(57)【要約】波長λを有し光データ記憶媒体のデータ記憶層に収束する放射ビームを使用して記録および／または読込をする光データストレージシステムを記載する。このシステムは、収束した放射ビームを透過させるカバー層を有する前記媒体と光ヘッドとを具え、この光ヘッドは開口数ＮＡを有しソリッドイマージョンレンズを含む対物レンズを含み、このソリッドイマージョンレンズは前記媒体の最外面からλ／１０未満の作動距離に存在するように構成される。光ヘッドは、ソリッドイマージョンレンズに対応する第１の調節可能な光学素子と、第１光学素子を軸方向に移動して、カバー層とソリッドイマージョンレンズとの間の距離を動的に一定に保つための手段と、第２の調節可能な光学素子と、ソリッドイマージョンレンズの射出端面に従う収束放射ビームの焦点の焦点位置を変えるための第２光学素子を動的に調整する手段とを、具えている。これにより、カバー層の厚み変化中に、信頼性の高い読取りおよび書込みが達成される。更に、このようなシステムを制御するための方法を記載する。
2007534100.tif 000002
【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に集束される波長λを有する放射ビームを使用してデータを記録および／または読み取る光データ記憶システムであって、
前記集束された放射ビームに対して透明であるカバー層を有する前記媒体と、
開口数ＮＡを有する対物レンズを含む光ヘッドとを具え、前記対物レンズがソリッドイマージョンレンズを含み、前記ソリッドイマージョンレンズは前記光データ記憶媒体のカバー層側に配置され且つ前記媒体の最外面からλ／１０未満の自由作動距離に存在するように調整され、記録／読取りの間、前記集束放射ビームが前記ソリッドイマージョンレンズから前記光データ記憶媒体の前記カバー層へエバネッセント波結合により結合される光データ記憶システムにおいて、
前記光ヘッドが、
前記ソリッドイマージョンレンズに相当する第１の調節可能な光学素子と、
該第１光学素子を軸方向に移動させ前記カバー層と前記ソリッドイマージョンレンズとの間の距離を動的に一定に保つための手段と、
第２の調節可能な光学素子と、
前記収束放射ビームの焦点の焦点位置を変えるために前記第２光学素子を前記ソリッドイマージョンレンズの射出表面に対して動的に調整する手段と、
を具えていることを特徴とする光データストレージシステム。
【請求項２】
前記第２光学素子が前記対物レンズ内に存在することを特徴とする請求項１に記載の光学的記録および読込装置。
【請求項３】
前記第２光学素子が前記対物レンズ外に存在することを特徴とする請求項１に記載の光学的記録および読込装置。
【請求項４】
前記第２光学素子が前記第１光学素子に対して軸方向に移動可能であることを特徴とする請求項２または３に記載の光学的記録および読込装置。
【請求項５】
前記第２光学素子が、エレクトロウェッティング、または液晶材料の配向に電気的に影響を与えることによって、電気的に調節可能な焦点距離を有することを特徴とする請求項２または３のいずれかに記載の光学的記録および読込装置。
【請求項６】
前記自由作動距離を、例えばソリッドイマージョンレンズとカバー層との間のエバネッセント結合量から得られる、ギャップエラー信号に基づく比較的高帯域の第１サーボループを用いて一定に維持し、
前記第１光学素子を第１のサーボループに基づいて駆動し、
比較的高帯域の第２サーボループをフォーカス制御に基づいて作動させ、
前記第２光学素子を前記第２のサーボループに基づいて、最適被変調信号を取り出すように調整することを特徴とする請求項１に記載のシステムにおける光学的記録または／および読込方法。
【請求項７】
前記焦点制御信号を、前記データ記憶層に記録された被変調信号の変調度から得ることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記焦点制御信号を、Ｓカーブ形フォーカスエラー信号から得ることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
振動を前記第２光学素子の前記調節に重畳し、前記焦点制御信号を前記第２光学素子の前記振動方向からさらに得ることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記被変調信号が前記光データ記憶媒体に予め記録してあるデータとして存在することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記被変調信号が前記光データ記憶媒体のリードイン領域に存在することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記被変調信号が前記光データ記憶媒体のウォブルトラックとして存在することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【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に集束される波長λを有する放射ビームを使用してデータを記録および／または読み取る光データ記憶システムであって、集束された放射ビームに対して透明であるカバー層を有する前記媒体と、開口数ＮＡを有する対物レンズを含む光ヘッドとを具え、前記対物レンズがソリッドイマージョンレンズを含み、このソリッドイマージョンレンズは前記光データ記憶媒体のカバー層側に配置され且つ前記媒体の最外面からλ／１０未満の自由作動距離に存在するように調整され、記録／読取りの間、前記集束放射ビームが前記ソリッドイマージョンレンズから前記光データ記憶媒体の前記カバー層へエバネッセント波結合により結合される光データ記憶システムに関するものである。
