(57)【要約】３次元記憶媒体内のデータ単位の配列からのデータの読み取り／記録において使用する方法及びシステムを提案する。それぞれ第１及び第２の異なる波長の第１及び第２の光ビームの形式における励起放射線を供給する。これら第１及び第２の光ビームを、媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているサイトに同時に導いてフォーカスし、励起されたサイトから来る第３の波長の励起した光を集めて励起した光ビームを形成し、それを検出器アセンブリに導き、その一方で、光のフォーカシング及び集光の色収差及び球面収差を補正する。このフォーカシング／集光を、媒体内の様々な焦点深度の連続するサイトに対して順次繰り返す。
2006502518.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元記憶媒体内のデータ単位の配列からのデータの読み取り／記録において使用する方法であって、
（ａ）それぞれ第１及び第２の異なる波長の第１及び第２の光ビームの形式における励起放射線を供給するステップと、
（ｂ）前記第１及び第２の光ビームを、前記媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているサイトに同時に導いてフォーカスし、前記媒体内の前記励起されたサイトから来る第３の波長の励起した光を集めて第３の励起した光ビームを形成し、それを検出器アセンブリに導き、その一方で、前記光のフォーカシング及び集光の色収差及び球面収差を補正するステップと、
（ｃ）前記媒体内の様々な焦点深度の連続するサイトに対してステップ（ｉｉ）を順次繰り返すステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記フォーカシング及び集光が、前記励起光ビームと前記励起した光とを前記同じフォーカシング／集光装置を通過させることを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フォーカシング／集光装置の幾何学形状と、前記媒体並びに光源アセンブリ及び検出器アセンブリに対するその配置と、が、前記励起光ビームのそれぞれを前記媒体内の前記望ましい距離だけ互いに隔てられているサイトにフォーカスすることと、前記媒体内の前記励起されたサイトからの励起した光を集めることとができるように最適化されている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記フォーカシング／集光装置が、前記励起光ビーム及び前記励起した光ビームの光学経路内に配置されている２つのレンズアセンブリであって、前記フォーカシング／集光装置の光学軸に沿って隔置された関係に配置されている、前記２つのレンズアセンブリ、を備えており、前記２つのレンズアセンブリの一方が、前記励起光の前記フォーカシングと前記励起した光の前記集光とに必要な光の曲げのほとんどを行うように設計されており、前記２つのレンズアセンブリの他方のレンズアセンブリが、前記励起光がフォーカスされる前記媒体の厚さの変化によって生じる変化する球面収差を補正するように設計されている、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記フォーカシング／集光装置の前記複数のレンズが異なる表面形状を有し、これらの表面の少なくとも１つが非球面である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記２つのレンズアセンブリのうち、変化する球面収差を補正するように設計されている一方のレンズアセンブリが、前記媒体のより近くに配置されている、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記２つのレンズアセンブリのそれぞれが１枚のレンズを備えている、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記２つのレンズアセンブリのうち、光の曲げのほとんどを行うように設計されている一方のレンズアセンブリが、材料及び形状が異なる２つのレンズ部分を規定するように構成されている、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記レンズ部分が、間に隙間が存在する状態で前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている個別のレンズ要素である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記レンズ部分が、互いに密着している状態で前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている個別のレンズ要素である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記媒体により近くに配置されている前記レンズがフライングレンズである、請求項６から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記２つのレンズアセンブリのうち、光の曲げのほとんどを行うように設計されている一方のレンズアセンブリが、前記媒体のより近くに配置されており、前記２つのレンズアセンブリのうち他方のレンズアレンブリが、複数レンズのアセンブリである、請求項４又は５に記載の方法。
【請求項１３】
前記焦点深度の変化が、
前記フォーカシング／集光装置の前記複数のレンズの少なくとも１枚を、前記複数のレンズの少なくとも１枚の他のレンズに対して、前記フォーカシング／集光装置によって定義される前記光学軸に沿って動かすこと、
を含んでいる、請求項４から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記フォーカシング／集光装置を前記媒体に対して動かすこと、を含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記焦点深度の変化が、
前記励起光ビームが前記メディアの方に伝播している間にその光学経路の長さを変化させることと、前記励起した光が前記メディアから離れる方に伝播している間にその光学経路を変化させること、
を含んでいる、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
光源と、検出器と、フォーカシング／集光装置とを前記媒体に対して動かすこと、を含んでいる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記媒体を前記フォーカシング／集光装置に対して動かすこと、を含んでいる、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記色収差の補正が、前記励起したビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに望ましい程度だけ発散／収束しているように前記励起ビームを前整形することと、前記励起したビームが前記検出器アセンブリに達したときに望ましい程度だけ発散／収束しているように前記励起したビームを後整形することと、によって行われ、その一方で、球面収差の補正が、前記フォーカシング／集光装置によって実質的に行われる、請求項２から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記前整形が、
前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに小さな程度だけ発散／収束しているようにすることによって前記第１及び第２のビームの半無限共役を提供すること、
を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記前整形が、
前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに大きな程度だけ発散／収束しているようにすることによって前記第１及び第２の励起光ビームの有限共役を提供すること、
を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれを、前記ビームを望ましい程度だけ発散／収束させるように適切に設計されており且つ対応する光源に対して適切な向きに配置されているレンズアセンブリを通過させること、
を含んでいる、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２の光ビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに望ましい程度だけ発散／収束しているように、前記フォーカシング／集光装置を、前記第１及び第２の光ビームを生成する前記第１及び第２の光源からある距離に配置すること、
を含んでいる、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記前整形が、
前記第１及び第２の励起光ビームの一方を平行にし、且つ、前記第１及び第２の励起光ビームの他方が前記フォーカシング／集光装置に達したときに小さな程度だけ発散／収束しているようにすることによって前記他方のビームの半無限連結を提供すること、
を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記前整形が、
前記第１及び第２の励起光ビームが前記フォーカシング／集光装置の方に伝播するときに前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれを平行にすること、
