読取り及び／又は書込みのための光データ記憶システム並びにそのようなシステム内での使用のための光データ記憶媒体
適度な開口数（ＮＡ）を用いる多層近距離場光記録装置は、高ＮＡ（ＮＡ＝２．０）表面単層技法よりも優れている。極めて平坦で薄いスペーサ層の使用は、層深度の差に起因する球面収差を制限する。薄いスペーサ層は、高い屈折率を有し得る。何故ならば、それらの厚さは、比較的高い吸収定数を可能にするからである。これは、原則的に、平坦な保護被覆層を含み得るＮＡ＝１．６を備えた、ｍ―層システム、例えば、ｍ＝４を可能にする。さらに、そのようなシステム中での使用のための媒体が記載される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光データ記憶媒体のデータ記憶層の上に集束される、波長λを有する放射線ビームを用いて、記録し且つ／或いは読み取るための光データ記憶システムであり、ｍデータ記憶層と、集束される放射線ビームを透過する被覆層とを有する媒体と、開口数ＮＡを有する対物レンズを備える光学ヘッドとを含み、ｍは、ｍ≧２であり、被覆層は、厚さｈ０と、屈折率ｎ０とを有し、データ記憶層は、厚さｈｊ及び屈折率ｎｊをそれぞれ有するｍ−１個のスペーサ層によって分離され、ここで、ｊ＝１，．．．，ｍ−１であり、対物レンズは、媒体の最外側の表面からλ／１０よりも小さな自由作動距離での記録及び／又は読取りのために構成され、且つ、光データ記憶媒体の被覆層の側に配置された被覆層固体浸レンズを含み、固体浸レンズから、集束される放射線ビームは、記録及び／又は読取り中に光記憶媒体中に結合するエバネッセント波結合によって結合される光データ記憶システムに関する。
【０００２】
本発明は、さらに、そのようなシステム内での使用に適した光データ記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００３】
光記録システムにおける焦点サイズ又は光解像度のための典型的な測定値は、
【数１９】
によってもたらされ、ここで、λは、空中の波長であり、レンズの開口数は、
【数２０】
によって定められる。図１Ａには、空気−入射構造が描写されており、データ記憶層がデータ記憶媒体、即ち、所謂表面データ装置の表面にある。図１Ｂには、屈折率ｎを備える被覆層が、データ記憶層をスクラッチ及びダストから保護している。
【０００４】
これらの図面から、もし被覆層がデータ記憶層の上に塗布されるならば、光解像度は不変であることが推断される。一方では、被覆層において、内部開口角θ’はより小さく、故に、内部開口数ＮＡ’も減少するが、媒体内の波長λ’は、同一因数ｎ０だけより短い。光解像度が高ければ高いほど、媒体の同一領域上により多くのデータを記憶し得るので、高い光解像度を有することが望ましい。光解像度を増大する直接的な方法は、レンズの複雑さという犠牲を払った集束ビーム開口角の拡大、許容し得る傾斜限界の縮小等、又は、空中波長の減少、即ち、走査レーザの色の変化を含む。
【０００５】
光ディスクシステムにおける焦点サイズを減少する他の提案されている方法は、固体浸レンズ（ＳＩＬ）の使用を含む。最も単純な形態において、データ記憶層上に中心化されたＳＩＬは半球である。図２Ａを参照。よって、焦点はＳＩＬとデータ層との間の界面にある。同一の屈折率、ｎ０’＝ｎＳＩＬの被覆層との組み合わせで、ＳＩＬは、その（仮想）中心が記憶層の上に再び配置された状態で、被覆層上に配置された球の正接方向に切断された断面である。図２Ｂを参照。ＳＩＬの動作原理は、ＳＩＬが、記憶層で、波長を因数ｎＳＩＬ、即ち、ＳＩＬの屈折率だけ減少し、開口角θを変更することがないことである。その理由は、全ての光がＳＩＬの表面に直角に進入するので、ＳＩＬでの光の屈折がないからである。図１Ｂ及び図２Ａを比較。空気間隙の幅は、典型的には、２５〜４０ｎｍ（しかしながら、少なくとも１００ｎｍ未満）であり、原寸で描写されていない。被覆層の厚さは、典型的には、数ミクロンであるが、それも原寸で描写されていない。
【０００６】
極めて重要であるが、この地点まで述べられていないことは、ＳＩＬと記録媒体との間に極めて薄い空気間隙があることである。これは記録器対物レンズ（レンズにＳＩＬを加えたもの）に対する記録ディスクの自由回転を許容するためである。この空気間隙は、光学波長よりも一層小さくあるべきであり、典型的には、ディスクへの並びに戻ってＳＩＬへのＳＩＬ内の光の所謂エバネッセント結合が依然として可能であるよう、それはλ／１０よりも小さくあるべきである。これが発生する範囲は、近距離場レジームと呼ばれる。このレジームの外側では、より大きな空気間隙で、全反射がＳＩＬ内部に光を捕捉し、それをレーザまで送り戻す。空気界面に対するＳＩＬでの臨界角より下の波は、減衰なしに空気間隙を通じて伝播するのに対し、臨界角より上の波は、空気間隙内でエバネッセントになり、間隙幅を備えた指数関数的な減衰を示す。臨界角では、ＮＡ＝１である。大きな間隙幅に関して、臨界角よりも上の全ての光は、全反射によって、ＳＩＬの近接表面から反射する。図３Ａ及び３Ｂを参照。ここで、ＮＡ０は、ＳＩＬが存在しないレンズの開口数である。双方のこれらのレンズ設計において、空気間隙が過剰に広いならば、全反射は、ＮＡ＞１の場合に起こる。もし空気間隙が十分に薄いならば、エバネッセント波はそれを他の側になし、透明ディスク内で、再び伝播するようになる。もし透明ディスクの屈折率が、開口数よりも小さい、即ち、ｎ０’＜ＮＡであるならば、一部の波はエバネッセントなままであり、有効にＮＡ＝ｎ０’であることに留意されるべきである。
【０００７】
ブルーレイ光ディスク（ＢＤ）のための規格のように、４０５ｎｍの波長の場合、最大空気間隙はほぼ４０ｎｍであり、従来的な光記録と比べると、それは極めて小さな自由作動距離（ＦＷＤ）である。十分に安定したエバネッセント結合を得るために、データ層と固体浸レンズ（ＳＩＬ）との間の近距離場空気間隙は、５ｎｍ以下に一定に（好ましくは、２ｎｍ以下に一定に）保たれるべきである。ハードディスク記録では、そのような小さな空気間隙を維持するために、受動空気軸受に依存するスライダに基づく解決策が用いられなければならない。記録媒体がドライブから取り外し可能でなければならない光記録において、潤滑剤の使用は限定的であり、ディスクの汚染レベルはより大きく、空気間隙を制御するための活性なアクチュエータに基づく解決策が求められる。このために、間隙誤差信号が、好ましくは光媒体によって既に反射された光データ信号から抽出されなければならない。そのような信号は見い出されることができ、典型的な間隙誤差信号は図４中に与えられている。
【０００８】
ＮＡ＝ｎＳＩＬｓｉｎθのような開口数を定めるために近距離場ＳＩＬが用いられる場合には、それは一般的な方法であり、開口数は１よりも大きくあり得るが（θは周縁光線の角度である）、被覆層内で開口角度θ’＜π／２及びＮＡ’＝ｓｉｎθ’＜１であることが留意されるべきである。
【０００９】
被覆層が用いられる場合、データ記憶層は、実際には、近距離場にはないことがさらに留意されるべきである。被覆層内部の大きな開口数と組み合わされたＳＩＬから被覆層への波のエバネッセント結合があるだけである。この種類の光記憶装置のより適切な名前は「一定エバネッセント結合光記憶装置」又はＣＥＣＯＳ(Constant Evanescent Coupling Optical Storage)である。真正の近距離場光記録の場合には、データは、全反射強度を変調するのみならず、データ担持ディスクと対物レンズとの間のエバネッセント結合の量に直接的に影響を及ぼす表面構造によって表わされ得る。ＣＥＣＯＳの場合、このエバネッセント結合は一定値に保たれ、データは、光データ記憶の現代技法に共通する、データ記憶層内の振幅又は位相構造によって表わされる。
【００１０】
図４において、我々は１．４８の屈折率を備える平坦且つ透明な光表面（「ディスク」）からの直線的に偏光された平行な入力ビームに対して平行な偏光状態及び垂直な偏光状態の双方のための反射光の量の測定値（参考文献［１］から取られた）を示している。垂直偏光状態は、近距離場光記録システムのための空気間隙誤差信号として適している。これらの測定値は、理論とかなり合致する。エバネッセント結合は、２００ｎｍ未満で知覚可能になり、光は「ディスク」内に消失し、全反射は接触点で殆ど直線的に最低に落下する。空気間隙の閉塞ループサーボシステムのｍための誤差信号として、この直線的信号を用い得る。水平偏光における振動は、減少する間隙厚さを有するＮＡ＝１内の干渉縞の数の減少によって引き起こされる。
【００１１】
典型的な近距離場光ディスクシステムについての一層の詳細は、参考文献［２］内に見い出され得る。
【００１２】
典型的には５０μｍ未満の小さな作動距離を有するスライダ又はアクチュエータのいずれかに基づく光記録器対物レンズのために、記憶媒体に最も近い光表面の汚染が生じる。これは、それが、データを書き込むために或いはデータ記録層からデータを読み取るためにさえも必要とされる高いレーザ力及び温度に起因する、典型的には光磁気（ＭＯ）記録のための２５０℃及び位相変更（ＰＣ）記録のための６５０℃の高い表面温度の故の記憶媒体から脱着された直後の水及び他の材料の再凝縮に起因する。汚染は、例えば、焦点及びトラッキングシステムのサーボ制御信号の走路の故に、究極的には光データ記憶装置の誤作動を引き起こす。この問題は、参考文献［３］乃至［５］に与えられる特許出願及び特許に記載されている。
【００１３】
問題は、以下の場合により厳しくなる。即ち、高い湿度、高いレーザ力、記憶媒体の低い光反射率、記憶媒体の引く熱伝導率、小さな作動距離、及び、高い表面温度。
【００１４】
問題に対する既知の解決策は、記憶媒体上の熱絶縁された被覆層によって、記録器対物レンズの近接する光学表面をデータ層から遮蔽することである。この洞察に基づく発明は、例えば、参考文献［４］において与えられている。
【００１５】
被覆層を備える近距離場記憶媒体を提供することは、汚れ及びスクラッチがもはや直接的にデータ層に影響を及ぼさないという追加的な利点を有する。しかしながら、被覆層を近距離場光システム上に置くことによって新しい問題が起こり、それは採られるべき新しい手段につながる。これらの手段の一部は、参照番号ＰＨＮＬ０４０４６０及びＰＨＮＬ０４０６１を備える特許出願人によって同時出願された欧州特許出願に記載され、本発明の開示の主題である重要なさらなる洞察、即ち、多層近距離場記録の可能性である。
【００１６】
薄く超平坦な被覆層の幾つかの利点が、以後に議論される。ディスク傾斜に関して、被覆層の導入は、「コマ収差」として既知の収差を引き起こし得る。これは如何なる被覆層も限定的な厚さを有すべきかの第一の理由であるが、それはここでは我々の主要な関心ではない。
【００１７】
通常、データ層と固体浸レンズ（ＳＩＬ）との間の近距離場空気間隙は、十分に安定的なエバネッセント結合を得るために、５ｎｍ以下に一定に保持されるべきである。被覆層が用いられる場合、空気間隙は被覆層とＳＩＬとの間に位置する。図２Ｂを参照。再び、空気間隙は５ｎｍ内に一定に保持されるべきである。明らかに、ＳＩＬ焦点距離は、データ層が常時焦点内にあるのを保証するために、被覆層の厚さを補償するためにオフセットを有すべきである。被覆層の屈折率は、もしそれがＳＩＬの屈折率よりも低いならば、システムの最大限に可能な開口数を決定する。
【００１８】
十分な熱絶縁を得るために、誘電体被覆層の厚さは、ほぼ０．５μｍよりも多くなければならないが、好ましくは、２〜１０μｍのオーダである。総合すれば、これは、空気間隙のみの幅を制御することによって、データ層が焦点、即ち、
【数２１】
内にあることを保証するために、被覆層の厚さ変化Δｈが、焦点深度
【数２２】
（媒体内部の実際の焦点深度は
【数２３】
である）よりも（一層）小さくあるべきであることを意味する。図５を参照。もし我々が波長λ＝４０５ｎｍ及び開口数ＮＡ＝１．６を取るならば、
【数２４】
を見い出す。数ミクロンの厚さのスピンコート層のために、これはディスクの全データ領域に亘る厚さ変化の百分率のオーダであり、それは挑戦的な確度である。しかしながら、次の所要仕様を備えるスピンコート層を作ることは可能であるように思われる。即ち、数ミクロンの厚さ、３０ｎｍ未満の厚さ変化。例えば、図６及び参考文献［９］及び［１０］を参照。被覆層は、データ領域の既に８０％を表わす外側２８ｍｍに亘って極めて平坦である。流体は（孔がないので）ディスクの中心で処理されず、１８．９ｍｍの半径にあるので、この結果は驚くべきものである。普通、これは被覆層の厚さが中央よりも縁部で一層高い極めて不均一な結果をもたらす。しかしながら、この場合には、ディスク半径の関数としてのスピンプロセス中に流体粘度に適合するために、熱勾配が用いられた。
【００１９】
例えば、無機化合物のソルゲル技法又はスパッタリングによって、ほんの数ミクロンの厚さを有するより一層薄い層を作成し得る。１〜３ミクロン以上の範囲のより厚い層のための無機化合物の使用は、処理及び費用の観点から、非現実的である。また、そのような層内の応力蓄積は、ディスクの曲げを引き起こしがちである。
【００２０】
全体的に、以下の通り結論付け得る。
− 汚染及びスクラッチに対して被覆層が必要である。
− 近距離場光記録システム、特に、位相変化システムの場合には、熱絶縁のために、１μｍよりも厚い被覆層が必要である。
− 被覆の屈折率はＮＡ値よりも大きくなければならない。
− スパッタリングされた（無機）材料は、極めて高い屈折率を有し得るが、１μｍよりも厚いスパッタリングされた被覆層は、主として処理時間及び応力の結果としてディスクの曲げの故に、光ディスク上には可能でない。
− １μｍよりも厚いポリマ被覆層をスピンコートすることは可能であるが、ポリマはＮＡを約１．６に制限する一部の無機材料よりも低い屈折率を有する。
【００２１】
多層光記憶装置の場合、データ層は、スペーサ層の間に介装されている。これらのスペーサ層は、被覆層と共通する多くの特性を有する。本発明の開示は、主としてスペーサ層の特性についてであり、被覆層の問題は、主要な洞察に対する導入としての働きをなす。
【００２２】
多層光データ記憶装置を今や議論する。層当たり同一の密度のデータで、ｍ層（ｍ＞１）を備える多層光データ記憶システムは、単層システムよりもほぼｍ倍（ｍ＝１）より多い記憶容量を提供する。そのようなシステムの実施例は、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）及びブルーレイディスク（ＢＤ）の二層（ｍ＝２）バージョンである。これらのシステムにおいて、データ層は、ＤＶＤの場合にはほぼ４５ミクロンの厚さ並びにＢＤの場合には２５ミクロンの厚さｈの所謂スペーサ層によって分離されている。図７では、二層近距離場光システムの実施例が与えられている。Ｌ０と呼ばれる、光学ピックアップユニットに最も近いデータ層は、部分的に透明である。
【００２３】
データ層間の分離の最適距離ｈは、少なくとも以下の４つの基準によって決定される。
【００２４】
１．データ層の集束Ｓ曲線は分離されなければならない（大きなｈのために保証されなければならない）。
【数２５】
【００２５】
２．層間のコヒーレント漏話（検出器上でのそれらの相互反射の干渉）は、変調深度ηを備えるＲＦ信号の変調を引き起こす。「アイパターン」が一定のレベル（検出器上の他の層、即ち、読み取られない層からの光の量は増加ｈで減少するので、増加ｈで減少する）でスライスされることを保証するために、この効果は十分に低くなければならない。もしＲｍ，ｅｆｆがｍ番目の層の有効反射率であり、全ての光が検出器によって集光されるならば、変調深度はほぼ以下によって与えられる（参考文献［６］を参照）。
【数２６】
【００２６】
３．焦点外層上のチャネルコードからのインコヒーレント漏話は、十分に小さくなければならない。これは、他の層の上の焦点外スポット内の変化するデータパターンに起因する過剰なノイズである。インコヒーレントノイズは、スポットサイズに反比例し、故に、増大ｈで減少する。何故ならば、他の層の上のより多くのデータは、より大きなｈのためのより大きな照明領域の故に、平均化されるからである。
【００２７】
４．双方の層の上のレーザ焦点の回折限界品質を保証するために、層の異なる深さに起因する球面収差は、十分に小さく保たれなければならない。それは増加ｈで増大し、これは上限をｈに置く。
【００２８】
明らかに、上記の基準は、スペーサ層の厚さを限界内に置く。
【００２９】
さらなる読取りのために、例えば、参考文献［６］を参照。多層近距離場光記録の着想が、参考文献［７］（多層）及び参考文献［８］（二層）において時折述べられていることに留意。
【００３０】
以下に、近距離場光データ記憶装置のために、新しいスケーリングレジームを開発し得ることが分かる。
【００３１】
さらに、以下のことを結論付け得る。
− スペーサ層の屈折率は、ＮＡ値よりも大きくなければならない。
− スパッタリングされた（無機）材料は、極めて高い屈折率を有し得るが、１ミクロン以上のオーダの厚さを備えるスパッタリングされたスペーサ層は、主として処理時間並びに応力の結果としてディスクの曲げの故に、光ディスク上では可能でない。