【０００２】
本発明は更に、このようなシステムを使用する光学的記録および／または読込の方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
光学的記録装置の収束スポット径、すなわち分解能の代表的な尺度はｒ＝λ／（２ＮＡ）で与えられ、ここで、λは空気中の波長であり、レンズの開口数はＮＡ＝sinθで定義される。図１Ａでは、空気入射構成が示され、この構成ではデータ記憶層がデータ記憶媒体の表面にあり、これはいわゆる第１表面データ記憶である。図１Ｂでは、屈折率ｎを有するカバー層が、例えばかき傷や塵からデータ記憶層を保護する。
【０００４】
これらの図から、カバー層がデータ記憶層の上に設ける場合、分解能は不変であると推論される。一方で、カバー層の内部では、内部の開口角θ’は小さくなり、従って、内部の開口数ＮＡ’は小さくなるが、媒体中の波長λ’もｎ0という同じ因子によって短くなる。分解能が高い程より多くのデータを媒体の同一領域に蓄積できるるため、高い分解能を有することが望ましい。分解能を高める直接的な方法には、レンズの複雑性という問題はあるが、収束ビームの開口角を広げるか、許容ディスクチルトマージン等を狭めるか、空気中波長を短くする、すなわち走査レーザの色を変える方法がある。
【０００５】
光ディスクシステムの収束スポット径を小さくするのに提案された他の方法は、ソリッドイマージョンレンズを使用するものである。最も単純な構成では、ＳＩＬをデータ記憶層の中央に置かれた半球として（図２Ａ参照）、収束スポットがＳＩＬとデータ記憶層との境界面に位置するようにする。同じ屈折率、すなわちｎ0'＝ｎＳＩＬのカバー層との組み合わせでは、ＳＩＬは、カバー層の上に置かれた、同様に記憶層上に（仮想）中心を有する球の接線方向切断部分とする（図２Ｂ参照）。ＳＩＬの動作原理は、ＳＩＬの屈折率である因子ｎＳＩＬによって、開口角θを変えずに、記憶層における波長を小さくする、ということである。この理由は、全光線がＳＩＬの表面に垂直に入射するので（図１Ｂと図２Ａを比較）、ＳＩＬでは光の屈折は起こらないためである。
【０００６】
非常に重要なことは、ここまでは述べて来なかったが、ＳＩＬと記録媒体との間に非常に薄いエアギャップがあるということである。これは、記録用対物レンズ（レンズとＳＩＬ）に対する記録ディスクの自由回転を可能にするためである。このエアギャップは、ＳＩＬ内の光のディスクへのいわゆるエバネッセント結合が依然として可能となるように、光波長より非常に小さくする必要がある（代表的にはλ／１０より小さくする必要がある）。これが起こる範囲は、ニアフィールド域と呼ばれている。エアギャップが大きい時には、このニアフィールド域の外側では、ＳＩＬ内部の光を全反射してレーザへ送り返す。図２Ｂに示すように、カバー層を有する構成の場合には、適切な結合のためには、カバー層の屈折率を少なくともＳＩＬの屈折率に等しくすべきであることに注意されたい（詳細は図３参照）。
【０００７】
臨界角以下の波は減衰せずにエアギャップを通って伝播するのに対し、臨界角を超えた波はエアギャップでエバネッセントになり、ギャップ幅に対して指数関数的減衰を示す（図３参照）。臨界角でＮＡ＝１である。ギャップ幅が大きい時、臨界角を超えた全ての光がＳＩＬの近接表面で全反射（ＴＩＲ）する。
【０００８】
波長が４０５ｎｍのとき、この波長はブルーレイ光ディスク（ＢＤ）にも使われているが、エアギャップの最大幅は約４０ｎｍであり、これは従来の光学的記録と比較して非常に小さい自由作動距離（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は、データ層とソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）との間のニアフィールドエアギャップを５ｎｍ以下で一定に維持しなければならない。ハードディスク記録では、この小さなエアギャップを維持するために受動的な空気軸受によるスライダ型解決手段を用いている。光学的記録では、記録媒体はドライブから着脱可能である必要があり、ディスクの汚れのレベルが大きいため、エアギャップの制御に能動的なアクチュエータ型解決手段を必要とする。このために、ギャップエラー信号（ＧＥＳ）を、好ましくは、既に光媒体によって反射された光データ信号から抽出する必要がある。このような信号は検出可能で、代表的なギャップエラー信号は図４で与えられる。ニアフィールドＳＩＬを用いる場合には、開口数をＮＡ＝ｎＳＩＬsinθと定義するのが一般的であり、1より大きくすることができる点に注意されたい。