を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記フォーカシング／集光装置の前記２つのレンズアセンブリのうち前記媒体により近くに配置されているレンズアセンブリが、前記媒体から一定の距離に維持されており、前記フォーカシング／集光装置の少なくとも１つの他のレンズが、前記光学軸に沿って可動である、請求項４から２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記複数レンズのアセンブリが、前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている３枚のレンズを備えている、請求項１２から２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記焦点深度の変化が、前記３枚のレンズのうちの中間のレンズを前記光学軸に沿って動かすこと、を含んでいる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２の励起ビームが、それぞれ、読み取り光ビームと記録光ビームである、請求項１から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記第１及び第２の励起ビームが読み取り光ビームである、請求項１から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記第１及び第２の励起ビームが記録光ビームである、請求項１から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
３次元記憶媒体内のデータ単位の配列からのデータの読み取り／記録において使用する光学システムであって、
（ａ）それぞれ第１及び第２の異なる波長の第１及び第２の光ビームの形式での励起放射線を供給するように動作する光源アセンブリであって、これによって、前記媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているサイトを励起して第３の波長の励起した光を生成することができる、光源アセンブリと、
（ｂ）前記励起した光を受け取り、それを示すデータを生成する検出器アセンブリと、
（ｃ）前記励起光及び励起した光の伝播の光学経路内に配置されているフォーカシング／集光アセンブリであって、前記フォーカシング／集光アセンブリの幾何学形状と、前記媒体並びに前記光源アセンブリ及び前記検出器アセンブリに対する前記フォーカシング／集光アセンブリの配置と、が、前記励起光ビームを前記サイトに導いてフォーカスすることが可能であり、且つ、前記励起した光を集め、励起した光ビームを形成して前記検出器アセンブリに伝播させることが可能であり、その一方で、フォーカシングの色収差及び球面収差を補正することが可能である、ように最適化されている、フォーカシング／集光アセンブリと、
（ｄ）少なくとも前記フォーカシング／集光装置に関連付けられている駆動手段であって、前記フォーカシング／集光装置の複数のレンズの少なくとも１枚を前記フォーカシング／集光装置の光学軸に沿って動かし、それによって焦点深度を変化させ、その一方で、前記システムと前記媒体との間の相対的な変位の間に前記媒体内の連続するサイトに前記励起放射線が当てられる、駆動手段と、
を備えている、光学システム。
【請求項３２】
前記第１及び第２の励起ビームの前記光学経路内に配置されているビーム整形アセンブリであって、これらのビームが前記フォーカシング／集光装置に達したときに望ましい程度だけ発散／収束しているようにこれらのビームのそれぞれを前整形するよう動作し、且つ、前記集められた励起した光ビームが前記検出器に伝播するときに後整形するように動作する、ビーム整形アセンブリ、
を備えている、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記フォーカシング／集光装置が、前記励起光ビーム及び前記励起した光ビームの光学経路内に配置されている２つのレンズアセンブリであって、前記フォーカシング／集光装置の前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている、２つのレンズアセンブリ、を備えており、前記２つのレンズアセンブリの一方が、前記励起光の前記フォーカシングと前記励起した光の前記集光とに必要な光の曲げのほとんどを行うように設計されており、前記２つのレンズアセンブリの他方が、前記励起光がフォーカスされる前記媒体の厚さの変化によって生じる変化する球面収差を補正するように設計されている、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記フォーカシング／集光装置の前記複数のレンズが異なる表面形状を有し、これらの表面の少なくとも１つが非球面である、請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
前記２つのレンズアセンブリのうち、変化する球面収差を補正するように設計されている一方のレンズアセンブリが、前記媒体のより近くに配置されている、請求項３３又は３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記２つのレンズアセンブリのそれぞれが１枚のレンズを備えている、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
前記２つのレンズアセンブリのうち、光の曲げのほとんどを行うように設計されている一方のレンズアセンブリが、材料及び形状が異なる２つのレンズ部分を規定するように構成されている、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３８】
前記レンズ部分が、間に隙間が存在する状態で前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている個別のレンズ要素である、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
前記レンズ部分が、互いに付着している状態で前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている個別のレンズ要素である、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記媒体のより近くに配置されている前記レンズがフライングレンズである、請求項３５から３９のいずれかに記載のシステム。
【請求項４１】
前記２つのレンズアセンブリのうち、光の曲げのほとんどを行うように設計されている一方のレンズアセンブリが、前記媒体のより近くに配置されており、前記２つのレンズアセンブリのうち他方のレンズアレンブリが、複数レンズのアセンブリである、請求項３３に記載のシステム。
【請求項４２】
前記複数レンズのアセンブリが、前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている３枚のレンズを備えている、請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記駆動手段が、前記２つのレンズアセンブリのうち、変化する球面収差を補正するように設計されているレンズアセンブリを前記光学軸に沿って動かすように動作する、請求項３３から４２のいずれかに記載のシステム。
【請求項４４】
前記駆動手段が、前記フォーカシング／集光装置の前記２つのレンズアセンブリのそれぞれを前記光学軸に沿って動かすように動作する、請求項３３から４３のいずれかに記載のシステム。
【請求項４５】
前記ビーム整形アセンブリが、
前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに小さな程度だけ発散／収束しているようにすることによって前記ビームのそれぞれの半無限共役を提供するように設計されているレンズアセンブリ、
を備えている、請求項３２から４４のいずれかに記載のシステム。
【請求項４６】
前記ビーム整形アセンブリが、
前記第１及び第２の光ビームが前記フォーカシング／集光装置に達したときに前記第１及び第２の励起ビームの一方が平行であり、且つ他方が小さな程度だけ発散／収束しているようにすることによって、前記他方のビームの半無限共役を提供するように設計されているレンズアセンブリ、
を備えている、請求項３２から４４のいずれかに記載のシステム。
【請求項４７】
前記ビーム整形アセンブリが、前記フォーカシング／集光装置の方に伝播する前記第１及び第２の光ビームのそれぞれの前記光学経路内にコリメーティングレンズを備えている、請求項３２から４４のいずれかに記載のシステム。
【請求項４８】
前記ビーム整形アセンブリが、
前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに大きな程度だけ発散／収束しているようにすることによって前記第１及び第２の光ビームのそれぞれの有限共役を提供するように設計されているレンズアセンブリ、
を備えている、請求項３２から４４のいずれかに記載のシステム。
【請求項４９】
前記光源によって生成される前記第１及び第２の励起ビームの断面が実質的に円形になるように前記ビームを調整する、前記第１及び第２の励起ビームの前記光学経路内のレンズアセンブリ、
を備えている、請求項３１から４８のいずれかに記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、オートフォーカス技術の分野であり、電磁放射線のビームを精密にフォーカスし、その一方で、三次元記憶媒体への情報の記録及び三次元記憶媒体からの情報を読み取りを行う方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元光メモリ装置は、従来の２次元装置（一般には２層のデータ層を含む構造）と比較して、記録可能なデータの量を大幅に増大させることを目的として開発された。
【０００３】
米国特許第５,２６８,８６２号明細書には、３次元光メモリであって、活性媒体（代表的にはフォトクロミック材料、より代表的にはスピロベンゾピラン）が、３次元基質（典型的にはポリマー）内に保持されており、この活性媒体が、その選択された領域が波長５３２ｎｍ及び１０６４ｎｍの２本の光ビームによって照らされると、２光子吸収過程によって、第１のスピロピランから、安定な分子の異性体である第２のメロシアニンに変化する、３次元光メモリが開示されている。時間的に同時且つ空間的に一致して照らされない領域は変化しない。選択された領域を、それぞれ波長１０６４ｎｍの２本の光ビームによって後から照らすと、第２の異性体であるメロシアニンのみが蛍光を発する。この蛍光は、格納されているバイナリデータとして光検出器によって検出可能である。この３次元メモリは、熱によって、又は波長２．１２ミクロンの赤外線によって消去することができる。別の媒体を使用すると、液体スチレンモノマーからパターニングされるポリスチレンポリマー固体（polystyrene polymer solids）などの３次元形態の３次元パターニングが可能になる。３次元ディスプレイ、或いはその他の不均質パターンを形成することもできる。
