JP4988985B2 - 一体化近接場光学素子を備えた光学記録システムおよび媒体 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般に、光学記録システムおよび媒体の領域に関し、特に、一体化近接場光学素子を包含する記録媒体に関する。
【０００２】
（従来技術の説明）
磁気データ記録法（この場合、磁気読み書き変換器に限界があるために、全領域データ保存および読み取りを達成することは困難である）と比較すると、光学データ保存は、全領域性能が達成できる。何故なら、光は、それ自体を通って、複数の光子が作成され、任意密度の所定空間にて、存在できるからである。磁気および光学の混成（すなわち、磁気光学法）でさえ、物理的磁気コイルを使う必要がある。複数の読み書き配列が示されているものの、それらは、ヘッドの運動をなくす程に近くには配置できない。
【０００３】
光学データ記録では、エバネセント場照射、すなわち、近接場照射を使用すると、多数の利点が得られる。しかしながら、データを読み取るのにフライング近接場ヘッドを使用するとき、媒体は、容易には取り外しできず、また、携帯型データ記録装置では、ヘッドの故障を受けやすい。さらに、フライング近接場ヘッドは、この媒体中のトポグラフィー的なノイズに敏感であり、このことは、データに利用できる信号：ノイズ比を低下させる。回折近接場、相制御近接場および多レベル近接場を使用する次世代近接場統合体には、制御され限局された近接場が必要となる。
【０００４】
（発明の要旨）
本発明は、従って、これらの近接場光学素子（それゆえ、この近接場それ自体）をこの媒体と一体化し、その結果、近接場性能に重要なパラメータは、正確に制御でき、また、媒体は、取り外し可能にされ得る。
【０００５】
１実施態様では、これらの近接場光学素子は、この媒体ハウジングまたはカートリッジと一体化される。別個のフライングヘッドと同様に、極近接フライングが必要であり得るものの、フライングは、さらに容易に制御され、フライング界面は、この媒体が容易に取り出し可能であるように、このカートリッジ内に密封され、面積密度の完全ＮＡ²倍率が達成され、そして放射状の衝動が低減または排除される。
【０００６】
他の実施態様では、これらの近接場光学素子は、この媒体それ自体と一体化される。フライングは、完全に排除され、この近接場は、非常にうまく制御されて、個々にまたは組み合わせて（回折、相、多レベルなど）使用される種々の近接場ツールによって、データ記録密度の増大が達成される。
【０００７】
本発明の他の特徴は、図面と関連して以下の詳細な説明を読むと、容易に明らかとなる。
【０００８】
（好ましい実施態様の説明）
（発明の背景）
図１および２では、標準的な光学記録システム１０が示されており、これは、対物レンズ１１（例えば、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＤＶＤ）ヘッドで見られるもの）、および従来の記録媒体２０（例えば、光学または磁気光学記録ディスク）を包含する。記録媒体２０は、典型的には、基板２１上に配置された記録層２３を包含し、記録層２３は光学特性が変化した痕跡２７によって記録されたデータを備え、光学特性が変化した痕跡２７は、矢印１９により示されるように、記録層２３が対物レンズ１１に対して移動するにつれて、媒体表面２５で形成される。
【０００９】
記録媒体２０は、さらに、媒体表面２５上に配置された透明保護層２９を包含し得る。データの読み取りは、波長λの入射照射１３によって達成され、その一部は、光学特性が変化した痕跡２７の存在または不在に依存して、反射した放射１５として、検出器（図示せず）に戻される。「エピ」（すなわち、「上方から」）または「傾斜」照射を使用すると、光学記録システム１０のようなシステムの解像度は、典型的には、λ／２ＮＡ以下であり、ここで、ＮＡは、対物レンズ１１の開口数であり、そしてλは、この照射の波長である。光学記録システム１０に対する作業距離は、典型的には、１０ｍｍのオーダーである。
【００１０】
開口数は、媒体（これには、記録層２３が浸けられる）の屈折率と、媒体内で照射範囲を定める（ｓｕｂｔｅｎｄｓ）角度の半分の正弦との積により、与えられる。その光路が、異なる屈折率の２種の媒体間の平面境界を横切るとき、この開口数は、不変である（例えば、値は、一定のままである）。開口数は、以下によって、高めることができる：ｉ）プリズムまたは無収差レンズのような光学素子との界面での屈折を介して内在角を大きくすること、またはｉｉ）浸漬媒体（これはプリズムまたは無収差レンズであり得る）中での屈折率を高めること、またはｉｉｉ）前者の両方。この結果、大きな開口数および対応する高い解像度が得られる。
【００１１】
光学データの形態での情報は、典型的には、媒体面２５に対して実質的に垂直に提供される入射照射１３によって媒体表面２５に書き込まれる。図３で示すように、入射照射１３は、光学特性が変化した痕跡２７（すなわち、データ）のサイズが照射波長λとほぼ同じとき、媒体表面２５から回折される。回折角は、照射波長λ（すなわち、長い波長は、大きな回折角を生じる）およびデータの空間的周期（すなわち、小さい空間的周期は、大きな回折角を生じる）に依存している。データの空間的周期とは、図示した光学特性が変化した痕跡２７の中心間距離「Ｐ」である。
【００１２】
第一の光学特性が変化した痕跡２７が隣接する光学特性の状態２８から識別されるように、解像して測定すべきデータに対して、以下のことが必要である：
ｉ）対物レンズ１１は、最小回折角θで、少なくとも、一次回折１５ｂを捕らえる程度に充分に大きな直径（または開口数）である、および、
ｉｉ）第一の光学特性が変化した痕跡２７が視覚化できるように、第一の光学特性が変化した痕跡２７と隣接する光学特性が変化した痕跡２８との間で、充分な強度差が存在する（すなわち、変調が存在する）。
一次回折１５ｂは、ゼロ次回折１５ａと結合して、画像を形成する。さらに高次のものの捕捉は、もし存在するなら、画像の質に寄与するように役立つ。開口数はまた、特定の空間的周波数だけを通過させる帯域として考えることができる。（提示した例では、明瞭にするために、記録表面に対して垂直な照射が示されているが、本発明の実施は、このような垂直照射に限定されないことを理解すべきである。傾斜照射を使用するとき、２倍良好な解像に対する開口数への二次回折が可能となる）。
【００１３】
保存した情報の密度が高まるにつれて、図４で図示しているように、記録媒体２０への書き込みまたはそこからの読み取りの過程にて、より小さな光学特性が変化した痕跡２７’を使用することが必要となる。光学特性が変化した痕跡２７’間の距離間隔は、それに対応して、同様に、小さくなる。しかしながら、回折角θ’が大きくなるので、ここでの対物レンズ１１は、一次回折１５ｄを捕らえない。
１つの解決法は、（点線で示した）さらに大きな対物レンズ１１’を使用することである。関連技術で周知であるように、倍率ＮＡ²（すなわち、開口数の二乗）と共に、記録密度は高まる。従来のＤＶＤ光学記録システムでは、例えば、使用する対物レンズは、記録密度を高めるために、従来の０．４のＮＡよりもむしろ、０．６５のＮＡを有する。しかしながら、この解決法は、コストの上昇および領域の深さが浅くなることからより臨界的な許容誤差を生じる。
【００１４】
代替的な解決法として、入射照射１３の波長を小さくすると、回折角θ’が小さくなり、一次回折１５ｄは、対物レンズ１１を捕らえ、そして光学特性が変化した痕跡２７’は解像される。関連技術の当業者が理解できるように、通常の（例えば、赤色）波長とそれより短い（例えば、青色）波長との比の二乗に比例して記録密度を高めることができるという事実を考慮して、さらに短い波長の照射源の探索が続けられている。
【００１５】
保存した情報の密度がさらに高まるにつれて、図５で図示しているように、記録媒体２０への書き込みまたはそこからの読み取りの過程にて、より小さな光学特性が変化した痕跡２７”が使用される。一次回折１５ｅが得られ、これは、媒体表面２５と平行である。この回折した照射は、エバネセント場、すなわち、近接場の形態である。この非伝播非放射性の照射は、媒体表面２５を離れない。関連技術の当業者が理解するように、この照射の振幅は、媒体面２５からの距離と共に、指数関数的に低下する。さらに小さな光学特性が変化した痕跡に対しては、この指数関数的な減衰は、急速となる。
【００１６】
図６は、エバネセント場３９によるアーチファクト２７”の検出のために、対物レンズ１１と組み合わせて無収差球体３１を使用することを図示している。開口数および解像度は、照射円錐の極端光線（ｅｘｔｒｅｍｅ ｒａｙ）により規定され決定される。この光学データトラックにより形成された回折格子に実質的に包埋される「純粋な」空間的周波数の物体については、一次（主要）回折角は、この開口数の極端光線と一致するように形成でき、それにより、この無収差球体は、プリズム素子（例えば、プリズムマイクロ光学素子配列）に光学的に近似できる。
【００１７】
図７は、エバネセント場３９によってアーチファクト２７”を検出するために、対物レンズ１１と組みあわせたプリズム素子１１５の配列を使用することを図示している。各プリズム素子１１５によって、基部により閉塞された活性光学層のどの部分も見ることができるようになるので、得られた視野は、無収差レンズ構造に対して、改良される。比較すると、無収差レンズ構造は、その下にある活性光学領域の中心部５０〜７０％を見ることができるのみである。しかしながら、無収差レンズは、球面収差をなくすように最適化されているので、より良好な解像度を有する。従って、無収差レンズは、両凸形状か、またはハウジング（以下で、さらに詳細に述べる）と一体化した構造で使用するための最密二次元形状か、いずれかの形態で、好ましい。このような構成では、隣接無収差素子の視野は、重なり合うようにすることができ、記録性能の損失が殆どまたは全くない、実質的に完全な視野を形成する。
【００１８】
二次元無収差レンズは、開口数ＮＡの増加割合の二乗だけ、面積記録密度を高める。両凸無収差レンズは、他方、一体化マイクロ光学素子なしで、トラックピッチ寸法で、対物レンズと比較した開口数の増加の割合だけ、この面積記録密度を高める。関連技術の当業者に理解できるように、無収差レンズ構成は、視野の損失のために、媒体プロパー（ｐｒｏｐｅｒ）との一体化用には好ましい選択肢ではなく、プリズム形態が使用される。光学的な見地から、このことは正しい。何故なら、光学素子の微細な規模を考えると、プリズムの平面により誘導される収差は、無収差レンズの曲面と比較して、最小であるからである。空間的に純粋な光学データ構造に由来の一次回折だけが必要とされ、それは、簡単に、プリズム素子１１５から対物レンズ１１へと通過する。
【００１９】
解像度は、図８および９で示す近接場光学記録システム３０により例示されるような構成を用いて高めることができると提案されており、このシステムは、対物レンズ１１’および無収差球体３１（これは、通常の記録媒体２０’の媒体表面２５から距離「ｄ」で配置された実質的に平面３２を有する）を包含する。照射波長λは、無収差球体３１の屈折率に等しい倍率だけ低下するので、光学記録システム３０の解像度は、比例的に小さな光学特性が変化した痕跡４７が読める程度に、光学記録システム１０よりも高くなる。入射照射３３は、臨界角Θ_c（臨界角は、ここでは、Ｏ_Aにより示される光軸垂線に対して、測定される）よりも大きな角度で、無収差球体３１へと向けられる。エバネセント場３９は、表面３２で発生するが、光学記録システム３０の動作を規定する。
【００２０】
