射線に対して2の著しく異なる位相変化のみが可能となり、比較的単純なNPS設計でλ3の放射線に対して少なくとも近似的に球面の波面変調を得ることは難しい。しかしながら3の放射線に対する素子の分離状態が異なるときは、そのような設計は可能である。ここではλ1の放射線に対しては第1の分離状態の素子が利用され、λ2及びλ3の両放射線に対しては第2の分離状態にある素子が利用される場合を検討する。
【００６８】
表9にはステップ高さmhwater405によって生じる位相変化を示す。mは整数で、λ2及びλ3の両放射線に対し第2の分離状態の素子が利用される場合の、ステップ高さの倍数である。
【００６９】
【表９】
2006500618.tif 000018
表9からλ1及びλ2の放射線に生じる位相変化は、mが偶数の場合ほぼ等しい。従って6の異なるステップ高さがあり、これらのステップ高さを用いることでλ1及びλ2の放射線に同じ波面変調を生じさせることができる。
【００７０】
表10には、NPSの半径中心から5の半径領域を有するNPSのステップ高さと幅を示す。第2の分離状態では、NPSはλ2の放射線に対して近似的に平坦な波面変調を形成し、λ3の放射線に対しては波面変調はデフォーカス及び球面収差に近くなる。
【００７１】
【表１０】
2006500618.tif 000019
図13にはスケールは示されていないが、表10に示されるNPSのプロファイルと、NPSステップの相対高さを示す。両者は素子の光軸（径ゼロ）からの半径距離によって変化する。さらにこの図にはλ2の放射線に対して得られるほぼ平坦な波面変調60が示されている。またλ3の放射線に対して得られる波面変調はステップ形状であり、球面収差プロファイル62とデフォーカスの組み合わせに近くなる。なお両波面変調は、素子が第2の分離状態にあるときに生じるものである。プロファイルの各ステップの中心では、位相変調はプロファイル62のその位置での値に等しい。
【００７２】
素子を異なる分離状態に調整することができるため広範な設計自由度が得られ、NPS位相構造の個々のステップ間には比較的小さな差異しかないような単純なNPSを設計することが可能となり、波面変調材の面の製作プロセスは極めて容易となる。
【００７３】
本発明の別の実施例では切替式光素子はNPSを有し、波面変調材は屈折率n=1.6のポリカーボネートで構成され、第1の流体は屈折率n=1.344の塩水であり、第2の流体は屈折率n=1.393のシリコンオイルである。この例では3種類の放射線が用いられ、波長はλ1=405nm、λ2=650nm、λ3=4785nmである。
【００７４】
λ1の放射線の位相変化が2πとなるときのNPSのステップ高さの基本ユニットは、素子の選択された分離状態に依存する。波面変調材が第1の流体で覆われる第1の分離状態における基本ユニットのステップ高さは、
【００７５】
【数８】
2006500618.tif 000020
であり、面が第2の流体で覆われる第2の分離状態においては、
【００７６】
【数９】
2006500618.tif 000021
である。
【００７７】
表11には、各分離状態において位相変化が2πとなるステップ高さを示す。表12には、λ2及びλ3の放射線においてステップ高さhoil405（1.957μm）又はhwater405（1.582μm）によって生じる位相変化（Φ）を示す。
【００７８】
【表１１】
2006500618.tif 000022
【００７９】
【表１２】
2006500618.tif 000023
これらの表から、各放射線に利用される素子の分離状態が等しい場合、λ3の放射線に対する波面変調の位相変化差は近似的にπになることがわかる。結果的にこの場合、2種類の顕著な位相変化のみが生じ、単純なNPS設計でλ3の放射線に対して少なくとも球面の波面変調を得ることは難しい。しかしながら各放射線に対して異なる分離状態の素子が利用される場合、そのような単純な設計は可能である。ここではλ1及びλ2の両放射線に対しては第2の分離状態の素子が利用され、λ3の放射線に対しては第1の分離状態の素子が利用される場合を考える。
【００８０】
表13には、λ2及びλ3の放射線に対しステップ高さmhoil405によって生じる位相変化を示す。mは整数で、前述のように素子が異なる分離状態で利用される場合のステップ高さの倍数である。
【００８１】
【表１３】
2006500618.tif 000024
表13は、λ2及びλ3の放射線に生じる位相変化は近似的に等しいことを示している。多くのステップ高さによって、少なくとも8の明確に異なる位相変化を生じさせることができる。
【００８２】
以下の表14には、23の半径領域を有するNPSの詳細を示す。λ2とλ3の両放射線に対して、デフォーカス及び球面収差の両方に近い波面変調が提供される。
【００８３】
【表１４】
2006500618.tif 000025