【０００４】
米国特許第６,０７１,６７１号明細書には、高い情報密度で情報を格納することのできる活性媒体を実装している蛍光３次元光メモリ装置を製造する方法と、この方法によって製造される光メモリ装置とが開示されている。この発明において採用されている活性媒体は、少なくとも２つの異性体として存在することのできる材料である。一方の異性体から他方の異性体への遷移は、第１のスペクトルを有する電磁放射線を「書き込む」ことによってこの材料を照らすときに起こすことができる。それと同時に、他方の異性体は、第２のスペクトルを有する電磁放射線を「読み取る」ことによってこの材料を照らすときに蛍光を発することができる。第１のスペクトルを有する放射線によって照らすことによって、媒体材料内に、その実質的に同一の異性体を含む基本セルが形成され、この異性体は、蛍光を発することのできる異性体、又は蛍光を発することのできない他の異性体でもよい。情報は、活性媒体内に分布している基本セル内に含まれている、活性媒体の異性体の一方の量に関連付けられる数値として、媒体に格納される。
【０００５】
国際公開第０１／７３７７９号パンフレット（本出願の譲受人に譲渡されている）には、活性媒体を含む体積部分に情報を格納する３次元メモリ装置が開示されている。活性媒体は、第１のしきい値エネルギに実質的に等しいエネルギを有する光ビームの放射に反応して、第１の異性体から第２の異性体に変化することができる。任意の体積部分における第１の異性体と第２の異性体の濃度比は、データ単位を表す。メモリ装置内の活性媒体は、ジアリールアルケン（diarylalkene）誘導体、トリエン誘導体、又はポリエン誘導体、或いはこれらの混合物を含んでいる。活性媒体の異性体の状態からのデータ単位の読み取りは、２つの異性体が、第２のしきい値エネルギのエネルギを吸収するときの吸収係数が相当に異なっているという事実に基づく。読み取りは、２つの異性体の拡散パターン（scattering）を測定することによっても実行することができる。
【０００６】
光ストレージデバイスは、従来、ストレージデバイスの表面上にできるだけたくさんの情報を詰め込むことができるように、レーザービームをその回折限界程度の小さなスポットにフォーカスする能力に依存してきた。この場合、光学収差の補正が要求される。
【０００７】
米国特許第５,８４１,７５３号明細書には、複数記録層の記録担体と、この記録担体用のスキャナデバイスとを有する光情報ストレージシステムが開示されている。スキャナは、積層内の走査スポットの単一高さについて球面収差が補正される放射線ビームを生成する。積層の高さは、システムに許容される最大球面収差によって決まる。積層の層数は、層間の最小距離によって決まり、この最小距離は、走査されていない層に起因する誤差信号のクロストークに依存する。
【０００８】
米国特許第６,０６４,５２９号明細書には、移動型光データ記憶媒体用の光アクセス装置においてフライングレンズを使用して球面収差を補正する方法が説明されている。この手法は、１本の入射光ビームと、媒体からのこのビームの反射の検出とを利用する。フライングレンズは、媒体の外面付近に配置されており、対物レンズはフライングレンズから隔置されている。フライングレンズと対物レンズは、協働して、媒体内に起こる負の球面収差を実質的に打ち消す正の球面収差を形成することによって、負の球面収差の可変範囲を実質的に相殺する。
【０００９】
米国特許第６,０９１,５４９号明細書には、球面収差を調整可能に補正してフォーカスする方法及び装置が開示されている。この手法によると、空隙によって隔てられている２枚のレンズを使用して、球面収差の補正を行い、データ記憶媒体の内側の焦点に光ビームをフォーカスする。球面収差の補正量は、空隙の厚さによって決まる。記憶媒体内の焦点深度は、レンズの対と記憶媒体との間の距離によって決まる。空隙を画成するレンズの内面は、平面であることが好ましい。レンズの外面は、正確なフォーカシングと正の球面収差とを与える非球面である。レンズの間の空隙は、湾曲した内面によって形成することもでき、この場合、フォーカスレンズの内面は凹面であるのが最良である。この発明の装置及び方法では、光データ読み取り／書き込みデバイスに必要な光学コンポーネントの数が減少する。
【００１０】
米国特許第６,３１０,８４０号明細書には、光学プレーヤーにおいて使用する光学式走査デバイスが開示されている。この走査デバイスは、情報担体のトラック上の走査スポットに光ビームをフォーカスする光学レンズ系を含んでいる。この走査デバイスは、光ビームを情報担体にフォーカスする目的でレンズ系を光軸に平行に配置する第１のアクチュエータを含んでいる。レンズ系は、主レンズ又は対物レンズと、補助レンズ又はソリッドイマージョンレンズ（solid immersion lens）と、を含んでおり、レンズ系の開口数が大きく、従って、この走査デバイスは、例えば高密度コンパクトディスクなど情報密度の高い情報担体を走査するのに適している。補助レンズは、レンズ系のハウジングの一定位置に固定されているのに対し、主レンズは、弾性的に変形させることのできる取り付け装置によって、光軸に平行な方向にハウジング内に懸架されている。レンズ系は、情報担体の透明な保護層における球面収差を補正する目的で主レンズを補助レンズに対して光軸に平行な方向に動かす第２のアクチュエータを含んでいる。従って、第１のアクチュエータに必要な電力が相当に低減されている。
【発明の開示】
【００１１】
前述した技術には、波長の異なる読み取り励起ビーム及び記録励起ビームとによって媒体の放射線反応を励起することができ、且つ、励起された反応の波長が、読み取りビーム及び記録ビームの波長とは異なるタイプのデータ記憶媒体において、色収差及び球面収差を補正し、その一方で、情報の読み取りプロセス及び記録プロセスを容易にするというニーズが存在する。データ記録プロセスは、一般には、媒体内の同じサイト（site）からの読み取りプロセスと同時に行われる。従って、この種類の媒体においては、波長の異なる読み取りビームと記録ビームとを同時にフォーカスし、第３の異なる波長を同じサイトから集める。
【００１２】
なお、本明細書において使用する用語「記録」は、データの書き込みプロセスと消去プロセスの一方を意味するものとする。
【００１３】
本発明は、波長の異なる電磁放射線の２本の励起ビーム（例：レーザービーム）を３次元媒体内の同じサイトに様々な深さにフォーカスし、その一方で、望ましいビーム空間特性を維持することによって、媒体におけるデータの読み取り及び記録を可能にするために提供される。本発明の中心となる考えは、特定の実施形態において使用される焦点深度の範囲全体にわたり色収差及び球面収差を補正することから成る。
【００１４】
上述したように、レーザービームをその回折限界程度の小さいスポットにフォーカスできるようにし、それによってストレージデバイスの表面上にできるだけたくさんの情報を詰め込むことができるようにするためには、すべての光学収差を補正する必要がある。光学装置の球面収差は、光が通過する材料の特性と、装置を貫く経路の長さとに依存する。同一のフォーカシング／集光装置によって波長の異なる２本の光ビームを同時にフォーカスする場合、フォーカシングの色収差に関連する問題が発生する。
【００１５】
本発明は、光ストレージデバイスでは従来、透明材料の特定の既知の深さの範囲内にデータが格納されることと、材料を励起して特定の既知の波長を有する励起放射線に反応させることができること、という事実を利用し、特定のデータ記憶媒体の標準の特定の深さに適合する、色収差及び球面収差を訂正する方法及び光学システムを提供する。
【００１６】
３次元記憶媒体（例：モノリシックの半透明材料）におけるデータの読み取り／記録を行う間、波長の異なる入射光ビームがレンズ装置を通過した後、２つの異なる物質（例：空気とその後ろの透明なプラスチック）を通過し、第２の材料（記憶媒体）内にフォーカスされる。本発明は、波長の異なる２本の励起光ビームを媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているサイトにフォーカスすることと、媒体から来る励起した光を検出することと、その一方で、フォーカシング／集光の色収差及び球面収差を補正すること、が可能であるようにフォーカシング／集光装置を構成することによって、色収差及び球面収差の補正の問題を解決する。これは、励起光ビームがフォーカシング／集光装置に達したときのビームの発散／収束の程度と、励起した光の集光と、フォーカシング／集光装置と媒体との間の光の伝播とが調整されるように、フォーカシング／集光装置（すなわち複数のレンズと、それらの相対的な配置及び幾何学形状）を適切に設計することによって達成される。なお、励起した光に関して、フォーカシング／集光アセンブリは、励起した光のうちフォーカシング／集光装置に衝突する部分を受け取り、検出器アセンブリに伝播する励起した光ビームを形成する。従って、本明細書で使用する用語「励起した光ビーム」又は「励起したビーム」は、励起した光の伝播位置、すなわち、フォーカシング／集光装置と媒体との間、又は、フォーカシング／集光装置と検出器アセンブリとの間、に応じて、それぞれ、励起した放射線、又は、整形された励起したビーム、のいずれか一方を意味する。
【００１７】
従って、本発明の１つの大きな側面によると、３次元記憶媒体内のデータ単位の配列からのデータの読み取り／記録において使用する方法であって、
（ｉ）それぞれ第１及び第２の異なる波長の第１及び第２の光ビームの形式における励起放射線を供給するステップと、
（ｉｉ）第１及び第２の光ビームを、媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているサイトに同時に導いてフォーカスし、媒体から来る第３の波長の励起した光を集めて第３の励起した光ビームを形成し、それを検出器アセンブリに導き、その一方で、光のフォーカシング及び集光の色収差及び球面収差を補正するステップと、