− 正しい厚さのポリマスペーサ層をスピンコートすることは可能であるが、ポリマは、ＮＡを約１．６に限定する一部の無機材料よりも低い屈折率を有する。
【００３２】
球面収差の問題に関して
空中で完全に集束されるよう生成される光の集束ビームを考えてみよう。もし平坦且つ平行な板がビーム中に置かれるならば、それは光軸に沿って焦点を変位し、且つ、所定量の球面収差を導入する。
【００３３】
ブルーレイディスク（ＢＤ）は、４０５ｎｍの波長及びＮＡ＝０．８５の開口数を備える青色光を用いる遠距離場（ＦＦ）光記録規格である。ＢＤのための球面収差は、１０ｍλ／μｍ光路差（ＯＰＤ）二乗平均平方根である。二層ブルーレイディスクのために、スペーサ層厚さは２５μｍであり、故に、１つのデータ記憶層から他のデータ記憶層に行くことによって得られる球面収差の総量は、２５０ｍλである。収差がほぼ±２０ｍλを越える場合には、記録システムの総収差が７１ｍλより十分に下に留まるよう、如何なる特定の収差の補償も必要であり、それを越える量については、光学はもはや回折限界とは考えられ得ず、焦点はぼんやりし始める。
【００３４】
（近軸収差理論からの）既知の経験則は、球面収差の量が、層の厚さ及びＮＡと比例して４の累乗に変化することである。青色近距離場（ＮＦ）光記録の場合、ＮＡ＝１．６を備えて、人はブルーレイディスクのためよりも（１．６／０．８５）４＝１２．６倍多い球面収差を予期し、それは２５μｍの同一スペーサ層厚さを補正するためには大き過ぎるように思われる。実際には、ＮＡを用いたスケーリングは、上述の経験則によって提案されるよりも複雑である（例えば、参考文献［１４］を参照）。図８では、正しいスケーリングが与えられている。遠距離場システムのために、被覆層の屈折率は、球面収差に殆ど影響を及ぼさないことが分かる。ＢＤ（ＮＡ＝０．８５）のための球面収差値が表示されている。
【００３５】
多層近距離場記録のための解決されるべき３つの主要な問題点は以下のことに関する。
− データ記憶層間の漏話。
− 高い屈折率に起因するスペーサ層及び被覆層の光吸収。
− 各スペーサ層の異なる光学的深さに起因する球面収差。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
近距離場固体浸レンズを用いて信頼性のあるデータ記録及び読出しが達成される、冒頭段落において述べられた種類の光データ記憶システムを提供することが本発明の目的である。そのようなシステムにおける仕様のための光データ記憶媒体を提供することがさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
第一の目的は、本発明に従って、ｈｊのいずれか１つが
【数２７】
よりも大きく、ＮＡ＜ｎｊ及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０、好ましくは、ｂ＞１５であり、全てのｈｊの合計が、
【数２８】
よりも小さいことを特徴とする光データ記憶システムによって達成され、ここで、ｎ
【数２９】
及びｋ
【数３０】
は、それぞれ、各スペーサ層の厚さで重み付けされた全てのスペーサ層の屈折率の平均実部及び虚部であり、ここで、ｋｊは、スペーサ層の屈折率ｎｊの虚部であり、ｆは、集束放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過である。
【００３８】
洞察は、多層近距離場記録を実現可能にするために、薄く且つ平坦なスペーサ層が求められることである。さらに、我々は、そのような層を生成し得ること、それらがどのように生成されるか、そこにある精密な特性が何であるか、並びに、どの材料を用い得るかを洞察した（参考文献［１０］を参照）。また、光記録システムのためにこれがどんな結果を有するかに関する洞察がある。
【００３９】
多層光記録におけるコヒーレント漏話の効果を実質的に削減し得る２つのレジームが存在する。第一のレジームは周知であり、ＤＶＤ及びＢＤ光記録規格に適用される。即ち、光データ記憶層は、「厚い」スペーサ層によって十分に分離されている。その完全領域を越えて、このスペーサ層は、ディスクを走査するために用いられるレーザの波長に比べて必ずしも極めて平坦である必要はない。
【００４０】
新しい洞察は、コヒーレント漏話の効果が抑圧される第二レジームが存在することである。もし所要の平坦性を備えるスペーサ層が十分に「薄い」ならば、これらの層を４分の１波長よりも一層良好にすることが実現可能であるように思われる。もし開口数が大きいならば、他のデータ記憶層からのコヒーレント漏話の結果としてのノイズは、薄いスペーサ層を可能にするほど依然として十分に小さい。極めて大きな開口数は、近距離場記録を用いる主要な理由であり、故に、平坦で薄いスペーサ層は、具体的には、この技法のための新しいレジームを切り開く。
【００４１】
さらなる着想は、薄い層が追加的な利点を有することである。
【００４２】
第一の追加的な利点は、薄い層が光吸収に起因する光減衰を余り有さないことであり、それは層材料のより高い固有吸収を可能にする。これは層材料のより高い屈折率を伴うので、これはより一層有益である。
【００４３】
第二の追加的な利点は、もし薄いスペーサ層が用いられるならば、データ記憶層間の相互距離は小さく、故に、光が異なる層の上に集束されるときに多層記憶媒体を通じる光路の差は、比較的小さい。より小さな光路差は、この光路差の結果として球面収差の量もより小さいことを意味する。具体的には、実際的な状況の下で、例えば、４層近距離場データ記憶システムが実現可能である。
【００４４】
光記録及び読取りシステムの実施態様において、１つのスペーサ層を備える媒体に対応して、ｍ＝２である。
【００４５】
他の実施態様において、媒体全体に亘る如何なるスペーサの厚さ変化Δｈも、以下の基準を満足する。
【数３１】
、より好ましくは、
【数３２】
及び
【数３３】
【００４６】
好ましくは、ＮＡは１．５よりも大きく、それは殆どの近距離場記録システムの場合に当て嵌まる。
【００４７】
システムの代替的な実施態様において、ｈｍａｘ
【数３４】
は、以下の方程式によって置換され、固体浸レンズんＳＩＬの屈折率は、ｎＳであり、いずれかのスペーサ層の屈折率は、ｎｊであり、ここで、変数は以下の意味を有し、
【数３５】
ＷＲＭＳは、依然として補正し得る最大二乗平均平方根波面収差である。“Ｃｏｍｐａｃｔ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ｒｅｌａｔｅｄ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｈｉｇｈ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ−ａｐｅｒｔｕｒｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｃ ｒｅａｄｏｕｔ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， ｖｏｌ．４４， ｐｐ．８４９−８５８（２００５）も参照。
【００４８】
ｈｍａｘの値は、ＷＲＭＳ＜２５０ｍ、好ましくは、＜６０ｍλ、より好ましくは、＜１５ｍλの制約に従った球面収差の最大許容量によって制限される。
【００４９】
さらなる目的は、波長λ及び開口数ＮＡを有する集束放射線ビームを用いた記録及び読取りのための光データ記憶媒体によって達成され、少なくとも以下を含む。
− ｍデータ記憶層、及び、集束放射線ビームに対して透明な被覆層、ここで、ｍ≧２、被覆層は、厚さｈ０及び屈折率ｎ０を有し、データ記憶層は、厚さｈｊ及び屈折率ｎｊをそれぞれ有するｍ−１スペーサ層によって分離され、ここで、ｊ＝１，．．．，ｍ−１であって、
ｈｊのいずれか１つは、
【数３６】
よりも大きく、ＮＡ＜ｎｊ及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０、好ましくは、ｂ＞１５であり、全てのｈｊの合計は、
【数３７】
よりも小さく、ここで、ｎ
【数３８】
及びｋ
【数３９】
は、それぞれ、各スペーサ層の厚さで重み付けられた全てのスペーサ層の屈折率の平均実部及び虚部であり、ここで、ｋｊは、スペーサ層の屈折率ｎｊの虚部であり、ｆは、集束放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過である。好ましくは、ｆ＞０．５０、より好ましくは、ｆ＞０．８０、より好ましくは、ｆ＞０．９０である。
【００５０】
次に、球面収差に関する要件は
【数４０】
を示し、吸収に関する要件は
【数４１】
を示し、ここで、ｆは、層の積み重ねを通じた複光路後の所要最低強度である。
【００５１】
光データ記憶媒体の実施態様において、１つのスペーサ層を備える媒体に対応して、ｍ＝２である。
【００５２】
他の実施態様において、媒体全体に亘る如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈも、以下の基準を満足する。
【数４２】
より好ましくは、
【数４３】
及び
【数４４】
【００５３】
好ましくは、ｎｊは、１．５、より好ましくは、１．６、より好ましくは、１．７よりも大きい。これは、全反射の制限なしに、高いＮＡ＞１５の完全な利益を用い得るという利点を有する。
【００５４】
代替的に、他の実施態様において、ｈｍａｘは、以下の方程式
【数４５】
によって置換され、固体浸レンズｎＳＩＬの屈折率は、ｎＳであり、いずれかのスペーサ層の屈折率はｎｊであり、ここで、レンズ瞳に亘る一部の収差平均の意味を有する変数は、
【数４６】
によって与えられ、ＷＲＭＳは、依然として補正し得る最大二乗平均平方根波面収差である。
【００５５】
ｈｍａｘの値は、ＷＲＭＳ＜２５０ｍ、好ましくは、＜６０ｍλ、より好ましくは、＜１５ｍλの制約に従った球面収差の最大許容量によって制限される。
【００５６】
光データ記憶媒体の実施態様において、スペーサ層は、放射線ビームに対して実質的に透明なポリイミドを含む。好ましくは、ポリイミドは紫外線（ＵＶ）硬化性である。
【００５７】
今や図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
多層光データ記憶装置は、単層技法よりも高いデータ容量を有し得る。
− より多くのデータ層は、より多くのスペーサ層が必要とされることを暗示する。
− スペーサ層がスピンコート可能であるべきであり、これはポリマを暗示する。
− 高い開口数ＮＡは、高い屈折率ｎを必要とする。
− 高いｎは、高い吸収ｋを意味する。
− 高いｋは、小さなデータ−層間隔ｈを必要とする。
− 漏話は、極めて平坦な層を必要とする。
− 球面収差及び光吸収の双方が限界内に留まるので、小さなデータ−層間隔は多層媒体を可能にする。
これは円を閉じる。
【００５９】
近距離場光データ記憶装置の場合のスペーサ層厚さのスケーリング
もし被覆層の厚さが、焦点深度
【数４７】
よりもずっと小さく、スペーサ層厚さ変化も、Δｈｊ＝λ／（４ｎｊ）（
【数４８】
に留意）よりもずっと小さいならば、間隙及び焦点の双方を制御するために、間隙誤差信号を用いることができ、それ故に、Ｓ曲線型の焦点誤差信号の必要はなく、それ故に、それらは分離される必要がない。もし求められるならば、例えば、ＲＦ変調から焦点及び球面収差オフセット信号を導出し得る。
【００６０】
正に、もしスペーサ層厚さ変化が、Δｈｊ＝λ／（４ｎｊ）、スペーサ層媒体内の４分の１波長よりもずっと小さいならば、ＲＦ信号に対する層間干渉変調はない。図９を参照。もし厚さ変化が十分に小さいならば、Δｈ＜＜λ／（４ｎ）、光記録のための極めて有用なパラメータレジームが入れられる。
【００６１】
コヒーレント漏話に関しては、もしスペーサ層厚さ変化Δ／（４ｎ）が極めて小さいならば、干渉最小が生じるようにスペーサ層厚さｈｊを選ぶことは有益に思われる。全ての光がデータ記憶層に対して殆ど直角に伝播する小さな開口数のより単純な場合、これはスペーサ層が、スペーサ層材料中の４分の１波長の奇数整数倍ｉ、即ち、ｈｊ＝ｉλ／（４ｎｊ）の厚さを有することを暗示する。屈折率＝１．７０及び波長λｖａｃ＝４０５ｎｍのために、これは
【数４９】
の厚さ、例えば、ｉ＝２３のために、ｈ＝１．３７μｍの厚さを暗示する。相当数の４分の１波長（実施例では、ｉ＝２３）に及ぶスペーサ層厚さとの組み合わせの、ここで検討されるような高い開口数の場合には、多数の同心の干渉縞が存在する。強め合う干渉と弱め合う干渉との間で交互する、これらの縞からの検出器上の光の積分強度は、平均化される傾向にあり、それは、コヒーレント漏話変調深度ηが高い開口数のために大きく減少されることを暗示する。実際には、もしＲｍ，ｅｆｆがｍ番目の層の有効反射率であり、且つ、全ての光が検出器によって集光されるならば、変調深度は以下によって近似的に与えられる。
【数５０】
【００６２】
大きな開口数のために、スペーサ層の正確な厚さは、小さな効果のみを有する。
【００６３】
これはチャネルコードからのインコヒーレントノイズを最も重要なスケーリングパラメータとして焦点外層の上に残す。隣接層上の焦点外スポット内のランレングスの数を決定することによって、インコヒーレント漏話の結果としてのノイズを推定し得る。図１０において、焦点がＬ１上にあるとき、Ｌ０上のスポットサイズは推定される。
【００６４】
Ｌ０上のスポットサイズＡは、スペース層内部の開口数又は内部周縁光線の角度θの関数である。
【数５１】
【００６５】
もしチャネルビット長がＴであるならば、＜Ｔ＞は平均ランレングスである。焦点外で照明されるランレングスの数Ｎ＜Ｔ＞は、
【数５２】
であり、ここで、我々は、ディスクのトラック構造を無視した。トラックピッチは、平均ランレングス（ＤＶＤ７４０ｎｍのために、１．１５６の因数、ＢＤ３２０ｎｍのために、１．２９０の因数）とほぼ等しいことに留意。トラック間の領域が一定の反射率を有することにも留意。総インコヒーレントノイズは、層Ｌ０及びＬ１の有効反射率の比、データマークの変調深度及び１／Ｎ＜Ｔ＞の平方根に依存する。もしＮ＜Ｔ＞，ｍｉｎが、十分に低いインコヒーレント漏話を得るためのランレングスの最小数であるならば、スペーサ層の最小厚さは、以下によってもたらされる。
【数５３】
【００６６】
表Ｉにおいて、スペーサ層の厚さのスケーリングは、スペーサ層の屈折率、選択された開口数、及び、ＢＤ値と比例するランレングスの幾つかの値のために与えられる。ｈのための値、既知のスペーサ層の厚さを用いてＮ＜Ｔ＞，ｍｉｎのために明らかに適切な値を計算するために用いられるＤＶＤ及びＢＤのための場合。計算された数は太字に印刷され、推定値は普通に印刷されている。最終列中の太字の数は、５つの異なる組の近距離場システムパラメータのスペーサ層の最小所要厚さを与えている。典型的には、ｈｍｉｎ＜２μｍであることが明らかである。示されている全ての実施例は、紫外線の実施例を示す底部行を除き、４０５ｎｍの青色波長に関してである。この実施例は、極端な場合には、最低スペーサ層厚さがミクロンよりも一層ずっと少ないことを示している。
【００６７】
【表１】
【００６８】
吸収を考慮した設計の実施例
我々は、周縁光線の光吸収を計算したい。周縁光線は、一方では、スペーサ材料中に最長光路長Ｄ＝２ｈ／ｃｏｓθを有し、他方では、光解像力を決定するので、最も重要である。もし
【数５４】
が、相対的な強度又は透過率であるならば、我々は、ｌａｂｓ＝λｖａｃ／（４πｋ）、材料の吸収長さを備える
【数５５】
を有し、我々は、
【数５６】
を得る。屈折率の虚部は以下の通りである。
【数５７】
【００６９】
システムを設計するために、内部開口数ＮＡｉｎｔは、内部周縁光線の角度θを選択することによって決定される。図１０を参照。引き続き、（外部）ＮＡは、層の屈折率ｎによって決定される。周縁光線の最低許容全透過率
（外１）
を選択することによって、スペーサ層の最適（総）厚さｈｏｐｔを計算し得る。最適値は、減衰ｋとインコヒーレント漏話との間でトレードオフされる。
【００７０】
以下の実施例は現実的である。
１）θ＝７０°、ｎ＝１．７０、
【数５８】
、及び、波長λｖａｃ＝４０５ｎｍを選択し、次に、次のスペーサ層の設計ルールが得られる。
２）内部周縁光線の角度θ＝７０°をとる。
ＮＡｉｎｔ＝ｓｉｎθ＝０．９４
ＮＡ＝ｎｓｉｎｇθ＝１．６０
３）開口数を備えるブルーレイディスクの平均ランレングスのスケーリングは、＜Ｔ＞＝２１０．８／ＮＡをもたらす。これは、Ｎ＜Ｔ＞＝２５４３、ＤＶＤのための焦点外スポット内のランレングスの平均数と共に、以下の最適厚さを生む。
【数５９】
４）最適厚さでとられた周縁光線
【数６０】
の全透過率（最大ＮＡでの複光路）は、
【数６１】
である。
もし、例えば、
【数６２】
であるならば、
【数６３】
であることに留意。
【００７１】