図14にはスケールは示されていないが、表14に掲載されたNPSのプロファイルを示す。図にはNPSの相対ステップ高さが示されており、この高さは素子の光軸（径ゼロ）からの半径距離で変化する。λ2及びλ3の両放射線に対して得られる波面変調はステップ形状となり、第2の分離状態にある素子でのλ2の場合、及び第1の分離状態にある素子でのλ3の場合のいずれにおいても、波面変調は球面収差プロファイルと組み合わされた異なるデフォーカス64、66に近くなる。プロファイルの各ステップの中央では、位相変調は各プロファイル64、66のその位置での値に等しい。NPSの中央から遠い半径領域では、λ2及びλ3の放射線に対する両波面変調は一体化される傾向にあり、両波面変調は近似的に同一となることに留意する必要がある。
【００８４】
切替式NPSのさらに別の実施例を示す。これらは以下に示す一般設計に従うように設置される。
【００８５】
これらの実施例では、ステップ高さhの基本ユニットは、波長λaの放射線に対して0又は2πの整数倍の位相変化を生じさせ、また波長λb及びλcの異なる2放射線に対してはこれと等しい又は少なくとも同等の位相変化を生じさせる。ここでnaを素子の第1の分離状態において波面変調材の面を覆う流体の屈折率とし、nbを素子の第2の分離状態において波面変調材の面を覆う流体の屈折率とし、nを波面変調材の屈折率とする。ステップ高さhで、波長λb及びλcの2放射線に対して少なくともほぼ同等の位相変化を生じさせるためには、
【００８６】
【数１０】
2006500618.tif 000026
が成立する必要がある。この式からnb（0.05以下であることが好ましく、0.025以下であることがより好ましい）は実質的に、
【００８７】
【数１１】
2006500618.tif 000027
となる。図15、16、17及び18には本発明の別の実施例を示すが、これらはそれぞれ第1、第2、第3及び第4の分離状態を示す。図15乃至18の各々は概略的な断面図である。本発明のこの実施例の構成物は、図1乃至4、及び図9乃至12に示す本発明の先の実施例の構成物と等しい。従ってここではこれらの構成物には、同等の構成物の参照符号に200を加えた参照符号を付け、先の記述をここでも引用する。
【００８８】
本発明のこの実施例では波面変調材226は、波面変調材226の面228に加え、第2の面68を有する。波面変調材228の第1の面と同様に、波面変調材の第2の面は突起70を有する硬質逃げ構造を有する。横側から見たとき、これらの突起70は、波面変調材の第2の面68を横断するように設けられる。本実施例における突起70はステップを有し、波面変調材の面68の中心に対し一連の同心円環状ステップを構成するように設けられる。ステップの幅は相互に異なる。突起のこの配置は、図9乃至12を用いて示した先の実施例と同様のNPSを構成する。代わりに突起70は、上述の本発明の実施例と同様の回折格子を形成しても良い。
【００８９】
本発明の先の実施例で示したように、突起70の配置は素子の選択された分離状態において、特定波長の所与の放射線に対して所定の波面変調を生じさせるように設計される。
【００９０】
波面変調材226の第2の面68は第1の室220に対する構造と同様に、第2の室72の内方に向けられる。室は疎水性流体接触層74で被覆された透明蓋板78を有し、この接触層は透明なAF1600（登録商標）で構成されることが好ましく、この片面は第2の室72の内方を向いている。蓋板78と疎水性流体接触層74の間には第4のエレクトロウェッティング電極76が設けられる。この第4のエレクトロウェッティング電極76は、例えばインジウムスズ酸化物（ITO）のような透明導電性材料で構成されることが好ましい。本発明の先の実施例と同様に第4のエレクトロウェッティング電極76は、波面変調材226の第2の面68の突起70の配置と完全に重なる作動領域を有する。疎水性流体接触層74は第2の面68の突起70の配置とも重なることが好ましい。
【００９１】
本発明のこの実施例はさらに、先の実施例に示した溝224と同様の構造の第2の溝80を有する。溝80は壁と、疎水性流体接触層82で被覆された蓋板80と、第5のエレクトロウェッティング電極84とで構成され、溝は共通の第6の電極（示されていない）を有する。
【００９２】
第2の室72は、第1の室220と第1の溝224間を連通する場合と同様の方法で第2の溝80と連通され、流体を密封状態で取り囲み、第2の流体システムを構成する。本発明のこの実施例では第2の流体システムは、第1の室220と第1の溝224で囲まれた流体システムと同様の性質を有し、第1の流体244及び第2の流体246を有する。第1の流体244及び第2の流体246は、本発明の先の実施例の第1及び第2の流体と同一であって、第1の流体システムの流体メニスカス48、49と同様の2流体メニスカス（示されていない）部で相互に接触する。代わりに第2の流体システムの2流体は1流体であっても、あるいは第1及び第2の流体244、246とは異なる2流体であっても良い。
