JP2000121930A

JP2000121930A - 固体浸レンズを用いた結像光学系並びにこの結像光学系を用いた光ディスク記録再生装置および顕微鏡

Info

Publication number: JP2000121930A
Application number: JP10292105A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Oki; 裕史大木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】光学収差の見地から、要求される視野半径に
対して最適なサイズの固体浸レンズを有した結像光学系
を得る。【解決手段】対物レンズ５とその光軸Ｌ上に配設され
た固体浸レンズ１とを備えて結像光学系が構成される。
この固体浸レンズ１が、対物レンズ５の光軸上の結像点
Ｏを曲率中心とする所定曲率半径Ｒの凸球面状レンズ面
１ａと、この曲率中心を通り対物レンズ５の光軸に直角
な平面状レンズ面１ｂとを有する平凸レンズ形状に構成
され、凸球面状レンズ面１ａを対物レンズ５側に向ける
とともに平面状レンズ面１ｂを結像面６に極く近接して
配設される。その上で、この結像光学系の開口数ＮＡ
と、固体浸レンズの屈折率ｎと、要求される視野半径ｒ
と、使用する光の波長λとに対して、固体浸レンズの直
径Φが、次の条件式０．６ｎ・ＮＡ²・ｒ²・λ^-1≦Φ≦３．２ｎ・ＮＡ²・
ｒ²・λ^-1 （但し、長さの単位はすべてミリメートル）を満足す
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、固体浸レンズ（ソ
リッドイマージョンレンズもしくはＳＩＬとも称され
る）を用いた結像光学系に関し、さらに、この結像光学
系を用いて構成される光ディスク記録再生装置や顕微鏡
に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体浸レンズを結像光学系に用いること
は、S.M.Mansfield and G.S.Kino, Appl.Phys.Lett. 5
7, 2615 (1990) または S.M.Mansfield et al., Opt.Le
tt. 18,305 (1993) 等に示されており、従来から知られ
ている。この結像光学系は、対物レンズの焦点近傍に微
少な半球状の平凸レンズを凸球面が対物レンズ側に向け
て配設して構成され、実質的に光学系の開口数を上げる
ように構成される。ここで用いられる固体浸レンズは、
対物レンズの焦点に曲率中心を持つ半球タイプのもの
と、光軸上のレンズ厚さが曲率半径の（１＋１／ｎ）倍
である超半球タイプのものとが検討されてきた。また、
このような固体浸レンズを用いた結像光学系を用いて、
例えば、光ディスクへの情報の記録再生を行う光記録再
生装置を構成することが知られている（例えば、米国特
許第５，００４，３０７号、同第５，１２１，２５６
号、同第５，１２５，７５０号等）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように構成される
結像光学系において、固体浸レンズは対物レンズの焦点
近傍に配設される微少な半球状もしくは超半球状の平凸
レンズからなるが、固体浸レンズのサイズ、タイプなど
についてはあまり詳しく検討されていなかった。例え
ば、光学的な収差といった見地から見て半球タイプと超
半球タイプのいずれを用いるのが好ましいかといったこ
とや、光記録再生装置で使用するには固体浸レンズはで
きるだけ小さくする方が有利と考えられるが下限サイズ
はどこにあるか等といったこと等の検討はあまり行われ
ていなかった。

【０００４】このようなことから本発明は、光学的な収
差という見地から、要求される視野半径に対して最適な
サイズの固体浸レンズを有した結像光学系を提供するこ
と、並びにこの結像光学系を用いた光ディスク記録再生
装置および顕微鏡を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的達成のた
め、本発明に係る結像光学系は、対物レンズとこの対物
レンズの光軸上に配設された固体浸レンズとを備えて構
成され、この固体浸レンズが、対物レンズの光軸上の結
像点を曲率中心とする所定曲率半径Ｒの凸球面状レンズ
面と、この曲率中心を通り対物レンズの光軸に直角な平
面状レンズ面とを有する平凸レンズ形状に構成され、凸
球面状レンズ面を対物レンズ側に向けるとともに平面状
レンズ面を結像面に極く近接して配設してなる。その上
で、結像光学系の開口数ＮＡと、固体浸レンズの屈折率
ｎと、要求される視野半径ｒと、使用する光の波長λと
に対して、固体浸レンズの直径Φが、次の条件式（１）
を満足するように設定される。