入射照射３３は、全体的に、表面３２で内部反射して全反射放射３７として現れるか、または、例えば、吸収、屈折、回折または散乱過程により、記録層２３に存在している光学特性が変化した痕跡４７によって漏れて、伝播放射３５を生じる。実用的な用途では、「ｄ」は、波長λ未満である。従って、典型的には、必要な距離で無収差球体３１の配置を可能にするために、記録媒体２０’には、保護層は殆どまたは全く設けられていない。保護層を使用する場合、これは、一般的には、例えば、磁気光学（ＭＯ）表面の酸化を防止するために、単独で使用される。照射波長λは、無収差球体３１の屈折率に等しい倍率だけ低下されるので、光学記録システム３０の解像度は、比例的に小さな光学特性が変化した痕跡４７が読み取りできるように、光学記録システム１０の解像度よりも高くなる。
【００２１】
光学記録システム３０は、無収差球体３１と記録媒体２０との間で相対運動が存在する動的システムとして操作するとき、いくつかの欠点を招く。最も問題なのは、無収差球体３１のフライング高さがエバネセント場３９の感知範囲を超えるように作製されているので、読み書き操作が、媒体表面２５上の不純物の存在により悪影響を受けることである。このことにより、光学記録システム３０は、費用のかかる密封システムにする必要があり得る。さらに、保護層がないので、活性層２３は、大気に晒されると、酸化またはヘッド故障を被りやすい。
【００２２】
（伝播およびエバネセント場照射）
伝播照射を用いると、マイクロ光学素子配列がある媒体上に直接存在する場合、該媒体で可能な最高のＮＡ（例えば、１より大きく、典型的には、１．２５程度に高い）が達成される。スプリットフライング一体化マイクロ光学素子（下記）については、伝播照射を用いると、近接場の場合に対してよりも大きなフライング高さで、およそ０．９５のＮＡが実現できる。いずれの場合にも、伝播照射は、例えば、光学データを検出するために、コントラスト機構（例えば、干渉または偏光分析）が必要である。このエバネセント場マイクロ光学素子は、１より大きい、典型的には、約１．２５またはそれ以上のＮＡを持っており、また、以下でさらに詳細に述べるように、近接場照射の全ての属性を保有させる。
【００２３】
図１０の略図で示すように、エバネセント場は、グラフ８０により記載される強度を有するが、表面３２と隣接低屈折率媒体（通常、空気または他の低屈折率媒体）との間の境界で生じる。エバネセント場８０は、無収差球体３１での内部定常波の連続体であり、これは、順に、エバネセント場８０を生じる表面３２（すなわち、ＴＩＲ界面）での入射および反射照射の干渉による強めあいの結果である。従って、表面３２の活性層、すなわち、低屈折率側のすぐ近くでは、得られる強度３８は、入射放射の強度の４倍であり得る（図１１を参照）。この高い強度があるために、付随した光学記録システムでは、感受性の低い活性層、低出力光源、または低価格光源が使用できる。書き込みには、現在利用可能な活性光学材料には、干渉性レーザーダイオードにより供給される出力レベルが望まれ得る。
【００２４】
「近接場」とは、従来的に、表面の近く（すなわち、波長の範囲内）の伝播放射および非伝播放射の両方を包含すると理解されている。この非伝播領域はまた、エバネセント場として知られており、これは、不均質な波または表面に結合した波から構成される。このエバネセント場は、高屈折率媒体と低屈折率媒体との間の境界にて、全内部反射（ＴＩＲ）状態で生じ、この場合、高屈折率媒体にある親領域は、低屈折率媒体へと透過する（すなわち、屈折角度は、虚数となる）。このエネルギーの透過の時間平均（これは、Ｐｏｙｎｔｉｎｇベクトルにより表わされる）はゼロであるので、全反射が示される。量子力学的な観点では、このＴＩＲ障壁の透過は、光子トンネル効果と呼ばれる。エバネセント場はまた、他の状況、例えば下記のように、伝播照射が、波長よりも小さな格子周期で、格子により回折されるときでも、回折オーダーがエバネセントであるように（すなわち、回折角が、虚数であるように）、生じる。
【００２５】
臨界角Θ_cでのｐ偏光干渉性照射については、全反射に対して：
【００２６】
【数１】

である。ここで、ｎ２１≡ｎ２／ｎ１≡Ｎ、すなわち、それぞれ、媒体２および媒体１中での屈折率の比であり、反射した光線は、完全導体による反射と同様に、πだけ位相シフトする。全反射表面は、事実上、ロスレス（ｌｏｓｓｌｅｓｓ）金属として、処理できる。本願については、活性層が吸収剤であるとき、臨界角に対する言及は、有限角幅を考慮することを理解すべきである。多くの物理光学教本（例えば、ＢｏｒｎおよびＷｏｌｆ）は、マックスウェルの方程式から入って、入来波と反射波との重ね合わせのために、全反射表面に垂直に、さらに密な媒体へと、定常波が確立されることを明らかにする。この結果、疎な媒体での表面におけるネット領域が得られ、これは、Ｚ軸において、この表面とどこでも垂直であり、この入射光線と反射光線との加算（正味）のためのＥ、エバネセント波長λ_eおよび位相角αは、以下となる：
【００２７】
【数２】

エバネセント場８０は、表面３２からの距離と共に、指数関数的に減衰する振幅を有する。利用可能なエバネセント場８０の強度は、以下により得られる：
【００２８】
【数３】

ここで、Ｅ₀は、無収差球体３１を含む媒体中での光子に関連した電場の相依存性振幅であり、そしてｄ_pは、密でない方の媒体（ここで、Ｅ₀は、Ｅ₀／ｅまで低下する）中のしみこみ深さであり、ここで：
【００２９】
【数４】

であり、そしてλ₁は、密な方の媒体中の波長であり、θは、入射角であり、そしてｎ₂₁は、境界面３２での高い屈折率と低い屈折率との比である。実際のしみこみ深さ（ここで、Ｅ_evanescentは、検出可能限界に入る）は、これらの変数だけでなく、光検出器の感度および試料の光学特性に依存しており、典型的には、およそ０．７５である。しかしながら、エバネセント場は、強度が低いものの、もし、等式（２）のパラメータが最適化されるなら、多数の波長に対して感知可能に存在できる。エバネセント場は、全ての空間的方向で電磁場ベクトルを有し、その結果、任意の空間的配向において、双極子への結合が行われる。この事実は、分光法にて、また、ここでは、光学データ記録にて、活性層へのさらに効率的な結合のために役立つように使用される。
【００３０】
エバネセント場は、活性光学層において、存在できる。関連技術では、このことは、全反射減衰（ＡＴＲ）と称される。あるいは、エバネセント場は、活性光学層に隣接して存在でき、これは、減衰全反射（ＦＴＲまたはＦＴＩＲ）と称される。いずれの場合にも、エバネセント場は、活性光学層により、部分的にまたは全体的に、伝播照射に変換され、これは、次いで、画像を形成する。ＡＴＲおよびＦＴＲの両方は、伝播と同様に、本発明では、媒体と一体化したマイクロ光学素子と組み合わせて、請求されている。
【００３１】
もし、エバネセント場３９がアクセスでき、そして画像形成に寄与するように、伝播照射へと戻して変換できるなら、それに続いて、照射波長λよりもずっと小さいサイズの光学特性が変化した痕跡が解像できる。エバネセント場にアクセスするためには、エバネセント場３９が僅かに１ミクロン程度の距離（それゆえ、「近接場」と呼ぶ）にわたって減衰するので、媒体面に非常に近接している必要がある。さらに、光学特性が変化した痕跡のサイズが小さくなる程、媒体面に対して必要な距離は短くなる。
【００３２】
エバネセント場３９を伝播へと変換するためには、
ｉ）高屈折率誘電体、または
ｉｉ）この光学特性が変化した痕跡の空間的周期と類似したサイズの格子周期を有する回折格子
を用いて、表面に近い必要がある。領域がエバネセントになる程（すなわち、これらの光学特性が変化した痕跡が小さくなる程）、必要な屈折率は高くなる。最終的に、可視スペクトルでの約２．４から近赤外スペクトルでの約３．５までの（利用可能な材料の屈折率により課せられる）実用的限界がある。回折による変換は、回折格子の空間的周期によってのみ、制限される。現在の技術状況では、例えば、４０ナノメーター未満の回折格子空間的周期が達成されている。
【００３３】
光学記録密度には、この近接場の指数関数的な垂直減衰の寄与もまた、重要である。この指数関数的減衰により、実際の光学特性が変化した痕跡の場合、僅か０．２ミクロンの深さ変化で、信号が照射の全反射からほぼ全透過へと変わるにつれて、書き込まれた光学特性が変化した痕跡のコントラストが非常に高くなる。相変化材料の場合には、このコントラストもまた、高くなる。近接場照射は、表面反射またはフレネル反射を低下させ、そして相変化材料の複素屈折率の吸収部分により、強力に制御される。これにより、光学特性が変化した痕跡の信号：ノイズ比、すなわち、コントラストは、垂直照射で見るよりも大きく向上する。図１２Ｂは、図１２Ａで示した明視野顕微鏡観察を用いた従来の伝播照射方法と比較して、近接場方法によって読み込まれた相変化媒体での情報に対する信号：ノイズ比の増加を図示している。
【００３４】
（好ましい実施態様の説明）
図１３および１４では、光学記録システム１００の一般化した略図が示されており、これは、本発明に従って、対物レンズ１１１、エピ照射部分１１０、および記録媒体１２０を包含する。対物レンズ１１１は、光学ディスクドライブまたは他の類似の装置の対物レンズ（例えば、顕微鏡の対物レンズ）であり得る。記録媒体１２０は、可撓性または剛性であり得るが、活性層１２３の上に横たわる光学層１１３を包含し、また、活性層１２３に物理的支持を与えるための基板１２１（例えば、ポリカーボネートディスクまたはカード、またはマイラー系テープ）を包含し得る。光学層１１３は、反射面１１７（これは、活性層１２３のデータ表面１２５上またはそれに隣接して配置されている）、および分散構造のマイクロ光学素子１１５（これは、好ましくは、プリズム素子として、構成されている）を包含する。あるいは、活性層１１３および基板１２１は、単一層を構成し得る。記録媒体１２０は、包囲した媒体プロパーに保護を与えるために、また、記録ドライブ装置への装填およびそこからの取出を容易にするために、包囲ハウジングまたはカートリッジ（下記）を包含し得ることを理解すべきである。
【００３５】
活性層１２３は、「１回の書き込み（ｗｒｉｔｅ ｏｎｃｅ）」材料、読み出し専用材料、または書き込んだデータを消去できる材料（すなわち、書き換え可能材料）を含有し得る。例えば、活性層１１３は、従来の光学記録媒体で使用されている光学活性材料のいずれか（例えば、磁気光学（ＭＯ）材料、相変化材料、およびレーザー切除表面（表面「ピット」または「バンプ」を生じる））を含有し得る。関連技術の当業者が理解できるように、本発明に従って、マイクロ光学素子と一体化することにより有益となる追加の光学活性材料には、以下が挙げられる：フォトレジスト、フォトリフラクティブポリマーまたはフォトリフラクティブ結晶、感光性樹脂、カルコゲンガラスおよびカルコゲン化合物、写真用ハロゲン化銀または他の乳濁液、蛍光活性材料、および半導体構造物（ＣＣＤまたはＣＭＯＳシリコン検出器）。フォトリフラクティブ材料の例には、ＬｉＮｂＯ₃およびＢａＴｉＯ₃が挙げられる。相変化材料の例には、Ｔｅ_xＳｂ_yＧｅ_zまたはＴｅ_xＳｂ_yＧｅ_zＳｅ_w（これらは、消去可能である）のような合金がある。
【００３６】
光学層は、１実施態様では、分散構造のマイクロ光学素子１５５であり、これは、両凸レンズ（すなわち、切面が１経線で湾曲したレンズ）、プリズム様光学素子、または立体画像光学素子の配列（例えば、マイクロレンズの配列（すなわち、切面が少なくとも２本の経線で湾曲したレンズ））、または該素子と共に使用される１層またはそれ以上の平面光学層、または例えば、以下でさらに詳細に記述するように、外部無収差レンズを包含し得る。
【００３７】
データビットは、１個またはそれ以上の光学特性が変化した痕跡１２７の存在または不在により表わされるが、光学層１１３へと伝達される放射エネルギーによって、データ表面１２５へと書き込まれるかまたはそこから読み取られる。放射エネルギーは、エバネセント場１３９を生じ、これは、データ表面１２５から読み取るため、または適当な強度または持続時間まで高められたとき、データ表面１２５に書き込むためのいずれかのために、使用される。読み書きは、記録媒体１２０が対物レンズ１１１および照射部分１１０に対して移動するにつれて、実行される。光学特性が変化した痕跡１２７は、局所部分を包含し、該局所部分は、該局所部分を取り囲んでいる材料と比較して、偏光性（Ｋｅｒｒ回転角）、光位相、屈折率、吸収率、散乱、回折角、臨界角、反射、材料相状態（例えば、結晶性から非晶質へ）の変化を伴っている。
