JP2000019301A - 光学レンズ及びそれを用いた光記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高屈折率と低屈折率変動を有するととともに
透過率に優れ、製造が容易で記録密度を飛躍的に向上さ
せ、コスト低下に効果のある集束用レンズを有した光記
録装置を提供すること。 【解決手段】 集束用レンズ５が、ＳｒＮｂＯ₃ 、Ｓｒ
ＴａＯ₃ 、ＣａＮｂＯ₃、ＣａＴａＯ₃ 、ＣａＴｉ
Ｏ₃ 、ＫＮｂＯ₃ 、ＫＴａＯ₃ 、ＢａＺｒＯ₃ 、ＳｒＺ
ｒＯ₃ 、ＣａＺｒＯ₃ 、ＫＮｂＯ₃ 、ＫＴａＯ₃ 、Ｋ
（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ₃ 、ＢａＺｒＯ₃ 、ＳｒＺｒＯ₃ 、Ｃ
ａＺｒＯ₃ 、ＺｎＷＯ₄ 、ＺｎＭｏＯ₄ 、ＣｄＷＯ₄ 、
ＣｄＭｏＯ₄ 、ＰｂＷＯ₄ 、Ｂｉ₂₀ＳｉＯ₁₂、Ｂｉ₂₀Ｇ
ｅＯ₁₂、Ｂｉ₄ Ｓｉ₃ Ｏ₁₂、Ｂｉ₄ Ｇｅ₃ Ｏ₁₂、Ｇａ
Ｐ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｃｕ₃ ＴａＳｅ₄、及びＺｎ
Ｓの内いずれかの単結晶から成ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学レンズに関す
るものであり、また、光磁気ディスクやＤＶＤ−ＲＡＭ
等の光記録媒体にレーザー光を用いて、情報の書込み
（記録）や読込み（再生）を行うことが可能な光ヘッド
等の光記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光磁気ディスクやＤＶＤ−ＲＡＭ等の光
記録媒体の面記録密度を向上させるためには、記録用レ
ーザー光のビーム・スポット径をできるだけ小さくする
必要がある。

【０００３】一般に、レーザー光のビーム・スポット径
は、光源の波長λと対物レンズのＮＡ（開口数）で決定
され、ほぼ０．８×λ／ＮＡ程度とされている。現在、
光ディスク装置で実際に使用されている光波長の６３５
ｎｍとＮＡ＝０．６のレンズを用いた場合、レーザース
ポット径は８４７ｎｍとなる。さらに短波長化が期待で
きる半導体レーザーとして、窒化ガリウム（ＧａＮ）系
材料を使用した青色レーザーの開発が行われているが、
その波長４１０ｎｍとレンズのＮＡが０．７まで改善さ
れたと仮定してスポット径は４６９ｎｍと計算される
が、現在の面記録密度の約３倍程度にしかならない。

【０００４】そこで、ソリッド・イマージョン・レンズ
（（Solid Immersion Lens）以下、ＳＩＬともいう）と
呼ばれる半球状のレンズを、光記録媒体と対物レンズと
の間に配設する光学系により、対物レンズを透過したビ
ーム・スポット径を１／ｎ倍（ただし、ｎはＳＩＬの屈
折率）に絞ることが提案されている（例えば、米国特許
５，１２５，７５０号を参照）。

【０００５】ここで、上記ＳＩＬを透過して空気中に出
射されたレーザー光は、再び元のビーム径に拡がろうと
するが、光記録媒体の記録面と対向しているＳＩＬ底面
との間隔が、光波長の約１／４以内である領域（一般に
ニア・フィールド領域という）では、レーザー光がＳＩ
Ｌ内部と同一の性質で出射されていることになり、ビー
ム・スポット径は回折限界の１／ｎ倍に絞られるのであ
る。

【０００６】このＳＩＬを用いることにより、例えば屈
折率１．８のガラスレンズで１／１．８、すなわちレー
ザースポット径は半分近くに縮小でき、レーザー波長が
同じでも４倍程度の記録密度が得られる計算となり、記
録密度を飛躍的に向上させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記ＳＩＬにはホウ珪
酸ガラス等のガラスが一般に使用されている。ガラスの
屈折率は通常１．８程度までであり、これ以上の高屈折
率を得るには、例えばＬａ₂ Ｏ₃ 、ＴｈＯ₂ 、Ｚｒ
Ｏ₃ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 等の稀元素酸化物を主成分とする特殊
なガラスを用いなければならない。また、このような特
殊なガラスでも屈折率は２．０以下であり、ガラス材料
を用いて、より高密度で記録させることは困難であっ
た。