【０００６】

【数１】０．６ｎ・ＮＡ²・ｒ²・λ^-1≦Φ≦３．２ｎ・ＮＡ²・ｒ²・λ^-1 ・・・（１）（但し、長さの単位はすべてミリメートル）

【０００７】本発明の結像光学系は光ディスクの記録・
再生用の光学系として使用することができ、この場合に
は、固体浸レンズの平面状レンズ面が光ディスクの記録
・再生面に極く近接して配設され、このときに要求され
る視野半径ｒは、トラッキング制御においてトラックを
数本〜数十本の範囲で操作するファインシークに要求さ
れる光ディスク上のレーザースポット変位量である。そ
して、この場合には、固体浸レンズの直径Φが、さらに
次の条件式（２）を満足するように設定するのが望まし
い。

【０００８】

【数２】０．６ｎ・ＮＡ²・ｒ²・λ^-1≦Φ≦１．４ｎ・ＮＡ²・ｒ²・λ^-1 ・・・（２）（但し、長さの単位はすべてミリメートル）

【０００９】なお、固体浸レンズを、凸球面状レンズ面
の曲率中心が平面状レンズ面上に位置する半球型の平凸
レンズから構成、すなわち、半球状タイプの固体浸レン
ズとして構成することができ、平面状レンズ面が対物レ
ンズの結像面に極く近接して配設される。

【００１０】また、固体浸レンズを、光軸上での厚さｔ
が（１＋１／ｎ）・Ｒで、超半球型の平凸レンズから構
成、すなわち、超半球状タイプの固体浸レンズとして構
成することもでき、この場合も、平面状レンズ面が結像
光学系の結像面に極く近接して配設される。

【００１１】以上の結像光学系において、対物レンズを
回折格子から構成しても良い。これにより結像光学系を
小型、コンパクトにすることができる。

【００１２】本発明に係る光ディスク記録再生装置は、
上記の結像光学系を用いて構成され、平面状レンズ面が
光記録再生用の記録媒体の表面に極く近接して固体浸レ
ンズが配設され、対物レンズにより集光されて入射され
る光源からの光により平面状レンズ面に集光スポットを
形成させ、この集光スポットを形成する光を用いて記録
媒体（光ディスク）への情報記録および再生を行わせ
る。

【００１３】本発明に係る顕微鏡は、結像光学系を顕微
鏡対物レンズとして用いて構成され、平面状レンズ面が
観察対象の表面に極く近接して配設されて構成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明においては、固体浸レンズ
において発生する収差を計算・分析し、好ましい固体浸
レンズのサイズを決定し、最適な結像光学系を得てお
り、まずこの計算・分析について説明する。

【００１５】半球タイプの固体浸レンズ１を用いて構成
される本発明に係る結像光学系の例を図１に示し、この
結像光学系は光軸Ｌ上に対物レンズ５と固体浸レンズ１
とを所定間隔をおいて図示のように配設して構成され
る。固体浸レンズ１は、光軸Ｌ上の点Ｏを中心とする曲
率半径Ｒの凸球面状レンズ面１ａと、中心点Ｏを通り光
軸Ｌに直角な平面からなる平面状レンズ面１ｂとからな
る半球状の平凸レンズ系状に構成され、凸球面状レンズ
面１ａが対物レンズ５の方を向き、平面状レンズ面１ｂ
が対物レンズ５による結像面６に極く近接して（ほぼ重
なる程度まで近接して）配設されている。なお、固体浸
レンズ１が半球状であるため、この結像光学系において
は、対物レンズ５の結像面６は結像光学系の結像面でも
ある。但し、固体浸レンズ２を設けずに対物レンズ５の
みにより集光されて結像面に結像される集光スポット径
に比べて、固体浸レンズ１を設けた結像光学系では集光
スポット径が１／ｎ（但し、ｎは固体浸レンズ１の屈折
率）となる。