【００３８】
照射部分１１０は、放射源１０１を包含し、そして典型的には、ビームスプリッタ１０２によって、伝達される。エピ照射光線１３３は、光学層１１３の光軸に対して、入射角Θ_Eで、１個またはそれ以上のマイクロ光学素子１１５に入射する。光学層１１３の臨界角Θ_Cよりも大きい入射角Θ_Eについては、反射面１１７に隣接してマイクロ光学素子１１５に局在したエバネセント場１３９が生じ、その少なくとも一部は、活性層１２３内に存在する。エバネセント場１３９は、光学特性が変化した痕跡１２７が検出（すなわち、読み取り）または作成（すなわち、書き込み）する手段を提供する。すなわち、光学特性が変化した痕跡１２７の存在は、エバネセント場１３９が光学特性が変化した痕跡１２７を通り過ぎる際に、エバネセント場１３９の検出可能な減衰または減衰を生じ、そして以下でさらに詳細に記述するように、エバネセント場１３９から伝播放射１３５への変換を生じ得る。従って、光学特性が変化した痕跡１２７の検出は、好ましくは、１個またはそれ以上の検出器１０４（これは、例えば、検出器配列または１個またはそれ以上の電荷結合素子（ＣＣＤ）を包含し得、ビームスプリッタ１０２を通る伝播放射１３５を感知する）を包含する。
【００３９】
放射源１０１は、好ましくは、狭バンド幅であり、例えば、発光ダイオード（例えば、青色ＬＥＤ）、レーザー、レーザーダイオード、または広バンド放射源（これは、伝達された波長を所定範囲に限定するために、１個またはそれ以上の狭帯域通過フィルターまたは例えば、単色光分光器に光学的に結合されている）を包含し得る。干渉性光源（例えば、レーザー）は、サイドローブと共に出力を生じ、該サイドローブは、隣接トラックとのクロストークのために、読み取りの使用には望ましくない。好ましい読み取り光源には、非干渉性光源がある。何故なら、それにより、これらの光学素子の完全な理論的解像が可能となり、また、全域画像化が得られるからである。典型的には、読み取りプロセスに対する照射源は、比較的に低い出力レベルしか必要としないために、ＬＥＤを包含する。書き込みのプロセスのためには、高いレベルの出力が必要であるために、レーザー光源が、一般に、使用される。本発明のシステムは、全域性能を有するので、複数のトラックを同時に書き込むために、複数のレーザー光源を使用することが可能となる。消去可能（すなわち、再書き込み可能）記録媒体を使用する場合には、消去プロセスは、活性層に入射した光の強度および持続時間の両方を調節することにより、達成される。
【００４０】
非干渉性照射は、低価格ＬＥＤ（例えば、現在利用可能な高解像度青色ＬＥＤ）により、供給され得る。非干渉は、干渉源の共振（これは、データトラック間でのクロストークの原因である）を低下させる。クロストークにより、伝播している干渉性システムは、ＮＡおよび波長を単独で考慮することから誘導される完全な理論的解像を使用できなくなる。例えば、干渉性レーザーダイオード照射および０．７４ミクロンのトラックピッチを有する記録フォーマットでは、非干渉性光を用いると、０．４ミクロンのトラックピッチが可能となる。非干渉性光は、高い空間的解像を生じつつ、近接場光学素子で使用でき、また、干渉性ベースの光学システムでは使用できないことは、関連技術の当業者が理解できる。同様に、干渉性光は、複数トラックおよび大領域の画像化を達成困難にするのに対して、近接場で使用される非干渉性光は、全領域複数トラック画像化を可能にする。図１５は、オーディオコンパクトディスクの一部の顕微鏡写真であり、これは、近接場照射で見られる複数のコード化トラックを図示している。
【００４１】
照射部分１１０は、さらに、直接照射光線１３３が光学層１１３に作用するとき、位相を制御するための位相制御器１０３を包含し得る。以下でさらに詳細に記述するように、位相制御器１０３およびその機能は、多数の異なる手段により提供され得、好ましくは、外部電子回路（図示せず）に応答して、作動する。従って、光学記録システム１００において、位相制御器１０３が使用されるとき、検出器１０４は、位相アナライザ（Ｐｈａｓｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を包含する。
【００４２】
（傾斜照射および画像化）
好ましい実施態様では、図１６で最もよく分かるように、照射部分１１０は、使用されない。むしろ、照射部分１１２によって、読み書き照射が提供される。照射部分１１２は、放射源１０１'、光学層１１３に対して傾斜した照射光線１３４を供給するための集束レンズ１１９、および必要に応じて位相制御器１０３'を包含する。照射部分１１２を使用するとき、傾斜対物レンズ１１９'、任意の位相制御装置１２３'、および検出器１２１'もまた、示されている。
【００４３】
この実施態様では、照射は、再度、エピ照射と同様に、上からの反射光であるが、照射および画像化軸は、同軸ではなく、そして垂直光軸に対して、同等に傾斜しており、伝播の場合の傾いた対物レンズ（この場合、一体化光学層は、両凸無収差交差部分である）とは異なり、ここでの傾斜は、固定されている。プリズムの底面全体は同時に見え、導入された傾きまたは焦点ぼけは、一体化光学素子の小さいサイズに従って、非常に小さい。もし傾斜対物レンズが径方向に作動されるなら、それが一体化光学素子を横切るときに、全ての焦点ぼけは取り除かれる。対物レンズの実際のＮＡは、１よりかなり小さいものの、傾斜入射および視角は、ＮＡが試料面（この場合、一体化光学素子の底面）で規定され測定されるので、１よりかなり大きい有効開口数を与える。もし、傾斜ヘッド（この場合、ヘッドは、画像化／検出対物レンズだけでなく、対向照射源も包含する）が、臨界角未満で入射するなら、照射は伝播されて、通常の様式（例えば、干渉）で使用できる。もし、入射が、臨界角よりも大きいなら、照射は、ここで述べた全ての属性を備えたエバネセントである。プリズム底面の各末端では、一次回折の一方または他方は、プリズムそれ自体により、または隣接プリズムにより隠されるが、残りの一次回折は、ゼロ次とともに画像を形成するのに充分である。配列のために、対物レンズにより範囲が定められる円錐は、プリズムにより範囲が定められる角度と一致する必要はない。例えば、一体化プリズム素子は、４５°−９０°−４５°プリズムであり得、対物レンズは、ＮＡ０．６５である。
【００４４】
（二面角反射体素子）
図１７で示すさらに他の実施態様では、一体化光学層は、二面角反射体素子１１６を包含し、ここで、これらの反射体からの入射光および出射光は、二面角を形成する表面からの少なくとも２つの反射を受け、これらの反射の一方または両方は、全内部反射であり得る。活性層は、これらの二面角反射器素子の外面に被覆されており、共振または先に述べたような他の目的のために、光学干渉層が配置されている。外部ヘッドは、媒体の平面に垂直（直角）に入射する。データ１１４は、好ましくは、これらの内部反射面の１個だけに保存される。光学特性が変化した痕跡は、そうでなければ減衰ＴＩＲとなる領域において全内部反射を回復するか、またはそうでなければ全反射する領域において減衰全反射を回復するか、いずれかであり、または単に、伝播光効果である。
この実施態様の利点は、活性層に付随した光学素子およびデータの両方の同じ内面化および保護を提供しつつ、先のように高い屈折率の材料を用いて、内部一体化マイクロ光学素子を平面化する必要がなくなることにある。これらの表面対の１つは、データの反射のために犠牲にされるものの、データ表面積は、全体的なデータ表面積が僅かに低下するものの、２の平方根の倍率だけ大きくなる。偏光による区別によって、データは、これらの内部反射表面の両方に保存され得る。
【００４５】
（光学層の作製）
マイクロ光学素子配列のマスターは、数多くの周知方法（これには、精密コンピューター制御ダイヤモンドターニング、フォトリソグラフィー、多ビームレーザーリソグラフィー、レーザーマスタリング旋盤、または電子線リソグラフィーが挙げられる）のいずれか１方法により、作製できる。図１８、１９および２０Ａで示すように、マスター２０１が作製され、そこから、反転マスター２０３が形成される。マスター２０１は、直接的か、または例えば、無電解（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｅｓｓ）ニッケルのような材料のいずれかで複製されて、反転マスター２０３が形成できる。反転マスター２０３は、多数のプラスチック（例えば、ポリカーボネート、アクリルなど）のいずれかの圧縮成形、射出成形、または連続射出／圧縮成形のような作製プロセスで、使用される。あるいは、反転マスター２０３は、マイクロ光学素子の高分子ウエブへのエンボス加工に使用できる。
【００４６】
マスター２０１を作製する際には、サーボ構造（図示せず）が形成でき、マイクロ光学構造２１３へと複製すべき反転マスター２０３の対応するサーボパターン２１１を製造する。このようにして、サーボパターン２１１（これは、読み書き操作でのトラッキングに使用される）とマイクロ光学構造との間の正確な位置決めが確実になされる。あるいは、サーボパターン２１１は、エンボス加工、打ち抜き、または二次操作でマイクロ光学構造２１３へと成形されるが、位置決めは、公知の光学整列法（モアレ干渉法を含めて）により、達成される。マイクロ光学構造２１３の形成に続いて、活性層（例えば、相変化層２１７および保護層２１９だけでなく、任意の共振構造層または低屈折率ＦＴＩＲ層）が追加できる。図２０Ｂで示す代替実施態様では、マイクロ光学構造２１３'は、角錐プリズム様素子を包含する。
【００４７】
（マイクロ光学素子の作製）
エンボス加工、打ち抜き、成形などにより形成した内部マイクロ光学素子は、ＴＩＲ用の臨界角を維持するために、ホスト基板材料よりも充分に大きな屈折率を有する光学材料で満たさなければならない。そこで、１．５の屈折率を有するポリカーボネートのホスト基板については、凹面マイクロ光学素子は、約１．９〜２．１の高屈折率重合体で満たされ得る。これは、二段階成形操作により行ってもよいし、または高屈折率重合体は、基板にスピン被覆してもよい。他の代替法は、マグネトロンスパッタリングまたは他の真空蒸着法により、ＺｒＯ₂、ＺｎＳまたは高屈折率材料を微細空洞に蒸着することに続いて、マイクロエレクトロニクス産業で公知の平面化操作を包含する。ここで、少量の材料を蒸着するには、マイクロ空洞を、ミクロンのオーダーのピッチで非常に小さくする必要がある。多くの高屈折率材料は、ゾル−ゲル法で塗布され得るが、ホスト基板は、必要な溶媒および高温に耐えることができるプラスチックでなければならない。特殊な非回転式塗布には、内部マイクロ光学素子構造は、予備的成形品から、必要な寸法まで引き出すことにより、形成され得る。
【００４８】
マイクロ光学素子の最適サイズは、マスタリング要件、製造要件および光学設計要件により、決定される。現在利用できるマスタリング法は、３〜５ミクロンからそれ程小さくないピッチサイズを提案している一方で、エンボス加工技術は、約５０ミクロンより大きいサイズの場合、問題となる。無収差球体のプリズム近似光学収差は、光学素子が小さくなるにつれて、最小化されるのに対して、１光学素子あたりのデータトラック数は、さらに大きな光学素子サイズに対して、最適化される。
【００４９】
（一体化光学層を備えた記録媒体）