【０００８】また、特に、ニア・フィールド領域は６３
０ｎｍ近傍のレーザー波長を光源として用いる場合、レ
ーザースポット径は３００ｎｍ程度以下となるので、光
記録媒体の記録面に対向するＳＩＬの面は平面度の高い
加工精度と屈折率均質性が要求されるが、従来のガラス
では脈理などの問題があった。なお、ＳＩＬに屈折率の
高い多結晶体を使用したとしても、多結晶体に存在する
多数の粒界により光の透過率が非常に小さくなり（例え
ば、使用光波長５００〜６００ｎｍの透過率が５０％程
度以下）、性能の優れた光ヘッドを提供することができ
ない。

【０００９】そこで本発明では、上述の諸問題を解消
し、非常に高い屈折率を有するとともに透過率に優れ、
製造が容易な優れた材質の光学レンズ、及びそれを用い
た光記録装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光学レンズは、ＳｒＮｂＯ₃ 、ＳｒＴａＯ
₃ 、ＣａＮｂＯ₃ 、ＣａＴａＯ₃ 、ＣａＴｉＯ₃ 、ＫＮ
ｂＯ₃ 、ＫＴａＯ₃ 、Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ₃ 、ＢａＺｒ
Ｏ₃ 、ＳｒＺｒＯ₃ 、ＣａＺｒＯ₃ 、ＺｎＷＯ₄ 、Ｚｎ
ＭｏＯ₄ 、ＣｄＷＯ₄ 、ＣｄＭｏＯ₄ 、ＰｂＷＯ₄ 、Ｂ
ｉ₂₀ＳｉＯ₁₂、Ｂｉ₂₀ＧｅＯ₁₂、Ｂｉ₄ Ｓｉ₃ Ｏ₁₂、Ｂ
ｉ₄ Ｇｅ₃ Ｏ₁₂、ＧａＰ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｃｕ₃
ＴａＳｅ₄ 、及びＺｎＳのうちいずれかの単結晶から成
る。

【００１１】また、上記光学レンズを、光記録媒体に情
報の記録及び／又は再生を行うレーザー光の集束用レン
ズとして用いた光記録装置とする。

【００１２】上記単結晶材料は屈折率が高く（２．０以
上）、光学用ととしての品質が得られ、量産性が良好で
あり、ＳＩＬとして非常に好適に使用可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について図面に
基づいて詳細に説明する。光記録媒体に光記録を行わせ
る様子を説明する概略斜視図を図１に示す。また図１の
Ａ−Ａ線概略一部断面図を図２に示す。ポリカーボネー
ト等の樹脂やガラス等から成る基板１上に、例えば窒化
シリコン等から成る誘電体層、Ｇｄ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金
やＴｂ−Ｆｅ−Ｃｏ系合金等から成る磁性層、窒化シリ
コン等から成る誘電体層、アルミニウム等から成る金属
層、ＵＶ樹脂等から成る保護層を含む記録層２を備えた
光磁気ディスクＤに、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍのレ
ーザー光Ｌを光記録装置である光ヘッド３により集光し
て、所定径のビーム・スポットを照射する。

【００１４】これにより光磁気ディスクＤの記録層２の
ビーム・スポットが照射された領域内の磁性層に情報が
記録される。なお、光ヘッド３は不図示の制御装置に接
続された可動アーム７により支持されている。

【００１５】ここで、光ヘッド３による光磁気ディスク
Ｄへの情報の記録は、次のようにして行う。まず、レー
ザー光Ｌは両凸レンズである対物レンズ４により収束さ
れ、さらにニオブ酸ストロンチウム等の単結晶体から成
り、下面５ａに焦点を結ぶための平面部を有する半球状
の集束用（集光）レンズであるＳＩＬ５により、所定の
ビーム・スポット径に絞られる。

【００１６】そして、光磁気ディスクＤに照射されたビ
ーム・スポット内の記録層２を加熱し、その領域が冷え
る際に磁界変調用コイル６で印加した磁界で磁性層を磁
化させることにより記録を行うのである。なお、対物レ
ンズ４は片凸レンズであってもよい。