【００１６】一方、超半球タイプの固体浸レンズ２を用
いて構成される結像光学系の例を図２に示し、この結像
光学系は光軸Ｌ上に対物レンズ５と固体浸レンズ２とを
所定間隔をおいて図示のように配設して構成される。固
体浸レンズ２は、光軸Ｌ上の点Ｏを中心とする曲率半径
Ｒの凸球面状レンズ面２ａと、光軸Ｌに直角な平面から
なる平面状レンズ面２ｂとからなる超半球状の平凸レン
ズ系状に構成され、凸球面状レンズ面２ａが対物レンズ
５の方を向き、平面状レンズ面２ｂが結像光学系の結像
面７と極く近接して（ほぼ重なる程度まで近接して）配
設されている。固体浸レンズ２は超半球状であり、光軸
Ｌ上における固体浸レンズ２の厚さ（凸球面状レンズ面
２ａと光軸Ｌとの交点Ｐから平面状レンズ面２ｂまでの
光軸Ｌに沿った距離）は（１＋１／ｎ）・Ｒである。

【００１７】この結像光学系においては、対物レンズ５
により集光されて固体浸レンズ２に入射した光による結
像面７（すなわち、結像光学系の結像面７）が、固体浸
レンズ２の平面状レンズ面２ｂに極く近接して位置す
る。なお、対物レンズ５のみによる結像面は、図２にお
いて破線で示すように、凸球面状レンズ面２ａと光軸Ｌ
との交点Ｐから光軸Ｌに沿って距離（１＋ｎ）・Ｒの位
置になる。この結像光学系においても、固体浸レンズ２
の作用により、対物レンズ５のみにより集光されて結像
面に結像される集光スポット径に比べて、集光スポット
径が１／ｎ²（但し、ｎは固体浸レンズ１の屈折率）と
なる。

【００１８】以上のような結像光学系において、固体浸
レンズ１，２が正確な球面および平面形状を有していれ
ば光学的に無収差となるが、ここで固体浸レンズ１，２
の厚さ（光軸Ｌ上での厚さ）が変化した場合の収差を検
討する。入射光の波長λ＝４５０ｎｍ、開口数ＮＡ＝
１．２６、固体浸レンズの屈折率ｎ＝１．８、固体浸レ
ンズの直径Φ＝０．５ｍｍ（半径Ｒ＝０．２５ｍｍ）と
した場合に、固体浸レンズの光軸上の厚さが正確な厚さ
から変化した場合の波面収差の変化を演算し、その結果
を表１に示す。なお、表１において、上側の表は半球タ
イプの固体浸レンズ１の場合、下側の表は超半球タイプ
の固体浸レンズ２の場合を示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】このような波面収差変化において、収差限
界として一般的な回折限界の目安である０．０７λ rms
(Root Mean Square)をとると、半球タイプの固体浸レン
ズ１の許容変化量は約５０μｍであり、超半球タイプの
固体浸レンズ２の許容変化量は約６μｍである。このよ
うに、厚さ変動に対して、半球タイプの固体浸レンズ１
は超半球タイプに比べて一桁強いという結果となるが、
これは半球タイプの固体浸レンズ１における光の入射角
が常に零となることに鑑みれば当然のことであり、この
点においては、固体浸レンズとしては半球タイプの方が
すぐれていると言える。従って、以下の考察ではすべて
半球タイプの固体浸レンズを仮定して説明する。

【００２１】次に、像面上において、ある有限な視野サ
イズが要求される場合を考える。例えば、光ディスクを
用いた光記録再生装置においては、いわゆるファインシ
ークやトラッキングサーボ等のため、集光されたレーザ
ースポットは光軸上だけでなく、光軸を含む周囲の決め
られた範囲で動かなければならない。このため、有限な
視野サイズに対する要求が出てくるのでこの点を検討す
る。

【００２２】表２に、入射光の波長λ＝４５０ｎｍ、開
口数ＮＡ＝１．２６、固体浸レンズの屈折率ｎ＝１．８
とした場合に、集光点が光軸から一定距離だけ離れたと
き（すなわち有限な像高をもったとき）に、波面収差を
０．０７λｒｍｓ以下に抑えるために必要な固体浸レン
ズの直径Φを示している。この表の関係から分かるよう
に、像高が変化したときに同じ波面収差に抑えるには固
体浸レンズの直径は像高の自乗に比例して大きくならな
ければならない。つまり、固体浸レンズの直径Φは像高
あるいは有効視野の自乗に比例する。