【０００９】
図４は、直線偏光された平行入射ビームに対して、１．４８の屈折率を有する平坦かつ透明な光学面（「ディスク」）からの平行および垂直の両偏光状態に関する反射光量の測定値を示している（非特許文献１参照）。これらの測定値は、理論と良く一致している。エバネッセント結合は２００ｎｍ未満で検知可能になり（その光は、「ディスク」中へと消える）、総反射量は接触時の最低値へほぼ線形に減少する。この線形信号は、エアギャップの閉ループ・サーボシステムのためのエラー信号として使用できる。水平偏光の振動は、ギャップの厚さの減少につれてＮＡ＝１内の縞の数が減少することによって生じる。
【００１０】
代表的なニアフィールド光ディスクシステムについての詳細は、非特許文献２に見ることができる。
【００１１】
光記録用対物レンズの根本的な課題は、代表的に５０μｍ以下という小さい自由作動距離を有するスライダ型およびアクチュエータ型のいずれにおいても、記憶媒体に最も近い光学面に発生する汚れである。これは、データ記録層にデータを書き込むためまたは読み取るためにも要求される高いレーザパワーや温度の結果生ずる高い表面温度（代表的に光磁気（ＭＯ）記録では２５０℃、相変化（ＰＣ）記録では６５０℃）のために記憶媒体から脱離し得る水の再凝縮による。汚れは、最終的には、例えば、フォーカスおよびトラッキングシステムのサーボ制御信号の暴走による光学データ記憶システムの誤動作を生ずることになる。この問題は、例えば特許文献１，２及び３に記載されている。
【００１２】
この問題は、高い湿度、高いレーザパワー、記憶媒体の低い光学反射率、記憶媒体の低い熱伝導率、小さい作動距離および高い表面温度の場合に厳しいものとなる。
【００１３】
この問題に対する周知の解決法は、記憶媒体上に熱絶縁性のカバー層を設けることによってデータ層から記録用対物レンズの近接光学面を保護することである。この洞察に基づく発明は、例えば特許文献２に提案されている。
【００１４】
ニアフィールド光記憶媒体にカバー層を設置することは、汚れおよび傷がデータ層にもはや直接影響しえないという更なる効果があることも明らかである。
【００１５】
しかし、ニアフィールド光システムにカバー層を設置することによって、新しい問題が起こり、新しい対策を講ずる必要が生ずる。
【００１６】
通常、データ層とソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）との間のニアフィールドエアギャップの精度は、十分に安定したエバネッセント結合を得るために、５ｎｍ以下で一定に維持しなければならない。カバー層を使う場合、エアギャップはカバー層とＳＩＬとの間にある（図２Ｂ参照）。この場合も、エアギャップは５ｎｍ以下で一定に維持しなければならない。ＳＩＬ焦点距離は、データ層が常に合焦状態にあることを保証するために、カバー層の厚みを補償するオフセットを有する必要があること明らかである。カバー層の屈折率がＳＩＬの屈折率より低い場合、このカバー層の屈折率がそのシステムの可能な最大開口数を決定するということに注意しなければならない。
【００１７】
充分な断熱状態を得るために、誘電体カバー層の厚みは約０．５μｍより厚くなければならないが、２〜１０μｍオーダであることが好ましい。このことは、データ層が合焦状態にあることを保証するために、エアギャップの幅のみを制御することによって、カバー層の厚みの変化Δｈを焦点深度Δｆ＝λ／（２ＮＡ2）よりも（相当）小さくする、即ちΔｈ＜Δｆにする必要があることを意味する（図５参照）。波長λ＝４０５ｎｍおよび開口数ＮＡ＝１．４５を選択する場合、Δｆ≒５０ｎｍであることが分かる。数ミクロン厚のスピンコートした層において、これはディスクの全データ領域で厚みの変化量を１パーセント未満にすることを意味し、これは厳しい精度といえる。
【００１８】
【特許文献１】国際公開第２００４／００８４４４号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００４／００８４４１号パンフレット
【特許文献３】米国特許第６，０６９，８５３号明細書
【特許文献４】国際公開第２００３／０６９３８０号パンフレット
【特許文献５】米国特許第６，７０７，７７９号明細書
【非特許文献１】Ferry Zijp and Yourii V. Martynov, “Static tester for characterization of optical near-field coupling phenomena”, in Optical Storage and Information Processing, Proceedings of SPIE 4081, pp.21-27 (2000).