（ｉｉｉ）媒体内の様々な焦点深度の連続するサイトに対してステップ（ｉｉ）を順次繰り返すステップと、
を含む、方法、が提供される。
【００１８】
この場合のフォーカシング及び集光では、励起光ビームと励起した光とが同じフォーカシング／集光装置を通過する。フォーカシング／集光装置の幾何学形状と、媒体並びに光源アセンブリ及び検出器アセンブリに対するその配置は、励起光ビームのそれぞれを媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているサイトにフォーカスすることと、媒体内の励起されたサイトから来て集光された励起した光のビームを検出することとができるように、最適化されている。
【００１９】
フォーカシング／集光装置は、励起光ビーム及び励起した光ビームの光学経路内に配置されており、且つ、フォーカシング／集光装置の光学軸に沿って隔置された関係に配置されている、２つのレンズアセンブリ、を備えている。これらの２つのレンズアセンブリの一方は、励起光のフォーカシングと励起した光の集光とに必要な光の曲げのほとんどを行うように設計されており、他方のレンズアセンブリは、励起光がフォーカスされる媒体の厚さの変化によって生じる変化する球面収差を補正するように設計されている。フォーカシング／集光装置の複数のレンズは、異なる表面形状を有し、これらの表面の少なくとも１つは非球面である。
【００２０】
２つのレンズアセンブリのうち、変化する球面収差を補正するように設計されている一方のレンズアセンブリは、媒体により近くに配置されていることが好ましい。このレンズは、フライングレンズとすることができる。
【００２１】
２つのレンズアセンブリのうち、光の曲げのほとんどを行うように設計されている一方のレンズアセンブリは、材料及び形状が異なる２つのレンズ部分を規定するように構成することができる。この場合、レンズ部分は、間に隙間が存在する状態、又は互いに付着している状態で光学軸に沿って隔置された関係に配置されている個別のレンズ要素、とすることができる。
【００２２】
これに代えて、２つのレンズアセンブリのうち、光の曲げのほとんどを行うように設計されている一方のレンズアセンブリは、媒体のより近くに配置することができる。この場合、２つのレンズアセンブリのうちの他方のレンズアセンブリは、例えば３枚の隔置された異なるレンズを含む複数レンズのアセンブリとすることができる。
【００２３】
焦点深度の変化は、フォーカシング／集光装置の複数のレンズの少なくとも１枚を、複数のレンズの少なくとも１枚の他のレンズに対して光学軸に沿って動かすことによって実施することが好ましく、レンズアセンブリのうち光の曲げのほとんどを行うように設計されているレンズアセンブリのみを動かすことによって実施することが、より好ましい。しかしながら、一般的には、フォーカシング／集光装置全体と、光源アセンブリ及び検出器アセンブリとを、互いに対して、及び／又は媒体に対して、可動とすることができる。
【００２４】
フォーカシング／集光の色収差の補正は、励起ビームがフォーカシング／集光装置の方に伝播している間に励起ビームを前整形し、励起したビームがフォーカシング／集光装置から伝播している間に、集められた励起したビームを後整形し、その一方で、フォーカシング／集光装置によって球面収差の補正を行うことによって、行うことができる。前整形は、ビームがフォーカシング／集光装置に達したときに望ましい程度だけ発散又は収束しているようにすることから成る。以下に可能な前整形の例を挙げる。前整形は、励起ビームのそれぞれをわずかに発散又は収束させることによって、励起ビームの半無限共役（semi-infinite conjugation）を提供することによって構成することができる。前整形は、励起光ビームの有限共役（finite conjugation）を提供できるように、励起ビームのそれぞれを大きく発散又は収束させることによって構成することができる。前整形は、第１及び第２の励起光ビームの一方を平行にし、他方の励起ビームがフォーカシング／集光装置に達したときにわずかに発散／収束しているようにすることによって他方のビームの半無限共役を提供することによって構成することができる。前整形は、第１及び第２の励起光ビームのそれぞれを平行にすることを含んでいることができる。励起した光ビームの後整形は、励起したビームが検出器アセンブリに達したときに望ましい程度だけ発散又は収束しているようにすることによって構成される。
【００２５】
第１及び第２の励起ビームは、それぞれ、読み取り光ビーム及び記録光ビームとすることができ、又は、両方のビームを読み取り光ビーム又は記録光ビームとすることができる。
【００２６】
本発明の別の大きな側面によると、３次元記憶媒体内のデータ単位の配列からのデータの読み取り／記録において使用する光学システムであって、
（ａ）それぞれ第１及び第２の異なる波長の第１及び第２の光ビームの形式での励起放射線を供給するように動作する光源アセンブリであって、これによって、媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているサイトを励起して第３の波長の励起した光を生成することができる、光源アセンブリと、
（ｂ）励起した光を受け取り、それを示すデータを生成する検出器アセンブリと、
（ｃ）励起光及び励起した光の伝播の光学経路内に配置されているフォーカシング／集光アセンブリであって、フォーカシング／集光アセンブリの幾何学形状と、媒体並びに光源アセンブリ及び検出器アセンブリに対するフォーカシング／集光アセンブリの配置が、励起光ビームを媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているサイトに導いてフォーカスすることが可能であり、且つ、励起した光を集め、励起した光ビームを形成して検出器アセンブリに導くことが可能であり、その一方で、フォーカシングの色収差及び球面収差を補正することが可能であるように、最適化されている、フォーカシング／集光アセンブリと、
（ｄ）少なくともフォーカシング／集光装置に関連付けられている駆動手段であって、フォーカシング／集光装置の複数のレンズの少なくとも１枚をフォーカシング／集光装置の光学軸に沿って動かし、それによって焦点深度を変化させ、その一方で、システムと媒体との間の相対的な変位の間に媒体内の連続するサイトに励起放射線が当てられる、駆動手段と、
を備えている、光学システムが提供される。
【００２７】
本発明の内容と、本発明を実際に実施する方法とを理解することができるように、好ましい実施形態について添付の図面を参照しながら以下に説明する。これらの実施形態は一例であり、本発明を制限するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１を参照し、この図には、データ記憶媒体（ディスク）１６における情報の読み取り／記録を行うように設計されている本発明の光学システム１０を示している。上述したように、用語「記録」は、データの書き込みプロセスと消去プロセスのいずれか一方を意味する。
【００２９】
システム１０は、構造上の主要部分として、光源アセンブリ１２、検出器アセンブリ１８、精密なフォーカシング／集光装置１４などを含んでいる。本発明は、媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているサイト（例：距離がゼロ、すなわち同じサイト）を、それぞれ第１及び第２の異なる波長の２本の励起光ビームによって同時に励起することと、励起されたサイトから来る第３の波長の励起した光ビームを検出することとを利用する。この目的のため、光源アセンブリ１２は、第１及び第２の励起ビームＢ１，Ｂ２を生成し、このことは、この例においては、それぞれ個別の光源１２Ａ，１２Ｂを使用することによって実施されている。これらの２本のビームは、読み取りプロセス及び記録プロセスのそれぞれの場合についていわゆる「２光子励起」を考慮して、両方を「読み取り」ビーム、又は両方を「記録」ビームとすることができる。或いは、読み取りプロセスを伴うデータ記録プロセスを考慮して、それぞれ「読み取り」ビーム及び「記録」ビームとすることができる。また、具体的には図示していないが、光源アセンブリは、以前に記録されたデータを消去する役割りを果たす放射線を生成する追加の光源を備えていることができることも留意されたい。この場合、データ消去プロセスに伴ってデータの読み取りも行われ、従って２本の同時の励起ビームによって「消去」スポット及び「読み取り」スポットが形成される。検出器アセンブリ１８は光検出器を含んでおり、この光検出器は、波長選択フィルタ及び適切な光学系（フォーカシング光学系など）を備えていることができる。
【００３０】
ディスク１６の構造は、本発明の一部を形成しないが、留意すべき点として、ディスク１６は、ＲＯＭ（読み取り専用メモリ）、ＷＯＲＭ（単一書込み／読取専用メモリ）、記録可能（書き換え可能）メモリタイプのいずれか１つである。より具体的には、本発明は、モノリシック半透明基板の形式でのデータ記憶媒体と一緒に使用する。ストレージ材料がモノリシック構造であることにより、ディスクの光学パラメータが均一になり、その結果、屈折率及び吸収係数がディスク全体にわたり一様になる。これにより、モーションの範囲及び全体的な挙動が既知である収差補正器を備えたフォーカシングデバイスを設計することが可能になる。ディスクは、例えば、国際公開第０１／７３７７９号パンフレット及び国際公開第０３０７０６８９号パンフレット（いずれも本出願の譲受人に譲渡されている）に記載されているように設計することができる。この手法によると、基板媒体（例えばジアリールアルケン誘導体、トリエン誘導体、又はポリエン誘導体、或いはこれらの混合物を含んでいる活性媒体）は、第１のしきい値エネルギに実質的に等しいエネルギを有する光ビームに反応して、第１の異性体から第２の異性体に変化することができるタイプである。所定の体積部分における第１の異性体と第２の異性体の濃度比は、データ単位を表す。活性媒体は、支持基質（例：ポリマー）に埋め込むことができ、活性媒体が支持基質に化学的に結合される。これに代えて、支持基質をワックス又はミセルとすることができ、活性媒体が支持基質内に均一に分布する。情報は、一連のデータ単位として格納される。データの読み取りは、活性媒体の様々な部分の中の活性媒体の異性体の状態からデータ単位を読み取ることに基づいており、２つの異性体は、第２のしきい値エネルギのエネルギを吸収するときの吸収係数が相当に異なっている。読み取りは、２つの異性体の拡散パターンを測定することによって実行することもできる。ディスク１６には、例えば紫外線照射に対してディスクを保護する目的で、特定のコーティングを施すことができる。ディスク１６は、例えば、カートリッジ内に保護することができる。