この実施例の結果を要約すると、我々は、スペーサ層がｈｏｐｔ＝１．３７μｍの最適厚さを有することを見い出した。スペーサ層は、この厚さを備えてディスク上に実際に堆積され得る材料から成らなければならない。ポリマのスピンコーティングは、所要処理の速度及び確度、並びに、十分に高い平坦性（Δｈ＜２０ｎｍ）及び場合によっては十分に低い応力を提供する（高い応力はディスクを曲げ、光学対物レンズのために求められる極めて小さな距離で従うために表面を硬くする）。材料は屈折率ｎ＝１．７０及びｋ＝９．０×１０−４の吸収を有さなければならない。この範囲のパラメータ内の仕様を備えるポリマ材料は存在する。参考文献［１６］を参照。もし選択される材料の実際の吸収がこの値よりも低いならば、より高い屈折率を有する材料（場合によっては選択されるポリマの修正版）が存在しなければならず、故に、それはより高い開口数を支持し、上記条件に合致するより高い吸収係数を有する。
【００７２】
上記の実施例中で与えられるパラメータに基づく、例えば、７μｍの全体厚さを有する４層及び被覆層を備える多層システムにおいて、吸収はｋ＝１．８×１０−４である。被覆層上のスポットの最大直径は、底部層が焦点内にあるとき、３９μｍである。
【００７３】
４層システムの実施例
図１１Ａ及び１１Ｂには、多層光データ記憶媒体が描写されている。この実施例において、４層、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、厚さｈ１，ｈ２，ｈ３のスペーサ層によってそれぞれ分離されている。被覆層は、厚さｈ０を有する。図１１Ａでは、レーザが頂部層上に集束され、図１１Ｂでは、それは底部層上に集束されている。記憶層間の分離距離は不均一（この場合にはｈ１≠ｈ２≠ｈ３＝ｈ１）に取られており、それは他の層の読取り中に記憶層上に間接的に集束することを防止し、例えば、もし人がｈ１＝ｈ２＝ｈ３を取るならば、Ｌ３の読取り中、Ｌ２からの反射は、Ｌ１上にゴースト焦点を引き起こし、余分なインコヒーレント漏話を招く。これはゴース層上のデータが大きなスポットに亘って平均でないからである。
【００７４】
よって、図１１Ａ及び１１Ｂには、波長λ＝４０５ｎｍを有する放射線ビーム、即ち、レーザビームを用いた記録及び／又は読取りのための光データ記憶システムが示されている。レーザビームは、光データ記憶媒体のデータ記憶層上に集束される。システムは、以下をさらに含む。
− ４（ｍ＝４）つのデータ記憶層及び集束レーザビームを透過する被覆層を有する媒体。前記被覆層は、厚さｈ０＝３．０μｍ及び屈折率ｎ０＝１．６を有する。データ記憶層は、厚さｈ１＝２．０μｍ、ｈ２＝４．０μｍ、及び、ｈ３＝２．０μｍ、並びに、屈折率ｎｊ＝１．６０及びｋｊ＝１．４×１０−４（ｆ＝０８０に対応する）をそれぞれ有する３（ｍ−１）つのスペーサ層によって分離されており、ここで、ｊ＝１、２、又は、３である。
− 開口数ＮＡ＝１．４４を有する対物レンズを備える光学ヘッド。前記対物レンズは、前記媒体の最外側表面からλ／１０＝４０．５よりも小さな自由作動距離での記録及び／又は読取りのために構成され、且つ、前記光データ記憶媒体の被覆層側上に配置された固体浸レンズ（ＳＩＬ）を含む。集束レーザビームは、記録及び／又は読取り中、エバネッセント波結合によって、固体浸レンズから光記憶媒体中に結合される。
【００７５】
いずれか１つのｈｊは、
【数６４】
よりも大きく、ＮＡ＜ｎｊ＝１．６２及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０であり、全てのｈｊの合計は、
【数６５】
及び
【数６６】
よりも小さく、ここで、ｎ
【数６７】
及びｋ
【数６８】
は、それぞれ、各スペーサ層の厚さで重み付けされた、全てのスペーサ層の屈折率の平均実部及び虚部であり、ここで、ｋｊは、スペーサ層の屈折率ｎｊの虚部であり、ｆは、集束放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過である。１．５２のＮＡでの他の可能な組のパラメータは、ｈ０＝３．０、ｈ１＝１．３、ｈ２＝２．６、及び、ｈ３＝１．３、並びに、屈折率ｎｊ＝１．６０及びｋｊ＝１．３×１０−４（ｆ＝０．８０に対応する）であり、ここで、ｊ＝１、２、又は、３である。
【００７６】
媒体全体に亘る如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈは、以下の基準を満足する。
【数６９】
及び
【数７０】
【００７７】
薄い被覆層及びスペーサ層を用い得るので、多層近距離場光データ記憶装置は可能である。推論の可能な階層が以下に与えられる。
− 被覆層及びスペーサ層は薄いので、それらを極めて平坦になし得る。
− スペーサ層は極めて平坦であるので、コヒーレント漏話からの負の効果なしに、記憶層を密接に接合し得る（即ち、スペーサ層は薄くあり得る）。
− スペーサ層は薄いので、層間の球面収差は小さい。
− 層は薄いので、それらは、所与の最大減衰のために、より高い光吸収係数ｋを有することが可能とされ、次いで、それは（因果律によって屈折率の実部と虚部とを接続する（根本的な）クラマース−クローニヒ法則の結果として）より高い屈折率ｎを可能にする。
− 屈折率はより高いので、層の厚さはより一層小さくあり得る。
− 屈折率はより高いので、ＮＡはより高く、故に、データ容量は二次方程式的により高い。
【００７８】
二層近距離場（ＮＦ）記録：スペーサの厚さに対する（イン）コヒーレント漏話、光吸収、及び、球面収差の制限
波長λ、開口数ＮＡ、スペーサ厚さｈ、スペーサ屈折率ｎを備える二層システムを考察しよう。２つの層の反射は、振幅及び位相が等しいと想定される。瞳内の干渉縞は、瞳の中心にある縞及び瞳の縁にある縞を除き、平均化する。対物レンズの集光開口に亘る縞の平均は、信号振幅によって規格化される中央開口信号内の項(term)を招き、以下のコヒーレント漏話（ＣＣＴ）を生じさせる。
【数７１】
ここで、θｍは、スペーサ層内の周縁光線の極角であり、ここでは、ｓｉｎｃ（χ）＝ｓｉｎ（χ）／χである。ｃｏｓ項の周期性は、λ／ｎ（１+ｃｏｓθｍ）であり、もしＮＡが十分に小さいならば、それはほぼλ／２ｎであり、経路長の差２ｈに起因する。ｓｉｎｃ項内に現れる周期性は、中央縞と外側縞との間の位相差に関係し、周期性λ／ｎ（１−ｃｏｓθｍ）を有し、それはスペーサ層内部の焦点深度に関係し、即ち、軸強度プロファイルは、
【数７２】
を有し、それはｚ＝λ／ｎ（１−ｃｏｓθｍ）にその第一ゼロを有する。十分に小さなＮＡのために、我々は、焦点深度λ／ｎ（１−ｃｏｓθｍ）がほぼ２ｎλ／ＮＡ２であることを見い出した。λ＝０．４０５μｍ、ＮＡ＝０．８５、ｎ＝１．６２の遠距離場の場合のＣＣＴ信号のプロットが、図１２に示されている。この場合には、ｃｏｓ因数は、ｓｉｎｃ因数よりもより速く振動している。従って、スペーサ厚さへのＣＣＴ信号の依存は、ｓｉｎｃ因数のゼロ地点で最小限化される。もし経路長差２ｈが焦点深度λ／ｎ（１−ｃｏｓθｍ）の整数ｉ倍であるならば、これらは得られる。近距離場の場合に関して、ｃｏｓ因数の周期性は、ｓｉｎｃ因数の周期性に匹敵し、λ＝０．４０５μｍ、ＮＡ＝１．５、ｎ＝１．６２のために、図１３のようなプロットを示す。明らかに、以前の処方（２ｈ＝ｉλ／ｎ（１−ｃｏｓθｍ））はもはや有用でない。異なる処方はさほど直接的ではない。例えば、ＣＣＴ信号が最小又は最大であるようにｈが選択されるならば、スペーサ厚さｈへの依存は最小である。平坦性のための要求は、例えば、変数Δｈが、２つの周期性の最小、λ／ｎ（１+ｃｏｓθｍ）に比べて十分に小さくなければならないことであり、例えば、
【数７３】
であり、それはｈをΔｈ≦２３ｎｍと評価する。
【００７９】
焦点外層内の無作為データに起因するノイズ（インコヒーレント漏話、ＩＣＣＴ）を考慮する二層ＤＶＤから比例する最小スペーサ厚さは、
【数７４】
であり、ＮＡ＜ｎｊ及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０、好ましくは、ｂ＞１５である。
【００８０】
第一の実用的な最大スペーサ層の厚さは、スペーサ材料の吸収によって要求される（他の理由は絶対厚さ均一性であり、それはより薄い層のためにより良好である）。例えば、
【数７５】
（θｍで複光路）の周縁光線の全透過率のために、我々は、
【数７６】
を得た。ここで、ｎ
【数７７】
及びｋ
【数７８】
は、それぞれ、各スペーサ層の厚さで重み付けされた、全てのスペーサ層の屈折率の平均実部及び虚部であり、ここで、ｋｊは、スペーサ層の屈折率ｎｊの虚部であり、ｆは、集束放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過率である。ｋは、
【数７９】
による消衰係数に関する。
【００８１】
高い屈折率ｎを備える材料は高いｋも有することを留意することが重要である。上記から、ｋ≦６×１０−４ＮＡ２／ｎ＝８．３×１０−４ということになる。我々がｎ＞１．７を要求する場合、これは殆どの有機材料（即ち、スピンコート可能なポリマ）を除外する。
【００８２】
他の実用的な最大スペーサ層厚さは、レーザ焦点が１つのデータ層から隣りのデータ層に移動されるときにスペーサ層によって誘導される球面収差の量によって要求される。実際的な見地から、光路内に追加的な可変光学素子を用いることで、約２５０ミリ波ＲＭＳ（二乗平均平方根）の、限定的な量の球面収差だけを補正することが可能である。
【００８３】
全光路の十分に低い全収差を保証するために、各層の上の残留球面収差は、ほぼ±３０ミリ波ＲＭＳ未満であるべきである。
【００８４】
屈折率ｎ１（ＳＩＬ）を備える媒体から屈折率ｎ２の層内に集束される開口数ＮＡのビーム及びレンズのために、厚さｈ当たりのＲＭＳ波面収差は、
【数８０】
によって与えられ、ここでは、（レンズ瞳に亘るある収差平均の意味を有する）変数は、
【数８１】
によって与えられる。
【００８５】
例えば、ｍ’＝ｎｓ／ｎｊ及びｓ’＝ＮＡ／ｎｊのパラメータを導入することによって、これらの方程式は、スペーサ層の屈折率に対して比例され得る。図１４において、ｍ’の一部の値のための球面収差は、ＤＶＤインコヒーレント漏話から得られるような厚さｈｍｉｎのために与えられる。頂部水平軸は、ＤＶＤインコヒーレント漏話から得られるようなｎｓｐａｃｅｒｈｍｉｎ＝ｎｊｈｍｉｎを示し、それはｓ’＝ＮＡ／ｎｊ、底部水平軸の簡単な関数である。６０ｍλＲＭＳ球面収差の値は、二層システムのために正に許容し得る。同等に、１５ｍλＲＭＳ球面収差の値は、４層システムのために正に許容し得る。双方の場合において、層当たり最大±３０ｍλＲＭＡ球面収差が得られる。図１４から分かるように、小さな比率のｍｊが好ましい、即ち、ｍ’＜１．２、又は、好ましくは、ｍ’＜１．０２である。
【００８６】
表ＩＩは、ＮＡ並びにスペーサ層屈折率ｎ２及びＳＩＬ屈折率ｎｓの双方の一部の値のためのＲＭＳ球面収差を示している。典型的なスペーサ層は、１．４ミクロンの厚さ及び屈折率ｎｊ＝１．７を有し得る。もしＳＩＬ屈折率ｎｓ＝１．９であるならば、表は球面収差がＡ４０＝ＷＲＭＳ／λ＝３６．９５×１．４／２＝±２６ミリ波であることを示す。これは、所与の実施例において、余分な球面収差補償手段が必要とされないことを意味する。
【００８７】
【表２】
【００８８】
近磁場光データ記憶装置の場合における球面収差
被覆層及びスペーサ層に起因する多層近距離場光学系のための球面収差の量を許容可能な限界内に保ち得ることが示される（参考文献［１４］も参照）。７１ｍλ ＯＰＤ ＲＭＳの全収差が回折限界であると考えられる。球面収差は、この数よりも明確に少なくなければならない。ＢＤシステムにおいて、全収差は２５０ｍλ ＯＰＤ ＲＭＳであり、例えば、液晶セルによる活性補償が求められる。近距離場システムにおいて２５０ｍλ ＯＰＤ ＲＭＳの量の球面収差を補償することが可能であると推定することは妥当に思われ、我々はそれをベンチマークとして用いる。
【００８９】
図１５には、Ｂｉｓｍｕｔｈ Ｇｅｒｍａｎａｔｅ（ＢＧＯ）固体浸レンズ（ＳＩＬ）を備える近距離場光学素子のための青色波長（４０５ｎｍ）における球面収差が示されている。球面収差は、被覆層の屈折率の３つの値に関して示されている。それは最低値が被覆層の最高屈折率のために得られることを示している。屈折率ｎ＝１．７及び開口数ＮＡ＝１．６に関して、我々は６０ｍλ／μｍ ＯＰＤ ＲＭＳ球面収差を得た。これは多層積層厚さ（被覆層に加えてスペーサ層）をほぼ
（外２）
に制限する。
【００９０】
図１６には、屈折率ｎ＝２．００７を備えるＳＦ６６から成る固体浸レンズ及び屈折率ｎ＝１．９を備えるガラスを有する近距離場光学素子のための青色波長（４０５ｎｍ）における球面収差が示されている。球面収差は、被覆層の屈折率の２つの値に関して示されている。ｎ＝１．７の被覆層屈折率に関して、これは多層積層厚さをほぼ
（外３）
に制限する。これは１．３７μｍスペーサ層及び１．５μｍ被覆層を備える４層ディスクを作成するのに十分である。
【００９１】
図１５及び図１６の双方からの結果は、被覆層の最高屈折率のために最低値が得られることを示している。
【００９２】
もし遠距離場（ＦＦ）値が既知であるならば、近距離場（ＮＦ）ディスクのための球面収差のスケーリングは直接的に直観的ではないことに留意。図８を参照。そこでは、我々は、ブルーレイディスク（同一の波長）のために、１０ｍλ／μｍ ＯＰＤ ＲＭＳの値が、２５μｍのスペーサ層のために、二層ブルーレイディスクのための２５μｍ×１０ｍλ／μｍ＝２５０ｍλに増大することを見い出した。我々が参考文献［１４］の理論的結果を用いて計算した図１５及び図１６中のデータは、図８中のデータの補外が示唆するものに比べ、球面収差のためのより低い値を示している（収差はＮＡ＝１を越えて発散するように思われる）。これは、収差を決定するのが開口数ＮＡ＝ｎ ｓｉｎθではなくむしろ角度θであるという明白な事実に遡らされ得る（図３に関して開口数についてなされた注釈も参照）。
【００９３】
図１５及び図１６に示されるデータは、低い球面収差を得るために、ＳＩＬと被覆との間の屈折率の差が小さくされなければならないこと、並びに、３０ｍλ／μｍ ＯＰＤ ＲＭＳよりも低い値も可能でなければならないことも示唆している。これは図１４中により明瞭に見られ、その場合には、ｍ＝１のために、我々はＡ４０＝０を得た。典型的には、スペーサ厚さは２μｍ未満であり、それは二層近距離場ディスクに関して２μｍ×３０ｍλ／μｍ＝６０ｍλに増大する。
【００９４】
ポリマ被覆層及びスペーサ層の屈折率がｎ＝１．７であるよう選択される場合、ＳＩＬも、好ましくは、ｎ＝１．７の屈折率を有するべきである。しかしながら、対物レンズの高い開口数を得るために、より高い値のＳＩＬの屈折率が望ましくあり得る。
【００９５】
実施例：単層ＮＡ＝２．０を覆って二層ＮＡ＝１．６を備える近距離場システム
（外４）
− 被覆及びスペーサ層のための臨界厚さ変化
− 光路及び対物レンズ複雑性（焦点ジャンプ、球面収差）
− 高い屈折率（ｎ＞１．７）スピンコート可能ポリマの入手可能性
【００９６】
上記問題点の第一は、本発明の開示の早くに取り扱われた。他の２つは以下に議論される。これらの問題のいずれも本質的な問題ではないように思われる。
【００９７】
（外５）
単層ＮＡ＝２．０システムと比べると、ＮＡ＝１．６を備える二層システムは２８％より多い容量を有し得る。
【００９８】
（外６）
のためのスパッタリングされたスペーサと比較された
（外７）
のためのポリマスペーサ：
＋ 数μｍの厚さを備える層は、ポリマに関して問題ではない。
＋ 厚いポリマスペーサは、極めて少ない応力（より少ないディスク曲げ）を引き起こす。
＋ スパッタリングよりもずっと高速なスピンコーティング。
【００９９】
（外８）
のためのスパッタリングされた被覆と比較された
（外９）
のためのポリマ被覆：
＋ ポリマはより低い伝導率を有し、これは位相変化ディスク上のより低い表面温度を暗示する。
＋ 数μｍの厚さを備える層は、ポリマに関して問題ではない。
＋ 厚いポリマ被覆は、極めて少ない応力（より少ないディスク曲げ）を引き起こす。
＋ スパッタリングよりもずっと高速なスピンコーティング。
＋ 小さなスクラッチに対する感度の減少。
【０１００】
（外１０）
と比較された
（外１１）
のためのピッチ及び溝の寸法：
＋ より容易且つより高速なマスタリング。
＋ より容易な複製。
＋ より大きなデトラッキング限界(de-tracking margin)、サーボのための１．２５×より小さなＤＣ利得。
＋ 位相変化晶子と比べより大きな位相変化効果。
＋ ＴＥ（及びＴＭ）偏光スポットのためのより効率的な回折。
【０１０１】
（外１２）
レンズと比較された
（外１３）
レンズの利益：
＋ 同一ＮＦ結合効率のために許容されたより大きな空気間隙（４０ｎｍ対２５ｎｍ）。
＋ より大きな残留空気間隙誤差
＋ より広いレンズマーキング限界
（外１４）
のためのより大きなスポット：
（外１５）
よりも大きな読取り力（より良好なＳＮＲ）。
＋ １．２５×より小さなＭＴＦ遮断周波数：より少ない媒体ノイズ、より良好なＳＮＲ。
【０１０２】
静電集束(static focus)制御
被覆層及びｍ個のスペーサ層の全厚さが、十分に小さな厚さ変化、Δｈ＝Δｈ１＋Δｈ２＋．．．＋Δｈｍを有すると仮定すると、例えば、その組み合わせ厚さは２０〜５０ｎｍ未満だけ変化し、我々は、動的空気間隙補正に加え、被覆層にスペーサ層を加えた組み合わせの厚さ変化を補償する焦点距離の静電補正(static correction)を提案する。