【００２３】

【表２】

【００２４】表３は、入射光の波長λ＝４５０ｎｍ、固
体浸レンズの屈折率ｎ＝１．８、像高０．０１ｍｍとし
た場合に、開口数ＮＡが変化したときに波面収差を０．
０７λ rms以下に抑えるために必要な固体浸レンズの直
径Φを示している。この表の関係から、開口数ＮＡが変
化したときに同じ波面収差に抑えるには、固体浸レンズ
の直径Φは開口数ＮＡの自乗に比例して大きくならなけ
ればならないことが分かる。つまり、固体浸レンズの直
径Φは開口数ＮＡの自乗に比例する。

【００２５】

【表３】

【００２６】表４は、入射光の波長λ＝４５０ｎｍ、開
口数ＮＡ＝１．４４、像高０．０１ｍｍとした場合に、
固体浸レンズの屈折率ｎが変化したときに波面収差を
０．０７λ rms以下に抑えるために必要な固体浸レンズ
の直径Φを示している。この表の関係から、屈折率ｎが
変化したときに同じ波面収差に抑えるには固体浸レンズ
の直径Φは屈折率ｎに比例して大きくならなければなら
ないことが分かる。つまり、固体浸レンズの直径Φは屈
折率ｎに比例する。

【００２７】

【表４】

【００２８】表５は、開口数ＮＡ＝１．２６、像高０．
０１ｍｍ、固体浸レンズの屈折率ｎ＝１．８とした場合
に、入射光の波長λが変化したときに波面収差を約０．
０７λ rms以下に抑えるために必要な固体浸レンズの直
径Φを示したものである。この表の関係から、波長が変
化したときに同じ波面収差に抑えるには固体浸レンズの
直径Φは波長に反比例して大きくならなければならない
ことが分かる。つまり、固体浸レンズの直径Φは、波長
λに反比例する。

【００２９】

【表５】

【００３０】以上述べた関係については、以下のように
定性的に説明することができる。まず、有限像高の集光
点に結像する場合に発生する収差の種類であるが、これ
はほぼ全てが非点収差である。この波面収差の一例を図
３に示しており、この収差図は明らかに非点収差そのも
のの特徴を示している。なお、周知の通り、非点収差は
像高と開口数ＮＡの自乗に比例する。一方、開口数ＮＡ
と像高を一定にした場合、固体浸レンズのサイズと波面
収差は表５から分かるとおり反比例する。これらの事実
に鑑みれば、表２および表３の関係は首肯できる。

【００３１】固体浸レンズのサイズと波面収差とが反比
例する理由も定性的に説明できる。いま、固体浸レンズ
のサイズすなわち直径Φ＝１ｍｍ、像高０．０１ｍｍの
場合を考える。このときの収差をＷとすると、この状態
で像高のみを２倍、つまり０．０２ｍｍにすると、非点
収差の性質から収差は４倍、すなわち４Ｗとなる。一
方、固体浸レンズのサイズ（直径）を２倍にすると、相
似関係を保ったまま大きさのみを２倍にすることであ
り、収差は２倍すなわち２Ｗとなるはずである。このよ
うに、４Ｗの収差を固体浸レンズのサイズを２倍にする
ことにより２Ｗに低減したのであるから、固体浸レンズ
のサイズと非点収差は反比例の関係にあることが分か
る。