【００３１】
モノリシック活性媒体１６においては、データ層は、（指定された公差内で）特定の深さに書き込まれた１つのデータセットとみなされる。深さの公差が極めて小さい層は、深さが固定であるとみなすことができる。深さの公差がゆるい層は、可変深さの層と称する。データは、読み取り／書き込み／消去の光学ビームの焦点によって規定される局所的な体積要素の中の基板の状態を変化させることによって、特定の層に記録される（書き込まれる／消去される）。本発明は、深さが一定である多数の層と、深さが可変である多数の層とに、波長の異なる光ビームを動的にフォーカスする方法及びシステムを提供する。
【００３２】
従って、光源（例：レーザーダイオード）１２Ａは、ディスク内にデータ単位を作成するのに適した、例えば媒体内において第１の異性体から第２の異性体への局所的な変化を起こすのに適した波長範囲（例えば可視スペクトル又は紫外線スペクトル（例：６６０ｎｍ））の「記録」（例：書き込み）光ビームＢ１を生成するように動作する。光源１２Ｂは、入射光Ｂ２に対する媒体の放射線反応を引き起こすのに適した波長範囲（例えば赤外線スペクトル内（例：７８０ｎｍ））の「読み取り」光ビームＢ２を生成するように動作する。上述したように、同時にフォーカスする励起ビームＢ１，Ｂ２は、両方を読み取りビームとする、また両方を記録ビームとすることもできる。
【００３３】
光源アセンブリ及び検出器アセンブリの動作によって、読み取り光学ビーム及び書き込み光学ビームを同時に放射することと、これらの光信号間の相互干渉なしにディスクから光学反応を検出することとが可能である。上述したように、光源アセンブリは、「消去」光スポットを生成する光源も含んでいることができる。光源のそれぞれは、複数のレーザーダイオードを含んでいることができ、異なる波長範囲の光ビームを生成することができる。また、ディスクに格納されている情報の読み取りは、励起後のラマン散乱をディスクから測定することによって行うことができることにも留意されたい。
【００３４】
システム１０は、導光装置も含んでおり、この装置は、第１及び第２の励起ビームをフォーカシング／集光装置に同時に導き、フォーカシング／集光装置によって集めた励起した発散光（例：５００〜５５０ｎｍ）から形成した光ビームＢ３を検出器に導く。この導光アセンブリは、ビーム分割器２０Ａ，２０Ｂを含んでおり、これらは波長選択型であることが好ましい。ビーム分割器２０Ａは、第１の励起ビームＢ１の波長範囲を送出し、第２の励起ビームＢ２及び励起したビームＢ３の波長範囲を反射し、ビーム分割器２０Ｂは、第２の励起ビームＢ２の波長範囲を送出し、励起したビームＢ３の波長範囲を反射し、これによって、照射（励起）放射線と、ディスクから戻る（励起した）放射線とが空間的に分離される。
【００３５】
波長の異なる光ビームのフォーカシング及び集光の色収差を補正する目的で、システム１０は、励起した放射線の伝播方向においてフォーカシング／集光装置より光源側に位置している励起ビーム整形手段（いわゆる「前整形」手段）と、フォーカシング／集光装置と検出器アセンブリとの間に位置している被励起ビーム整形手段（いわゆる「後整形」手段）も備えている。「前整形」手段の主な機能は、波長の異なる２本のビームを、媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているスポット（サイト）（例えば同一の（すなわち距離がゼロの）サイト）に、同じフォーカシング／集光装置によって同時にフォーカシングできるようにする目的で、励起ビームがフォーカシング／集光装置に達したときに所定の程度だけ発散又は収束しているようにすることである。「後整形」手段の主な機能は、励起ビームが検出器アセンブリに達したときに望ましい程度だけ発散又は収束しているようにすることによって、このビームを光検出面にフォーカシングできるようにすることである。前整形手段及び後整形手段は、レンズアセンブリによって構成されており、これらのアセンブリは、この例においては、フォーカシング／集光装置１４の方に伝播する光ビームＢ１，Ｂ２の光学経路内に配置されている２枚のレンズ２２Ａ，２２Ｂを含んでいる。レンズ２２Ｂは、集められた励起したビームの光学経路内に配置されてもいる。従って後整形手段としての役割りを果たす。システム構成及びビーム伝播の可能な例については、後から更に具体的に説明する。
【００３６】
精密なフォーカシング／集光装置１４は、色収差を補正することと、波長の異なるビームを、励起されるスポット間が望ましい距離であるディスクに精密にフォーカスすることと、励起されたサイトからの第３の別の波長の励起した光を効率的に集めることとが可能であるように構築されており、そのように動作する。発明者は、特定の波長の場合に特定の材料の所定の厚さにわたって球面収差を補正することは、２つの個別の光学アセンブリのみ、すなわち、光をフォーカスするのに必要な光の曲げのほとんどを行う第１の主レンズアセンブリ１４Ａ（図１の例においては特定の形状及び材料の単一レンズ部分）と、光がフォーカスされる厚さの変化によって生じる変化する球面収差を主として補正する第２の補助レンズアセンブリ（補正器）１４Ｂ、を使用することによって達成できることを発見した。一般的には、訂正することのできる収差のタイプは、ディスク材料内の様々な深さを光が通過することによって生じる収差であり、例えば球面収差及びコマ収差である。
【００３７】
レンズアセンブリ１４Ａ，１４Ｂは、これらのレンズアセンブリによって定義される光学軸ＯＡに沿って隔置された関係に配置されており、補正器レンズ１４Ｂが、主レンズ１４Ａの下流に、すなわち媒体１６のより近くに配置されている。レンズ１４Ａ，１４Ｂは、波長の異なる２本のビームによって媒体内の様々な深さを走査するときに球面収差を補正するように適切に設計されている。これらのレンズの表面の少なくとも１つは、一般には非球面であり、レンズ面の補完形状（complementary shapes）は必要ない。これらのレンズ１４Ａ，１４Ｂの少なくとも一方は、光学軸に沿って可動である。好ましくは、補正器レンズ１４Ｂをディスクからある一定の距離に維持し、主レンズ１４Ａが可動である。図１の例においては、システムは、主レンズアセンブリ１４Ａを光学軸に沿って動かすことを目的とする、主レンズアセンブリ１４Ａのみに関連付けられている駆動手段２６を備えており、システムのそれ以外のすべての要素（光源、検出器、及び補正器）は、固定的に取り付けられている。補正器レンズ１４Ｂをディスクから一定の距離に固定することは、機械アクチュエータ（図示していない）を使用することによるか、ディスクの回転によって生じる空気流によってレンズを固定できるように（いわゆる「フライングレンズ」）レンズ１４Ｂのホルダーを適切に構成することによって、達成できる（Satoshi Shimokawa et al., "Optical Flying Head System that Featuring Dual-Stage Tracking for Use in High-Density Magneto-Optical Recording," Jpn. J. Applied Phys., Vol.42, 2003, pp.873-874）。
【００３８】
従って、システム１０の実施の好ましい実施形態においては、レンズ１４Ａのみが可動式に取り付けられており、他の要素、すなわち補正器１４Ｂ、光源、及び検出器は固定されている。このことにより、構造及びフィードバック機構に関しては設計が単純であり、応用性が高い。しかしながら、一般的には、他の要素の少なくとも１つも可動とすることができ、すなわち自由度に関する限り、システムの１つ以上の光学要素を動かすことができる。好ましくは、補正器１４Ｂを機械的な作用又はフライングレンズ機構のいずれかによってディスクから一定の距離に固定し、主レンズのみの動きを使用する。
【００３９】
システムの構成とビームの伝播方式の可能な例を以下に示す。
【００４０】
（１）２本の励起ビームＢ１，Ｂ２を、平行になるように両方を前整形する（無限共役）。この場合、コリメーティングレンズ２２Ａ及び２２Ｂ、すなわち、光源１２Ａによって生成される光の光学経路内のレンズ２２Ａと、光源１２Ｂによって生成される光の光学経路内のレンズ２２Ｂとを設ける。後者のレンズ２２Ｂは、集められた励起したビームを後整形する役割りを果たす。この場合、フォーカシングと、色収差及び球面収差の補正は、すべてレンズ１４Ａ，１４Ｂを使用して達成することができ、このとき、主レンズ１４Ａは、「ダブレット」レンズアセンブリであることが好ましく、このことについては後から図３Ａ〜図３Ｂを参照しながら詳しく説明する。この場合におけるフォーカシング／集光装置のレンズのパラメータについては、表３Ａ及び表３Ｂに例示してある。
【００４１】
（２）２本の励起ビームＢ１，Ｂ２の両方が（わずかに発散／収束（いわゆる「半無限」共役）して、又は大きく発散／収束（「有限」共役）して）平行にならずにフォーカシング／集光装置に達するように、励起ビームＢ１，Ｂ２を前整形する。このとき、一般的には、励起ビームがフォーカシング／集光装置に達するときの発散／収束の所定の程度は、各光源とフォーカシング／集光装置との間の距離を適切に調整することによって達成できることに留意されたい。この場合、前整形は、具体的な光学要素なしに達成される。しかしながら、この目的にはレンズアセンブリ（レンズ２２Ａ，２２Ｂ）を使用することが好ましい。レンズ２２Ａ，２２Ｂは、ビームがフォーカシング／集光装置に達したときにビームの伝播が望ましい程度だけ発散／収束しているように適切に設計されており、光源１２Ａ，１２Ｂに対する適切な向きに配置されている。この場合、具体的には示さないが、同じことは、コリメーティングレンズ２２Ａ，２２Ｂと、ビームＢ１，Ｂ２の光学経路内の追加のレンズとを使用することにより、平行にされたビームＢ１，Ｂ２がフォーカシング／集光装置に達したときに望ましい程度だけ平行でないようにビームを更に調整することによっても達成できることに留意されたい。このとき重要な点として、それ自体は色収差が補正されない光学経路を通じて、異なる波長を精密にフォーカシング／集光するためには、入力ビームは異なる程度だけ発散又は収束しながら近づく必要があり、フォーカシング／集光光学系は、フォーカシング及び球面収差補正光学系から現れるビームの発散／収束又は焦点角度に対応しなくてはならない。２本の発散／収束ビーム（２つの有限共役）の場合におけるレンズのパラメータの例を、次の表１に示す（面の数字はレーザー源からディスクの方向に大きくなる）。