【０１０３】
目的は、データ（記憶）層が焦点内にあると同時に、正しいエバネッセント結合が保証されるよう、ＳＩＬと被覆層との間の空気間隙が一定に保たれることである。
【０１０４】
光学対物レンズの位置は、間隙幅を５ｎｍ未満に一定に維持するために、ある間隙誤差信号に従って調節されなければならない。
【０１０５】
スペーサ層内の４分の１波長及び焦点距離の双方よりも実質的に少ない厚さ変化を伴う被覆層及びスペーサ層の組み合わせは、さもなければ間隙サーボに加えて必要とされる、対物レンズの自動集束制御の必要を排除する。本出願人によって同時出願された整理番号ＰＨＮＬ０４０４６０を備える欧州特許出願を参照。ディスク間分散に適合するための静電集束制御及び球面収差補正だけが望ましい。例えば、導入トラックからの既知の信号の変調深度を最適化することによって、これを実現し得る。
【０１０６】
例えば、対物レンズは２つの素子を含み、空気間隙を大幅に変えることなく対の焦点距離を調節するよう、それらの２つの素子を軸方向に変位し得る。対物レンズを全体として移動することによって、空気間隙を調節し得る。図１７Ａ及び１７Ｂを参照。空気間隙は一定に保たれる（ＳＩＬはディスク表面に従うよう制御される）が、レンズによって、第四記憶層上での焦点を得るよう移動される。一般的に、所定量の球面収差が残る。一部の場合には、レンズ系、被覆層、及び、スペーサ層の組み合わせの最適な設計は、システム要件を満足し、他の場合には、球面収差の活性調節が必要とされ、さらなる手段が採られなければならない。
【０１０７】
本出願によって同時出願された参照番号ＰＨＮＬ０４０４６０及びＰＨＮＬ０４０４６１を備える欧州特許出願は、単層光学系に適合するのみならず、多層光学系にも適合することを留意。
【０１０８】
ポリマの高い屈折率：ｎ＞１．７の実施例
ｎ＝１．９程度の高さの屈折率を備える高屈折率ポリマが存在する。例えば、Ｂｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｉｎｃ．によって製造される材料を参照。我々の適用のために最も興味深い化合物は、所謂ポリイミドによってもたらされるように思われる。４０５ｎｍの波長にある光の光吸収は高いが、一部の材料に関しては、それは本発明の開示によって指し示されるような厚さレジーム内で適用可能であるために十分に低い。
【０１０９】
材料は、屈折率ｎ＝１．７０及びｋ＝９．０×１０−４の吸収を有すべきである。この範囲のパラメータの仕様を備えるポリマ材料は存在する。参考文献［１６］を参照。
【０１１０】
吸収量ｋ（屈折率の虚部）とα（消衰係数）との間で変換するために、以下の方程式を用い得る。
メートルのλのために、
【数８２】
【０１１１】
二層ＮＦ対物レンズ：光学設計実施例ＮＡ＝１．５
この設計は、実用性の実施例としてここで用いられ、本出願人によってなされた。図１９及び図２０を参照。
設計のために採られるべきパラメータは：
− ４０５ｎｍ波長のためのガラス成形レンズ
− ＮＡ＝１．５
− 被覆層厚さ３μｍ（ｎ＝１．６２）
− スペーサ層厚さ３μｍ（ｎ＝１．６２）
− 一定の空気間隙を備えるデータ層Ｌ０からＬ１までの焦点ジャンプ
【０１１２】
焦点ジャンプは以下を求める：
− コリメータ位置の変更
− 第一レンズとＳＩＬとの間の距離の変更
Ｌ０上の焦点： ＮＡ＝１．５０、ＯＰＤ＝０ｍλ ＲＭＳ、共役距離＝無限大
Ｌ１上の焦点： ＮＡ＝１．５３’ ＯＰＤ＝１４ｍλ ＲＭＳ、共益距離＝−７８ｍｍ
１５ｍλ ＯＰＤ ＲＭＳ：場：Δφ＝０．２２°、ＳＩＬ軸ずれ：Δｒ＝７μｍ、ＳＩＬ厚さ：Δｔ＝１２μｍ、非球面軸外し：Δｒ＝１．０μｍ。
ＢＧＯ ＳＩＬの厚さ許容差は極めて大きく、非球面軸外し限界は厳しいが、実現可能である。この実施例は、二層近距離場レンズが実現可能であることを示している。
【０１１３】
レンズ、補正器、及び、光路の典型的な実施例（ＰＨＮＬ０４０４６０も参照）
記録器対物レンズ内の２つのレンズ間の距離を調節するためにローレンツモータを有する二重レンズアクチュエータが設計された。図２０及び参考文献［１１］を参照。レンズ系が全体としてアクチュエータ内に嵌入する。二重レンズは、反対方向に巻回された２つのコイルと、２つの放射状に磁化された磁石とから成る。コイルは、対物レンズホルダの周りに巻回され、このホルダは２つの板バネ内に懸架される。コイルを通じる電流は、２つの磁石の漂遊磁界との組み合わせで、第一対物レンズをＳＩＬに向かう方向或いはＳＩＬから離れる方向に移動する垂直力を生む。近距離場設計は、図２１中の図面のように見え得る。
【０１１４】
システムの焦点位置を変更するための図１１、１７、１８、２０、及び、２１に示されるものの代替的な実施態様は、例えば、レーザコリメータレンズの調節（図２２を参照）、或いは、エレクトロウェッティング又は液晶材料に基づく切替可能な光学素子（図２３及び２４並びに参考文献［７］も参照）を含む。もちろん、これらの手段を同時に採り得る。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】Ａは、被覆層を備えない通常の近距離場記録対物レンズ及びデータ記憶ディスクを示す概略図である。Ｂは、被覆層を備える通常の近距離場記録対物レンズ及びデータ記憶ディスクを示す概略図である。
【図２】Ａは、被覆層を備えない近距離場光記憶対物レンズ及びデータ記憶レンズを示す概略図である。Ｂは、被覆層を備える近距離場光記憶対物レンズ及びデータ記憶レンズを示す概略図である。
【図３】Ａは、ＮＡ＝ｎＳＩＬＮＡ０を有する半球形ＳＩＬを備えるレンズの近距離場レンズ設計の１つの主要な実施例を示す概略図である。Ｂは、ｎＳＩＬ２ＮＡ０を有する超半円形ＳＩＬを備えるレンズの近距離場レンズ設計の１つの主要な実施例を示す概略図である。
【図４】照射ビーム偏光状態に対して平行及び垂直な偏光状態の反射光の総量の測定値並びに双方の合計を示すグラフである。
【図５】被覆層の厚さ変化は焦点深度よりも大きく或いは小さくあり得ることを示す概略図である。
【図６】スピンコート層、ＵＶ硬化性シリコーンハードコートの実施例を示すグラフである。
【図７】Ａは、レーザが頂部層Ｌ０上に集束されることを示す概略図であり、二層光データ記憶媒体内で、データ層Ｌ０及びＬ１は厚さｈのスペーサ層によって分離され、被覆層は厚さｈ０を有する。Ｂは、レーザが底部層Ｌ１上に集束されることを示す概略図であり、二層光データ記憶媒体内で、データ層Ｌ０及びＬ１は厚さｈのスペーサ層によって分離され、被覆層は厚さｈ０を有する。
【図８】青色近距離場光記録装置の球面収差（光路差）と開口数とのスケーリングを示すグラフである。
【図９】スペーサ層の厚さが４分の１波長よりも大きく或いは小さくあり得ることを示す概略図である。
【図１０】焦点外層上のスポットが多くのデータのランレングスを含むことを示す概略図である。
【図１１】Ａは、多層光データ記憶媒体内で、データ層が厚さｈのスペーサ層によって分離されていることを示す概略図である。Ｂは、多層光データ記憶媒体内で、データ層が厚さｈのスペーサ層によって分離されていることを示す概略図である。
【図１２】λ＝４０５μｍ、ＮＡ＝０．８５、及び、ｎ＝１．６２の遠距離場の場合のための０．５〜６μｍとの間のスペーサ厚さｈのためのＣＣＴ信号を示すグラフである。
【図１３】λ＝４０５μｍ、ＮＡ＝１．５、及び、ｎ＝１．６２の近距離場の場合のための０〜６μｍとの間のスペーサ厚さｈのためのＣＣＴ信号を示すグラフであり、ＤＶＤ ＩＣＣＴから比例するような最小厚さは、ｈｍｉｎ＝１．６３である。
【図１４】λ＝０．４０５μｍ、ＮＡは０．５の間の近距離場の場合のための０〜２０μｍの間のＤＶＤ ＩＣＣから比例されるような最小スペーサ厚さｈｍｉｎのためのスペーサ屈折率ｎに比例された球面収差パラメータ空間を示すグラフである。
【図１５】Ｂｉｓｍｕｔｈ Ｇｅｒｍａｎａｔｅ（ＢＧＯ）固体浸レンズ（ＳＩＬ）を備える近距離場光学素子のための球面収差を示すグラフであり、球面収差は、被覆層の屈折率の３つの値のために示され、最小値は被覆層の最大屈折率に関して得られる。
【図１６】Ｂｉｓｍｕｔｈ Ｇｅｒｍａｎａｔｅ（ＢＧＯ）固体浸レンズ（ＳＩＬ）の異なる屈折率のためのＳＩＬを備える近距離場光学素子のための球面収差を示すグラフであり、ＳＩＬ及び被覆層が屈折率の最小の差を有するならば、球面収差が最低である。
【図１７】Ａは、第一記憶層が焦点内にあるときの多層光記憶装置の場合の二重アクチュエータの動作原理を示す概略図である。Ｂは、対物レンズを全体として移動することによって空気間隙が一定に維持されるときの並びに第四記憶層が焦点内にあるときの多層光記憶装置の場合の二重アクチュエータの動作原理を示す概略図である。
【図１８】第一レンズ（上部）とＳＩＬとを含む二層レンズ設計を示す概略図であり、ＳＩＬは、２ミリラジアン又は０．１２°のディスク傾斜を可能にするよう円錐形にされ、ＳＩＬに対して第一レンズの位置を変更し得る。
【図１９】図１８の二層レンズ設計のＬ０上の焦点の光ディスクのクローズアップ図である。
【図２０】近距離場のための二重レンズアクチュエータの可能な実施態様を示す断面図であり、ＤＶＲのためのＨＮＡ（高ＮＡ）設計に基づいている。参考文献［１１］を参照。
【図２１】ＳＩＬに対してレンズを移動することによって焦点ぼけを得ることができることを示す概略図である。
【図２２】対物レンズに対してレーザコリメータレンズを移動することによっても焦点ぼけを得ることができることを示す概略図である。
【図２３】光学系の焦点距離を調節するために用い得るエレクトロウェッティング（ＥＷ）又は液晶（ＬＣ）材料に基づく切替可能な光学素子を示す概略図であり、このようにして特定量の球面収差を同時に補償することも可能である。
【図２４】光学系の焦点距離を調節するために用い得るエレクトロウェッティング又は液晶材料に基づく切替可能な光学素子を示す概略図であり、ここでは、それは第一レンズとＳＩＬとの間に配置され、このようにして特定量の球面収差を同時に補償することも可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光データ記憶媒体のデータ記憶層の上に集束される、波長λを有する放射線ビームを用いて、記録し且つ／或いは読み取るための光データ記憶システムであり、ｍデータ記憶層と、集束される放射線ビームを透過する被覆層とを有する媒体と、開口数ＮＡを有する対物レンズを備える光学ヘッドとを含み、ｍは、ｍ≧２であり、被覆層は、厚さｈ０と、屈折率ｎ０とを有し、データ記憶層は、厚さｈｊ及び屈折率ｎｊをそれぞれ有するｍ−１個のスペーサ層によって分離され、ここで、ｊ＝１，．．．，ｍ−１であり、対物レンズは、媒体の最外側の表面からλ／１０よりも小さな自由作動距離での記録及び／又は読取りのために構成され、且つ、光データ記憶媒体の被覆層の側に配置された被覆層固体浸レンズを含み、固体浸レンズから、集束される放射線ビームは、記録及び／又は読取り中に光記憶媒体中に結合するエバネッセント波結合によって結合される光データ記憶システムに関する。
【０００２】
本発明は、さらに、そのようなシステム内での使用に適した光データ記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００３】
光記録システムにおける焦点サイズ又は光解像度のための典型的な測定値は、
【数１９】
によってもたらされ、ここで、λは、空中の波長であり、レンズの開口数は、
【数２０】
によって定められる。図１Ａには、空気−入射構造が描写されており、データ記憶層がデータ記憶媒体、即ち、所謂表面データ装置の表面にある。図１Ｂには、屈折率ｎを備える被覆層が、データ記憶層をスクラッチ及びダストから保護している。
【０００４】
これらの図面から、もし被覆層がデータ記憶層の上に塗布されるならば、光解像度は不変であることが推断される。一方では、被覆層において、内部開口角θ’はより小さく、故に、内部開口数ＮＡ’も減少するが、媒体内の波長λ’は、同一因数ｎ０だけより短い。光解像度が高ければ高いほど、媒体の同一領域上により多くのデータを記憶し得るので、高い光解像度を有することが望ましい。光解像度を増大する直接的な方法は、レンズの複雑さという犠牲を払った集束ビーム開口角の拡大、許容し得る傾斜限界の縮小等、又は、空中波長の減少、即ち、走査レーザの色の変化を含む。
【０００５】
光ディスクシステムにおける焦点サイズを減少する他の提案されている方法は、固体浸レンズ（ＳＩＬ）の使用を含む。最も単純な形態において、データ記憶層上に中心化されたＳＩＬは半球である。図２Ａを参照。よって、焦点はＳＩＬとデータ層との間の界面にある。同一の屈折率、ｎ０’＝ｎＳＩＬの被覆層との組み合わせで、ＳＩＬは、その（仮想）中心が記憶層の上に再び配置された状態で、被覆層上に配置された球の正接方向に切断された断面である。図２Ｂを参照。ＳＩＬの動作原理は、ＳＩＬが、記憶層で、波長を因数ｎＳＩＬ、即ち、ＳＩＬの屈折率だけ減少し、開口角θを変更することがないことである。その理由は、全ての光がＳＩＬの表面に直角に進入するので、ＳＩＬでの光の屈折がないからである。図１Ｂ及び図２Ａを比較。空気間隙の幅は、典型的には、２５〜４０ｎｍ（しかしながら、少なくとも１００ｎｍ未満）であり、原寸で描写されていない。被覆層の厚さは、典型的には、数ミクロンであるが、それも原寸で描写されていない。
【０００６】
極めて重要であるが、この地点まで述べられていないことは、ＳＩＬと記録媒体との間に極めて薄い空気間隙があることである。これは記録器対物レンズ（レンズにＳＩＬを加えたもの）に対する記録ディスクの自由回転を許容するためである。この空気間隙は、光学波長よりも一層小さくあるべきであり、典型的には、ディスクへの並びに戻ってＳＩＬへのＳＩＬ内の光の所謂エバネッセント結合が依然として可能であるよう、それはλ／１０よりも小さくあるべきである。これが発生する範囲は、近距離場レジームと呼ばれる。このレジームの外側では、より大きな空気間隙で、全反射がＳＩＬ内部に光を捕捉し、それをレーザまで送り戻す。空気界面に対するＳＩＬでの臨界角より下の波は、減衰なしに空気間隙を通じて伝播するのに対し、臨界角より上の波は、空気間隙内でエバネッセントになり、間隙幅を備えた指数関数的な減衰を示す。臨界角では、ＮＡ＝１である。大きな間隙幅に関して、臨界角よりも上の全ての光は、全反射によって、ＳＩＬの近接表面から反射する。図３Ａ及び３Ｂを参照。ここで、ＮＡ０は、ＳＩＬが存在しないレンズの開口数である。双方のこれらのレンズ設計において、空気間隙が過剰に広いならば、全反射は、ＮＡ＞１の場合に起こる。もし空気間隙が十分に薄いならば、エバネッセント波はそれを他の側になし、透明ディスク内で、再び伝播するようになる。もし透明ディスクの屈折率が、開口数よりも小さい、即ち、ｎ０’＜ＮＡであるならば、一部の波はエバネッセントなままであり、有効にＮＡ＝ｎ０’であることに留意されるべきである。
【０００７】
ブルーレイ光ディスク（ＢＤ）のための規格のように、４０５ｎｍの波長の場合、最大空気間隙はほぼ４０ｎｍであり、従来的な光記録と比べると、それは極めて小さな自由作動距離（ＦＷＤ）である。十分に安定したエバネッセント結合を得るために、データ層と固体浸レンズ（ＳＩＬ）との間の近距離場空気間隙は、５ｎｍ以下に一定に（好ましくは、２ｎｍ以下に一定に）保たれるべきである。ハードディスク記録では、そのような小さな空気間隙を維持するために、受動空気軸受に依存するスライダに基づく解決策が用いられなければならない。記録媒体がドライブから取り外し可能でなければならない光記録において、潤滑剤の使用は限定的であり、ディスクの汚染レベルはより大きく、空気間隙を制御するための活性なアクチュエータに基づく解決策が求められる。このために、間隙誤差信号が、好ましくは光媒体によって既に反射された光データ信号から抽出されなければならない。そのような信号は見い出されることができ、典型的な間隙誤差信号は図４中に与えられている。
【０００８】
ＮＡ＝ｎＳＩＬｓｉｎθのような開口数を定めるために近距離場ＳＩＬが用いられる場合には、それは一般的な方法であり、開口数は１よりも大きくあり得るが（θは周縁光線の角度である）、被覆層内で開口角度θ’＜π／２及びＮＡ’＝ｓｉｎθ’＜１であることが留意されるべきである。
【０００９】
被覆層が用いられる場合、データ記憶層は、実際には、近距離場にはないことがさらに留意されるべきである。被覆層内部の大きな開口数と組み合わされたＳＩＬから被覆層への波のエバネッセント結合があるだけである。この種類の光記憶装置のより適切な名前は「一定エバネッセント結合光記憶装置」又はＣＥＣＯＳ(Constant Evanescent Coupling Optical Storage)である。真正の近距離場光記録の場合には、データは、全反射強度を変調するのみならず、データ担持ディスクと対物レンズとの間のエバネッセント結合の量に直接的に影響を及ぼす表面構造によって表わされ得る。ＣＥＣＯＳの場合、このエバネッセント結合は一定値に保たれ、データは、光データ記憶の現代技法に共通する、データ記憶層内の振幅又は位相構造によって表わされる。