【非特許文献２】Kimihiro Saito, Tsutomu Ishimoto, Takao Kondo, Ariyoshi Nakaoki, Shin Masuhara, Motohiro Furuki and Masanobu Yamamoto, “Readout Method for Read Only Memory Signal and Air Gap Control Signal in a Near Field Optical Disc System”, Jpn. J. Appl. Phys. 41, pp.1898-1902 (2002).
【非特許文献３】Y.V. Martynov, B.H.W. Hendriks, F. Zijp, J. Aarts, J.-P. Baartman, G. van Rosmalen J.J.H.B. Schleipen and H.van Houten, “High numerical aperture optical recording: Active tilt correction or thin cover layer?”, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (1999) pp. 1786-1792.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明の目的は、頭書に記載のタイプのデータ記録および／または読取用の光データ記憶システムを提供することにあり、信頼性の高いデータ記録および読出を、カバー層と共にニアフィールドソリッドイマージョンレンズを使用して達成することにある。本発明の他の目的はこのようなシステムのための光学的データ記録および／または読取方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、この目的を達成するために、頭書に記載の光データ記憶ステムにおいて、前記光ヘッドが、
前記ソリッドイマージョンレンズに相当する第１の調節可能な光学素子と、
該第１光学素子を軸方向に移動させ前記カバー層と前記ソリッドイマージョンレンズとの間の距離を動的に一定に保つための手段と、
第２の調節可能な光学素子と、
前記収束放射ビームの焦点の焦点位置を変えるために前記第２光学素子を前記ソリッドイマージョンレンズの射出表面に対して動的に調整する手段と、
を具えていることを特徴とする。
【００２１】
カバー層の厚み変化Δｈが十分に小さくない場合、例えばその厚み変化量が５０〜１００ｎｍを超えて変化する場合、本発明は、カバー層の厚み変化量を補償するために、エアギャップの動的調節に加えて、焦点距離の動的調節を行うこと提案する。
【００２２】
その目的は、データ層を合焦状態に保つと同時に、適切なエバネッセント結合を保証するためにＳＩＬとカバー層との間のエアギャップを一定に保つことにある。一定に保つとは、エアギャップを５ｎｍ以上、好ましくは２ｎｍ以上変化させないことを意味する。
【００２３】
光学経路は少なくとも２つの調節可能な光学素子を含む必要がある。１つの調節可能な光学素子とは、例えばコリメータレンズあるいは対物レンズの一部とすることができる。
【００２４】
例えば、対物レンズは２つの素子を具え、この２つの素子は、軸方向に位置をずらしエアギャップを実質的に変えずに２つの素子の焦点距離を調整することができる。エアギャップは、対物レンズ全体を移動させることによって調整できる（図６参照）。一般に、一定量の球面収差は残る。レンズ系とカバー層とを組合せた最適設計がシステムの要求を満す場合もあれば、球面収差の能動的な調整が要求され、更なる手段を講じなければならない場合もある。
【００２５】
一つの実施例においては、第２光学素子は対物レンズ内にあるものとする。
【００２６】
他の実施例では、第２光学素子は対物レンズ外にあるものとする。
【００２７】
第２光学素子は、第１光学素子に対して、例えば軸方向に可動なものとすることができる。あるいは、第２光学素子は、例えばエレクトロウェッティングによって、または液晶材料の配向に電気的に影響を与えることによって、電気的に調節可能な焦点距離を有するものとする。
【００２８】
