JP2007534102A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
− 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。
− 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。
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。
− 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。
− 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、
− 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。
もし被覆層の厚さが、焦点深度
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
(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。
1)θ=70°、n=1.70、
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。
もし、例えば、
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。
− 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。
− 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。
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。
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。
(外2)
に制限する。
(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。
(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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
− 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。
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。
Claims (16)
- 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、
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、
ここで、n
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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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、
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、
ここで、n
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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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