第一実施態様では、図２１および２２で最もよく分かるように、データは、活性層１４３（これは、好ましくは、基板１４１上に配置されている）と一体化した光学層１５３を包含する記録媒体１４０に書き込まれまたはそこから読み取られる。図示した構成では、記録媒体１４０は、ディスク形であり、そして光学層１５３は、複数の同心円または螺旋両凸レンズ（例えば、図２３を参照）を包含し、ここで、記録媒体１４０は、データの読み取りおよび書き込みのために、回転される。代替実施態様（図２４を参照）では、記録媒体１４０は、長方形であり、データの検索および記録は、例えば、回転または直線運動により、達成される。あるいは、記録媒体１４０は、静止状態であり得、データの検索は、全域画像化検出器配列によって、達成される。記録媒体１４０は、図示しているように、任意の保護ハウジング１０５内に配置され得る。ハウジング１０５は、活性層１４３の潜在的な汚染を最小にするのに供されるが、活性層１４３へとデータ書き込みおよびそこからのデータ読み取りに対するアクセスを与えるために、光学的に透明な窓１０６を包含する。
【００５０】
図２５で最もよく分かるように、活性層１４３は、充分な強度および持続時間の直接照射光線１３３に晒すとデータ表面１４５内で光学特性が変化した痕跡１４７を生じる状態に変える光学特性を有する材料を含有する。好ましい様式では、直接照射光線１３３は、角錐プリズムマイクロ光学素子１５５の臨界角Θ _c よりも大きな入射角で反射表面１５７に入射し、照射されたマイクロ光学素子１５５に隣接した反射面１５７にて、活性層１４３へと延びているエバネセント場１５９が発生するようになっている。マイクロ光学素子１５５の下にあるデータ表面１４５には、１個より多い光学特性が変化した痕跡１４７が存在し得ること、およびデータの読み書きは、対物レンズ１１１および照射光線１３３が光学層１５３に対して並進運動するにつれて実行されることを理解すべきである。
【００５１】
光学層１５３の屈折率ｎ₁は、好ましくは、活性層１４３の屈折率ｎ₂または光学特性が変化した痕跡１４７の屈折率ｎ₃よりも大きい。光学特性が変化した痕跡１４７の発生を生じる光学特性が変化した痕跡は、屈折率の変化（例えば、ｎ₂からｎ₃への）であり得る。あるいは、偏光、相、散乱またはトポグラフィーの状態変化であり得る。光学特性のこれらの変化は、外部磁場（図示せず）の適用と同時の直接照射光線１３３の適用により、生じ得る。読み取りまたは検出プロセスは、光学特性が変化した痕跡１４７が存在しないと、直接照射光線１３３は、反射した放射１３７として、マイクロ光学素子１５５から放射される事実を利用し、また、光学特性が変化した痕跡１４７が存在する場合、全内部反射の減衰が生じ、そして伝播放射１３５が対物レンズ１１１へと放射されるという事実を利用する。代替実施態様では、対物レンズ１１１は、二重焦点機能２３１を包含し得る。
【００５２】
代替様式では、照射源は、臨界角Θ_c未満の角度で入射する直接照射光線１３３'を包含する。代替様式では、エバネセント場１５９は生じないが、得られた解像度は、依然として、従来の光学記録システムのものよりも高い。
【００５３】
（光学窓を備えた記録媒体）
第二実施態様では、図２６および２７で最もよく分かるように、データは、ハウジング１７１、光学層窓１７３および活性層１６３（これは、好ましくは、基板１６１上に配置されている）を包含する記録媒体１６０に書き込まれまたはそこから読み取られる。図２８Ａで最もよく分かるように、データビットは、データ表面１６５内で検出される１個またはそれ以上の光学特性が変化した痕跡１６７の存在または不在により、表わされる。活性層１６３および基板１６１は、ハウジング１７１内に配置されている。光学層窓１７３は、分散構造のマイクロ光学素子１７５（例えば、多数の両凸レンズ（図示しているように）、あるいは、マイクロレンズの配列）を包含する。光学特性が変化した痕跡１６７の検出または作成プロセス中にて、活性層１６３は、矢印１９により示すように、対物レンズ１１１に対して並進運動され、そしてデータは、光学層窓１７３を介して、活性層１６３に書き込まれるかまたはそこから読み出される。
【００５４】
読み書きプロセス中にて、光学層窓１７３の反射面１７７は、データ表面１６５から実質的に一定距離Δｚ（好ましくは、直接照射光線１３３の１波長程度）で保持される。好ましい様式では、直接照射光線１３３は、照射したマイクロ光学素子１７５から離れて活性層１６３へと伸長している反射表面１７７にてエバネセント場１７９が発生するように、マイクロ光学素子１７５の臨界角Θ_cよりも大きな入射角で、反射表面１７７から全体的に内部反射される。図示した構成では、エバネセント場１７９は、活性層１６３内で遭遇する光学特性が変化した痕跡１６７の存在により、減衰する。活性層１６３の複素屈折率（ｎ＋ｉｋ）は、反射表面１７７とデータ表面１６５との間に存在する材料（典型的には、空気）の屈折率（ｎ₀）よりも大きい。
【００５５】
図２８Ｂで示した１代替実施態様では、記録媒体１６０は、光学層窓１７３'を包含し、これは、光学補正用の凹面曲率（媒体に対して）を備えた遠位表面を包含する。図２８Ｃで示した他の代替実施態様では、記録媒体１６０は、光学層窓１７３"を包含し、これは、近位フライングを容易にするための凸面曲率を備えた遠位表面を包含する。
【００５６】
（伝播の場合）
一体化近接場光学素子を備えた媒体は、好ましくは、多くの属性および応用（その全てではないが多くは、本明細書では、近接場のエバネセント場素子として記述されている）を実現するのに使用されるものの、近接場の伝播照射素子だけのための一体化近距離光学素子を使用することにより得られる利点もまた、存在する。このことは、以下により、達成される：
ｉ）マイクロ光学素子を、マイクロ光学素子内の臨界角以下の入射角で照射して、マイクロ光学素子内で全内部反射がない（それゆえ、エバネセント場がない）ようにすること、または、
ｉｉ）マイクロ光学素子の光学層、活性層、介在性光学層（もし、存在するなら）の１個またはそれ以上の屈折率を変えて、臨界角が存在しないようにするか、または臨界角が照射円錐の外側になるほどに大きくすること。前者のいずれかでは、全ての光は伝播して、エバネセント場は存在しない。
【００５７】
もし、一体化マイクロ光学素子が、媒体それ自体に一体化されているなら、エバネセント場の場合と同様に、依然として、１より大きい開口数が達成できるが、エバネセント場の他の属性は存在しない。この場合の光学操作は、単に、１８８０年代にＡｂｂｅが発明した浸漬式顕微鏡（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の操作である。解像度（従って、データ記録密度）は、両凸レンズ状マイクロ光学素子について、空気中での元の対物レンズの解像度よりも開口数の比の倍率だけ高くなり、また、マイクロ光学素子が全回転形状（ｆｕｌｌ ｆｉｇｕｒｅｓ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎ）を包含するとき、平方にした比だけ高くなる。
【００５８】
もし、マイクロ光学素子が、これらの光学素子と媒体プロパーとの間で空気層が存在するように、媒体カートリッジと一体化されているなら、開口数は、伝播光の場合には、１以下であり得る。さらに大きな開口数では、全ての光は、全体的に内部反射される。ここで、空気層は、エバネセント場の場合よりもずっと大きな厚さであり得る。多くの波長のフライング高さは、光が伝播性であるので、許容できるようになる。これらのマイクロ光学素子の各々は、外部対物レンズまたは対物レンズ配列と組み合わせて、顕微鏡検査で知られているように、従来の高い開口数の「ドライ」対物レンズを包含する。最良の光学的性能を得るためには、これらのマイクロ光学素子のうちで、活性光学層に面している表面は凸面であり得、そして全ての面は、非球面曲率を有し得、これらは、例えば、プラスチック光学素子に容易に成形される。エバネセント場と同様に、これらのマイクロ光学素子は、好ましくは、全回転形状であり、そして画像化されない活性光学表面の領域が存在しないように視野が重なり合うように、１つの配列にジグザグに配置されている。
【００５９】
これらの場合の両方において、その利点は、光学データ密度の上昇であり、後者では、大きなフライング高さを伴い、また、前者では、活性光学層（もし、存在するなら）のトポグラフィー的な粗さから生じるノイズのある程度の減少を伴う。しかしながら、エバネセント場照射が寄与する光学コントラストおよび信号：ノイズ比の向上は存在しない。コントラストは、読み込み専用媒体の場合には、周知であり今ここで実行したように、アルミニウム層で被覆したトポグラフィー的ピットを必要とする干渉検出法に戻ることにより、回復できる。他の活性光学層（例えば、磁気光学的な相変化など）は、伝播光で今生じているものと同程度の光学コントラストを示し、これは、エバネセント場照射でのコントラストよりも低いコントラストではあるが、作業するのに充分なコントラストである。マイクロ光学素子は、開口数を高め書き込みスポットサイズを小さくすることによって、また、光増感剤としても機能し、これは、さらに速い書き込み速度または低出力レーザーダイオードで使用できる。
【００６０】
（ハウジングと一体化した光学素子の伝播構成）
媒体が伝播照射により照射される構成では、ハウジング内にマイクロ光学素子配列を包含する光学素子の各々は、光学素子の両側に配置された必要な光学出力および表面を有し得る。この構成により、関連技術の当業者に周知の方法により光学収差を最小に保ちつつ、開口数、解像度および視野の最大化が可能となる。
【００６１】
例えば、新ＤＶＤ媒体において、マイクロ光学素子配列をカートリッジハウジングに一体化することにより、面積密度の実質的な増加に対して、開口数は、既存の０．６から約０．９５へと高まる。
【００６２】
（干渉参照としての一体化光学層）
媒体と一体化した光学層は、一般に、本明細書中で述べられているが、エバネセント照射または伝播照射のいずれを用いようと、特に、面積記録密度を高めるように使用される。また、前者では、光学コントラストおよび信号：ノイズ比の上昇がもたらされるのに対して、後者では、光学コントラストは、ずっと低いが充分ではある。ＲＯＭまたは他の媒体（この場合、光学特性が変化した痕跡は、光学干渉法により読み取られ、そして伝播照射が使用される）については、一体化光学層は、接触または近接干渉参照板として機能し得、その結果、干渉は、一次であり、これは、例えば、着色したニュートン干渉縞にて、黒色中心がある。垂直範囲は、エバネセント場の場合ほど大きくないものの、コントラストは類似している。これは、時には、接触干渉顕微鏡検査として知られているが、媒体での近接干渉参照がないために、従来、光学データ記録には適用されていなかった。このようにして、伝播光を使っても、媒体での金属製反射層およびドライブでの相分析光学素子の必要なしで、信号：ノイズ比を高めることができる。
【００６３】
一次干渉は、広帯域および白色光で最高のコントラストを与えつつ、着色干渉縞が含まれるとき、干渉を用いると、追加的な垂直範囲および垂直データのコード化を得ることができる。光路のいずれかの場所で適切な狭帯域色の濾過を使用するか、あるいは、異なる照射波長の複数光源を使用すると、特定波長だけのデータを通過させて、他を排除し得る。それゆえ、複数の垂直層からの情報、または同じ層で重なり合っている光学特性が変化した痕跡でさえ、分離され得る。ドライブに面している光学層の表面は、前のとおりに、プリズム様、両凸状レンズ、または平面であり得るが、光学レンズ配列、単一レンズ、またはフライング光学ヘッドと組み合わせて使用され得る。
【００６４】
（カートリッジと一体化した近接場形状の光学素子）
近接場照射のためには、カートリッジと一体化したマイクロ光学素子の側面であって媒体に面している側面は、平面であり得るが、好ましくは、近接場の指数関数的な減衰により必要な低フライング特性を最適化するために、僅かに凸状曲率を有する。
【００６５】
（カートリッジに一体化したマイクロ光学素子配列に対するフライング高さ）