本発明は、前記他の目的を達成するために、上述したシステムを使用する光学的記録および読取方法において、
前記自由作動距離を、例えばソリッドイマージョンレンズとカバー層との間のエバネッセント結合量から得られる、ギャップエラー信号に基づく比較的高帯域の第１サーボループを用いて一定に維持し、
前記第１光学素子を第１のサーボループに基づいて駆動し、
比較的高帯域の第２サーボループをフォーカス制御に基づいて作動させ、
前記第２光学素子を前記第２のサーボループに基づいて、最適被変調信号を取り出すように調整することを特徴とする。比較的高帯域とは、例えば数ｋＨｚといった、通常の光記録フォーカスサーボ帯域を意味する。
【００２９】
一つの実施例においては、第２光学素子の調節に振動を重畳し、第２光学素子の振動方向とデータ記憶層に記録された被変調信号の変調度とからフォーカス制御信号をさらに得る。フォーカスサーボをデータ記憶層に記録された被変調信号の変調度から得る場合、焦点深度の小さい持続振動、すなわちフォーカス調節信号に周期的変調を与える必要がある。小さいとは焦点深度程度を意味する。これは、最大変調度を見つけるためにどの方向にサーボを調整するかを決定するためである。言い換えると、例えば、焦点位置を振動させ、フォーカス制御信号の極性を、データ記憶層に記録された被変調信号の変調度と焦点位置の振動方向とから得る。
【００３０】
一つの実施例においては、被変調信号は光データ記憶媒体に、例えば光データ記憶媒体のリードイン領域に予め記録したデータとして存在している。
【００３１】
他の実施例においては、被変調信号は光データ記憶媒体のウォブルトラックとして存在している。
【００３２】
他の実施例においては、フォーカス制御信号はＳカーブ形フォーカスエラー信号から得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して、本発明を更に詳細に説明する。
【００３４】
図１Ａと１Ｂには、通常のファーフィールド光記録用対物レンズと、カバー層なしとありそれぞれのデータ記憶ディスクとが示されている。
【００３５】
図２Ａと２Ｂには、ニアフィールド光記録用対物レンズと、カバー層なしとありそれぞれのデータ記憶ディスクとが示されている。図２Ａの実効波長は、λ’＝λ／ｎＳＩＬに減少する。図２Ｂの実効波長は、λ’＝λ／ｎ０’に減少する。エアギャップの幅は代表的に２５〜４０ｎｍ（しかし、１００ナノメートル未満）であり、一定比率では示していない。カバー層の厚みは代表的に数ミクロンであるが、やはり一定比率では示していない。
【００３６】
図３には、エアギャップが広すぎると、ＮＡ＞１に対して全反射が起こることが示されている。エアギャップが十分に薄い場合、エバネッセント波が反対側に届き、透明ディスク内を再度伝搬する。透明ディスクの屈折率が開口数より小さい場合、すなわちｎ０’＜ＮＡの場合、エバネッセントのままである波が存在し、実効的にＮＡ＝ｎ０’となることに注意されたい。
【００３７】
図４には、照射ビームの偏光状態に対して平行および垂直な偏光状態の反射光の総量の測定値と両測定値の和が示されている。垂直偏光状態は、ニアフィールド(近接場)光記録装置のためのエアギャップエラー信号として適している。
【００３８】
図５には、カバー層の厚みの変化は焦点深度より大きくなったり小さくなったりし得ることが示されている。
【００３９】
図６Ａ、６Ｂおよび図６Ｃには、カバー層の厚みが変化する場合における二重アクチュエータの動作原理を示す。図６Ａでは、記憶層が合焦状態にあり、エアギャップは一定に保たれている。図６Ｂでは、カバー層の厚みが変化するが、両レンズを同時に移動することによってエアギャップは依然一定に保たれる。図６Ｃでは、ディスク−ディスクカバー層の厚みが変化する場合に、第１レンズを移動させ、記憶層上に合焦状態を回復する二重アクチュエータの動作原理を示している。
【００４０】
図７には、二重レンズアクチュエータを駆動するのに必要なダブルサーボシステムのブロック図を示す。２つの結合したサーボループが必要である。１つはエアギャップ用のサーブループであり、光学対物レンズの近接表面をカバー層の表面に追従させるものである。もう１つは焦点距離用のサーブループであり、光学対物レンズの焦点距離を変えることによって、焦点深度内にデータ層を保つためのものである。