【００３２】次に、固体浸レンズのサイズと固体浸レン
ズの屈折率ｎとが比例するという点であるが、いま、通
常とは逆に固体浸レンズの像面上、すなわち、固体浸レ
ンズの平面状レンズ面に点物体があると仮定する。この
点物体から出て固体浸レンズを逆に通って進む光は、固
体浸レンズの球面状レンズ面から出射した後、発散す
る。この発散する光の波面の球面からのずれが固体浸レ
ンズの収差であると考えられる。この収差は、発散光を
逆追跡し、虚像位置での収差を計算することで得られ
る。この虚像の倍率はｎ倍となる。したがって、光線収
差もほぼｎ倍されるから波面収差もｎ倍である。一方、
虚像の像高はｎ倍となり、且つ虚像を作る光束の開口数
ＮＡは１／ｎ倍となる。よって、像高、開口数ＮＡの変
化による収差の増減は相殺される。従って、固体浸レン
ズの非点収差は屈折率ｎに比例し、固体浸レンズは屈折
率ｎに比例して大きくする必要があることが分かる。

【００３３】最後に、固体浸レンズのサイズが波長に反
比例することについては、波面収差が波長に反比例する
ことを考えれば明らかである。

【００３４】以上のことから、固体浸レンズの直径Φ、
屈折率ｎ、開口数ＮＡ、要求される視野半径ｒに対し
て、同一収差を保つためには、比例定数Ｃを用いて、次
式（３）の関係が必要となる。

【００３５】

【数３】 Φ＝Ｃ・ｎ・ＮＡ²・ｒ²・λ² ・・・（３）（但し、長さの単位はすべてミリメートル）

【００３６】一般に回折限界の基準として用いられてい
るのは波面収差０．０７λ rmsである。ここで前述のよ
うに、表５は、開口数ＮＡ＝１．２６、像高０．０１ｍ
ｍ、固体浸レンズの屈折率ｎ＝１．８とした場合に、入
射光の波長λが変化したときに波面収差を約０．０７λ
rms（ストレール強度０．８）以下に抑えるために必要
な固体浸レンズの直径Φを示したものであり、表５の値
を上記式（３）に代入して比例定数Ｃを求めると、Ｃ＝
０．６という値がほぼ該当する。また、Ｃ＝１．４のと
きに波面収差はほぼ０．０３５λ rms（ストレール強度
０．９５）となり、Ｃ＝３．２のときに波面収差はほぼ
０．０１６λ rms（ストレール強度０．９５）となる。

【００３７】ここで、光ディスクの記録再生や、顕微鏡
の解像力増大に固体浸レンズを用いる場合は固体浸レン
ズのサイズは小さい方がよい。但し、収差の最低基準
（波面収差を約０．０７λ rms以下に抑えるという基
準）から固体浸レンズのサイズ（直径）は最小でも
（３）式でＣ＝０．６となる値に設定するのが好まし
い。一方、視野最外周で波面収差を０．０１６λ rmsよ
り小さくするのはオーバースペックとなり事実上意味が
ないから、固体浸レンズの上限は（３）式でＣ＝３．２
とするのが好ましい。このような条件を示すのが前述の
条件式（１）である。但し、フライングヘッドに装着す
るなどの理由から一層の小型化が望まれる場合には、サ
イズを優先することになる。この場合、視野最外周で波
面収差０．０３５λrmsが保たれれば十分であると考え
られ、固体浸レンズの上限は（３）式でＣ＝１．４とす
るのが好ましい。この条件に対応する条件式が前述の条
件式（２）である。

【００３８】

【実施例】図４に本発明に係る結像光学系を用いた光デ
ィスク記録再生装置を示している。この装置において
は、光源１１から出たレーザビームはレンズ１２により
平行光束となり、ビームスプリッタ１３を通過し、ミラ
ー１４，１５を経てミラー２１に至る。このレーザ光の
経路を図中に矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３で示している。この
ミラー２１は反射面に回折レンズとして働くグレーティ
ングが刻まれており対物レンズとしての作用をなし、ミ
ラー２１に照射されたレーザビームはここで反射される
とともに収束光となる。もちろん、ミラー１５とミラー
２１との間、もしくはミラー２１の下方に通常の対物レ
ンズを配設しても良い。