近接場は、高い結合強度を与えるために、典型的には、０．１ミクロンのフライング高さが必要である。強度が親波での干渉による強めあいにより高められることにより、ここでは、ある程度の公差が許容されるが、その点では、さらに高いフライング高さでさえ、依然として、充分な信号を生じる。伝播照射については、フライング高さは、近接場に対するものよりも数桁大きくできる。カートリッジに一体化したマイクロ光学素子配列は、窓の表面に存在することができ、そして移動可能シャッターにより保護され得るか、または、窓の内部に存在することができ、高屈折率光学材料で満たされ実質的に平面化され得る。
【００６６】
（光学窓構成）
図２９Ａは、窓構成を図示しており、ここで、レンズ２２１は、データトラック２２３に対して鋭角で配向されており、また、図２９Ｂは、隣接データトラック２２３に対して鋭角で配向されたマイクロ光学レンズ２２５の配列を包含する窓を図示している。
【００６７】
（「スプリット」光学素子を備えた記録媒体）
この実施態様では、図３０および図３１で最もよく分かるように、ハウジング１９１、無収差レンズ層１８５および活性層１８３（これは、好ましくは、基板１８１上に配置されている）を包含する記録媒体１８０が示されている。開口部１９３は、活性層１８３にアクセスできるように、ハウジング１９１内に設けられている。記録媒体１８０は、さらに、ハウジング１９１に汚染物が進入するのを最小にする手段として、滑りカバー１９５（これは、明瞭にするために、図３０でのみ示されている）を包含し得る。データは、図３２を参照して最も明らかな構成では、活性層１８３と対物レンズ１１１との間に配置されたフライングスプリット無収差レンズ１０９によって、記録媒体１９０に書き込まれるかまたはそこから読み取られる。
【００６８】
データの読み取りおよび書き込みは、無収差レンズ表面１０８が光学表面１８６の実質的に０．１μｍ以内に位置するように、フライングスプリット無収差レンズ１０９を開口部１９３内に配置することにより、達成される。直接照射光線１３３は、無収差レンズ表面１０８で全反射されて、エバネセント場１０７が発生する。エバネセント場１０７は、スプリット光学層１８５に光学的に結合されて、二次エバネセント場１０７'を生じる。スプリット無収差レンズ１０９は、スプリット光学層１８５と結合して、点線１０９'で示すように、等価無収差レンズを形成する。データビットは、データ表面１８４内で検出された１個またはそれ以上の光学特性が変化した痕跡１８７の存在または不在により、表わされる。光学特性が変化した痕跡１８７を検出または作成するプロセス中にて、矢印１９で示すように、活性層１８３は、フライングスプリット無収差レンズ１０９に対して並進運動される。
【００６９】
この構成の利点は、ヘッドと媒体との間のより大きな間隔が、相対的な運動を可能にすることがある。エバネセント場は、媒体内に埋められている。次いで、媒体上のダイアモンド様炭素（ＤＬＣ）被覆を用いて、より高い屈折率値を利用し高いＮＡを達成するために、スプリットヘッドの頂部に対して、高屈折率材料（例えば、ダイヤモンド）を使用することが可能となる。
【００７０】
上記の様式で、フライングヘッドのＴＩＲ面部分は、媒体と一体化される。フライングヘッドは、ドライブの一部であり得、またはハウジング内のレンズ配列であり得る。フライング高さは、フライングヘッドと媒体中の層との間の結合が、エバネセント場および減衰全反射［ＦＴＩＲ］を経由するように、一定波長未満である。このようにして、このような小さなスプリットによって何も導入されないので、球形収差補正の必要はない。さらに、媒体では、１より大きい開口数が生じ得る。さらにまた、これらの開口数は、伝播光浸漬画像化、またはエバネセント場照射（その属性は、既に述べた）のいずれかに使用できる。関連技術に精通している人は、フライング無収差球体ヘッドの一部を取り除いて媒体に光学的等価物を付け加えたスプリットを提案したことがあった。しかしながら、それらのフライング高さは、多数の波長のオーダーであり、その結果、ｉ）全ての光が伝播し、−エバネセント場の使用はなされず、ｉｉ）開口数は、１未満に制限され、そしてｉｉｉ）大きなスプリットとエバネセント結合の不在は、球体収差を導入し、これは、補正しなければならないこととなった。それゆえ、ここで、少なくとも２つのエバネセント場結合が存在し、第一のものは、分割したヘッドと媒体の第一層との間に存在し（ＦＴＩＲ）、そして第二の引き続いたものは、ＦＴＩＲまたはＡＴＲを介して、光学層と活性層との間に存在する。
【００７１】
近接場ヘッドがフライングである近接場光学データ記録システムでは、本発明により、光学データ表面（ＲＯＭ、ＷＯＲＭまたは再書き込み可能）は、ディスク面よりもむしろ、媒体ディスク（フロッピーまたは剛性）の内部にすることができる。光学データは保護され、また、非常に平面的であり、それにより、近接場での表面データのトポグラフィー的な変動が原因のノイズを取り除き、そしてシステムの信号：ノイズ比を高める。一体化マイクロ光学素子媒体構成の全ての利点がもたらされ、開口数に由来する高い記録密度は、トラック方向に垂直にだけでなく、トラック方向に沿って高く、また、ディスクは、簡単な構成であり、従って、製造コストが安い。スプリット近接場フライングヘッドの発明は、暗視野、暗視野近接場、位相近接場解像度、回折近接場、光学トラック識別、サブ画素（ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ）合成検出器、真空表面ヘッド、多レベル、多層、および、相変化材料またはトポグラフィーピットと適合され、そして組み合わせることができる。
【００７２】
（共振構造）
エバネセント場８０が、共振構造３４で大規模に向上できることは、関連技術で周知である。典型的には、共振構造３４は、近接場光学素子（例えば、プリズムまたは無収差球体３１）の全内部反射面に付け加えた２個の層を包含する。１．５の屈折率を有する材料を包含するプリズム様素子については、一方の追加層は、低い屈折率（例えば、１．０）を有し、そして他の層は、２．０より高い高屈折率層導波管を包含する。高屈折率導波管に隣接した吸収体は、増強された吸収を示す。この方法および構造は周知であり、そして分光学に使用される。この構造は、図３３で示すが、吸収体層３６ａ、空洞フィルム３６ｂ（これは、ケイ素のような高屈折率材料を含有する）、フィルム反射体３６ｃ（これは、石英のような材料を含有する）、および半円筒体３６ｄを包含する。
【００７３】
共振構造は、カートリッジに一体化した近接場光学素子配列の一部、または、媒体それ自体に一体化されていてもよく、いずれかであってもよい。いずれの場合にも、得られる利点には、ずっと高い信号：ノイズ比ＳＮＲおよび吸収について、近接場の大きな増強がある。それゆえ、活性光学データ記録層の非常に小さな光学効果（偏光、屈折率、または他の変化）でさえも、増幅される。
【００７４】
（さらに他の実施態様）
上で開示したように、エバネセント場３９を伝播へと変換するためには、ｉ）高屈折率誘電体を有する表面、または、ｉｉ）光学特性が変化した痕跡の空間的周期と類似したサイズの格子周期を有する回折格子を有する表面に近接している必要がある。領域がエバネセントになる程（すなわち、これらの光学特性が変化した痕跡が小さくなる程）、必要な屈折率は高くなる。最終的に、可視スペクトルでの約２．４から近赤外スペクトルでの約３．５までの（利用可能な材料の屈折率により課せられる）実用的限界がある。
【００７５】
回折による変換は、他方、回折格子の空間的周期によってのみ、制限される。この場合、回折格子周期は、照射波長λ未満であり、ここで、格子は、位相格子、増幅格子、またはインデックス格子であり得る。
【００７６】
光波長および屈折率により設定される限度を超えた光学ヘテロダイン用の回折構造により発生するエバネセント場を使用することは、以前に開示されている。任意のヘテロダイン法は、参照周波数または未知周波数のいずれかにおいて、局所的な変化（すなわち、単一素子）よりもむしろ、全体的（すなわち、複数素子）または半全体的な変化に最もよく応答し、この場合、１素子は、例えば、格子の場合には、単一ラインの対である。
【００７７】
（回折近接場情報のコード化）
これは、回折により生じるエバネセント場の光学ヘテロダインの超解像光学記録性能を利用する好ましい方法である。光学記録媒体から離れてエバネセント場内に配置された実質的にサブ波長（ｓｕｂ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）の光学格子の形態での参照周波数は、類似の光学ビデオ記録で現在使用されている電子参照周波数と置き換えられて、それにより、類似の実質的にサブ波長の寸法で、光学データを保存することが可能となる。
【００７８】
ビデオ画像（またはサウンドトラック）の記録および再生には、多大なデータ記録容量が必要であり、これは、周波数変調（ＦＭ）アナログ読み出しおよびヘテロダイン法で、最もよく達成される。成功したレーザービデオディスクでは、例えば、情報は、トラック方向での一定長のピットとして保存されるが、ピッチは、大体、ある種の名目ピッチを変える。そのように発生したアナログ信号は、一定名目ピッチまたは周波数の電子信号でヘテロダインされる。（音声は、記録の要求がそれほど厳格ではないが、長さを変えたピットとして、デジタル的にコード化される）。
【００７９】
本発明では、一定周波数の参照電子信号は、参照エバネセント場で置き換えられる。これは、周期が照射波長よりも小さい格子を用いて、達成される。参照格子は、少なくとも２つの形態をとることができる。
第一のものは、一定長およびピッチの一連のピットであり、これは、図３４ＡおよびＢで図示されており、それらに対して、記録したビットのピッチは、トラックに沿って変わり、ヘテロダイン信号を変える。
第二の参照パターンは、一定ピッチの単純平行線パターンであり、これは、図３５ＡおよびＢで図示されており、記録した線は、トラック方向に垂直なピッチが変わる。レーザーディスクの典型的なトラックピッチは、約１．６ミクロンである。０．１ミクロンのトラックピッチは、エバネセント場では、容易に示される。０．０５ミクロンのトラックピッチは、確実に到達可能であり、その結果、約３トラックの重複性が可能でさえあり、ヘテロダインでの良好な信号：ノイズ比、０．１５ミクロンのイールド、または現在の技術よりも１０倍の倍率が必要となる。サウンドトラックは、今ここで行ったように、これらのトラックのグレイスケールまたは他の寸法を変調することにより、記録できる。
【００８０】
関連技術の当業者が理解できるように、上記実施態様のいずれかは、開示発明の実行を向上させるのが望ましい１つまたはそれ以上の追加的な機能を包含し得る。例えば、カートリッジは、当該技術分野で公知なように、フライング界面を清浄に保つために、内部不織布タオルを有し得、また、一体化マイクロ光学素子窓を保護するために、通常の滑りシャッターを有し得る。同様に、全ての露出表面および摩擦表面（例えば、媒体プロパー、カートリッジ中の一体化マイクロ光学素子配列の両側、および媒体プロパーと一体化したマイクロ光学素子の頂面）には、耐摩耗性光学ハードコート（例えば、ダイアモンド様炭素（ＤＬＣ））が塗布できる。さらに、フライング一体化近接場光学素子から媒体と反対側には、近接フライングを容易にするために、ヘッドまたはバックプレートが設けられ得る。
【００８１】
（臨界角方法）
この方法では、基部または活性層の屈折率変化により、全内部反射が局所的に減衰するかまたは局所的に可能になるとき、光学特性が変化した痕跡が形成されて読み取られ、そして照射および／または画像化は、ちょうど、臨界角に制限される。この方法は、生じる屈折率変化に第三小数点位置まで敏感である。入射角および画像化角を変えることにより、異なる入射角および対応する臨界角で、全体的に新しいセットのデータに切り換えられる。照射は、図３６で示すように、照射器に環状開口部２２７を配置することにより、臨界角のすぐ近傍に制限できる。全域書き込みで使用するとき、図示しているように、レーザーダイオード配列２２９が据え付けられ得る。あるいは、レーザーダイオード配列２２９は、リソグラフィーまたは他のこのような全域書き込み方法に使用するとき、マスク（図示せず）で置き換えられ得る。