【００１７】ここで、ＳＩＬ５は、ＳｒＮｂＯ₃ （立方
晶、屈折率：２．２２）、ＳｒＴａＯ₃ （立方晶、屈折
率：２．２）、ＣａＮｂＯ₃ （立方晶、屈折率：２．１
５）、ＣａＴａＯ₃ （立方晶、屈折率：２．１）、Ｃａ
ＴｉＯ₃ （立方晶、屈折率：２．１７）、ＫＮｂＯ
₃ （斜方晶、屈折率：２．３９）、ＫＴａＯ₃ （斜方
晶、屈折率：２．２５）、Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ₃ （正方
晶、屈折率：２．２９）、ＢａＺｒＯ₃ （立方晶、屈折
率：２．２）、ＳｒＺｒＯ₃ （立方晶、屈折率：２．
２）、ＣａＺｒＯ₃ （立方晶、屈折率：２．２）、Ｚｎ
ＷＯ₄ （正方晶、屈折率：２．３）、ＺｎＭｏＯ₄ （正
方晶、屈折率：２．３）、ＣｄＷＯ₄ （正方晶、屈折
率：２．３）、ＣｄＭｏＯ₄ （正方晶、屈折率：２．
３）、ＰｂＷＯ₄ （正方晶、屈折率：２．３）、ＰｂＭ
ｏＯ₄ （正方晶、屈折率：２．３）、Ｂｉ₂₀ＳｉＯ
₁₂（立方晶、屈折率：２．１）、Ｂｉ₂₀ＧｅＯ₁₂（立方
晶、屈折率：２．１）、Ｂｉ₄ Ｓｉ₃ Ｏ₁₂（立方晶、屈
折率：２．０６）、Ｂｉ₄ Ｇｅ₃ Ｏ₁₂（立方晶、屈折
率：２．１）、ＧａＰ（立方晶、屈折率：３．３）、Ｚ
ｎＴｅ（立方晶、屈折率：３．０）、ＺｎＳｅ（立方
晶、屈折率：２．８）、Ｃｕ₃ ＴａＳｅ₄（正方晶、屈
折率：２．８）、及びＺｎＳ（立方晶、屈折率：２．
４）の内いずれかの単結晶を用いる。この内特に屈折率
が高く、等方性（結晶系が立方晶）であり、工業用途と
して大型な単結晶が得られ、量産性のあるＣＺ法での製
造に好適な、ＳｒＮｂＯ₃ 、ＳｒＴａＯ₃ 、Ｂｉ₂₀Ｓｉ
Ｏ₁₂、Ｂｉ₂₀ＧｅＯ₁₂、Ｂｉ₄Ｓｉ₃ Ｏ₁₂、Ｂｉ₄ Ｇｅ
₃ 、ＧａＰが好適である。

【００１８】上記単結晶は、いずれも屈折率が２．１〜
３．７であり、使用光波長５００〜６００ｎｍにおいて
７０％以上の優れた透過率を有している。また、いずれ
の単結晶もベルヌーイ法やＣＺ法等の量産性に優れた成
長方法により育成できる。特に、単結晶であるので構造
の均質性が高く、光学材料として最適であり、青緑色等
の短波長レーザー光による屈折率変動（光損傷）もな
く、集束用レンズとして好適に使用できる。また、これ
ら単結晶の内、結晶系が立方晶などの等方性のものであ
る場合、単結晶の切り出しをどの方向から行っても屈折
率が等しくなるので好適である。

【００１９】このように、屈折率が従来のガラスより非
常に大きく、屈折率変動がガラスより少ない上記単結晶
は、ＳＩＬとして非常に好適に使用することができ、レ
ーザー光のビーム・スポット径を非常に小さくすること
ができる。これにより、現状の記録ピットサイズを大幅
に小さくすることができ、光記録媒体へ現状の数倍以上
もの高密度で記録が可能となる。

【００２０】なお、図１及び図２に示すように、光記録
の光学系は光ヘッド３に対物レンズ４及び集束用レンズ
５等を一体的に設け、情報を記録する場合の例について
説明したが、光学系の構成はこれに限定されるものでは
なく、対物レンズを有しない集束用レンズだけの光ヘッ
ドであってもよい。また、例えば記録及び再生が可能な
光ヘッドであってももちろんよい。また、光ヘッドは光
磁気ディスクだけでなく、例えば各種Ｔｅ系合金から成
る光記録層を有する相変化型の光ディスクであるＤＶＤ
−ＲＡＭでも使用可能である。また、集束用レンズの形
状は一般的な半球状に限定されるものではなく、曲面部
の面積が広いいわゆる超半球状のような形状等でもよ
く、所望のスポット径が得られるものであれば、その形
状等については本発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜
変更し実施が可能である。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明に係わるより具体的な実施例
について説明する。