【００３９】ミラー２１は、ボイスコイルモータ１７ａ
により揺動されるスイングアーム１７の先端に取り付け
られている。スイングアーム１７の先端の下面側にはさ
らに、ジンバル２５によって支えられたスライダ２６が
取り付けられており、スライダ２６上に固体浸レンズ２
２が配設されている。なお、回折レンズとして働くミラ
ー２１と固体浸レンズ２２により本発明に係る結像光学
系２０が構成される。上記のように収束光となったビー
ムは、矢印Ａ４で示すように、固体浸レンズ２２に入射
し、その底面（平面状レンズ面）に集光スポットを形成
する。このときの集光スポット径は、ミラー２１の回折
レンズ作用のみにより形成される集光スポット径の１／
ｎ（但し、ｎは固体浸レンズの屈折率）となる。

【００４０】ここで、スライダー２６は、光ディスク１
８の回転に伴って発生する空気ベアリング効果により、
光ディスク１８の表面から極く僅かに浮上した状態であ
り、固体浸レンズ２２の底面と光ディスク１８の表面と
の間隔は入射光の波長のほぼ１／１０以下に抑えられて
いる。このため、固体浸レンズ２２の底面に形成された
集光スポット光は、この間隔を通して通常の進行波とエ
バネッセント波の両方が光ディスク１８の表面に伝達さ
れ、ここに記録された情報を含んだ反射光となって取り
出される。

【００４１】このように光ディスク１８の表面から反射
されてくる記録情報を含んだ光は、固体浸レンズ２２、
ミラー２１，１５，１４を介して上記と逆の経路（Ａ
４，Ａ３，Ａ２，Ａ１の順に向かう経路）を辿って伝達
され、ビームスプリッタ１３に入射される。この光はビ
ームスプリッタ３１において反射されて矢印Ａ０で示す
ように伝わり、検出器３２に入射してここで電気信号に
変換される。

【００４２】なお、このような光情報の記録再生を行う
ときに、光ディスク１８の上でのファインシークおよび
トラッキングサーボを行うため、ミラー１５は微少な光
偏向を行うようになっている。このため、固体浸レンズ
２２は有限な視野を確保しなくてはならないが、例え
ば、この例においては視野半径０．０１ｍｍが要求され
る。ここで、光源からの光の波長λ＝４５０ｎｍ、固体
浸レンズの開口数ＮＡ＝１．２６、屈折率ｎ＝１．８
で、視野半径が０．０１ｍｍのときに、固体浸レンズが
直径Φ＝０．５ｍｍであれば、前述の条件式を満足す
る。

【００４３】図５には本発明に係る結像光学系５０を顕
微鏡対物レンズとして用いた光学顕微鏡の構成例を示し
ている。この装置において、光源４１から射出された光
はコンデンサレンズ４２を通ってハーフミラー４３で反
射され、対物レンズ５１および固体浸レンズ５２から構
成される顕微鏡対物レンズ５０に入射する（Ｂ１，Ｂ２
で示す経路を通る）。ここで、対物レンズ５１により収
束光となった光は固体浸レンズ５２に入射して固体浸レ
ンズ５２の底面（平面状レンズ面）に集光スポットを形
成し、ステージ４４上の試料４５を照明する。なお、固
体浸レンズ５２は対物レンズ５１との距離を一定に保つ
ため、保持部材５５によって保持されている。

【００４４】このようにして試料４５に照射されて反射
した光は、再び固体浸レンズ５２、対物レンズ５１を通
ってハーフミラー４３を通過し、像面４６に実像を形成
する。なお、目視観察の場合には、この実像を接眼レン
ズにより拡大して見ることになる。このような場合の顕
微鏡対物レンズ５０を構成する固体浸レンズ５２は、例
えば、光源からの光の波長λ＝４５０ｎｍ、固体浸レン
ズの開口数ＮＡ＝１．２６、屈折率ｎ＝１．８で、有効
視野半径が０．０１ｍｍで、固体浸レンズが直径Φ＝
１．８ｍｍであれば、前述の条件式を満足する。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
結像光学系の開口数ＮＡと、固体浸レンズの屈折率ｎ
と、要求される視野半径ｒとに対して、前述の条件式
（１）もしくは（２）を満足するように固体浸レンズの
直径Φを設定するので、要求される視野半径を満足する
とともにサイズを最適範囲内で最小にした結像光学系を
得ることができる。本発明ではこのような結像光学系を
用いて光ディスク記録再生装置が構成され、結像光学系
が小型軽量化できるのでこれにより、この装置を構成す
る可動部分の軽量化を図ることができる。また、本発明
ではこのような結像光学系を顕微鏡対物レンズとして用
いて顕微鏡が構成されるが、固体浸レンズを小型化して
対物レンズの作動距離を確保することが容易となるとい
う効果を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半球状タイプの固体浸レンズを用いた本発明に
係る結像光学系を示す正面図である。