【００８２】
（主入射角法）
ｓ−およびｐ−偏光素子は、一般に、それぞれ、異なる位相α⊥およびα‖を有する：
【００８３】
【数５】

ここで、ｉ≡（−１）^1/2であり、λ₀は、照射の自由空間波長であり、β≡（Ｎ²ｓｉｎ²θ−１）^1/2であり、λ₁は、媒体１中での波長であり、そしてμ≡ｎ２／ｎ１≡ｎ２１≡Ｎであり、これは、それぞれ、媒体１および媒体２中での屈折率の比である。
【００８４】
等式（５）および（６）は、入射照射の位相変化が、多数の様式（これには、波長シフト、入射角シフト、方位入射角シフト、偏光シフト、または、Ｚ軸での入射位相のシフトが含まれる）で達成できることを示している。照射は干渉性であり得、または単に、濾過した白色光であり得る。例えば、ある種の干渉計顕微鏡で用いられる方法が使用でき、この場合、波面相の圧制御ナノメーター物理操作が行われ、これは、増幅変動からの位相変化を脱カップリングするという利点がある。
【００８５】
（５）および（６）での差により、全反射照射で見られる楕円偏光が生じる。臨界角よりも大きいがπ／２未満の主入射角が存在し、この場合、２つの偏光は等しい；この意味では、それは、伝播照射に対するブリュースター角と相補的である。主入射角またはその近くの唯一の照射が活性光学層に達するように照射での開口部を調節することにより、誘導した偏光差または現存している偏光差に対する最高の感度が得られ、これは、光学活性層での光学データを表わす。
【００８６】
（システム）
対物レンズ１１１は、好ましくは、数個の自由度での運動（例えば、横運動、縦方向集束、および傾き）を可能にするように、接合される。プリズムは、好ましい実施態様ではあるものの、無収差レンズは使用でき、これらの対物レンズを接合することにより、光学素子が無収差であって媒体それ自体に一体化されている場合において、視野を大きくする。いずれかの形態（媒体プロパーの一部または媒体カートリッジの一部）での一体化マイクロ光学素子は、実質的に従来の放射状に操作して移動しているヘッド／対物レンズで読み取ることができ、依然として、一定程度の全域多トラック画像化および得られる属性（これは、先に記述した）を持っている。
【００８７】
対物レンズは従来のＤＶＤ対物レンズであり得るが、さらに最適化したシステムなら、非球面対物レンズを包含し、これは、媒体プロパー中の一体化マイクロ光学素子のアナモルフィック光学素子を矯正し、また、プリズムを無収差レンズで置き換えたことにより誘導される球面収差を矯正する。また、最適化した対物レンズは、二重焦点であり得、活性光学層にて、１未満のＮＡに相当する開口数の中心部を備えており、これは、角錐プリズム間のランドで集束する。これらのランドは、サーボトラッキング構造を含み得、これらは、約０．９ミクロンの間隔で離れて配置されている。
【００８８】
媒体プロパーに一体化されたマイクロ光学素子は、典型的には、ピッチが５ミクロン〜５０ミクロンのどこかにあり得、データは、０．１ミクロン程度のオーダーでトラックされ、そこで、これらのマイクロ光学素子の各素子は、多くのトラックを調べる。しかしながら、マイクロ光学素子および媒体の一体化により、光学データを読み書きする改良法の機会が得られ、これは、放射状操作の必要をなくすかまたは少なくし、最終的に、円形媒体またはデータトラックを回転する必要すらなくすかまたは少なくする。
【００８９】
全域画像化のためには、一体化配列と共に、対物光学素子の二次配列が使用され得る。同様に、検出器は、単一素子ではなく、多数の素子であり得、これらの光学素子配列の各々には、単一または複数の素子が供されている。一体化マイクロ光学素子配列と全く同様に、二次配列の光学素子は、非球面化により最適化でき、そして結合した顕微鏡配列システムを最適化するために、いずれかの側に光学出力を有することができる。もし、配列中の光学素子の各々の視野の直径が、各光学素子の物理的直径の５０％であるなら、それに続いて、少なくとも２列の素子が必要であり、これらは、全てを覆うために、ジグザグに配置される。さらに高い光学的最適化のためには、追加の列が包含され得、これらの素子は、焦点操作の必要をなくすために、別個の焦点特性を有し得る。
【００９０】
もし、検出器が、光学素子配列に対して歪められるなら、または、もし、これらの素子自体が、既知量だけオフセットされているなら、サブ画素解像度が得られ、次いで、二次光学素子配列は、なくすことさえできる。書き込みのためには、この時点では、既存の活性光学材料に対して、依然として、干渉性レーザーダイオードにより供給される出力が必要である。しかしながら、書き込み用複数トラックは、同じ二次対物レンズ光学素子配列（もし、それと組み合わせて、レーザーダイオード配列が使用されるなら）によって、達成できる。
【００９１】
（配列対物レンズ）
これまでのところ、媒体が一体化光学素子と共に挿入されるドライブには、従来の対物レンズが存在すると推定されている。さらに、ドライブに付随した対物レンズは、従来のものでなくてもよいが、傾斜を含むように完全に接合され得、そしてこれらのサーボトラックを良好に画像化するために、二重焦点設計を有し得る。さらにまた、ドライブに付随した対物レンズは、多数の最密レンズおよびジグザグに配置したレンズであり得、これらは、媒体を回転したとき、または媒体が静止していて小さいとき、Ｗ媒体の全領域を覆うように配列される。
【００９２】
しかしながら、ドライブ中の従来の対物レンズは、光学機能を媒体と一体化した光学素子に移すことにより、なくし得る。これは、エバネセント場照射実施態様または伝播照射実施態様のいずれかに対して、行われ得る。
【００９３】
この目的には、これらの光学素子は、媒体プロパー、または媒体プロパーを収容するカートリッジと一体化されている。伝播光の場合には、これらの光学素子がカートリッジとのみ一体化されているとき、それらは、開口数をほぼ１に高めるために、外部ドライブ対物レンズと共に作動する目的に役立つ。ここで、これらの光学素子は、再度、カートリッジと一体化されるが、ドライブ対物レンズの必要性をなくすために、約０．６の開口数を有する独立型対物レンズとして供される。
【００９４】
しかしながら、さらに良好な実施態様は、媒体プロパーおよびカートリッジの両方にて、一体化光学素子を使用することであり、その結果、２セットの光学素子が、高開口数の対物レンズとして、共に作動する。照射が伝播性であろうとエバネセントであろうと、開口数は、１より大きく、典型的には、１．３またはそれより高い。媒体に一体化された光学素子は、好ましくは、前に述べたように、円周形態であるのに対して、カートリッジ内の光学素子は、最密レンズの配列であるか、それらの視野が重なり合って媒体区域を完全に覆うようにジグザクに配置されているか、または両凸レンズの配列であって、全データ領域を覆うために、媒体中のトラックに対して歪んでいるか、いずれかである（図２９Ａおよび２９Ｂを参照）。検出器は、単一検出器であり得、これは、径方向に作動されて、光学素子配列の種々の素子からの信号を受容するか、または同様に作動される小さな検出器であり得る。
【００９５】
（歪んだ検出器配列）
光学素子配列が、媒体カートリッジと一体化されていようとドライブ内に存在しようと、また、光学素子配列が、媒体内の追加一体化光学素子と結合されていようと、これらの配列素子の各々から得られる画像は、多くのデータトラックからの情報を同時に含む。図３７で分かるように、検出器配列は、光学素子の焦点面にて、光学素子の長軸に沿って平行に向くように配置されうる。配列中の個々の検出器画素１９４の各々は、次いで、光学素子からの画像内の所定データトラック１９２からの信号を受容する。従って、一度に１個または同時に数個を切り換えて、検出器画素１９４の各々からの信号をモニターすることにより、複数トラックからのデータは、高速で同時に読み取ることができる。
【００９６】
エバネセント場照射で到達されるさらに高いトラックピッチに対しては、例えば、検出器画素のサイズは、できるだけ小さくすべきである。現在のところ、ＣＣＤ（ＣＭＯＳを含めて）産業は、６ミクロン平方程度に小さい画素を製造している。しかしながら、実質的にサブ画素解像度は、２個の検出器カラム間の境界を、光学素子配列の光軸と整列させることにより合成でき、その結果、光学素子の画像面にある光学特性が変化した痕跡の各々は、検出器境界を横切って、歪んだ軌道を通過する。これらの２列における数個の近接した検出器画素からの信号出力を分析することにより、また、検出器カラム、光学素子配列およびデータトラック間の歪み量が前設定されて既知であるので、検出器画素よりも著しく小さい光学特性が変化した痕跡が検出され、そして隣接光学特性が変化した痕跡から分離される。
【００９７】
ＣＣＤ、ＣＭＯＳまたは他の検出器中の画素は、通常、直線状の行列構造で配列されている。この構造を備えたこのような検出器または表示器の解像度は、画像またはそれに提示または表示された他の光パターンに対して、各軸内の画素のサイズにより、またはその程度で、決定される。光パターンの一部が数個の画素と重なり合っているなら、光パターンの中心軌跡は、僅かな画素に決定できる。しかしながら、光パターンが画素よりも小さいなら、それが画素内に入ろうと複数の画素に跨ろうと、解像されない。
【００９８】
検出の場合には、歪んだ画素カラムにより、上で記述した種類のサブ画素中心軌跡解像が可能となるが、但し、サブ画素のサイズにした物体それ自体は、中心軌跡単独よりもむしろ、解像される。１画素から他の画素へのオフセットのサイズは既知であるので、これらの画素「チャンネル」の各々からの相対的な信号レベルは、隣接画素カラム間のターミネータ境界を横切るにつれて、サブ画素光パターンのサイズを検出し、解像し、そして決定するために、比較しかつ分析できる。これを行う最適方法は、速度または解像度またはノイズ低下がオーバーライディング（ｏｖｅｒ ｒｉｄｉｎｇ）関係にあるかどうかに依存している。画素間分析アルゴリズムは、典型的なクアッドセル（ｑｕａｄ−ｃｅｌｌ）検出器様式では、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）程度に簡単であり得、または多数の画素が関与している反復程度に精巧であり得る。
【００９９】
マスク１９６を付け加えることができ、これは、画素カラム境界に中心がある開口部の配列である。これらの開口部の幅は、必要な解像度の程度である。このようなマスク１９６はまた、これらの画素の中心に付け加え得るが、そうすると、画素検出計算の利点はなくなる。方法および手段は、ある程度、Ｖｅｒｎｉｅｒスケール、またはモアレまたはヘテロダイン法に類似しており、この場合、Ｖｅｒｎｉｅｒでの標準またはモアレでの格子ピッチよりもずっと小さなスケールの解像度が達成される。しかしながら、それはまた、クアッドセルの中心軌跡解像の素子を共有しており、ナイフエッジ手法の一部の素子さえ共有している。
【０１００】
歪んだ配列の構造は、全２−Ｄ検出器チップ、またはバイ−、トリ−またはマルチ線形配列に適用できる。光学データ記録では、サーボトラック（これは、ゆらぎピットサーボとして作用する）の必要性をなくすかまたは少なくし、光学ドライブでの放射状の運動およびアクチュエータをなくすかまたは少なくする；約２０ｍｍ長のトリ−線形配列なら、回転している５０ｍｍの全領域を覆い、それにより、機構および価格を低下させて、媒体のサイズに近いドライブに寄与し、そして平行データ読み出し、多チャンネルコード化、および超高速の読み出しおよびデータ移動速度を可能にする。さらに小さな記憶容量が充分な場合には、歪んだ構造のＣＣＤまたはＣＭＯＳ検出器なら、媒体の回転さえなくすことができ、長方形データチップは、（近接場と共にまたはそれなしで）直接的に読み出すことができる。
【０１０１】