【００１０】
図４において、我々は１．４８の屈折率を備える平坦且つ透明な光表面（「ディスク」）からの直線的に偏光された平行な入力ビームに対して平行な偏光状態及び垂直な偏光状態の双方のための反射光の量の測定値（参考文献［１］から取られた）を示している。垂直偏光状態は、近距離場光記録システムのための空気間隙誤差信号として適している。これらの測定値は、理論とかなり合致する。エバネッセント結合は、２００ｎｍ未満で知覚可能になり、光は「ディスク」内に消失し、全反射は接触点で殆ど直線的に最低に落下する。空気間隙の閉塞ループサーボシステムのｍための誤差信号として、この直線的信号を用い得る。水平偏光における振動は、減少する間隙厚さを有するＮＡ＝１内の干渉縞の数の減少によって引き起こされる。
【００１１】
典型的な近距離場光ディスクシステムについての一層の詳細は、参考文献［２］内に見い出され得る。
【００１２】
典型的には５０μｍ未満の小さな作動距離を有するスライダ又はアクチュエータのいずれかに基づく光記録器対物レンズのために、記憶媒体に最も近い光表面の汚染が生じる。これは、それが、データを書き込むために或いはデータ記録層からデータを読み取るためにさえも必要とされる高いレーザ力及び温度に起因する、典型的には光磁気（ＭＯ）記録のための２５０℃及び位相変更（ＰＣ）記録のための６５０℃の高い表面温度の故の記憶媒体から脱着された直後の水及び他の材料の再凝縮に起因する。汚染は、例えば、焦点及びトラッキングシステムのサーボ制御信号の走路の故に、究極的には光データ記憶装置の誤作動を引き起こす。この問題は、参考文献［３］乃至［５］に与えられる特許出願及び特許に記載されている。
【００１３】
問題は、以下の場合により厳しくなる。即ち、高い湿度、高いレーザ力、記憶媒体の低い光反射率、記憶媒体の引く熱伝導率、小さな作動距離、及び、高い表面温度。
【００１４】
問題に対する既知の解決策は、記憶媒体上の熱絶縁された被覆層によって、記録器対物レンズの近接する光学表面をデータ層から遮蔽することである。この洞察に基づく発明は、例えば、参考文献［４］において与えられている。
【００１５】
被覆層を備える近距離場記憶媒体を提供することは、汚れ及びスクラッチがもはや直接的にデータ層に影響を及ぼさないという追加的な利点を有する。しかしながら、被覆層を近距離場光システム上に置くことによって新しい問題が起こり、それは採られるべき新しい手段につながる。これらの手段の一部は、参照番号ＰＨＮＬ０４０４６０及びＰＨＮＬ０４０６１を備える特許出願人によって同時出願された欧州特許出願に記載され、本発明の開示の主題である重要なさらなる洞察、即ち、多層近距離場記録の可能性である。
【００１６】
薄く超平坦な被覆層の幾つかの利点が、以後に議論される。ディスク傾斜に関して、被覆層の導入は、「コマ収差」として既知の収差を引き起こし得る。これは如何なる被覆層も限定的な厚さを有すべきかの第一の理由であるが、それはここでは我々の主要な関心ではない。
【００１７】
通常、データ層と固体浸レンズ（ＳＩＬ）との間の近距離場空気間隙は、十分に安定的なエバネッセント結合を得るために、５ｎｍ以下に一定に保持されるべきである。被覆層が用いられる場合、空気間隙は被覆層とＳＩＬとの間に位置する。図２Ｂを参照。再び、空気間隙は５ｎｍ内に一定に保持されるべきである。明らかに、ＳＩＬ焦点距離は、データ層が常時焦点内にあるのを保証するために、被覆層の厚さを補償するためにオフセットを有すべきである。被覆層の屈折率は、もしそれがＳＩＬの屈折率よりも低いならば、システムの最大限に可能な開口数を決定する。
【００１８】
十分な熱絶縁を得るために、誘電体被覆層の厚さは、ほぼ０．５μｍよりも多くなければならないが、好ましくは、２〜１０μｍのオーダである。総合すれば、これは、空気間隙のみの幅を制御することによって、データ層が焦点、即ち、
【数２１】
内にあることを保証するために、被覆層の厚さ変化Δｈが、焦点深度
【数２２】
（媒体内部の実際の焦点深度は
【数２３】
である）よりも（一層）小さくあるべきであることを意味する。図５を参照。もし我々が波長λ＝４０５ｎｍ及び開口数ＮＡ＝１．６を取るならば、
【数２４】
を見い出す。数ミクロンの厚さのスピンコート層のために、これはディスクの全データ領域に亘る厚さ変化の百分率のオーダであり、それは挑戦的な確度である。しかしながら、次の所要仕様を備えるスピンコート層を作ることは可能であるように思われる。即ち、数ミクロンの厚さ、３０ｎｍ未満の厚さ変化。例えば、図６及び参考文献［９］及び［１０］を参照。被覆層は、データ領域の既に８０％を表わす外側２８ｍｍに亘って極めて平坦である。流体は（孔がないので）ディスクの中心で処理されず、１８．９ｍｍの半径にあるので、この結果は驚くべきものである。普通、これは被覆層の厚さが中央よりも縁部で一層高い極めて不均一な結果をもたらす。しかしながら、この場合には、ディスク半径の関数としてのスピンプロセス中に流体粘度に適合するために、熱勾配が用いられた。
【００１９】
例えば、無機化合物のソルゲル技法又はスパッタリングによって、ほんの数ミクロンの厚さを有するより一層薄い層を作成し得る。１〜３ミクロン以上の範囲のより厚い層のための無機化合物の使用は、処理及び費用の観点から、非現実的である。また、そのような層内の応力蓄積は、ディスクの曲げを引き起こしがちである。
【００２０】
全体的に、以下の通り結論付け得る。
− 汚染及びスクラッチに対して被覆層が必要である。
− 近距離場光記録システム、特に、位相変化システムの場合には、熱絶縁のために、１μｍよりも厚い被覆層が必要である。
− 被覆の屈折率はＮＡ値よりも大きくなければならない。
− スパッタリングされた（無機）材料は、極めて高い屈折率を有し得るが、１μｍよりも厚いスパッタリングされた被覆層は、主として処理時間及び応力の結果としてディスクの曲げの故に、光ディスク上には可能でない。
− １μｍよりも厚いポリマ被覆層をスピンコートすることは可能であるが、ポリマはＮＡを約１．６に制限する一部の無機材料よりも低い屈折率を有する。
【００２１】
多層光記憶装置の場合、データ層は、スペーサ層の間に介装されている。これらのスペーサ層は、被覆層と共通する多くの特性を有する。本発明の開示は、主としてスペーサ層の特性についてであり、被覆層の問題は、主要な洞察に対する導入としての働きをなす。
【００２２】
多層光データ記憶装置を今や議論する。層当たり同一の密度のデータで、ｍ層（ｍ＞１）を備える多層光データ記憶システムは、単層システムよりもほぼｍ倍（ｍ＝１）より多い記憶容量を提供する。そのようなシステムの実施例は、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）及びブルーレイディスク（ＢＤ）の二層（ｍ＝２）バージョンである。これらのシステムにおいて、データ層は、ＤＶＤの場合にはほぼ４５ミクロンの厚さ並びにＢＤの場合には２５ミクロンの厚さｈの所謂スペーサ層によって分離されている。図７では、二層近距離場光システムの実施例が与えられている。Ｌ０と呼ばれる、光学ピックアップユニットに最も近いデータ層は、部分的に透明である。
【００２３】
データ層間の分離の最適距離ｈは、少なくとも以下の４つの基準によって決定される。
【００２４】
１．データ層の集束Ｓ曲線は分離されなければならない（大きなｈのために保証されなければならない）。
【数２５】
【００２５】
２．層間のコヒーレント漏話（検出器上でのそれらの相互反射の干渉）は、変調深度ηを備えるＲＦ信号の変調を引き起こす。「アイパターン」が一定のレベル（検出器上の他の層、即ち、読み取られない層からの光の量は増加ｈで減少するので、増加ｈで減少する）でスライスされることを保証するために、この効果は十分に低くなければならない。もしＲｍ，ｅｆｆがｍ番目の層の有効反射率であり、全ての光が検出器によって集光されるならば、変調深度はほぼ以下によって与えられる（参考文献［６］を参照）。
【数２６】
【００２６】
３．焦点外層上のチャネルコードからのインコヒーレント漏話は、十分に小さくなければならない。これは、他の層の上の焦点外スポット内の変化するデータパターンに起因する過剰なノイズである。インコヒーレントノイズは、スポットサイズに反比例し、故に、増大ｈで減少する。何故ならば、他の層の上のより多くのデータは、より大きなｈのためのより大きな照明領域の故に、平均化されるからである。
【００２７】
４．双方の層の上のレーザ焦点の回折限界品質を保証するために、層の異なる深さに起因する球面収差は、十分に小さく保たれなければならない。それは増加ｈで増大し、これは上限をｈに置く。
【００２８】
明らかに、上記の基準は、スペーサ層の厚さを限界内に置く。
【００２９】
さらなる読取りのために、例えば、参考文献［６］を参照。多層近距離場光記録の着想が、参考文献［７］（多層）及び参考文献［８］（二層）において時折述べられていることに留意。
【００３０】
以下に、近距離場光データ記憶装置のために、新しいスケーリングレジームを開発し得ることが分かる。
【００３１】
さらに、以下のことを結論付け得る。
− スペーサ層の屈折率は、ＮＡ値よりも大きくなければならない。
− スパッタリングされた（無機）材料は、極めて高い屈折率を有し得るが、１ミクロン以上のオーダの厚さを備えるスパッタリングされたスペーサ層は、主として処理時間並びに応力の結果としてディスクの曲げの故に、光ディスク上では可能でない。
− 正しい厚さのポリマスペーサ層をスピンコートすることは可能であるが、ポリマは、ＮＡを約１．６に限定する一部の無機材料よりも低い屈折率を有する。
【００３２】
球面収差の問題に関して
空中で完全に集束されるよう生成される光の集束ビームを考えてみよう。もし平坦且つ平行な板がビーム中に置かれるならば、それは光軸に沿って焦点を変位し、且つ、所定量の球面収差を導入する。
【００３３】
ブルーレイディスク（ＢＤ）は、４０５ｎｍの波長及びＮＡ＝０．８５の開口数を備える青色光を用いる遠距離場（ＦＦ）光記録規格である。ＢＤのための球面収差は、１０ｍλ／μｍ光路差（ＯＰＤ）二乗平均平方根である。二層ブルーレイディスクのために、スペーサ層厚さは２５μｍであり、故に、１つのデータ記憶層から他のデータ記憶層に行くことによって得られる球面収差の総量は、２５０ｍλである。収差がほぼ±２０ｍλを越える場合には、記録システムの総収差が７１ｍλより十分に下に留まるよう、如何なる特定の収差の補償も必要であり、それを越える量については、光学はもはや回折限界とは考えられ得ず、焦点はぼんやりし始める。
【００３４】
（近軸収差理論からの）既知の経験則は、球面収差の量が、層の厚さ及びＮＡと比例して４の累乗に変化することである。青色近距離場（ＮＦ）光記録の場合、ＮＡ＝１．６を備えて、人はブルーレイディスクのためよりも（１．６／０．８５）４＝１２．６倍多い球面収差を予期し、それは２５μｍの同一スペーサ層厚さを補正するためには大き過ぎるように思われる。実際には、ＮＡを用いたスケーリングは、上述の経験則によって提案されるよりも複雑である（例えば、参考文献［１４］を参照）。図８では、正しいスケーリングが与えられている。遠距離場システムのために、被覆層の屈折率は、球面収差に殆ど影響を及ぼさないことが分かる。ＢＤ（ＮＡ＝０．８５）のための球面収差値が表示されている。
【００３５】
多層近距離場記録のための解決されるべき３つの主要な問題点は以下のことに関する。
− データ記憶層間の漏話。
− 高い屈折率に起因するスペーサ層及び被覆層の光吸収。
− 各スペーサ層の異なる光学的深さに起因する球面収差。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
近距離場固体浸レンズを用いて信頼性のあるデータ記録及び読出しが達成される、冒頭段落において述べられた種類の光データ記憶システムを提供することが本発明の目的である。そのようなシステムにおける仕様のための光データ記憶媒体を提供することがさらなる目的である。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
第一の目的は、本発明に従って、ｈｊのいずれか１つが
【数２７】
よりも大きく、ＮＡ＜ｎｊ及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０、好ましくは、ｂ＞１５であり、全てのｈｊの合計が、
【数２８】
よりも小さいことを特徴とする光データ記憶システムによって達成され、ここで、ｎ
【数２９】
及びｋ
【数３０】
は、それぞれ、各スペーサ層の厚さで重み付けされた全てのスペーサ層の屈折率の平均実部及び虚部であり、ここで、ｋｊは、スペーサ層の屈折率ｎｊの虚部であり、ｆは、集束放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過である。
【００３８】
洞察は、多層近距離場記録を実現可能にするために、薄く且つ平坦なスペーサ層が求められることである。さらに、我々は、そのような層を生成し得ること、それらがどのように生成されるか、そこにある精密な特性が何であるか、並びに、どの材料を用い得るかを洞察した（参考文献［１０］を参照）。また、光記録システムのためにこれがどんな結果を有するかに関する洞察がある。
【００３９】
多層光記録におけるコヒーレント漏話の効果を実質的に削減し得る２つのレジームが存在する。第一のレジームは周知であり、ＤＶＤ及びＢＤ光記録規格に適用される。即ち、光データ記憶層は、「厚い」スペーサ層によって十分に分離されている。その完全領域を越えて、このスペーサ層は、ディスクを走査するために用いられるレーザの波長に比べて必ずしも極めて平坦である必要はない。
【００４０】
新しい洞察は、コヒーレント漏話の効果が抑圧される第二レジームが存在することである。もし所要の平坦性を備えるスペーサ層が十分に「薄い」ならば、これらの層を４分の１波長よりも一層良好にすることが実現可能であるように思われる。もし開口数が大きいならば、他のデータ記憶層からのコヒーレント漏話の結果としてのノイズは、薄いスペーサ層を可能にするほど依然として十分に小さい。極めて大きな開口数は、近距離場記録を用いる主要な理由であり、故に、平坦で薄いスペーサ層は、具体的には、この技法のための新しいレジームを切り開く。
【００４１】
さらなる着想は、薄い層が追加的な利点を有することである。
【００４２】
第一の追加的な利点は、薄い層が光吸収に起因する光減衰を余り有さないことであり、それは層材料のより高い固有吸収を可能にする。これは層材料のより高い屈折率を伴うので、これはより一層有益である。
【００４３】
第二の追加的な利点は、もし薄いスペーサ層が用いられるならば、データ記憶層間の相互距離は小さく、故に、光が異なる層の上に集束されるときに多層記憶媒体を通じる光路の差は、比較的小さい。より小さな光路差は、この光路差の結果として球面収差の量もより小さいことを意味する。具体的には、実際的な状況の下で、例えば、４層近距離場データ記憶システムが実現可能である。
【００４４】
光記録及び読取りシステムの実施態様において、１つのスペーサ層を備える媒体に対応して、ｍ＝２である。
【００４５】
他の実施態様において、媒体全体に亘る如何なるスペーサの厚さ変化Δｈも、以下の基準を満足する。
【数３１】
、より好ましくは、
【数３２】
及び
【数３３】
【００４６】
好ましくは、ＮＡは１．５よりも大きく、それは殆どの近距離場記録システムの場合に当て嵌まる。
【００４７】
システムの代替的な実施態様において、ｈｍａｘ
【数３４】
は、以下の方程式によって置換され、固体浸レンズんＳＩＬの屈折率は、ｎＳであり、いずれかのスペーサ層の屈折率は、ｎｊであり、ここで、変数は以下の意味を有し、
【数３５】
ＷＲＭＳは、依然として補正し得る最大二乗平均平方根波面収差である。“Ｃｏｍｐａｃｔ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ｒｅｌａｔｅｄ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｈｉｇｈ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ−ａｐｅｒｔｕｒｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｃ ｒｅａｄｏｕｔ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ， ｖｏｌ．４４， ｐｐ．８４９−８５８（２００５）も参照。
【００４８】
ｈｍａｘの値は、ＷＲＭＳ＜２５０ｍ、好ましくは、＜６０ｍλ、より好ましくは、＜１５ｍλの制約に従った球面収差の最大許容量によって制限される。
【００４９】
さらなる目的は、波長λ及び開口数ＮＡを有する集束放射線ビームを用いた記録及び読取りのための光データ記憶媒体によって達成され、少なくとも以下を含む。