【００４１】
両サーボループは互いに依存することに注意しなければならない。両サーボの帯域幅と結合定数は、実際の解決について決定すべきパラメータである。
【００４２】
ギャップアクチュエータ（ＧＡ）を用いてエアギャップを制御する。このギャップアクチュエータは、焦点位置を制御するための小さなフォーカスアクチュエータ（ＦＡ）に取り付ける。この小さいフォーカスアクチュエータは、大きいギャップアクチュエータに比べてはるかに小さい帯域幅を有するものとすることができる点に注意されたい。なぜなら、フォーカスアクチュエータは、数ミクロンオーダのカバー層の厚みの変化を抑える必要しかないからである。さらに、第１レンズの残留位置エラーは非常に大きく、これは、ディスクまで一定の距離に維持されるＳＩＬの倍率が加わるためである。従って、第１レンズに対する比較的大きい位置エラーは、ディスク上の焦点位置に非常に小さいエラーを生じる。
【００４３】
フォーカスアクチュエータは、従来の正規化された（非点収差またはフーコー）フォーカスエラー信号（ＦＥＮ）を入力として用い、ＰＩＤコントローラ（ＰＩＤ１）によって駆動される。正規化されたフォーカスエラー信号は、除算器１によって一組のフォトダイオードからの差信号（ΔＦＥＳ）と和信号（ΣＦＥＳ）とから発生される。フォーカスオフセット信号とフォーカスプルイン手順が、中央演算処理装置（Ｐｒｏｃ）によってコントローラに供給される。ギャップアクチュエータは、正規化されたギャップエラー信号（ＧＥＮ）を入力として用い、第２のＰＩＤコントローラ（ＰＩＤ２）によって駆動される。この正規化されたギャップエラー信号は、除算器２によってギャップエラー信号（ＧＥＳ）をフォーカス和信号（あるいは、順方向センスダイオードからの信号）で除算することにより発生される。コントローラの設定点とエアギャッププルイン手順が、中央演算処理装置によってコントローラに供給される。
【００４４】
２つの制御信号が要求される。エアギャップの幅は、ＳＩＬとカバー層との間のエバネッセント結合量から得られるエラー信号を使用して制御できる。図４には、代表的なギャップエラー信号（ＧＥＳ）を示す。焦点距離は、従来のＳカーブフォーカスエラー信号（ＦＥＳ）を使用して制御できる（図８参照）。
【００４５】
図８には、従来のＳカーブ形フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）の例を示す。ニアフィールド光記録の場合、カバー層の厚みｈが焦点深度より非常に大きい場合には、すなわち、ｈ＞＞Δｆのとき、このような信号は光信号から得ることができる。
【００４６】
図９には、ニアフィールド用の二重レンズアクチュエータの可能な実施例の断面図を示す。
【００４７】
図１０に、波長λ＝４０５ｎｍを有する放射ビームを使用してデータを記録および／または読み取る光データ記憶システムを示す。放射ビームは、光データ記憶媒体のデータ記憶層上に収束する。システムは、収束放射ビームに対して透明なカバー層を有する媒体（基板、記憶層およびカバー層）と、開口数ＮＡの対物レンズを含む光ヘッドとを具え、前記対物レンズはソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）を含み、このソリッドイマージョンレンズは、前記光データ記憶媒体のカバー層側に配置され、前記媒体の最外面からλ／１０以内の自由作動距離に存在するように調節される。前記収束放射ビームは、記録／読取りの間、前記ソリッドイマージョンレンズから光データ記憶媒体のカバー層へとエバネッセント波結合によって結合される。光ヘッドは、前記ソリッドイマージョンレンズに相当する第１の調節可能な光学素子（ＳＩＬ）と、この第１光学素子を軸方向に移動させてカバー層およびソリッドイマージョンレンズの間の距離を動的に一定に保つための手段と、第２の調節可能な光学素子（レンズ）と、前記収束放射ビームの焦点の焦点位置を変化させるためにこの第２光学素子を前記ソリッドイマージョンレンズの射出表面に対して動的に調整する手段とを具えている。第２光学素子は対物レンズ内に存在する。第２光学素子（レンズ）は第１光学素子に対して、軸方向に可動である（図７及び図９参照）。