さらに別の利点は、検出器面および／または光学素子配列面に、小さな固定スロープを付け加えることにより獲得でき、その結果、スロープの中心点は、垂直になり、そして最良焦点の面を交差する。これにより、媒体の垂直運動または他の理由に由来の潜在的二重焦点の量が、全スロープに取り囲まれるように、スロープが算出されるので、焦点サーボの必要性がなくなる。言い換えれば、光学特性が変化した痕跡は、常に、検出器カラム長に沿ったどこかに焦点がある。
【０１０２】
（全域画像化）
全域画像化は、図３８のシステム図で例示したような多くの様式で、使用できる。複数トラックを共に使用する新コード化スキームなら、データ記録において、さらに高い密度が可能となる。現存しているコード化を使用すると、数個のソフトウエアプログラムが同じディスクから同時に読み取ることができるので、同じディスクからのマルチタスク処理が可能である。データ移動は、ディスクが全回転に進むのを待つ必要なしに、数個のトラックから同時に起こるので、回転速度が低下できる。従って、データ移動速度は、例えば、ハードディスクドライブ程度またはそれより高くできる。現在では、Ｗｉｎｃｈｅｓｔｅｒ（登録商標）ハードディスク技術に基づかない除去可能媒体記録装置は、データ移動時間がずっと遅く、そこで、デスクトップＰＣ市場のその分野では、競争できない。
【０１０３】
読み書き用の非作動性単一照射源を備えた光学素子配列の実施態様では、システムを光学的にテレセントリック（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）にするために、照射源と配列との間には、追加の光学素子が挿入される。そうでなければ、複数源の配列が使用され得る。
【０１０４】
（他の用途）
光学データ記録用途に加えて、マイクロ光学素子配列を表面または光活性表面と一体化することには、これまで予想されていなかった他の用途がある。マイクロ光学素子配列は、可撓性、半剛性または剛性であり得る。例えば、ＲＯＭディスク用のスタンパのマスタリングでは、マイクロ両凸レンズをフォトレジストと一体化することで、マスタリング解像度を高め、レーザー波長の広い選択（従って、広範囲のフォトレジストの選択）が可能となる。これらのマイクロ両凸レンズは、プロセスにて、後に、レジストと共に取り出される。例えば、マイクロ電子回路および素子のマイクロリソグラフィーの解像度は、マイクロ光学素子を、フォトレジスト被覆半導体ウエハと一体化することにより改善され、それにより、単一の高価な大型浸漬対物レンズの助けを借りることなく、さらに小さなライン幅および強力で速いチップが可能となる。この用途では、これらのマイクロ光学素子は、ラインパターン自体と整列できる。
【０１０５】
同様に、マイクロ光学素子配列は、高解像度でライン幅を測定するために、最終的に加工したウエハに適用できる。マイクロ光学素子配列は、好ましくは、浸漬様式または近接場様式のいずれかで使用されるマイクロ無収差レンズからなり、そして浸漬オイル（これは、クリーンルームを汚染し得、高価なマイクロ電子ウエハを台無しにする）なしで、オイル浸漬式対物レンズと同じかまたはそれより良好な解像度が可能となる。
【０１０６】
同じマイクロ光学素子配列は、ウエハ以外の多くの表面またはサンプルと一体化でき、その結果、例えば、０．６５程度のＮＡの対物レンズを備えた安価な顕微鏡が、オイルなしで、ＮＡが０．６５の対物レンズの高い作動距離で、１より良好なＮＡ、典型的には、約１．３のＮＡを備えた浸漬式顕微鏡へと変換される。浸漬対物レンズは、数百ドルから数千ドルの費用がかかり得るのに対して、可撓性マイクロ光学素子配列は、例えば、圧縮成形またはウエブエンボス加工により大量生産されるので、再現可能であるが安価で使い捨て可能となる。
【０１０７】
（垂直記録媒体；多層、多レベル）
近接場光学素子を媒体と一体化することにより、当然、媒体の近接場部分が形成される。これが与える安定性は、媒体ではなくドライブの一部となるフライング近接場ヘッドと比較すると、エバネセント場素子の完全利用を促進する。それゆえ、例えば、回折から生じたエバネセント場（これは、非常に短い減衰を備えている）は、既に述べたように、さらに実用的となっている。この安定なエバネセント場はまた、２つの様式で、垂直記録媒体にうまく適用され得る。第一のものは、多レベルであり、この場合、照射の強度を変えることにより、活性光学層での光学ビットにて、対応する可変変化が起こり、その結果、バイナリーコード化セットよりもむしろ、多くのレベルでコード化し得る。その高い光学コントラスト（信号：ノイズ）は、例えば、磁気光学または相変化活性層のエバネセント場照射から生じるが、それにより、先に述べた理由のために、通常の伝播光よりもずっと多くのレベルが達成可能となる。
【０１０８】
一体化エバネセント場で可能になる第二の形状の垂直記録媒体は、多層（図３９を参照）と呼ばれる。何故なら、エバネセント場が生じる全反射界面が、高−低−高屈折率材料の引き続いた層の追加によって、垂直に繰り返すことができ、この場合、屈折率は、もし、吸収体が充分に薄いなら、複雑でさえあり得るからである。このようにして、外部対物レンズまたは配列を再集束することにより、これらの全反射界面の各々で保存された情報は、急速に集束されるようになる。垂直データ層の数は、最近接活性層からの集束していない光の蓄積に加えて、これらの層（特に、活性層）の散乱特性により制限され、その結果、実際には、信号：ノイズ比は、もし、４層以上の活性層を使用するなら、非常に低くなる。提示した例では、３層のこのような層構成から、３個の信号２０２、２０４および２０６が戻っている。
【０１０９】
４層の構成を有する記録媒体から戻った信号に一例については、図４０を参照せよ。トレース２０２ｔは、第一の高−低界面からの信号を表わし、トレース２０４ｔは、第二の高−低界面からの信号を表わし、トレース２０６ｔは、第三の高−低界面からの信号を表わし、そしてトレース２０８ｔは、第四の最も離れた高−低界面からの信号を表わす。
【０１１０】
もし、高−低層素子の垂直周期性が、２０ミクロンまたはそれ以下の程度であって、低屈折率がミクロン厚未満であるなら、その前の活性層の各々からの信号の予想した進行的分割または半分割よりもむしろ、これらの活性層の各々からの信号の興味深いが説明できない均等分割がある。さらに大きな垂直周期性については、信号は、予想どおり、その最低層からの信号が極めて弱くなるように、分割する。この場合、最も遠い低屈折率層を漸次薄くして弱い戻り信号を補償することにより、垂直周期性を非線形にするのが有用である。さらに大きな垂直周期性は、その層構造に対してある程度の複雑性を付け加えるが、それにより、一体化近接場光学素子に合体された外部対物レンズの焦点深さによって、これらの活性層の各々からの信号の良好な分離が可能となる。一体化マイクロ光学素子はまた、光学記録方法が本質的にホログラフィックであるとき、使用できる。
【０１１１】
本発明は、特定の実施態様に関連して、記述されているものの、本発明は、本明細書中で開示したおよび／または図面で示した特定の構成および方法には決して限定されず、請求の範囲の範囲内に入る改良または等価物も包含することが分かる。
【図面の簡単な説明】
本発明の構造および操作は、その他の目的および利点と共に、その図面（ここで、全体を通して、各部分に対して、独特の参照番号が使用されている）と関連して、その詳細な説明を読むことにより、最もよく理解される。
【図１】図１は、従来の光学記録システムの概略斜視図であり、これは、対物レンズおよび媒体を包含し、データの保存または検索に使用される。
【図２】図２は、図１の従来の光学記録システムの概略立面図である。
【図３】図３は、従来の光学読み取り装置の概略立面図であり、これは、対物レンズを包含し、そして段々と小さくなっているデータアーチファクトから生じる回折効果を図示している。
【図４】図４は、従来の光学読み取り装置の概略立面図であり、これは、対物レンズを包含し、そして段々と小さくなっているデータアーチファクトから生じる回折効果を図示している。
【図５】図５は、従来の光学読み取り装置の概略立面図であり、これは、対物レンズを包含し、そして段々と小さくなっているデータアーチファクトから生じる回折効果を図示している。
【図６】図６は、図５の光学読み取り装置の概略図であり、これは、その解像度を高めるために、無収差レンズを使用している。
【図７】図７は、本発明に従った光学読み取り装置の概略図であり、これは、データ記録媒体の表面上に配置された光学層を包含する。
【図８】図８は、図６の従来の読み取り装置の概略斜視図である。
【図９】図９は、図６の従来の読み取り装置の概略立面図である。
【図１０】図１０は、反射表面から発するエバネセント場の強度の図示である。
【図１１】図１１は、図１０のエバネセント場の概略描写である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、媒体から誘導された情報（これは、明領域顕微鏡を用いる従来の伝播照射方法によって読み取られた）に対する信号：ノイズ比を図示している。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、相変化媒体中の情報（これは、近接場方法によって読み取られた）に対する信号：ノイズ比を図示している。
【図１３】図１３は、図７の光学読み取り装置の概略斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明に従った光学記録システムの概略図であり、これは、照射源、対物レンズ、および記録媒体を包含する。
【図１５】図１５は、オーディオコンパクトディスクの一部の顕微鏡写真であり、これは、近接場照射で見られる複数のエンコードトラックを図示している。
【図１６】図１６は、図１４の光学記録システムの代替実施態様の概略図であり、これは、暗視野照射源を包含する。
【図１７】図１７は、本発明に従った記録媒体の概略断面図であり、ここで、その一体化光学層は、二面角反射素子を包含する。
【図１８】図１８は、本発明に従った記録媒体を作製する際に使用される方法の１実施態様を図示しており、これは、一体化近接場光学素子を包含する。
【図１９】図１９は、本発明に従った記録媒体を作製する際に使用される方法の１実施態様を図示しており、これは、一体化近接場光学素子を包含する。
【図２０】図２０は、本発明に従った記録媒体を作製する際に使用される方法の１実施態様を図示しており、これは、一体化近接場光学素子を包含する。
【図２１】図２１は、本発明に従った記録媒体の第一実施態様であり、これは、保護ハウジング内に配置されている。
【図２２】図２２は、断面Ａ−Ａ'で取り出した図５の光学記録媒体およびハウジングの断面図である。
【図２３Ａ】図２３Ａは、円形ディスク上のデータ記録の同心円状の空間構成を図示している。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、円形ディスク上のデータ記録のらせん状の空間構成を図示している。
【図２４Ａ】図２４Ａは、長方形媒体上のデータ記録の長方形の構成を図示している。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、長方形媒体上のデータ記録の回転式の構成を図示している。
【図２５】図２５は、図４の記録媒体の概略断面図であり、これは、活性データ記録層上に配置された光学材料層を示している。
【図２６Ａ】図２６Ａは、本発明に従った記録媒体の第二実施態様であり、これは、保護ハウジングおよび光学窓を包含する。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、図２６Ａの記録媒体の代替実施態様である。