【００４２】
【表１】
2006502518.tif 000003
【００４３】
（３）２本の励起ビームＢ１，Ｂ２のうちの一方のビームが平行であり、他方のビームがわずかに発散／収束して（半無限共役）フォーカシング／集光装置に達するように、励起ビームＢ１，Ｂ２を前整形する。これは、一方のビームに１つのコリメータ（例：ビームＢ２の光学経路内のレンズ２２Ｂ）を使用し、他の光源をフォーカシング／集光装置に対して適切な相対位置に配置することによって、達成することができる。これに代えて、一方のビームにコリメータを使用し、他方のビーム（例：Ｂ１）に対して追加のレンズ２２Ａを設け、この場合、追加のレンズ２２Ａは、ビームＢ１がフォーカシング／集光装置に達したときに望ましい程度だけ発散／収束しているように適切に設計されており、且つ光源１２Ａに対して配置されている。フォーカシング／集光装置のレンズのパラメータは、表２に例示してある。この表には、第１の光学経路内のコリメーティングレンズと、第２の経路内の「ほぼコリメーティング」レンズと、光源（ダイオード）から発せられる光ビームの経路内の円筒レンズ２４Ａ，２４Ｂ（追加のビーム整形手段を構成している）の記述も含めた。これらのレンズ２４Ｂ，２４Ｂは、それぞれ、光源１２Ａ，１２Ｂの非点収差（astigmatism effect）を補正し、且つビームＢ１，Ｂ２の断面が実質的に円形になるようにこれらのビームを調整するように設計されている。更に別のオプションは、コリメータ２２Ａ，２２Ｂと、ビームを望ましい程度だけ発散／収束させるための、ビームＢ１，Ｂ２の一方の光学経路内に配置されている追加のレンズ（図示していない）と、を使用することである。励起ビームの一方を平行にし、他方をわずかに発散／収束させる場合、光学システムは、フォーカシング及び集光用の前／後整形光学系によって最適化され、その結果は、指定された第２の「コリメーション」レンズである。
【００４４】
【表２】
2006502518.tif 000004
【００４５】
上述したように、本発明のシステムは、波長の異なる２本の励起ビームを、媒体内の望ましい距離だけ互いに隔てられているサイトに同時にフォーカスし、アクセスするサイトから来る第３の別の波長の励起した光を集めて励起した光ビームを形成し、それを検出するように動作する。サイト間の距離の必要条件は、ディスク内のデータ単位をトラッキングするシステムの動作モードと、ディスクの形式とによって決まる。
【００４６】
例えば、コニカル走査を使用して確実なトラッキングを行う目的で、読み取りレーザーが前の層を読み取っている間、記録レーザーを固定の焦点距離に維持する。このトラッキング方法は、米国特許出願公開第２００３０１７４５９４号明細書及び国際公開第０３／０７７２４０号パンフレットに開示されており、これらはいずれも本出願の譲受人に譲渡されている。これらの手法は、異なる層に配置されている複数のトラックから成る光学記憶媒体における読み取り／書き込みを行っている間にトラッキングエラーを補正することを目的としている。名目上トラック上にフォーカスされる光スポットを、光学記憶媒体に導く。スポットを軸方向及び半径方向に絶え間なく動かす。半径方向及び軸方向におけるトラックからの各ずれに従って振幅が変化する信号を受け取り、この信号を使用して、半径方向及び軸方向におけるトラックからの各ずれの方向を求めて、それに応じて読み取りスポットの位置を調整する。このトラッキング方法と組み合わせて使用されるフォーマッティング方法は、本出願の譲受人に譲渡されている同時係属中の米国特許出願に開示されている。この手法によると、媒体における情報の記録と取得とを可能にする目的で、３次元の透明な光学媒体上にマークを刻むためのフォーマッタが提供される。このフォーマッタは、媒体を保持するための固定機構と、少なくとも１つの回折限界スポットを媒体内のそれぞれの深さにフォーカスするように調整されている光学ユニットと、マークを刻むのに最適化されている光源と、少なくとも１つのスポットを媒体に対して動かす少なくとも１つのアクチュエータと、を含んでいる。データ層はディスクに刻まれており、隣の層を追跡する必要があり、従って、記録は、代表的には２光子プロセスによって第１のビームスポットに第１の層の読み取らせ、第２のビームスポットにデータを第２の層に記録させることによって達成される。この装置構成において生じる必要条件は、ビームスポット間の垂直距離が層間の必要距離に正確に一致していることである。もう１つの例（これも、本出願の譲受人に譲渡されている上記の同時出願中の米国特許出願に開示されている）では、媒体内のフォーマッティング済みトラックに対する読み取りスポットの位置を示す目的でサーボ機構を利用する。この装置構成においては、読み取りスポットから記録スポットまでの方向及び間の距離を正確に認識して、ディスクの形式に合わせる必要がある。最も単純な方法は、この距離をゼロにすることである。
【００４７】
図２Ａ〜図２Ｃは、システム１０の動作を図解している。データの記録／読み取り手順における３つの異なるステップを示してあり、それぞれ、媒体内の（異なる深さにおける）異なるサイトの読み取り／記録に対応する。この図はビームの伝播を概略的に示しており、励起ビームがフォーカシング／集光装置（主レンズ１４Ａの面）に達したときの状態がそれぞれ異なる上述したケースのいずれか１つに関連付けることができる。上述したケースとは、（１）フォーカシング／集光装置に達する２本の励起ビームの一方が平行であり、他方がわずかに非平行（無限共役及び半無限共役）、（２）フォーカシング／集光装置に達する両方の励起ビームがわずかに非平行（半無限共役）、（３）フォーカシング／集光装置に達する両方の励起ビームが平行（無限共役）、（４）フォーカシング／集光装置に達する両方の励起ビームが、大きく非平行（有限共役）、である。
【００４８】
図２Ａ〜図２Ｃの例は、上記のケース（４）よりもケース（１）〜（３）により関連し、これらの例においては、主レンズ１４Ａは、補正器１４Ｂに対してと、前／後整形手段１５（上述したようにレンズアセンブリで構成することができ、又はそうでなくてもよい）に対して動くように取り付けられている。その一方で、補正器１４Ｂ及び前／後整形手段１５は固定式に取り付けられており、このうち補正器はディスク１６からある一定の距離に維持されている。フォーカシング／集光装置全体の焦点面Ｐは、主レンズ１４Ａが補正器１４Ｂから遠ざかるにつれて、ディスク１６の内側でその表面の方に移動する。具体的には図示していないが、ケース（４）（励起ビームのそれぞれが有限共役）の場合、レンズアセンブリ１４Ａ，１４Ｂの両方が、光源及び検出器アセンブリに対してと媒体に対して光学軸に沿って動くことが好ましい。ケース（３）に関しては、主レンズアセンブリはいわゆる「ダブレット」であることが好ましい。
【００４９】
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明のダブレットベースのフォーカシング／集光装置を例示している。この場合、フォーカシング／集光装置は、主レンズアセンブリ１１４Ａと補正器レンズ１１４Ｂとを含んでおり、このうち主レンズアセンブリは、材料及び形状の異なるいずれも非球面の２つの部分から成る「ダブレット」である。フォーカシング／集光装置全体は、色収差と球面収差の両方を補正する役割りを果たす。異なるレンズ部分Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ、ビームＢ１，Ｂ２を処理（フォーカス）し、励起した光を集めてビームＢ３を形成するように設計されている。図３Ａの例においては、主レンズアセンブリ１１４Ａの２つの異なる部分Ｌ１，Ｌ２は、隔置された２枚のレンズの形式である。図３Ｂの例においては、これらの部分Ｌ１，Ｌ２は、互いに密着している２枚のレンズである。次の表３は、図３Ｂの例におけるダブレットベースのフォーカシング／集光装置のパラメータを例示している。
【００５０】
【表３】
2006502518.tif 000005
【００５１】
図４を参照して、この図は、ディスク１６におけるデータの読み取り／記録を行うための、本発明の更に別の実施形態による光学システム２００を概略的に示している。理解を容易にするため、図１及び図４の例に共通する構成要素は、同じ参照数字を使用して表してある。システム２００は、光源アセンブリ１２（この例においては２つの光源１２Ａ，１２Ｂを含んでいる）と、検出器アセンブリ１８と、波長選択型ビーム分割器２０Ａ，２０Ｂと、レンズ２２Ａ，２２Ｂ（前整形手段及び後整形手段とを構成している）を含んでいるレンズアセンブリであって、発せられた励起ビームＢ１，Ｂ２の断面を調整するレンズ２４Ａ，２４Ｂも含んでいることが好ましい、レンズアセンブリと、フォーカシング／集光装置２１４と、駆動手段２６と、を備えている。
【００５２】