【００４８】
図１１には、対物レンズに対してレーザコリメータレンズを移動させることによっても再合焦が得られることを示す。
【００４９】
図１２には、光学系の焦点距離の調節に使用できるエレクトロウェッティング（ＥＷ）または液晶（ＬＣ）材料に基づく切替可能な光学素子を示す。この光学素子を使用すると、一定量の球面収差を同時に補償することも可能となる。したがって、このレンズ（第２光学素子）は、例えばエレクトロウェッティング現象によって、または、液晶材料の配向に電気的に影響を与えることによって、電気的に調節可能な焦点距離を有する。
【００５０】
図１３には、エレクトロウェッティングまたは液晶材料に基づく切替可能な光学素子を用いて光学系の焦点距離を調節できることを示す。本例では、この素子をレンズとＳＩＬとの間に設置する。このようにして、一定量の球面収差を同時に補償することも可能となる。
【００５１】
記録用対物レンズ内の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ている（非特許文献３参照）。レンズアセンブリは全体としてアクチュエータ内に収納する。二重レンズアクチュエータは、反対方向に巻かれた２つのコイルと、半径方向に磁化された２つの磁石とからなる。これらのコイルは対物レンズホルダの周りに巻かれ、このホルダは２つのリーフスプリングに懸垂支持されている。コイルを流れる電流が２つの磁石の漂遊磁界と協働して、ＳＩＬに近づく方向またはＳＩＬから離れる方向へ第１の対物レンズを移動させる垂直方向の力を生じさせる。ニアフィールド設計は図９に示すようなものとすることができる。
【００５２】
可変焦点位置を有する光学対物レンズの第１実施例は、図６および図９に示し、図１０に繰り返し示している。システムの焦点位置を変える他の実施例は、例えば、レーザコリメータレンズの調節（図１１参照）、またはエレクトロウェッティングや液晶材料に基づく切替可能な光学素子（図１２、１３、特許文献４、５参照）を含む。これらの手段は同時に採用できること勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】遠視野光記録対物レンズと、カバー層なしとありそれぞれのデータ記憶ディスクとを示す。
【図２】ニアフィールド光記録用対物レンズと、カバー層なしとありそれぞれのデータ記憶ディスクとを示す。
【図３】エアギャップが広すぎる場合、ＮＡ＞１に対して全反射が起こることを示す。
【図４】照射ビームの偏光状態に対して平行および垂直な偏光状態の反射光の総量の測定値と両測定値の和を示す。
【図５】カバー層の厚みの変化は焦点深度より大きくなったり小さくなったりし得ることを示す。
【図６】Ａ、ＢおよびＣは、カバー層の厚みが変化する場合における二重アクチュエータの動作原理を示す。
【図７】二重レンズアクチュエータを駆動するのに必要なダブルサーボシステムのブロック図を示す。
【図８】従来のＳカーブ形フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）の例を示す。
【図９】ニアフィールド用二重レンズアクチュエータの可能な実施例の断面図を示す。
【図１０】フォーカスコントロール（ＦＣ）を用いてレンズをＳＩＬに対して移動させることによって再合焦が得られることを示し、エアギャップはギャップコントロール（ＧＣ）を用いて一定に保たれる。
【図１１】レーザコリメータレンズを対物レンズに対して移動させることによっても再合焦点が得られることを示す。
【図１２】エレクトロウェッティング（ＥＷ）または液晶（ＬＣ）材料に基づく切替可能な光学素子を用いて光学系の焦点距離を調節できる二重レンズアクチュエータの実施例を示す。
【図１３】切替可能な光学素子が第１レンズとＳＩＬとの間に配置されている点が図１２と異なる他の実施例を示す。
【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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【国際調査報告】
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