【００２２】〔実施例１〕次に、さらに具体的な実施例
について説明する。高周波加熱方式の育成炉を用いたチ
ョクラルスキー（ＣＺ）法により、約２インチ径のＳｒ
ＮｂＯ₃ 単結晶体を得て、このＳｒＮｂＯ₃ 単結晶体を
２mm厚のウエハーに切断した後に、２ｍｍ角のブロック
となるように例えばワイヤーソーなどで切断した。

【００２３】次に、２ｍｍ角ブロックをバレル研磨や丸
玉加工などの一般的な光学ガラス用研磨プロセスを用い
て１ｍｍ径の真球レンズを作製した。なお、上記ＳｒＮ
ｂＯ₃ 単結晶の屈折率は２．２２で屈折率変動は±１×
１０^-4以内であった。

【００２４】波長６３５ｎｍの半導体レーザーからの出
射光を図１に示すような光ヘッドの対物レンズにより集
光させ、さらに上記単結晶体で構成されたＳＩＬにより
絞ることにより、光磁気ディスクの記録面と半球のＳＩ
Ｌの平面側との距離を使用光波長の１／４以内である１
５０ｎｍ程度に近接させて、その記録スポット径を測定
したところ、約１９０ｎｍ程度のスポットが得られた。

【００２５】これに対して、屈折率１．８のホウ珪酸ガ
ラスを用いた半球状のＳＩＬを用いて、同様な条件で記
録スポット径を測定したところ約２６０ｎｍであり、上
記実施例より非常に大きなスポット径であった。なお、
ガラスの屈折率変動は±５×１０^-4程度であった。

【００２６】本効果は、ＳｒＴａＯ₃ 、ＣａＮｂＯ₃ 、
ＣａＴａＯ₃ 、ＣａＴｉＯ₃ 、ＫＮｂＯ₃ 、ＫＴａ
Ｏ₃ 、Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ₃ 、ＢａＺｒＯ₃ 、ＳｒＺｒ
Ｏ₃ 、ＣａＺｒＯ₃ においても、具体的な結晶製造方法
は異なるが高屈折率で低屈折率変動であり、ＳＩＬとし
て最適な効果を示した。

【００２７】〔実施例２〕また、実施例１と同様にして
高周波加熱方式の育成炉を用いたチョクラルスキー（Ｃ
Ｚ）法により、約２インチ径のＢｉ₄ Ｓｉ₃ Ｏ₁₂単結晶
体を得て、このＢｉ₄ Ｓｉ₃ Ｏ₁₂単結晶体を２ｍｍ厚の
ウエハーに切断した後に、２ｍｍ角のブロックとなるよ
う例えばワイヤーソーで切断した。２ｍｍ角ブロックを
バレル研磨や丸玉加工などの一般的な光学ガラス用研磨
プロセスを用いて１ｍｍ径の真球レンズを作製した。な
お、上記Ｂｉ₄ Ｓｉ₃ Ｏ₁₂単結晶の屈折率は２．１で屈
折率変動は±１×１０^-5程度であった。

【００２８】波長６３５ｎｍの半導体レーザーからの出
射光を図１に示すような光ヘッドの対物レンズにより集
光させ、さらに上記単結晶体で構成されたＳＩＬにより
絞ることにより、光磁気ディスクの記録面と半球のＳＩ
Ｌの平面側との距離を使用光波長の１／４以内である１
５０ｎｍ程度に近接させて、その記録スポット径を測定
したところ、約１９５ｎｍ程度のスポットが得られた。

【００２９】これに対して、実施例１の比較例にあるよ
うにガラスレンズと比較して屈折率や屈折率変動の面で
ＳＩＬレンズ用として非常に優れていることがわかる。

【００３０】本効果は、ＺｎＷＯ₄ 、ＺｎＭｏＯ₄ 、Ｃ
ｄＷＯ₄ 、ＣｄＭｏＯ₄ 、ＰｂＷＯ₄ 、Ｂｉ₂₀Ｓｉ
Ｏ₁₂、Ｂｉ₂₀ＧｅＯ₁₂、Ｂｉ₄ Ｓｉ₃ Ｏ₁₂、Ｂｉ₄ Ｇｅ
₃ Ｏ₁₂においても、具体的な結晶製造方法は異なるが高
屈折率で低屈折率変動であり、ＳＩＬとして最適な効果
を示した。