【図２７】図２７は、断面Ｂ−Ｂ'で取り出した図７の記録媒体の断面図である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、図２６Ｂの記録媒体の概略断面図であり、これは、活性データ記録層から間隔を開けた配置された光学材料層を示す。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、図２８Ａの記録媒体の代替実施態様であり、これは、凸状切面を包含する。
【図２８Ｃ】図２８Ｃは、図２８Ａの記録媒体の代替実施態様であり、これは、凹状切面を包含する。
【図２９Ａ】図２９Ａは、図２６Ａの記録媒体の代替実施態様であり、これは、その媒体データトラックに対して鋭角で配置された両凸レンズを包含する。
【図２９Ｂ】図２９Ｂは、図２６Ｂの記録媒体の代替実施態様であり、これは、その媒体データトラックに対して鋭角で配置されたマイクロ光学配列を包含する。
【図３０】図３０は、本発明に従った記録媒体の第三実施態様であり、これは、活性データ記録層上に配置された光学材料層、保護ハウジング、およびハウジング内の開口部上に保持された滑り可能カバーを包含する。
【図３１】断面Ｃ−Ｃ'で取り出した図３０の記録媒体の断面図であり、記録媒体は、外部読み書き光学素子と共に使用される。
【図３２】図３２は、図３１の記録媒体の概略断面図であり、これは、活性データ記録層上に間隔を開けて配置された光学材料層を包含し、これは、必要に応じて、外部フライングスプリット無収差レンズに結合されている。
【図３３】図３３は、従来の無収差レンズと組み合わせて使用される共振構造の概略断面図である。
第一のものは、以下である。これは、最も近いエバネセント、すなわち、近接場であり、現在実施しているものと類似しているが、但し、全て光学的であり、その記録密度を１等級以上も伸ばす。第二の参照パターンは、以下である。
【図３４Ａ】図３４Ａは、一定長の一連のピット、およびピッチを包含する記録媒体を図示しており、それに対して記録したピットピッチは、そのトラックに沿って変わり、ヘテロダイン信号を変化させる。
【図３４Ｂ】図３４Ｂは、一定長の一連のピット、およびピッチを包含する記録媒体を図示しており、それに対して記録したピットピッチは、そのトラックに沿って変わり、ヘテロダイン信号を変化させる。
【図３５Ａ】図３５Ａは、一定ピッチの単純平行線パターンを包含する記録媒体を図示しており、記録した線は、そのトラック方向に垂直なピッチが変わる。
【図３５Ｂ】図３５Ｂは、一定ピッチの単純平行線パターンを包含する記録媒体を図示しており、記録した線は、そのトラック方向に垂直なピッチが変わる。
【図３６】図３６は、光学記録システムの読み書き装置の概略断面図であり、これは、種々の全域書き込み方法に使用するとき、環状開口部、またはレーザーダイオード配列、またはマスクの配置を図示している。
【図３７】図３７は、検出器配列の概略平面図であり、これは、その光学素子の焦点面にてデータトラック上で、光学素子の長軸に沿って配置され、それと平行に配向されている。
【図３８】図３８は、本発明に従った全域画像化システムの概略断面図である。
【図３９】図３９は、垂直記録の形態の概略図である、これは、一体化エバネセント場と共に使用され、そして多層と呼ばれ、ここで、これらのエバネセント場が生じる全反射界面は、記録媒体への高−低−高屈折率材料層の追加によって、垂直方向に複製される。
【図４０】図４０は、４層構成を有する記録媒体から戻った信号から得られるオシロスコープトレースである。

Claims (44)

1. 外部照射源を用いた情報の記録、読み出しおよび消去のための記録媒体であって、
   複数のマイクロ光学素子を有する光学層と、
   前記外部照射源からの光が入射する前記マイクロ光学素子の内部反射面に隣接して配置された、データ表面を備える活性層とを包含し、
   前記マイクロ光学素子に前記外部照射源から入射する光が、前記内部反射面付近に局所エバネセント場照射を生じ、その強度および／または持続時間に応じて、該局所エバネセント場照射を受けたデータ表面に該局所エバネセント場照射を受けていないデータ表面と比べて光学特性が変化した痕跡が生じる記録媒体であって、
   前記光学層が、フライングを排除して前記活性層と一体化している記録媒体。
2. 外部照射源を用いた情報の記録、読み出しおよび消去のための記録媒体であって、
   複数のマイクロ光学素子を有する光学層と、
   前記外部照射源からの光が入射する前記マイクロ光学素子の内部反射面に隣接して配置された、データ表面を備える活性層と、
   前記活性層の汚染を最小化するように前記活性層を収容し、前記活性層へのアクセスを可能とする開口部を有するハウジングとを有し、
   前記マイクロ光学素子に前記外部照射源から入射する光が、前記内部反射面付近に局所エバネセント場照射を生じ、その強度および／または持続時間に応じて、該局所エバネセント場照射を受けたデータ表面に該局所エバネセント場照射を受けていないデータ表面と比べて光学特性が変化した痕跡が生じる記録媒体であって、
   前記光学層のマイクロ光学素子が、前記ハウジングの開口部に光学層窓を形成し、極近接フライングをもって前記活性層上に配設されている記録媒体。
3. 前記活性層が、結晶性相変化材料、非晶質相変化材料、光吸収染料、カルコゲンガラスおよびカルコゲン化合物、石英、磁気光学材料、フォトリフラクティブポリマー、フォトリフラクティブ結晶、写真乳濁液、蛍光材料、または、フォトレジストの少なくとも１種を含有する請求項１に記載の記録媒体。
4. 前記光学特性が変化した痕跡が、前記活性層の屈折率、吸収率、前記活性層の結晶性と非晶質との間の相変化、前記活性層における光の散乱、光位相、偏光性、回折角、干渉による強めあいの強度、干渉による弱めあいの強度、または、磁気Ｋｅｒｒ回転角のうち少なくとも１つの変化をもたらす請求項１または請求項２に記載の記録媒体。
5. 前記マイクロ光学素子が、少なくとも一部にプリズム様光学素子を有する請求項１または請求項２に記載の記録媒体。
6. 前記プリズム様光学素子が、角錐プリズムを有する請求項５に記載の記録媒体。
7. 前記マイクロ光学素子が、さらに、少なくとも１本の経線で湾曲を有するレンズを有する請求項１または請求項２に記載の記録媒体。
8. 前記マイクロ光学素子が、無収差である、請求項７に記載の記録媒体。
9. 前記マイクロ光学素子の表面が、非球面曲率を有する、請求項７に記載の記録媒体。
10. 前記光学層が、さらに、共鳴構造を有する請求項１または請求項２に記載の記録媒体。
11. 前記共鳴構造が、前記マイクロ光学素子の全内部反射面に付け加えた２個の層を包含し、前記マイクロ光学素子の全内部反射面に隣接する第１隣接層の屈折率が、前記マイクロ光学素子の屈折率より小さく、第１隣接層の前記マイクロ光学素子とは反対側に位置する第２隣接層が、前記マイクロ光学素子の屈折率と等しいかまたはそれより大きい請求項１０に記載の記録媒体。
12. 前記光学層が、さらに、回折格子を有する請求項１または請求項２に記載の記録媒体。
13. 前記回折格子が、前記照射の波長よりも小さい空間的周期を有する請求項１２に記載の記録媒体。
14. さらに、前記活性層上に配置された基板を有する請求項１または請求項２に記載の記録媒体。
15. 前記基板が、ポリカーボネート、マイラー、ガラス、アクリル、または、ポリエステルの１種を含有する請求項１４に記載の記録媒体。
16. さらに、前記活性層と前記光学層との間に配置され、前記光学層より屈折率が小さい材料層を有する請求項１または請求項２に記載の記録媒体。
17. 前記材料層が、前記照射源の波長λ未満の寸法の厚さを有する請求項１６に記載の記録媒体。
18. 前記材料層が、空気を含有する請求項１７に記載の記録媒体。
19. 前記光学層が、さらに、トラッキングガイダンスを与えるための手段を有し、該トラッキングガイダンスを与えるための手段が、前記マイクロ光学素子に形成されたサーボパターンである請求項１に記載の記録媒体。
20. 前記活性層が、トラッキングガイダンスを与えるための手段を有する請求項１または請求項２に記載の記録媒体。
21. 前記基板が、トラッキングガイダンスを与えるための手段を有する請求項１４に記載の記録媒体。
22. さらに、前記活性層に近接して配置された第二活性層を有する請求項１に記載の記録媒体。
23. さらに、分離層を包含し、該分離層が、前記活性層と前記第二活性層との間に配置されている請求項２２に記載の記録媒体。
24. 前記分離層の屈折率が、前記光学層の屈折率より小さい請求項２３に記載の記録媒体。
25. 前記マイクロ光学素子が、二面角を形成する表面を有する請求項１に記載の記録媒体。
26. 波長λを有する外部照射源を用いた情報の記録、読み出しおよび消去のための記録媒体であって、
    複数のマイクロ光学素子を有する光学層と、
    前記外部照射源から前記マイクロ光学素子に入射する光の内部反射面に隣接して配置された、データ表面を備える活性層と、
    さらに、前記活性層の汚染を最小化するように前記活性層を収容し、前記活性層へのアクセスを可能とする開口部を有するハウジングとを有し、
    前記マイクロ光学素子に前記外部照射源から入射する光が、前記内部反射面付近に伝播光照射を生じ、その強度および／または持続時間に応じて、該伝播光照射を受けたデータ表面に該伝播光照射を受けていないデータ表面と比べて光学特性が変化した痕跡が生じる記録媒体であって、
    前記光学層のマイクロ光学素子が、前記ハウジングの開口部に光学層窓を形成し、極近接フライングをもって前記活性層上に配設されている記録媒体。
27. 前記光学層が、さらに、干渉のための参照光を発生することができる面を有する請求項２６に記載の記録媒体。
28. 前記活性層が、結晶性相変化材料、非晶質相変化材料、光吸収染料、カルコゲンガラスおよびカルコゲン化合物、石英、磁気光学材料、フォトリフラクティブポリマー、フォトリフラクティブ結晶、写真乳濁液、蛍光材料またはフォトレジストの少なくとも１種を含有する請求項２６に記載の記録媒体。
29. 前記光学特性が変化した痕跡が、前記活性層の屈折率、吸収率、前記活性層の結晶性と非晶質との間の相変化、前記活性層における光の散乱、光位相、偏光性、回折角、干渉による強めあいの強度、干渉による弱めあいの強度、または、磁気Ｋｅｒｒ回転角のうち少なくとも１つの変化をもたらす請求項２６に記載の記録媒体。
30. 前記マイクロ光学素子が、少なくとも一部にプリズム様光学素子を有する請求項２６に記載の記録媒体。
31. 前記プリズム様光学素子が、角錐プリズムを有する請求項３０に記載の記録媒体。
32. 前記マイクロ光学素子が、さらに、少なくとも１本の経線で湾曲を有するレンズを有する請求項２６に記載の記録媒体。
33. 前記マイクロ光学素子が、無収差（ａｐｌａｎａｔｉｃ）である請求項３２に記載の記録媒体。
34. 前記マイクロ光学素子の表面が、非球面曲率を有する請求項３２に記載の記録媒体。
35. 前記光学層が、さらに、回折格子を有する請求項２６に記載の記録媒体。
36. 前記回折格子が、前記照射の波長よりも小さい空間的周期を有する請求項３５に記載の記録媒体。
37. さらに、前記活性層上に配置された基板を有する請求項２６に記載の記録媒体。
38. 前記基板が、ポリカーボネート、マイラー、ガラス、アクリル、またはポリエステルの１種を含有する請求項３７に記載の記録媒体。
39. 前記活性層が、トラッキングガイダンスを与えるための手段を有する請求項２６に記載の記録媒体。
40. 前記基板が、トラッキングガイダンスを与えるための手段を有する請求項３７に記載の記録媒体。
41. さらに、前記活性層に近接して配置された第二活性層を有する請求項２６に記載の記録媒体。
42. さらに、分離層を包含し、該分離層が、前記活性層と前記第二活性層との間に配置されている請求項４１に記載の記録媒体。
43. 前記分離層の屈折率が、前記光学層の屈折率より小さい請求項４２に記載の記録媒体。
44. 前記マイクロ光学素子が、二面角を形成する表面を有する請求項２６に記載の記録媒体。

Images