【図２】超半球状タイプの固体浸レンズを用いた本発明
に係る結像光学系を示す正面図である。

【図３】本発明に係る結像光学系を構成する固体浸レン
ズの波面収差図である。

【図４】本発明に係る結像光学系を用いた光ディスク記
録再生装置の構成を示す概略図である。

【図５】本発明に係る結像光学系を顕微鏡対物レンズと
して用いて構成される顕微鏡の構成を示す概略図であ
る。

【符号の説明】

１半球タイプの固体浸レンズ２超半球タイプの固体浸レンズ１ａ，２ａ凸球面状レンズ面１ｂ，２ｂ平面状レンズ面５対物レンズ６結像面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H052 AB01 AB02 AC04 2H087 KA09 KA13 LA01 NA00 QA01 QA13 RA46 5D090 AA01 CC01 CC04 CC16 DD03 DD05 FF02 LL02 LL03 LL04 5D119 AA11 AA22 BA01 CA05 CA06 DA01 DA05 EC21 JA44 JB02 JB03 LB10 MA05 MA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対物レンズと、この対物レンズの光軸上
に配設された固体浸レンズとを備え、前記固体浸レンズが、前記対物レンズの光軸上の結像点
を曲率中心とする所定曲率半径Ｒの凸球面状レンズ面
と、前記曲率中心を通り前記対物レンズの光軸に直角な
平面状レンズ面とを有する平凸レンズ形状に構成され、
前記凸球面状レンズ面を前記対物レンズ側に向けるとと
もに前記平面状レンズ面を結像面に極く近接して配設し
てなる結像光学系において、前記結像光学系の開口数ＮＡと、前記固体浸レンズの屈
折率ｎと、要求される視野半径ｒと、使用する光の波長
λとに対して、前記固体浸レンズの直径Φが、条件式０．６ｎ・ＮＡ²・ｒ²・λ^-1≦Φ≦３．２ｎ・ＮＡ²・
ｒ²・λ^-1 （但し、長さの単位はすべてミリメートル）を満足する
ことを特徴とする結像光学系。
【請求項２】光ディスクの記録・再生用の光学系とし
て使用される結像光学系であって、前記固体浸レンズの
前記平面状レンズ面が前記光ディスクの記録・再生面に
極く近接して配設され、前記要求される視野半径ｒは、トラッキング制御におい
てトラックを数本〜数十本の範囲で操作するファインシ
ークに要求される光ディスク上のレーザースポット変位
量であることを特徴とする請求項１に記載の結像光学
系。
【請求項３】前記固体浸レンズの直径Φが、さらに条
件式０．６ｎ・ＮＡ²・ｒ²・λ^-1≦Φ≦１．４ｎ・ＮＡ²・
ｒ²・λ^-1 （但し、長さの単位はすべてミリメートル）を満足する
ことを特徴とする請求項２に記載の結像光学系。
【請求項４】前記対物レンズが回折格子からなること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の結像光学
系。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の結像光
学系を用いて構成される光ディスク記録再生装置であっ
て、前記固体浸レンズの前記平面状レンズ面が光記録再生用
の記録媒体の表面に極く近接して配設され、対物レンズ
により集光されて入射される光源からの光により前記平
面状レンズ面に集光スポットを形成させ、この集光スポ
ットを形成する光を用いて前記記録媒体への情報記録お
よび再生を行わせるように構成されていることを特徴と
する光ディスク記録再生装置。
【請求項６】請求項１〜４のいずれかに記載の結像光
学系を顕微鏡対物レンズとして用いて構成される顕微鏡
であって、前記固体浸レンズの前記平面状レンズ面が観察対象の表
面に極く近接して配設されて構成されることを特徴とす
る顕微鏡。