− ｍデータ記憶層、及び、集束放射線ビームに対して透明な被覆層、ここで、ｍ≧２、被覆層は、厚さｈ０及び屈折率ｎ０を有し、データ記憶層は、厚さｈｊ及び屈折率ｎｊをそれぞれ有するｍ−１スペーサ層によって分離され、ここで、ｊ＝１，．．．，ｍ−１であって、
ｈｊのいずれか１つは、
【数３６】
よりも大きく、ＮＡ＜ｎｊ及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０、好ましくは、ｂ＞１５であり、全てのｈｊの合計は、
【数３７】
よりも小さく、ここで、ｎ
【数３８】
及びｋ
【数３９】
は、それぞれ、各スペーサ層の厚さで重み付けられた全てのスペーサ層の屈折率の平均実部及び虚部であり、ここで、ｋｊは、スペーサ層の屈折率ｎｊの虚部であり、ｆは、集束放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過である。好ましくは、ｆ＞０．５０、より好ましくは、ｆ＞０．８０、より好ましくは、ｆ＞０．９０である。
【００５０】
次に、球面収差に関する要件は
【数４０】
を示し、吸収に関する要件は
【数４１】
を示し、ここで、ｆは、層の積み重ねを通じた複光路後の所要最低強度である。
【００５１】
光データ記憶媒体の実施態様において、１つのスペーサ層を備える媒体に対応して、ｍ＝２である。
【００５２】
他の実施態様において、媒体全体に亘る如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈも、以下の基準を満足する。
【数４２】
より好ましくは、
【数４３】
及び
【数４４】
【００５３】
好ましくは、ｎｊは、１．５、より好ましくは、１．６、より好ましくは、１．７よりも大きい。これは、全反射の制限なしに、高いＮＡ＞１５の完全な利益を用い得るという利点を有する。
【００５４】
代替的に、他の実施態様において、ｈｍａｘは、以下の方程式
【数４５】
によって置換され、固体浸レンズｎＳＩＬの屈折率は、ｎＳであり、いずれかのスペーサ層の屈折率はｎｊであり、ここで、レンズ瞳に亘る一部の収差平均の意味を有する変数は、
【数４６】
によって与えられ、ＷＲＭＳは、依然として補正し得る最大二乗平均平方根波面収差である。
【００５５】
ｈｍａｘの値は、ＷＲＭＳ＜２５０ｍ、好ましくは、＜６０ｍλ、より好ましくは、＜１５ｍλの制約に従った球面収差の最大許容量によって制限される。
【００５６】
光データ記憶媒体の実施態様において、スペーサ層は、放射線ビームに対して実質的に透明なポリイミドを含む。好ましくは、ポリイミドは紫外線（ＵＶ）硬化性である。
【００５７】
今や図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
多層光データ記憶装置は、単層技法よりも高いデータ容量を有し得る。
− より多くのデータ層は、より多くのスペーサ層が必要とされることを暗示する。
− スペーサ層がスピンコート可能であるべきであり、これはポリマを暗示する。
− 高い開口数ＮＡは、高い屈折率ｎを必要とする。
− 高いｎは、高い吸収ｋを意味する。
− 高いｋは、小さなデータ−層間隔ｈを必要とする。
− 漏話は、極めて平坦な層を必要とする。
− 球面収差及び光吸収の双方が限界内に留まるので、小さなデータ−層間隔は多層媒体を可能にする。
これは円を閉じる。
【００５９】
近距離場光データ記憶装置の場合のスペーサ層厚さのスケーリング
もし被覆層の厚さが、焦点深度
【数４７】
よりもずっと小さく、スペーサ層厚さ変化も、Δｈｊ＝λ／（４ｎｊ）（
【数４８】
に留意）よりもずっと小さいならば、間隙及び焦点の双方を制御するために、間隙誤差信号を用いることができ、それ故に、Ｓ曲線型の焦点誤差信号の必要はなく、それ故に、それらは分離される必要がない。もし求められるならば、例えば、ＲＦ変調から焦点及び球面収差オフセット信号を導出し得る。
【００６０】
正に、もしスペーサ層厚さ変化が、Δｈｊ＝λ／（４ｎｊ）、スペーサ層媒体内の４分の１波長よりもずっと小さいならば、ＲＦ信号に対する層間干渉変調はない。図９を参照。もし厚さ変化が十分に小さいならば、Δｈ＜＜λ／（４ｎ）、光記録のための極めて有用なパラメータレジームが入れられる。
【００６１】
コヒーレント漏話に関しては、もしスペーサ層厚さ変化Δ／（４ｎ）が極めて小さいならば、干渉最小が生じるようにスペーサ層厚さｈｊを選ぶことは有益に思われる。全ての光がデータ記憶層に対して殆ど直角に伝播する小さな開口数のより単純な場合、これはスペーサ層が、スペーサ層材料中の４分の１波長の奇数整数倍ｉ、即ち、ｈｊ＝ｉλ／（４ｎｊ）の厚さを有することを暗示する。屈折率＝１．７０及び波長λｖａｃ＝４０５ｎｍのために、これは
【数４９】
の厚さ、例えば、ｉ＝２３のために、ｈ＝１．３７μｍの厚さを暗示する。相当数の４分の１波長（実施例では、ｉ＝２３）に及ぶスペーサ層厚さとの組み合わせの、ここで検討されるような高い開口数の場合には、多数の同心の干渉縞が存在する。強め合う干渉と弱め合う干渉との間で交互する、これらの縞からの検出器上の光の積分強度は、平均化される傾向にあり、それは、コヒーレント漏話変調深度ηが高い開口数のために大きく減少されることを暗示する。実際には、もしＲｍ，ｅｆｆがｍ番目の層の有効反射率であり、且つ、全ての光が検出器によって集光されるならば、変調深度は以下によって近似的に与えられる。
【数５０】
【００６２】
大きな開口数のために、スペーサ層の正確な厚さは、小さな効果のみを有する。
【００６３】
これはチャネルコードからのインコヒーレントノイズを最も重要なスケーリングパラメータとして焦点外層の上に残す。隣接層上の焦点外スポット内のランレングスの数を決定することによって、インコヒーレント漏話の結果としてのノイズを推定し得る。図１０において、焦点がＬ１上にあるとき、Ｌ０上のスポットサイズは推定される。
【００６４】
Ｌ０上のスポットサイズＡは、スペース層内部の開口数又は内部周縁光線の角度θの関数である。
【数５１】
【００６５】
もしチャネルビット長がＴであるならば、＜Ｔ＞は平均ランレングスである。焦点外で照明されるランレングスの数Ｎ＜Ｔ＞は、
【数５２】
であり、ここで、我々は、ディスクのトラック構造を無視した。トラックピッチは、平均ランレングス（ＤＶＤ７４０ｎｍのために、１．１５６の因数、ＢＤ３２０ｎｍのために、１．２９０の因数）とほぼ等しいことに留意。トラック間の領域が一定の反射率を有することにも留意。総インコヒーレントノイズは、層Ｌ０及びＬ１の有効反射率の比、データマークの変調深度及び１／Ｎ＜Ｔ＞の平方根に依存する。もしＮ＜Ｔ＞，ｍｉｎが、十分に低いインコヒーレント漏話を得るためのランレングスの最小数であるならば、スペーサ層の最小厚さは、以下によってもたらされる。
【数５３】
【００６６】
表Ｉにおいて、スペーサ層の厚さのスケーリングは、スペーサ層の屈折率、選択された開口数、及び、ＢＤ値と比例するランレングスの幾つかの値のために与えられる。ｈのための値、既知のスペーサ層の厚さを用いてＮ＜Ｔ＞，ｍｉｎのために明らかに適切な値を計算するために用いられるＤＶＤ及びＢＤのための場合。計算された数は太字に印刷され、推定値は普通に印刷されている。最終列中の太字の数は、５つの異なる組の近距離場システムパラメータのスペーサ層の最小所要厚さを与えている。典型的には、ｈｍｉｎ＜２μｍであることが明らかである。示されている全ての実施例は、紫外線の実施例を示す底部行を除き、４０５ｎｍの青色波長に関してである。この実施例は、極端な場合には、最低スペーサ層厚さがミクロンよりも一層ずっと少ないことを示している。
【００６７】
【表１】
【００６８】
吸収を考慮した設計の実施例
我々は、周縁光線の光吸収を計算したい。周縁光線は、一方では、スペーサ材料中に最長光路長Ｄ＝２ｈ／ｃｏｓθを有し、他方では、光解像力を決定するので、最も重要である。もし
【数５４】
が、相対的な強度又は透過率であるならば、我々は、ｌａｂｓ＝λｖａｃ／（４πｋ）、材料の吸収長さを備える
【数５５】
を有し、我々は、
【数５６】
を得る。屈折率の虚部は以下の通りである。
【数５７】
【００６９】
システムを設計するために、内部開口数ＮＡｉｎｔは、内部周縁光線の角度θを選択することによって決定される。図１０を参照。引き続き、（外部）ＮＡは、層の屈折率ｎによって決定される。周縁光線の最低許容全透過率
（外１）
を選択することによって、スペーサ層の最適（総）厚さｈｏｐｔを計算し得る。最適値は、減衰ｋとインコヒーレント漏話との間でトレードオフされる。
【００７０】
以下の実施例は現実的である。
１）θ＝７０°、ｎ＝１．７０、
【数５８】
、及び、波長λｖａｃ＝４０５ｎｍを選択し、次に、次のスペーサ層の設計ルールが得られる。
２）内部周縁光線の角度θ＝７０°をとる。
ＮＡｉｎｔ＝ｓｉｎθ＝０．９４
ＮＡ＝ｎｓｉｎｇθ＝１．６０
３）開口数を備えるブルーレイディスクの平均ランレングスのスケーリングは、＜Ｔ＞＝２１０．８／ＮＡをもたらす。これは、Ｎ＜Ｔ＞＝２５４３、ＤＶＤのための焦点外スポット内のランレングスの平均数と共に、以下の最適厚さを生む。
【数５９】
４）最適厚さでとられた周縁光線
【数６０】
の全透過率（最大ＮＡでの複光路）は、
【数６１】
である。
もし、例えば、
【数６２】
であるならば、
【数６３】
であることに留意。
【００７１】
この実施例の結果を要約すると、我々は、スペーサ層がｈｏｐｔ＝１．３７μｍの最適厚さを有することを見い出した。スペーサ層は、この厚さを備えてディスク上に実際に堆積され得る材料から成らなければならない。ポリマのスピンコーティングは、所要処理の速度及び確度、並びに、十分に高い平坦性（Δｈ＜２０ｎｍ）及び場合によっては十分に低い応力を提供する（高い応力はディスクを曲げ、光学対物レンズのために求められる極めて小さな距離で従うために表面を硬くする）。材料は屈折率ｎ＝１．７０及びｋ＝９．０×１０−４の吸収を有さなければならない。この範囲のパラメータ内の仕様を備えるポリマ材料は存在する。参考文献［１６］を参照。もし選択される材料の実際の吸収がこの値よりも低いならば、より高い屈折率を有する材料（場合によっては選択されるポリマの修正版）が存在しなければならず、故に、それはより高い開口数を支持し、上記条件に合致するより高い吸収係数を有する。
【００７２】
上記の実施例中で与えられるパラメータに基づく、例えば、７μｍの全体厚さを有する４層及び被覆層を備える多層システムにおいて、吸収はｋ＝１．８×１０−４である。被覆層上のスポットの最大直径は、底部層が焦点内にあるとき、３９μｍである。
【００７３】
４層システムの実施例
図１１Ａ及び１１Ｂには、多層光データ記憶媒体が描写されている。この実施例において、４層、Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、厚さｈ１，ｈ２，ｈ３のスペーサ層によってそれぞれ分離されている。被覆層は、厚さｈ０を有する。図１１Ａでは、レーザが頂部層上に集束され、図１１Ｂでは、それは底部層上に集束されている。記憶層間の分離距離は不均一（この場合にはｈ１≠ｈ２≠ｈ３＝ｈ１）に取られており、それは他の層の読取り中に記憶層上に間接的に集束することを防止し、例えば、もし人がｈ１＝ｈ２＝ｈ３を取るならば、Ｌ３の読取り中、Ｌ２からの反射は、Ｌ１上にゴースト焦点を引き起こし、余分なインコヒーレント漏話を招く。これはゴース層上のデータが大きなスポットに亘って平均でないからである。
【００７４】
よって、図１１Ａ及び１１Ｂには、波長λ＝４０５ｎｍを有する放射線ビーム、即ち、レーザビームを用いた記録及び／又は読取りのための光データ記憶システムが示されている。レーザビームは、光データ記憶媒体のデータ記憶層上に集束される。システムは、以下をさらに含む。
− ４（ｍ＝４）つのデータ記憶層及び集束レーザビームを透過する被覆層を有する媒体。前記被覆層は、厚さｈ０＝３．０μｍ及び屈折率ｎ０＝１．６を有する。データ記憶層は、厚さｈ１＝２．０μｍ、ｈ２＝４．０μｍ、及び、ｈ３＝２．０μｍ、並びに、屈折率ｎｊ＝１．６０及びｋｊ＝１．４×１０−４（ｆ＝０８０に対応する）をそれぞれ有する３（ｍ−１）つのスペーサ層によって分離されており、ここで、ｊ＝１、２、又は、３である。
− 開口数ＮＡ＝１．４４を有する対物レンズを備える光学ヘッド。前記対物レンズは、前記媒体の最外側表面からλ／１０＝４０．５よりも小さな自由作動距離での記録及び／又は読取りのために構成され、且つ、前記光データ記憶媒体の被覆層側上に配置された固体浸レンズ（ＳＩＬ）を含む。集束レーザビームは、記録及び／又は読取り中、エバネッセント波結合によって、固体浸レンズから光記憶媒体中に結合される。
【００７５】
いずれか１つのｈｊは、
【数６４】
よりも大きく、ＮＡ＜ｎｊ＝１．６２及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０であり、全てのｈｊの合計は、
【数６５】
及び
【数６６】
よりも小さく、ここで、ｎ
【数６７】
及びｋ
【数６８】
は、それぞれ、各スペーサ層の厚さで重み付けされた、全てのスペーサ層の屈折率の平均実部及び虚部であり、ここで、ｋｊは、スペーサ層の屈折率ｎｊの虚部であり、ｆは、集束放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過である。１．５２のＮＡでの他の可能な組のパラメータは、ｈ０＝３．０、ｈ１＝１．３、ｈ２＝２．６、及び、ｈ３＝１．３、並びに、屈折率ｎｊ＝１．６０及びｋｊ＝１．３×１０−４（ｆ＝０．８０に対応する）であり、ここで、ｊ＝１、２、又は、３である。
【００７６】
媒体全体に亘る如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈは、以下の基準を満足する。
【数６９】
及び
【数７０】
【００７７】
薄い被覆層及びスペーサ層を用い得るので、多層近距離場光データ記憶装置は可能である。推論の可能な階層が以下に与えられる。
− 被覆層及びスペーサ層は薄いので、それらを極めて平坦になし得る。
− スペーサ層は極めて平坦であるので、コヒーレント漏話からの負の効果なしに、記憶層を密接に接合し得る（即ち、スペーサ層は薄くあり得る）。
− スペーサ層は薄いので、層間の球面収差は小さい。
− 層は薄いので、それらは、所与の最大減衰のために、より高い光吸収係数ｋを有することが可能とされ、次いで、それは（因果律によって屈折率の実部と虚部とを接続する（根本的な）クラマース−クローニヒ法則の結果として）より高い屈折率ｎを可能にする。
− 屈折率はより高いので、層の厚さはより一層小さくあり得る。
− 屈折率はより高いので、ＮＡはより高く、故に、データ容量は二次方程式的により高い。
【００７８】
二層近距離場（ＮＦ）記録：スペーサの厚さに対する（イン）コヒーレント漏話、光吸収、及び、球面収差の制限
波長λ、開口数ＮＡ、スペーサ厚さｈ、スペーサ屈折率ｎを備える二層システムを考察しよう。２つの層の反射は、振幅及び位相が等しいと想定される。瞳内の干渉縞は、瞳の中心にある縞及び瞳の縁にある縞を除き、平均化する。対物レンズの集光開口に亘る縞の平均は、信号振幅によって規格化される中央開口信号内の項(term)を招き、以下のコヒーレント漏話（ＣＣＴ）を生じさせる。
【数７１】
ここで、θｍは、スペーサ層内の周縁光線の極角であり、ここでは、ｓｉｎｃ（χ）＝ｓｉｎ（χ）／χである。ｃｏｓ項の周期性は、λ／ｎ（１+ｃｏｓθｍ）であり、もしＮＡが十分に小さいならば、それはほぼλ／２ｎであり、経路長の差２ｈに起因する。ｓｉｎｃ項内に現れる周期性は、中央縞と外側縞との間の位相差に関係し、周期性λ／ｎ（１−ｃｏｓθｍ）を有し、それはスペーサ層内部の焦点深度に関係し、即ち、軸強度プロファイルは、
【数７２】
を有し、それはｚ＝λ／ｎ（１−ｃｏｓθｍ）にその第一ゼロを有する。十分に小さなＮＡのために、我々は、焦点深度λ／ｎ（１−ｃｏｓθｍ）がほぼ２ｎλ／ＮＡ２であることを見い出した。λ＝０．４０５μｍ、ＮＡ＝０．８５、ｎ＝１．６２の遠距離場の場合のＣＣＴ信号のプロットが、図１２に示されている。この場合には、ｃｏｓ因数は、ｓｉｎｃ因数よりもより速く振動している。従って、スペーサ厚さへのＣＣＴ信号の依存は、ｓｉｎｃ因数のゼロ地点で最小限化される。もし経路長差２ｈが焦点深度λ／ｎ（１−ｃｏｓθｍ）の整数ｉ倍であるならば、これらは得られる。近距離場の場合に関して、ｃｏｓ因数の周期性は、ｓｉｎｃ因数の周期性に匹敵し、λ＝０．４０５μｍ、ＮＡ＝１．５、ｎ＝１．６２のために、図１３のようなプロットを示す。明らかに、以前の処方（２ｈ＝ｉλ／ｎ（１−ｃｏｓθｍ））はもはや有用でない。異なる処方はさほど直接的ではない。例えば、ＣＣＴ信号が最小又は最大であるようにｈが選択されるならば、スペーサ厚さｈへの依存は最小である。平坦性のための要求は、例えば、変数Δｈが、２つの周期性の最小、λ／ｎ（１+ｃｏｓθｍ）に比べて十分に小さくなければならないことであり、例えば、
【数７３】
であり、それはｈをΔｈ≦２３ｎｍと評価する。
【００７９】
焦点外層内の無作為データに起因するノイズ（インコヒーレント漏話、ＩＣＣＴ）を考慮する二層ＤＶＤから比例する最小スペーサ厚さは、