【００３１】〔実施例３〕また、実施例１と同様にして
ＣＺ法により、約２インチ径のＧａＰ単結晶体を得て、
このＧａＰ単結晶体を２mm厚のウエハーに切断した後、
２ｍｍ角のブロックとなるよう例えばワイヤーソーで切
断した。２ｍｍ角ブロックをバレル研磨や丸玉加工など
の一般的な光学ガラス用研磨プロセスを用いて１ｍｍ径
の真球レンズを作製した。なお、上記ＧａＰ単結晶の屈
折率は３．３で屈折率変動は±１×１０^-5程度であっ
た。

【００３２】次に、波長６３５ｎｍの半導体レーザーか
らの出射光を図１に示すような光ヘッドの対物レンズに
より集光させ、さらに上記単結晶体で構成されたＳＩＬ
により絞ることにより、光磁気ディスクの記録面と半球
のＳＩＬの平面側との距離を使用光波長の１／４以内で
ある１５０ｎｍ程度に近接させて、その記録スポット径
を測定したところ、約１７０ｎｍ程度のスポットが得ら
れた。

【００３３】これに対して、実施例１の比較例にあるよ
うにガラスレンズと比較して屈折率や屈折率変動の面で
ＳＩＬレンズ用として非常に優れていることがわかる。

【００３４】本効果は、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｃｕ₃ Ｔ
ａＳｅ₄ 、ＺｎＳの少なくとも１種の単結晶で結晶製造
方法は違うが高屈折率で低屈折率変動を有し、ＳＩＬと
して最適な効果が得られた。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学レン
ズを用いた光記録装置によれば、屈折率が高く、低欠陥
で均質性に優れた単結晶を集束用レンズ（ソリッド・イ
マージョン・レンズ）として使用するので、これら単結
晶が使用光波長に対して透過率に優れ、しかも製造が容
易で加工性が良好な集束用レンズを有する非常に優れた
光記録装置を提供できる。

【００３６】また、上記単結晶が屈折率が２．０以上で
あるので、レーザー光のビーム・スポット径を非常に小
さくすることができ、現状の記録ピットサイズを大幅に
縮小することができ、光記録媒体へ現状の数倍以上もの
高密度で記録が可能となる優れた光記録装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光学系の実施形態を説明する斜視
図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線概略一部断面図である。

【符号の説明】

１：基板 ２：記録層 ３：光ヘッド（光記録装置） ４：対物レンズ ５：ＳＩＬ（集束用レンズ） ６：磁界印加用コイル Ｄ：光磁気ディスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇都 隆司 滋賀県蒲生郡蒲生町川合10番地の１ 京セ ラ株式会社滋賀工場内 Ｆターム(参考） 5D119 AA22 AA40 BA01 JA02 JA43 JA70

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＳｒＮｂＯ₃ 、ＳｒＴａＯ₃ 、ＣａＮｂ
   Ｏ₃ 、ＣａＴａＯ₃ 、ＣａＴｉＯ₃ 、ＫＮｂＯ₃ 、ＫＴ
   ａＯ₃ 、Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ₃ 、ＢａＺｒＯ₃、ＳｒＺ
   ｒＯ₃ 、ＣａＺｒＯ₃ 、ＺｎＷＯ₄ 、ＺｎＭｏＯ₄ 、Ｃ
   ｄＷＯ₄ 、ＣｄＭｏＯ₄ 、ＰｂＷＯ₄ 、Ｂｉ₂₀Ｓｉ
   Ｏ₁₂、Ｂｉ₂₀ＧｅＯ₁₂、Ｂｉ₄ Ｓｉ₃ Ｏ₁₂、Ｂｉ₄ Ｇｅ
   ₃ Ｏ₁₂、ＧａＰ、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、Ｃｕ₃ ＴａＳｅ
   ₄ 、及びＺｎＳのうちいずれかの単結晶から成る光学レ
   ンズ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光学レンズを、光記録
   媒体に情報の記録及び／又は再生を行うレーザー光の集
   束用レンズとして用いた光記録装置。