この例においては、フォーカシング／集光装置は、フォーカシング／集光装置の光学経路ＯＡ内に隔置された関係に配置されている対物レンズ装置２１４Ａ及び収差補正アセンブリ２１４Ｂを備えており、対物レンズ装置２１４Ａは、ディスク１６のより近くに位置しており、収差補正アセンブリ２１４Ｂは、複数レンズのアセンブリである。この例においては、補正器２１４Ｂは、３枚の光学素子（レンズ）Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３を含んでいる。球面収差の補正は、ディスク材料内の焦点深度が変わるときに、対物レンズ装置に対してとディスクに対する補正器の位置を変化させることによって達成される。このためには、補正器のうちの少なくとも中間のレンズＬ２を光学経路ＯＡ沿いに相対的に移動させることと、場合によっては、対物レンズ２１４Ａとディスクとの間の相対的な移動とが必要である。この例においては、駆動手段２６は、補正器レンズＬ２と対物レンズの両方に関連付けられている。駆動手段２６は、与えられた焦点深度の場合に予測される球面収差の挙動に従って、フォーカシングレンズアセンブリ２１４Ａの動きに連動して、補正器レンズＬ２を機械的に動かす種類の手段、又は、補正器を光学軸ＯＡ沿いに動かすように駆動するモーター、とすることができる。
【００５３】
本発明の例のすべてにおいて、１つ以上の光学要素の動きは、読み取り／記録ビームのフォーカスの精度を感知する光検出器１８からのフィードバック機構を使用することによって制御するか、又は、機械的装置からのフィードバックを使用し、前の段階においてディスクに刻まれた深さ情報をオプションとして使用することによって、制御することができる。
【００５４】
本発明の光学システムは、ストレージ材料の特性と、必要なモーションの範囲と、使用する光の波長とを考慮しながら、広い範囲の深さ（例：０〜３ｍｍ）及び大きな開口（例：ＮＡ＞０．５）において動作し、その一方で、モーションの範囲全体にわたり球面収差を連続的に補正するように設計されている。実施形態として、半無限共役、無限共役、有限共役のいずれか１つを使用することができる。
【００５５】
当業者には、上記に例示した本発明の実施形態に、添付の請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく修正及び変更を適用できることが容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の１つの実施形態による読み取り／記録システムの概略図である。
【図２Ａ】図１のシステムの動作を図解する。
【図２Ｂ】図１のシステムの動作を図解する。
【図２Ｃ】図１のシステムの動作を図解する。
【図３Ａ】読み取り／記録システムでの使用に適する、本発明の別の実施形態による精密なフォーカシング／集光装置の３つの例を図解する。
【図３Ｂ】読み取り／記録システムでの使用に適する、本発明の別の実施形態による精密なフォーカシング／集光装置の３つの例を図解する。
【図４】本発明の別の実施形態による読み取り／記録システムを概略的に示す。
【図１】
2006502518.tif 000006
【図２Ａ】
2006502518.tif 000007
【図２Ｂ】
2006502518.tif 000008
【図２Ｃ】
2006502518.tif 000009
【図３Ａ】
2006502518.tif 000010
【図３Ｂ】
2006502518.tif 000011
【図４】
2006502518.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月21日(2004.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元記憶媒体内のデータ単位の配列からのデータの読み取り／記録において使用する方法であって、
（ａ）それぞれ第１及び第２の異なる波長の第１及び第２の光ビームの形式における励起放射線を供給するステップと、
（ｂ）前記第１及び第２の光ビームを、前記媒体内の所定の距離だけ隔てられている２つのサイトに同時に導いてフォーカスし、前記媒体内の前記励起されたサイトから来る第３の波長の励起した光を集めて第３の励起した光ビームを形成し、それを検出器アセンブリに導き、その一方で、前記光のフォーカシング及び集光の色収差及び球面収差を補正するステップであって、前記フォーカシングが、前記フォーカシング／集光装置の光学軸に沿って隔置された関係に配置されている２つのレンズアセンブリを備えている前記フォーカシング／集光装置を前記励起光ビームを通過させることを含んでおり、前記２つのレンズアセンブリの一方が、前記励起光の前記フォーカシングに必要な光の曲げのほとんどを行うように構成されており、前記２つのレンズアセンブリの他方が、前記励起光がフォーカスされる前記媒体の厚さの変化によって生じる変化する球面収差の補正のほとんどを行うように構成されている、ステップと、
（ｃ）前記媒体内の様々な焦点深度の連続するサイトに対してステップ（ｂ）を順次繰り返すステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記集光が、前記励起した光を前記同じフォーカシング／集光装置を通過させることを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フォーカシング／集光装置が、前記励起光ビームを所定の距離だけ互いに隔てられているサイトにフォーカスし、前記媒体内の前記励起されたサイトからの励起した光を集めるように構成されており、且つ、前記媒体並びに光源アセンブリ及び検出器アセンブリに対して適切な向きに配置されている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記２つのレンズアセンブリが、前記励起光ビーム及び前記励起した光ビームの光学経路内に配置されており、前記２つのレンズアセンブリの一方が、前記励起光の前記フォーカシングと前記励起した光の集光とに必要な光の曲げのほとんどを行うように設計されている、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記フォーカシング／集光装置の前記複数のレンズが異なる表面形状を有し、これらの表面の少なくとも１つが非球面である、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記２つのレンズアセンブリのうち、変化する球面収差を補正するように設計されている一方のレンズアセンブリが、前記媒体のより近くに配置されている、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記２つのレンズアセンブリのそれぞれが１枚のレンズを備えている、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記２つのレンズアセンブリのうち、光の曲げのほとんどを行うように設計されている一方のレンズアセンブリが、材料及び形状が異なる２つのレンズ部分を規定するように構成されている、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記レンズ部分が、間に隙間が存在する状態で前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている個別のレンズ要素である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記レンズ部分が、互いに付着している状態で前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている個別のレンズ要素である、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記媒体のより近くに配置されている前記レンズアセンブリがフライングレンズである、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記２つのレンズアセンブリのうち、光の曲げのほとんどを行うように設計されている一方のレンズアセンブリが、前記媒体のより近くに配置されており、前記２つのレンズアセンブリのうち他方のレンズアレンブリが、複数レンズのアセンブリである、請求項６又は８に記載の方法。
【請求項１３】
前記焦点深度の変化が、
前記フォーカシング／集光装置の前記複数のレンズの少なくとも１枚を、前記複数のレンズの少なくとも１枚の他のレンズに対して、前記フォーカシング／集光装置によって定義される前記光学軸に沿って動かすこと、
を含んでいる、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記フォーカシング／集光装置を前記媒体に対して動かすこと、を含んでいる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記焦点深度の変化が、前記励起光ビームが前記メディアの方に伝播している間にその光学経路の長さを変化させることと、前記励起した光が前記メディアから離れる方に伝播している間にその光学経路を変化させること、を含んでいる、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
光源と、検出器と、フォーカシング／集光装置とを前記媒体に対して動かすこと、を含んでいる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記媒体を前記フォーカシング／集光装置に対して動かすこと、を含んでいる、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記色収差の補正が、前記励起したビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに望ましい程度だけ発散／収束しているように前記励起ビームを前整形することと、前記励起したビームが前記検出器アセンブリに達したときに望ましい程度だけ発散／収束しているように前記励起したビームを後整形することと、によって行われ、その一方で、球面収差の補正が、前記フォーカシング／集光装置によって実質的に行われる、請求項１から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記前整形が、
前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに小さな程度だけ発散／収束しているようにすることによって前記第１及び第２のビームの半無限共役を提供すること、
を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記前整形が、