【数７４】
であり、ＮＡ＜ｎｊ及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０、好ましくは、ｂ＞１５である。
【００８０】
第一の実用的な最大スペーサ層の厚さは、スペーサ材料の吸収によって要求される（他の理由は絶対厚さ均一性であり、それはより薄い層のためにより良好である）。例えば、
【数７５】
（θｍで複光路）の周縁光線の全透過率のために、我々は、
【数７６】
を得た。ここで、ｎ
【数７７】
及びｋ
【数７８】
は、それぞれ、各スペーサ層の厚さで重み付けされた、全てのスペーサ層の屈折率の平均実部及び虚部であり、ここで、ｋｊは、スペーサ層の屈折率ｎｊの虚部であり、ｆは、集束放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過率である。ｋは、
【数７９】
による消衰係数に関する。
【００８１】
高い屈折率ｎを備える材料は高いｋも有することを留意することが重要である。上記から、ｋ≦６×１０−４ＮＡ２／ｎ＝８．３×１０−４ということになる。我々がｎ＞１．７を要求する場合、これは殆どの有機材料（即ち、スピンコート可能なポリマ）を除外する。
【００８２】
他の実用的な最大スペーサ層厚さは、レーザ焦点が１つのデータ層から隣りのデータ層に移動されるときにスペーサ層によって誘導される球面収差の量によって要求される。実際的な見地から、光路内に追加的な可変光学素子を用いることで、約２５０ミリ波ＲＭＳ（二乗平均平方根）の、限定的な量の球面収差だけを補正することが可能である。
【００８３】
全光路の十分に低い全収差を保証するために、各層の上の残留球面収差は、ほぼ±３０ミリ波ＲＭＳ未満であるべきである。
【００８４】
屈折率ｎ１（ＳＩＬ）を備える媒体から屈折率ｎ２の層内に集束される開口数ＮＡのビーム及びレンズのために、厚さｈ当たりのＲＭＳ波面収差は、
【数８０】
によって与えられ、ここでは、（レンズ瞳に亘るある収差平均の意味を有する）変数は、
【数８１】
によって与えられる。
【００８５】
例えば、ｍ’＝ｎｓ／ｎｊ及びｓ’＝ＮＡ／ｎｊのパラメータを導入することによって、これらの方程式は、スペーサ層の屈折率に対して比例され得る。図１４において、ｍ’の一部の値のための球面収差は、ＤＶＤインコヒーレント漏話から得られるような厚さｈｍｉｎのために与えられる。頂部水平軸は、ＤＶＤインコヒーレント漏話から得られるようなｎｓｐａｃｅｒｈｍｉｎ＝ｎｊｈｍｉｎを示し、それはｓ’＝ＮＡ／ｎｊ、底部水平軸の簡単な関数である。６０ｍλＲＭＳ球面収差の値は、二層システムのために正に許容し得る。同等に、１５ｍλＲＭＳ球面収差の値は、４層システムのために正に許容し得る。双方の場合において、層当たり最大±３０ｍλＲＭＡ球面収差が得られる。図１４から分かるように、小さな比率のｍｊが好ましい、即ち、ｍ’＜１．２、又は、好ましくは、ｍ’＜１．０２である。
【００８６】
表ＩＩは、ＮＡ並びにスペーサ層屈折率ｎ２及びＳＩＬ屈折率ｎｓの双方の一部の値のためのＲＭＳ球面収差を示している。典型的なスペーサ層は、１．４ミクロンの厚さ及び屈折率ｎｊ＝１．７を有し得る。もしＳＩＬ屈折率ｎｓ＝１．９であるならば、表は球面収差がＡ４０＝ＷＲＭＳ／λ＝３６．９５×１．４／２＝±２６ミリ波であることを示す。これは、所与の実施例において、余分な球面収差補償手段が必要とされないことを意味する。
【００８７】
【表２】
【００８８】
近磁場光データ記憶装置の場合における球面収差
被覆層及びスペーサ層に起因する多層近距離場光学系のための球面収差の量を許容可能な限界内に保ち得ることが示される（参考文献［１４］も参照）。７１ｍλ ＯＰＤ ＲＭＳの全収差が回折限界であると考えられる。球面収差は、この数よりも明確に少なくなければならない。ＢＤシステムにおいて、全収差は２５０ｍλ ＯＰＤ ＲＭＳであり、例えば、液晶セルによる活性補償が求められる。近距離場システムにおいて２５０ｍλ ＯＰＤ ＲＭＳの量の球面収差を補償することが可能であると推定することは妥当に思われ、我々はそれをベンチマークとして用いる。
【００８９】
図１５には、Ｂｉｓｍｕｔｈ Ｇｅｒｍａｎａｔｅ（ＢＧＯ）固体浸レンズ（ＳＩＬ）を備える近距離場光学素子のための青色波長（４０５ｎｍ）における球面収差が示されている。球面収差は、被覆層の屈折率の３つの値に関して示されている。それは最低値が被覆層の最高屈折率のために得られることを示している。屈折率ｎ＝１．７及び開口数ＮＡ＝１．６に関して、我々は６０ｍλ／μｍ ＯＰＤ ＲＭＳ球面収差を得た。これは多層積層厚さ（被覆層に加えてスペーサ層）をほぼ
（外２）
に制限する。
【００９０】
図１６には、屈折率ｎ＝２．００７を備えるＳＦ６６から成る固体浸レンズ及び屈折率ｎ＝１．９を備えるガラスを有する近距離場光学素子のための青色波長（４０５ｎｍ）における球面収差が示されている。球面収差は、被覆層の屈折率の２つの値に関して示されている。ｎ＝１．７の被覆層屈折率に関して、これは多層積層厚さをほぼ
（外３）
に制限する。これは１．３７μｍスペーサ層及び１．５μｍ被覆層を備える４層ディスクを作成するのに十分である。
【００９１】
図１５及び図１６の双方からの結果は、被覆層の最高屈折率のために最低値が得られることを示している。
【００９２】
もし遠距離場（ＦＦ）値が既知であるならば、近距離場（ＮＦ）ディスクのための球面収差のスケーリングは直接的に直観的ではないことに留意。図８を参照。そこでは、我々は、ブルーレイディスク（同一の波長）のために、１０ｍλ／μｍ ＯＰＤ ＲＭＳの値が、２５μｍのスペーサ層のために、二層ブルーレイディスクのための２５μｍ×１０ｍλ／μｍ＝２５０ｍλに増大することを見い出した。我々が参考文献［１４］の理論的結果を用いて計算した図１５及び図１６中のデータは、図８中のデータの補外が示唆するものに比べ、球面収差のためのより低い値を示している（収差はＮＡ＝１を越えて発散するように思われる）。これは、収差を決定するのが開口数ＮＡ＝ｎ ｓｉｎθではなくむしろ角度θであるという明白な事実に遡らされ得る（図３に関して開口数についてなされた注釈も参照）。
【００９３】
図１５及び図１６に示されるデータは、低い球面収差を得るために、ＳＩＬと被覆との間の屈折率の差が小さくされなければならないこと、並びに、３０ｍλ／μｍ ＯＰＤ ＲＭＳよりも低い値も可能でなければならないことも示唆している。これは図１４中により明瞭に見られ、その場合には、ｍ＝１のために、我々はＡ４０＝０を得た。典型的には、スペーサ厚さは２μｍ未満であり、それは二層近距離場ディスクに関して２μｍ×３０ｍλ／μｍ＝６０ｍλに増大する。
【００９４】
ポリマ被覆層及びスペーサ層の屈折率がｎ＝１．７であるよう選択される場合、ＳＩＬも、好ましくは、ｎ＝１．７の屈折率を有するべきである。しかしながら、対物レンズの高い開口数を得るために、より高い値のＳＩＬの屈折率が望ましくあり得る。
【００９５】
実施例：単層ＮＡ＝２．０を覆って二層ＮＡ＝１．６を備える近距離場システム
（外４）
− 被覆及びスペーサ層のための臨界厚さ変化
− 光路及び対物レンズ複雑性（焦点ジャンプ、球面収差）
− 高い屈折率（ｎ＞１．７）スピンコート可能ポリマの入手可能性
【００９６】
上記問題点の第一は、本発明の開示の早くに取り扱われた。他の２つは以下に議論される。これらの問題のいずれも本質的な問題ではないように思われる。
【００９７】
（外５）
単層ＮＡ＝２．０システムと比べると、ＮＡ＝１．６を備える二層システムは２８％より多い容量を有し得る。
【００９８】
（外６）
のためのスパッタリングされたスペーサと比較された
（外７）
のためのポリマスペーサ：
＋ 数μｍの厚さを備える層は、ポリマに関して問題ではない。
＋ 厚いポリマスペーサは、極めて少ない応力（より少ないディスク曲げ）を引き起こす。
＋ スパッタリングよりもずっと高速なスピンコーティング。
【００９９】
（外８）
のためのスパッタリングされた被覆と比較された
（外９）
のためのポリマ被覆：
＋ ポリマはより低い伝導率を有し、これは位相変化ディスク上のより低い表面温度を暗示する。
＋ 数μｍの厚さを備える層は、ポリマに関して問題ではない。
＋ 厚いポリマ被覆は、極めて少ない応力（より少ないディスク曲げ）を引き起こす。
＋ スパッタリングよりもずっと高速なスピンコーティング。
＋ 小さなスクラッチに対する感度の減少。
【０１００】
（外１０）
と比較された
（外１１）
のためのピッチ及び溝の寸法：
＋ より容易且つより高速なマスタリング。
＋ より容易な複製。
＋ より大きなデトラッキング限界(de-tracking margin)、サーボのための１．２５×より小さなＤＣ利得。
＋ 位相変化晶子と比べより大きな位相変化効果。
＋ ＴＥ（及びＴＭ）偏光スポットのためのより効率的な回折。
【０１０１】
（外１２）
レンズと比較された
（外１３）
レンズの利益：
＋ 同一ＮＦ結合効率のために許容されたより大きな空気間隙（４０ｎｍ対２５ｎｍ）。
＋ より大きな残留空気間隙誤差
＋ より広いレンズマーキング限界
（外１４）
のためのより大きなスポット：
（外１５）
よりも大きな読取り力（より良好なＳＮＲ）。
＋ １．２５×より小さなＭＴＦ遮断周波数：より少ない媒体ノイズ、より良好なＳＮＲ。
【０１０２】
静電集束(static focus)制御
被覆層及びｍ個のスペーサ層の全厚さが、十分に小さな厚さ変化、Δｈ＝Δｈ１＋Δｈ２＋．．．＋Δｈｍを有すると仮定すると、例えば、その組み合わせ厚さは２０〜５０ｎｍ未満だけ変化し、我々は、動的空気間隙補正に加え、被覆層にスペーサ層を加えた組み合わせの厚さ変化を補償する焦点距離の静電補正(static correction)を提案する。
【０１０３】
目的は、データ（記憶）層が焦点内にあると同時に、正しいエバネッセント結合が保証されるよう、ＳＩＬと被覆層との間の空気間隙が一定に保たれることである。
【０１０４】
光学対物レンズの位置は、間隙幅を５ｎｍ未満に一定に維持するために、ある間隙誤差信号に従って調節されなければならない。
【０１０５】
スペーサ層内の４分の１波長及び焦点距離の双方よりも実質的に少ない厚さ変化を伴う被覆層及びスペーサ層の組み合わせは、さもなければ間隙サーボに加えて必要とされる、対物レンズの自動集束制御の必要を排除する。本出願人によって同時出願された整理番号ＰＨＮＬ０４０４６０を備える欧州特許出願を参照。ディスク間分散に適合するための静電集束制御及び球面収差補正だけが望ましい。例えば、導入トラックからの既知の信号の変調深度を最適化することによって、これを実現し得る。
【０１０６】
例えば、対物レンズは２つの素子を含み、空気間隙を大幅に変えることなく対の焦点距離を調節するよう、それらの２つの素子を軸方向に変位し得る。対物レンズを全体として移動することによって、空気間隙を調節し得る。図１７Ａ及び１７Ｂを参照。空気間隙は一定に保たれる（ＳＩＬはディスク表面に従うよう制御される）が、レンズによって、第四記憶層上での焦点を得るよう移動される。一般的に、所定量の球面収差が残る。一部の場合には、レンズ系、被覆層、及び、スペーサ層の組み合わせの最適な設計は、システム要件を満足し、他の場合には、球面収差の活性調節が必要とされ、さらなる手段が採られなければならない。
【０１０７】
本出願によって同時出願された参照番号ＰＨＮＬ０４０４６０及びＰＨＮＬ０４０４６１を備える欧州特許出願は、単層光学系に適合するのみならず、多層光学系にも適合することを留意。
【０１０８】
ポリマの高い屈折率：ｎ＞１．７の実施例
ｎ＝１．９程度の高さの屈折率を備える高屈折率ポリマが存在する。例えば、Ｂｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｉｎｃ．によって製造される材料を参照。我々の適用のために最も興味深い化合物は、所謂ポリイミドによってもたらされるように思われる。４０５ｎｍの波長にある光の光吸収は高いが、一部の材料に関しては、それは本発明の開示によって指し示されるような厚さレジーム内で適用可能であるために十分に低い。
【０１０９】
材料は、屈折率ｎ＝１．７０及びｋ＝９．０×１０−４の吸収を有すべきである。この範囲のパラメータの仕様を備えるポリマ材料は存在する。参考文献［１６］を参照。
【０１１０】
吸収量ｋ（屈折率の虚部）とα（消衰係数）との間で変換するために、以下の方程式を用い得る。
メートルのλのために、
【数８２】
【０１１１】
二層ＮＦ対物レンズ：光学設計実施例ＮＡ＝１．５
この設計は、実用性の実施例としてここで用いられ、本出願人によってなされた。図１９及び図２０を参照。
設計のために採られるべきパラメータは：
− ４０５ｎｍ波長のためのガラス成形レンズ
− ＮＡ＝１．５
− 被覆層厚さ３μｍ（ｎ＝１．６２）
− スペーサ層厚さ３μｍ（ｎ＝１．６２）
− 一定の空気間隙を備えるデータ層Ｌ０からＬ１までの焦点ジャンプ
【０１１２】
焦点ジャンプは以下を求める：
− コリメータ位置の変更
− 第一レンズとＳＩＬとの間の距離の変更
Ｌ０上の焦点： ＮＡ＝１．５０、ＯＰＤ＝０ｍλ ＲＭＳ、共役距離＝無限大
Ｌ１上の焦点： ＮＡ＝１．５３’ ＯＰＤ＝１４ｍλ ＲＭＳ、共益距離＝−７８ｍｍ
１５ｍλ ＯＰＤ ＲＭＳ：場：Δφ＝０．２２°、ＳＩＬ軸ずれ：Δｒ＝７μｍ、ＳＩＬ厚さ：Δｔ＝１２μｍ、非球面軸外し：Δｒ＝１．０μｍ。
ＢＧＯ ＳＩＬの厚さ許容差は極めて大きく、非球面軸外し限界は厳しいが、実現可能である。この実施例は、二層近距離場レンズが実現可能であることを示している。
【０１１３】
レンズ、補正器、及び、光路の典型的な実施例（ＰＨＮＬ０４０４６０も参照）
記録器対物レンズ内の２つのレンズ間の距離を調節するためにローレンツモータを有する二重レンズアクチュエータが設計された。図２０及び参考文献［１１］を参照。レンズ系が全体としてアクチュエータ内に嵌入する。二重レンズは、反対方向に巻回された２つのコイルと、２つの放射状に磁化された磁石とから成る。コイルは、対物レンズホルダの周りに巻回され、このホルダは２つの板バネ内に懸架される。コイルを通じる電流は、２つの磁石の漂遊磁界との組み合わせで、第一対物レンズをＳＩＬに向かう方向或いはＳＩＬから離れる方向に移動する垂直力を生む。近距離場設計は、図２１中の図面のように見え得る。
【０１１４】
システムの焦点位置を変更するための図１１、１７、１８、２０、及び、２１に示されるものの代替的な実施態様は、例えば、レーザコリメータレンズの調節（図２２を参照）、或いは、エレクトロウェッティング又は液晶材料に基づく切替可能な光学素子（図２３及び２４並びに参考文献［７］も参照）を含む。もちろん、これらの手段を同時に採り得る。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】Ａは、被覆層を備えない通常の近距離場記録対物レンズ及びデータ記憶ディスクを示す概略図である。Ｂは、被覆層を備える通常の近距離場記録対物レンズ及びデータ記憶ディスクを示す概略図である。
【図２】Ａは、被覆層を備えない近距離場光記憶対物レンズ及びデータ記憶レンズを示す概略図である。Ｂは、被覆層を備える近距離場光記憶対物レンズ及びデータ記憶レンズを示す概略図である。
【図３】Ａは、ＮＡ＝ｎＳＩＬＮＡ０を有する半球形ＳＩＬを備えるレンズの近距離場レンズ設計の１つの主要な実施例を示す概略図である。Ｂは、ｎＳＩＬ２ＮＡ０を有する超半円形ＳＩＬを備えるレンズの近距離場レンズ設計の１つの主要な実施例を示す概略図である。
【図４】照射ビーム偏光状態に対して平行及び垂直な偏光状態の反射光の総量の測定値並びに双方の合計を示すグラフである。
【図５】被覆層の厚さ変化は焦点深度よりも大きく或いは小さくあり得ることを示す概略図である。
【図６】スピンコート層、ＵＶ硬化性シリコーンハードコートの実施例を示すグラフである。
【図７】Ａは、レーザが頂部層Ｌ０上に集束されることを示す概略図であり、二層光データ記憶媒体内で、データ層Ｌ０及びＬ１は厚さｈのスペーサ層によって分離され、被覆層は厚さｈ０を有する。Ｂは、レーザが底部層Ｌ１上に集束されることを示す概略図であり、二層光データ記憶媒体内で、データ層Ｌ０及びＬ１は厚さｈのスペーサ層によって分離され、被覆層は厚さｈ０を有する。
【図８】青色近距離場光記録装置の球面収差（光路差）と開口数とのスケーリングを示すグラフである。
【図９】スペーサ層の厚さが４分の１波長よりも大きく或いは小さくあり得ることを示す概略図である。
【図１０】焦点外層上のスポットが多くのデータのランレングスを含むことを示す概略図である。
【図１１】Ａは、多層光データ記憶媒体内で、データ層が厚さｈのスペーサ層によって分離されていることを示す概略図である。Ｂは、多層光データ記憶媒体内で、データ層が厚さｈのスペーサ層によって分離されていることを示す概略図である。
【図１２】λ＝４０５μｍ、ＮＡ＝０．８５、及び、ｎ＝１．６２の遠距離場の場合のための０．５〜６μｍとの間のスペーサ厚さｈのためのＣＣＴ信号を示すグラフである。
【図１３】λ＝４０５μｍ、ＮＡ＝１．５、及び、ｎ＝１．６２の近距離場の場合のための０〜６μｍとの間のスペーサ厚さｈのためのＣＣＴ信号を示すグラフであり、ＤＶＤ ＩＣＣＴから比例するような最小厚さは、ｈｍｉｎ＝１．６３である。