【００９３】
異なる電圧を印加して、2の室220、72及び2の溝224、80内で第1及び第2の流体244、246を移動させることにより、本発明の切替式光素子は図15、16、17及び18に示すような4の分離状態に設定することができる。これらの分離状態における第1及び第2の流体244、246の配置は、本発明の先の実施例の光素子における第1及び第2の分離状態と同様の性質を呈する。
【００９４】
本発明の先の実施例と同様、第1、第2、第4及び第5のエレクトロウェッティング電極234、240、76、84並びに共通の第3及び第6（示されていない）の電極はそれぞれ一体となってエレクトロウェッティング電極構造を構成し、さらに電圧制御システム（示されていない）とともに流体システムスイッチを構成する。この流体システムスイッチは、必要な電圧の印加によって本発明のこの実施例の素子を異なる分離状態に設定させることができ、選択された分離状態に対応するように第1及び第2の流体244、246を調整する。本発明の先の実施例と同様に、分離状態間の遷移中、素子の2流体システムの流体は循環式に流れる。
【００９５】
本発明のこの実施例では、2つの室220、72は相互に接続されず、2の別個の流体システムが用いられる。本発明の別の実施例として、分離された溝の代わりに２つの室220、72間で循環式に流体が流れるような単一の流体システムを設定しても良い。すなわちこの実施例では、各室は他の室の溝として機能する。
【００９６】
上記の実施例では、波長とともに屈折率が変化することを無視していることに留意する必要がある。しかしながらそのような変化は通常あまり大きくはない。そのような変化が無視できない場合でも、適切な波面変調材の設計変更によってその影響を最小化することができる。
【００９７】
上記の実施例に示す配置は、異なる波長の3の異なる放射線のうちの少なくとも1つの波面収差を低下させ、単一の対物レンズ系を用いて異なる種類の光記録担体を走査させることができる。切替式光素子を用いない場合、少なくとも1つの波面収差は、二乗平均平方根値（RMS）で70mλの許容限界を超える可能性がある。これに対して切替式光素子を用いた場合には、そのような収差は70mλ以下に抑制される。
【００９８】
上記の実施例は本発明の一例を示すために示されたものであることは明らかである。本発明のさらに別の実施例を示す。
【００９９】
本発明のさらに別の実施例では、波面変調材は複屈折材料で構成される。この実施例では、ある波長の所与の放射線に対して生じる波面変調は、放射線の偏光状態にも依存する。すなわち異なる偏光状態にある放射線に対して、異なる所定の波面変調を行うことができる。
【０１００】
本発明のさらに別の実施例では、素子の流体システムの流体の一方は、液晶材料を有する。この場合室の内方を向く少なくとも1の表面は、配列層を有する。この実施例では、流体システムの他の流体は液晶材料ではなく、素子の2分離状態間を切り替えて、非複屈折セル又は連続的に変化する液晶セルのいずれかを提供することができ、所与の放射線に対して波面変調を行うことができる。
【０１０１】
本発明の別の実施例では、波面変調材の面の突起高さは、選択された分離状態において、異なる波長の2放射線に対する波面変調が2πの整数倍になるように選定される。この結果、平坦な波面変調が得られる。残りの放射線の波面変調は、個別に突起の高さ及び選択される分離状態から定められる。
【０１０２】
本発明の他の実施例では、波面変調材の面の突起高さは、選択された分離状態において、3の全ての放射線に対する波面変調が2πの整数倍になるように選定される。この結果、3の全ての放射線に対して平坦な波面変調が得られる。しかしながら1放射線に対する分離状態を切り替えることで、選定された波面変調が得られる。
【０１０３】
本発明の先の多くの実施例においては、第1の流体又は第2の流体いずれかの屈折率が、波面変調材を構成する材料の屈折率と等しくなるように選定しても良い。この場合、波面変調材の面全体に屈折率の差がゼロの波面変調が形成される。その結果、前記屈折率差がゼロとなる素子の適切な分離状態において、ある波長の少なくとも1の放射線に対して平坦な波面変調が得られる。素子が別の分離状態にある場合には、屈折率差はゼロではなくなり、異なる波長の放射線に対して異なる波面変調が行われる。
【０１０４】
上記の実施例では、各流体は液体状である。代わりにオイル成分を気体又は蒸気成分に換えても良い。
【０１０５】
上記の実施例では、エレクトロウェッティング電極及び疎水性流体接触層は、波面変調材の面と隣接する表面に設けられる。代わりにあるいはこれに加えて、対応するエレクトロウェッティング電極と疎水性流体接触層を、波面変調材の面の少なくとも一部に形成しても良い。これは切り替え時に波面変調材の面からある流体を除去し、波面変調材の面に他の流体を取り込む場合に役立つ。さらに上述の実施例のように、電極及び疎水性流体接触層を溝の1つの壁にだけ形成するのではなく、溝の2、3、又は全ての壁に設けて、切り替え時の正確な流体の流れを助長させても良い。
