JP2003029156A

JP2003029156A - 固浸レンズ及びそれを用いた対物レンズ及び光記録再生装置

Info

Publication number: JP2003029156A
Application number: JP2001219410A
Authority: JP
Inventors: Tama Takada; 球高田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2001-07-19
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な画角特性を得ることが可能な、固浸レン
ズ及びそれを用いた対物レンズを提供する。【解決手段】入射した光束が集光面上で微小な集光スポ
ットを形成する固浸レンズであって、前記光束が入射す
るその固浸レンズの入射面は、光軸から離れるに従って
局所的な曲率半径が小さくなる非球面となっている構成
とする。また、前記固浸レンズと、その固浸レンズに光
束を集光する集光レンズとを備えた構成の対物レンズと
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、高密度な記録，再
生装置或いは顕微鏡等に使用される固浸レンズ及びそれ
を用いた対物レンズに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光ディスクの記録密度の向上
のために、光束を微小に集光する技術が使用されてい
る。例えば、使用するレーザ光の波長を短くしたり、対
物レンズの開口数を大きくしたりすることが行われてい
る。ところが、これらの対策だけでは光の回折限界があ
るため、大幅な記録密度向上が実現できない。そこで、
近年提案されている固浸レンズ（Solid Immersion Len
s，ＳＩＬ）を用いて、屈折率の高い媒質内に集光スポ
ットを絞ることで、空気中より遥かに小さい集光スポッ
トを形成することができる。

【０００３】この固浸レンズは、高屈折媒質中で光の波
長が短くなることを利用して、回折限界を小さくするも
のである。これは、一般的に、ガラス等の屈折率ｎの高
い材料で半球状のレンズ（固浸レンズ）を作り、これを
集光レンズの焦点面付近に配置する構成となっている。
このとき固浸レンズの内部における回折限界は、空気中
の１／ｎになるので、これにより、固浸レンズがない場
合よりも小さい集光スポットが得られる。

【０００４】図１７は、この従来の固浸レンズの使用状
態を説明する模式図である。同図において、図示しない
光源からの平行な光束Ｌは、上方より集光レンズ１に入
射し、これを透過して更に固浸レンズ２の球面の入射面
２ａに入射して、下面の集光面２ｂ上の集光スポットＰ
で集光する。光束Ｌが固浸レンズ２を通過してしまう
と、通常の集光スポットになるが、光ディスク３の表面
３ｃを近接場光が到達する領域に配置すれば、固浸レン
ズ２内のスポット光を利用することができる。

【０００５】但し、固浸レンズ２の集光面２ｂからの、
上記スポット光の浸み出し光が到達する近接場光領域
（ニアフィールド）は、光束Ｌの波長の１／４以下とさ
れているので、光ディスク３の表面３ｃと固浸レンズ２
の集光面２ｂとのギャップｔもこれと同等以下である必
要がある。なお、光ディスク３は、ディスク基板３ａ
と、その上面に設けられた記録媒体３ｂとより構成され
る。この光ディスク３を回転させつつ、記録媒体３ｂに
対して、上述した光学系により光学的に情報の記録，再
生を行う構成としたものを、光記録再生装置と呼ぶ。

【０００６】図１８は、上述した従来のレンズによる集
光の様子を示す模式図である。一般に、集光スポットの
径は、λ／ＮＡ即ちλ／ｎｓｉｎθに比例する。但し、 λ：光の波長ＮＡ：開口数（＝ｎｓｉｎθ）ｎ：媒質の屈折率 θ：最外周辺の光線と光軸との成す角である。ここで、媒質が空気である場合は、ｎ＝１であ
る。

【０００７】同図（ａ）は、通常の対物レンズ４のみで
平行な光束Ｌを上記光ディスク３の表面３ｃに集光する
場合である。このとき、媒質が空気であり、いわゆるフ
ァーフィールドであるため、光束Ｌの最外周辺の光線と
光軸Ｘとの成す角をθとすると、集光スポットＰａの径
はλ／ｓｉｎθに比例し、その分解能はλ／（２ｓｉｎ
θ）となる。