【図１４】λ＝０．４０５μｍ、ＮＡは０．５の間の近距離場の場合のための０〜２０μｍの間のＤＶＤ ＩＣＣから比例されるような最小スペーサ厚さｈｍｉｎのためのスペーサ屈折率ｎに比例された球面収差パラメータ空間を示すグラフである。
【図１５】Ｂｉｓｍｕｔｈ Ｇｅｒｍａｎａｔｅ（ＢＧＯ）固体浸レンズ（ＳＩＬ）を備える近距離場光学素子のための球面収差を示すグラフであり、球面収差は、被覆層の屈折率の３つの値のために示され、最小値は被覆層の最大屈折率に関して得られる。
【図１６】Ｂｉｓｍｕｔｈ Ｇｅｒｍａｎａｔｅ（ＢＧＯ）固体浸レンズ（ＳＩＬ）の異なる屈折率のためのＳＩＬを備える近距離場光学素子のための球面収差を示すグラフであり、ＳＩＬ及び被覆層が屈折率の最小の差を有するならば、球面収差が最低である。
【図１７】Ａは、第一記憶層が焦点内にあるときの多層光記憶装置の場合の二重アクチュエータの動作原理を示す概略図である。Ｂは、対物レンズを全体として移動することによって空気間隙が一定に維持されるときの並びに第四記憶層が焦点内にあるときの多層光記憶装置の場合の二重アクチュエータの動作原理を示す概略図である。
【図１８】第一レンズ（上部）とＳＩＬとを含む二層レンズ設計を示す概略図であり、ＳＩＬは、２ミリラジアン又は０．１２°のディスク傾斜を可能にするよう円錐形にされ、ＳＩＬに対して第一レンズの位置を変更し得る。
【図１９】図１８の二層レンズ設計のＬ０上の焦点の光ディスクのクローズアップ図である。
【図２０】近距離場のための二重レンズアクチュエータの可能な実施態様を示す断面図であり、ＤＶＲのためのＨＮＡ（高ＮＡ）設計に基づいている。参考文献［１１］を参照。
【図２１】ＳＩＬに対してレンズを移動することによって焦点ぼけを得ることができることを示す概略図である。
【図２２】対物レンズに対してレーザコリメータレンズを移動することによっても焦点ぼけを得ることができることを示す概略図である。
【図２３】光学系の焦点距離を調節するために用い得るエレクトロウェッティング（ＥＷ）又は液晶（ＬＣ）材料に基づく切替可能な光学素子を示す概略図であり、このようにして特定量の球面収差を同時に補償することも可能である。
【図２４】光学系の焦点距離を調節するために用い得るエレクトロウェッティング又は液晶材料に基づく切替可能な光学素子を示す概略図であり、ここでは、それは第一レンズとＳＩＬとの間に配置され、このようにして特定量の球面収差を同時に補償することも可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光データ記憶媒体のデータ記憶層の上に集束される、波長λを有する放射線ビームを用いて、記録し且つ／或いは読み取るための光データ記憶システムであり、
ｍデータ記憶層と、集束される放射線ビームを透過する被覆層とを有する前記媒体と、
開口数ＮＡを有する対物レンズを備える光学ヘッドとを含み、
前記ｍは、ｍ≧２であり、
前記被覆層は、厚さｈ０と、屈折率ｎ０とを有し、
前記データ記憶層は、厚さｈｊ及び屈折率ｎｊをそれぞれ有するｍ−１個のスペーサ層によって分離され、ここで、ｊ＝１，．．．，ｍ−１であり、
前記対物レンズは、前記媒体の最外側の表面からλ／１０よりも小さな自由作動距離での記録及び／又は読取りのために構成され、且つ、前記光データ記憶媒体の前記被覆層の側に配置された前記被覆層固体浸レンズを含み、
該固体浸レンズから、前記集束される放射線ビームは、記録及び／又は読取り中に前記光記憶媒体中に結合するエバネッセント波結合によって結合される光データ記憶システムであって、
いずれか１つのｈｊは、
【数１】
よりも大きく、
ＮＡ＜ｎｊ及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０、好ましくは、ｂ＞１５であり、
全てのｈｊの合計は、
【数２】
よりも小さく、
ここで、ｎ
【数３】
及びｋ
【数４】
は、それぞれ、各スペーサ層の前記厚さで重み付けされた、全ての層の前記屈折率の平均実部及び虚部であり、
ここで、ｋｊは、前記スペーサ層の前記屈折率ｎｊの前記虚部であり、ｆは、前記集束される放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過率であることを特徴とする、
光データ記憶システム。
【請求項２】
１つのスペーサ層を備える媒体に対応してｍ＝２である、請求項１に記載の光データ記憶システム。
【請求項３】
前記媒体全体を覆う如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈも、以下の基準
【数５】
を満足する、請求項１又は２に記載の光データ記憶システム。
【請求項４】
前記媒体全体を覆う如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈも、以下の基準
【数６】
及び
【数７】
を満足する、請求項３に記載の光データ記憶システム。
【請求項５】
ＮＡは１．５よりも大きい、請求項１、２、３、又は、４のうちいずれか１項に記載の光データ記憶システム。
【請求項６】
ｈｍａｘが式
【数８】
によって置換され、前記固体浸レンズの前記屈折率ｎＳＩＬはｎｓであり、任意の前記スペーサ層の前記屈折率はｎｊであり、
前記変数は、
【数９】
の意味を有し、
ＷＲＭＳは、最大二乗平均平方根波面球面収差である、
請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の光データ記憶システム。
【請求項７】
ＷＲＭＳ＜２５０ｍλ、好ましくは、＜６０ｍλ、より好ましくは、＜１５ｍλである、請求項６に記載の光データ記憶システム。
【請求項８】
波長λ及び開口数ＮＡを有する集束放射線ビームを用いて記録し且つ／或いは読み取りを行うための光データ記憶媒体であり、
ｍデータ記憶層と、集束される放射線ビームを透過する被覆層とを少なくとも含み、
前記ｍは、ｍ≧２であり、
前記被覆層は、厚さｈ０と、屈折率ｎ０とを有し、
前記データ記憶層は、厚さｈｊと、屈折率ｎｊとを有するｍ−１個のスペーサ層によって分離され、ここで、ｊ＝１，．．．，ｍ−１である光データ記憶媒体であって、
いずれか１つのｈ１，．．．，ｈｍ−１は、
【数１０】
よりも大きく、
ＮＡ＜ｎｊ及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０、好ましくは、ｂ＞１５であり、
全てのｈｊの合計は、
【数１１】
よりも小さく、
ここで、ｎ
【数１２】
及びｋ
【数１３】
は、それぞれ、各スペーサ層の前記厚さで重み付けされた、全ての層の前記屈折率の平均実部及び虚部であり、
ここで、ｋｊは、前記スペーサ層の前記屈折率ｎｊの前記虚部であり、ｆは、前記集束される放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過率であることを特徴とする、
光データ記憶システム。
【請求項９】
１つのスペーサ層を備える媒体に対応してｍ＝２である、請求項８に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１０】
前記媒体全体を覆う如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈも、以下の基準
【数１４】
を満足する、請求項８又は９に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１１】
前記媒体全体を覆う如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈも、以下の基準
【数１５】
及び
【数１６】
を満足する、請求項１０に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１２】
ｎは１．５よりも大きい、請求項８、９、１０、又は、１１のうちいずれか１項に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１３】
ｈｍａｘが式
【数１７】
によって置換され、前記固体浸レンズの前記屈折率ｎＳＩＬはｎｓであり、任意の前記スペーサ層の前記屈折率はｎｊであり、
前記変数は、
【数１８】
の意味を有し、
ＷＲＭＳは、最大二乗平均平方根波面球面収差である、
請求項８乃至１２のうちいずれか１項に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１４】
ＷＲＭＳ＜２５０ｍλ、好ましくは、＜６０ｍλ、より好ましくは、＜１５ｍλである、請求項１３に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１５】
前記スペーサ層は、前記放射線ビームを実質的に透過するポリイミドを含む、請求項８乃至１４のうちいずれか１項に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１６】
前記ポリイミドは、紫外線硬化性を有する、請求項１５に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１】
光データ記憶媒体のデータ記憶層の上に集束される、波長λを有する放射線ビームを用いて、記録し且つ／或いは読み取るための光データ記憶システムであり、
ｍデータ記憶層と、集束される放射線ビームを透過する被覆層とを有する前記媒体と、
開口数ＮＡを有する対物レンズを備える光学ヘッドとを含み、
前記ｍは、ｍ≧２であり、
前記被覆層は、厚さｈ０と、屈折率ｎ０とを有し、
前記データ記憶層は、厚さｈｊ及び屈折率ｎｊをそれぞれ有するｍ−１個のスペーサ層によって分離され、ここで、ｊ＝１，．．．，ｍ−１であり、
前記対物レンズは、前記媒体の最外側の表面からλ／１０よりも小さな自由作動距離での記録及び／又は読取りのために構成され、且つ、前記光データ記憶媒体の前記被覆層の側に配置された前記被覆層固体浸レンズを含み、
該固体浸レンズから、前記集束される放射線ビームは、記録及び／又は読取り中に前記光記憶媒体中に結合するエバネッセント波結合によって結合される光データ記憶システムであって、
いずれか１つのｈｊは、
【数１】
よりも大きく、
ＮＡ＜ｎｊ及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０、好ましくは、ｂ＞１５であり、
全てのｈｊの合計は、
【数２】
よりも小さく、
ここで、ｎ
【数３】
及びｋ
【数４】
は、それぞれ、各スペーサ層の前記厚さで重み付けされた、全ての層の前記屈折率の平均実部及び虚部であり、
ここで、ｋｊは、前記スペーサ層の前記屈折率ｎｊの前記虚部であり、ｆは、前記集束される放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過率であることを特徴とする、
光データ記憶システム。
【請求項２】
１つのスペーサ層を備える媒体に対応してｍ＝２である、請求項１に記載の光データ記憶システム。
【請求項３】
前記媒体全体を覆う如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈも、以下の基準
【数５】
を満足する、請求項１又は２に記載の光データ記憶システム。
【請求項４】
前記媒体全体を覆う如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈも、以下の基準
【数６】
及び
【数７】
を満足する、請求項３に記載の光データ記憶システム。
【請求項５】
ＮＡは１．５よりも大きい、請求項１、２、３、又は、４のうちいずれか１項に記載の光データ記憶システム。
【請求項６】
ｈｍａｘが式
【数８】
によって置換され、前記固体浸レンズの前記屈折率ｎＳＩＬはｎｓであり、任意の前記スペーサ層の前記屈折率はｎｊであり、
前記変数は、
【数９】
の意味を有し、
ＷＲＭＳは、最大二乗平均平方根波面球面収差である、
請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の光データ記憶システム。
【請求項７】
ＷＲＭＳ＜２５０ｍλ、好ましくは、＜６０ｍλ、より好ましくは、＜１５ｍλである、請求項６に記載の光データ記憶システム。
【請求項８】
波長λ及び開口数ＮＡを有する集束放射線ビームを用いて記録し且つ／或いは読み取りを行うための光データ記憶媒体であり、
ｍデータ記憶層と、集束される放射線ビームを透過する被覆層とを少なくとも含み、
前記ｍは、ｍ≧２であり、
前記被覆層は、厚さｈ０と、屈折率ｎ０とを有し、
前記データ記憶層は、厚さｈｊと、屈折率ｎｊとを有するｍ−１個のスペーサ層によって分離され、ここで、ｊ＝１，．．．，ｍ−１である光データ記憶媒体であって、
いずれか１つのｈ１，．．．，ｈｍ−１は、
【数１０】
よりも大きく、
ＮＡ＜ｎｊ及びＮＡ＜ｎ０及びｂ＞１０、好ましくは、ｂ＞１５であり、
全てのｈｊの合計は、
【数１１】
よりも小さく、
ここで、ｎ
【数１２】
及びｋ
【数１３】
は、それぞれ、各スペーサ層の前記厚さで重み付けされた、全ての層の前記屈折率の平均実部及び虚部であり、
ここで、ｋｊは、前記スペーサ層の前記屈折率ｎｊの前記虚部であり、ｆは、前記集束される放射線ビームの周縁光線の要求複光路透過率であることを特徴とする、
光データ記憶システム。
【請求項９】
１つのスペーサ層を備える媒体に対応してｍ＝２である、請求項８に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１０】
前記媒体全体を覆う如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈも、以下の基準
【数１４】
を満足する、請求項８又は９に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１１】
前記媒体全体を覆う如何なるスペーサ層の厚さ変化Δｈも、以下の基準
【数１５】
及び
【数１６】
を満足する、請求項１０に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１２】
ｎは１．５よりも大きい、請求項８、９、１０、又は、１１のうちいずれか１項に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１３】
ｈｍａｘが式
【数１７】
によって置換され、前記固体浸レンズの前記屈折率ｎＳＩＬはｎｓであり、任意の前記スペーサ層の前記屈折率はｎｊであり、
前記変数は、
【数１８】
の意味を有し、
ＷＲＭＳは、最大二乗平均平方根波面球面収差である、
請求項８乃至１２のうちいずれか１項に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１４】
ＷＲＭＳ＜２５０ｍλ、好ましくは、＜６０ｍλ、より好ましくは、＜１５ｍλである、請求項１３に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１５】
前記スペーサ層は、前記放射線ビームを実質的に透過するポリイミドを含む、請求項８乃至１４のうちいずれか１項に記載の光データ記憶媒体。
【請求項１６】
前記ポリイミドは、紫外線硬化性を有する、請求項１５に記載の光データ記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【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】
【公表番号】特表２００７−５３４１０２（Ｐ２００７−５３４１０２Ａ）
【公表日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０９０３５（Ｐ２００７−５０９０３５）
【出願日】平成１７年４月１５日（２００５．４．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５１２４５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１０４１１５
【国際公開日】平成１７年１１月３日（２００５．１１．３）
【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１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１５日（２００５．４．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００５／０５１２４５
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１０４１１５
【国際公開日】平成１７年１１月３日（２００５．１１．３）
【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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