【０１０６】
上記の実施例では、切り替え時に素子には循環式に流体が流れるように調整される。代わりに室に接続された2の独立のリザーバ間に流体が流れるようにしても良い。そのような流体の流れには、圧電ポンプアクチュエータのような加圧手段を援用しても良い。
【０１０７】
本発明の上記の実施例では、波面変調材の面の突起は、例えば回折格子又は非周期的位相構造（NPS）を構成するように設けられる。さらに本発明の上述の実施例において突起の配置は、波面変調材の面の半径中心に対して回転対称となるようにする。波面変調材の面の突起の別の配置では、突起は所定の波面変調を形成するような形状にする。しかし波面変調材の面の突起の配置は波面変調材の面の半径中心に対して回転対称なものに限定されない。また波面変調材は必ずしも突起を有する必要はない。波面変調材は例えば平滑な球又は球面レンズ面の形状であっても良く、あるいはミラー格子を有する平坦面であっても良い。波面変調材は屈折方式ではなく、反射方式としても良い。
【０１０８】
上述のいかなる実施例と連関するいかなる特徴も、単独で又は上述の他の特徴と組み合わせて用いても良いことは明らかであり、他のあらゆる実施例の1又は2以上の特徴と組み合わせて、あるいは他のあらゆる実施例をいかなる組み合わせで用いても良い。さらに明細書には直接記載されていない等価物及び変形例も、本発明の範囲を逸脱しないで利用することができる。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定められる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明のある実施例による、第1の分離状態にある切替式光素子の線A---Aに沿った断面を概略的に示した図である。
【図２】本発明のある実施例による、第1の分離状態にある切替式光素子の線B---Bに沿った断面を概略的に示した図である。
【図３】第2の分離状態にある、図1及び2の切替式光素子の線C---Cに沿った断面を概略的に示した図である。
【図４】第2の分離状態にある、図1及び2の切替式光素子の線D---Dに沿った断面を概略的に示した図である。
【図５】本発明のある実施例による、切替式光素子を有する光走査装置の概略図である。
【図６】本発明の別の実施例による、異なる波面変調材の高さプロファイルと近似的な波面変調の概略図である。
【図７】本発明の別の実施例による、異なる波面変調材の高さプロファイルと近似的な波面変調の概略図である。
【図８】本発明の別の実施例による、異なる波面変調材の高さプロファイルと近似的な波面変調の概略図である。
【図９】本発明の別の実施例による、第1の分離状態にある切替式光素子の線E---Eに沿った断面を概略的に示した図である。
【図１０】本発明の別の実施例による、第1の分離状態にある切替式光素子の線F---Fに沿った断面を概略的に示した図である。
【図１１】第2の分離状態にある、図9及び10の切替式光素子の線G---Gに沿った断面を概略的に示した図である。
【図１２】第2の分離状態にある、図9及び10の切替式光素子の線F---Fに沿った断面を概略的に示した図である。
【図１３】本発明の別の実施例による、波面変調材の高さプロファイルと各放射線に対する近似的な波面変調の概略図である。
【図１４】本発明の別の実施例による、波面変調材の高さプロファイルと各放射線に対する近似的な波面変調の概略図である。
【図１５】本発明のさらに別の実施例による、第1の分離状態に調整された切替式光素子の概略的な断面図である。
【図１６】本発明のさらに別の実施例による、第2の分離状態に調整された切替式光素子の概略的な断面図である。
【図１７】本発明のさらに別の実施例による、第3の分離状態に調整された切替式光素子の概略的な断面図である。
【図１８】本発明のさらに別の実施例による、第4の分離状態に調整された切替式光素子の概略的な断面図である。
【図１】
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【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】
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【図１０】
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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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【国際調査報告】
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