前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに大きな程度だけ発散／収束しているようにすることによって前記第１及び第２の励起光ビームの有限共役を提供すること、
を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれを、前記ビームを望ましい程度だけ発散／収束させるように適切に設計されており且つ対応する光源に対して適切な向きに配置されているレンズアセンブリを通過させること、
を含んでいる、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１及び第２の光ビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに望ましい程度だけ発散／収束しているように、前記フォーカシング／集光装置を、前記第１及び第２の光ビームを生成する前記第１及び第２の光源からある距離に配置すること、
を含んでいる、請求項１９又は２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記前整形が、
前記第１及び第２の励起光ビームの一方を平行にし、且つ、前記第１及び第２の励起光ビームの他方が前記フォーカシング／集光装置に達したときに小さな程度だけ発散／収束しているようにすることによって前記他方のビームの半無限連結を提供すること、
を含んでいる、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記前整形が、前記第１及び第２の励起光ビームが前記フォーカシング／集光装置の方に伝播するときに前記ビームのそれぞれを平行にすること、を含んでいる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記フォーカシング／集光装置の前記２つのレンズアセンブリのうち前記媒体により近くに配置されているレンズアセンブリが、前記媒体から一定の距離に維持されており、前記フォーカシング／集光装置の少なくとも１つの他のレンズが、前記光学軸に沿って可動である、請求項１から２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記複数レンズのアセンブリが、前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている３枚のレンズを備えている、請求項１２から２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記焦点深度の変化が、前記３枚のレンズのうちの中間のレンズを前記光学軸に沿って動かすこと、を含んでいる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２の励起ビームが、それぞれ、読み取り光ビームと記録光ビームである、請求項１から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記第１及び第２の励起ビームが読み取り光ビームである、請求項１から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記第１及び第２の励起ビームが記録光ビームである、請求項１から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
３次元記憶媒体内のデータ単位の配列からのデータの読み取り／記録において使用する光学システムであって、当該システムは、光フォーカシング及び集光の収差を補正するために構築され、
（ａ）それぞれ第１及び第２の異なる波長の第１及び第２の光ビームの形式での励起放射線を供給するように動作する光源アセンブリであって、これによって、前記媒体内のサイトを励起して第３の波長の励起した光を生成することができる、光源アセンブリと、
（ｂ）前記励起した光を受け取り、それを示すデータを生成する検出器アセンブリと、
（ｃ）前記励起光ビームを、所定の距離だけ互いに隔てられているサイトに同時に導いてフォーカスし、前記励起した光を集めて励起した光ビームを形成し、それを検出器アセンブリに導くことが可能であるように構成されているフォーカシング／集光アセンブリであって、前記フォーカシング／集光装置の光学軸に沿って隔置された関係に配置されている２つのレンズアセンブリを備えており、前記２つのレンズアセンブリの一方が、前記励起光の前記フォーカシングと前記励起した光の集光とに必要な光の曲げのほとんどを行うように構成されており、前記２つのレンズアセンブリの他方が、前記励起光がフォーカスされる前記媒体の厚さの変化によって生じる変化する球面収差の補正のほとんどを行うように構成されている、フォーカシング／集光アセンブリと、
（ｄ）少なくとも前記フォーカシング／集光装置に関連付けられている駆動手段であって、前記フォーカシング／集光装置の複数のレンズの少なくとも１枚を前記フォーカシング／集光装置の光学軸に沿って動かし、それによって焦点深度を変化させ、その一方で、前記システムと前記媒体との間の相対的な変位の間に前記媒体内の連続するサイトに前記励起放射線が当てられる、駆動手段と、
を備えている、光学システム。
【請求項３２】
前記第１及び第２の励起ビームの前記光学経路内に配置されているビーム整形アセンブリであって、これらのビームが前記フォーカシング／集光装置に達したときに望ましい程度だけ発散／収束しているようにこれらのビームのそれぞれを前整形するよう動作し、且つ、前記集められた励起した光ビームが前記検出器に伝播するときに後整形するように動作する、ビーム整形アセンブリ、
を備えている、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記フォーカシング／集光装置の前記複数のレンズが異なる表面形状を有し、これらの表面の少なくとも１つが非球面である、請求項３１又は３２に記載のシステム。
【請求項３４】
前記２つのレンズアセンブリのうち、変化する球面収差を補正するように設計されている一方のレンズアセンブリが、前記媒体のより近くに配置されている、請求項３１から３３のいずれかに記載のシステム。
【請求項３５】
前記２つのレンズアセンブリのそれぞれが１枚のレンズを備えている、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記２つのレンズアセンブリのうち、光の曲げのほとんどを行うように設計されている一方のレンズアセンブリが、材料及び形状が異なる２つのレンズ部分を規定するように構成されている、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記レンズ部分が、間に隙間が存在する状態で前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている個別のレンズ要素である、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記レンズ部分が、互いに付着している状態で前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている個別のレンズ要素である、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３９】
前記媒体のより近くに配置されている前記レンズがフライングレンズである、請求項３４から３８のいずれかに記載のシステム。
【請求項４０】
前記２つのレンズアセンブリのうち、光の曲げのほとんどを行うように設計されている一方のレンズアセンブリが、前記媒体のより近くに配置されており、前記２つのレンズアセンブリのうち他方のレンズアレンブリが、複数レンズのアセンブリである、請求項３１に記載のシステム。
【請求項４１】
前記複数レンズのアセンブリが、前記光学軸に沿って隔置された関係に配置されている３枚のレンズを備えている、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４２】
前記駆動手段が、前記２つのレンズアセンブリのうち、変化する球面収差を補正するように設計されているレンズアセンブリを前記光学軸に沿って動かすように動作する、請求項３１から４１のいずれかに記載のシステム。
【請求項４３】
前記駆動手段が、前記フォーカシング／集光装置の前記２つのレンズアセンブリのそれぞれを前記光学軸に沿って動かすように動作する、請求項３１から４２のいずれかに記載のシステム。
【請求項４４】
前記ビーム整形アセンブリが、
前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに小さな程度だけ発散／収束しているようにすることによって前記ビームのそれぞれの半無限共役を提供するように設計されているレンズアセンブリ、
を備えている、請求項３２から４３のいずれかに記載のシステム。
【請求項４５】
前記ビーム整形アセンブリが、
前記第１及び第２の光ビームの一方を平行にし、且つ、前記第１及び第２の励起ビームの他方が前記フォーカシング／集光装置に達したときに小さな程度だけ発散／収束しているようにすることによって、前記他方のビームの半無限共役を提供すること、
を備えている、請求項３２から４３のいずれかに記載のシステム。
【請求項４６】
前記ビーム整形アセンブリが、前記フォーカシング／集光装置の方に伝播する前記第１及び第２の光ビームのそれぞれの前記光学経路内にコリメーティングレンズを備えている、請求項３２から４３のいずれかに記載のシステム。
【請求項４７】
前記ビーム整形アセンブリが、
前記第１及び第２の励起光ビームのそれぞれが前記フォーカシング／集光装置に達したときに大きな程度だけ発散／収束しているようにすることによって前記第１及び第２の光ビームのそれぞれの有限共役を提供するように設計されているレンズアセンブリ、
を備えている、請求項３２から４３のいずれかに記載のシステム。
【請求項４８】
前記光源によって生成される前記第１及び第２の励起ビームの断面が実質的に円形になるように前記ビームを調整する、前記第１及び第２の励起ビームの前記光学経路内のレンズアセンブリ、を備えている、請求項３１から４７のいずれかに記載のシステム。
【国際調査報告】
2006502518.tif 000013
2006502518.tif 000014