【０００８】同図（ｂ）は、半球状の固浸レンズ２を使
用する場合である。ここでは、上記図１７で説明したも
のと同様に、光束Ｌは、図示しない集光レンズに入射
し、これを透過して更に固浸レンズ２の球面の入射面２
ａに入射して、下面の集光面２ｂ上で集光する。図のよ
うな固浸レンズ２を用いると、屈折率ｎが１より大きな
媒質で形成されるので、開口数ＮＡが大きくなる。

【０００９】このとき、光束Ｌの最外周辺の光線と光軸
Ｘとの成す角をθとすると、集光スポットＰｂの径はλ
／ｎｓｉｎθに比例し、その分解能はλ／（２ｎｓｉｎ
θ）となる。このように、半球状の固浸レンズ２を使用
すれば、集光スポットＰｂの径は、対物レンズ４だけの
場合に対して１／ｎとなる。但し、光ディスク３の表面
３ｃと固浸レンズ２の集光面２ｂとのギャップｔはλ／
４以下である。

【００１０】以上のようにして、固浸レンズを使用する
と、上述したような光ディスクの記録密度の向上や、そ
の他、顕微鏡等の解像力向上を図ることができる。半球
状の固浸レンズの製造方法としては、マイクロレンズの
製造方法が適している。これは、レジストを円形にパタ
ーニングし、これを加熱溶融させ半球状にして、これを
用いてガラスをエッチングするものである。

【００１１】この方法によれば、一枚の基板に大量のレ
ンズを製造することが可能であり、一般的なガラスレン
ズの製造方法である研磨等の機械加工による方法より
も、更に量産性が高いものとなる。但し、この方法で製
造可能なレンズの大きさは、通常は直径０．１ｍｍ程
度、最大でも直径１ｍｍ程度と微小である。これは勿
論、固浸レンズとして使用可能な大きさとなっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、対物レンズ
は、０．５゜〜１゜の画角に対して特性を維持する必要
がある。しかしながら、上述したように固浸レンズが微
小であると、これを使用した対物レンズにおいて、光軸
に対して前記画角に相当する角度で斜めに入射した軸外
光束は、固浸レンズの大きさに比して大きく偏心してこ
れに入射し、非点収差を発生して波面収差特性が悪化す
るという問題がある。

【００１３】図１９は、従来の固浸レンズにおいて非点
収差が発生する様子を示す模式図であり、集光レンズ１
と固浸レンズ２を使用した対物レンズ６の例を示してい
る。同図において、図示しない光源からの平行な軸上光
束Ｌ１は、左方より開口絞り５を経て、入射面１ａより
集光レンズ１に入射する。そして、これを透過して射出
面１ｂより射出し、更に球面の入射面２ａより固浸レン
ズ２に入射して、集光面２ｂ上で集光する。

【００１４】一方、図示しない光源からの平行な軸外光
束Ｌ２は、左方より開口絞り５を経て、光軸Ｘに対して
上記画角に相当する角度ωで、入射面１ａより集光レン
ズ１に入射する。そして、これを透過して射出面１ｂよ
り射出し、微小な固浸レンズ２の大きさに比して大きく
偏心して、その入射面２ａより固浸レンズ２に入射す
る。そして、集光面２ｂ付近で非点収差を発生し、これ
により波面収差特性が悪化する。ちなみに、このような
軸外光束の最外周辺までの光線が入射する範囲である固
浸レンズ上の径を、一般に有効径と呼んでいる。

【００１５】ここで、固浸レンズで生じる非点収差は、
通常のレンズで生じる非点収差とは発生原理が異なる。
まず、通常のレンズの場合、例えば軸外の平行光束が正
レンズに入射するときは、光束はレンズの屈折力を受け
るが、子午断面の方が球欠断面より強い屈折力を受ける
ために、非点収差を生じる。

【００１６】次に、固浸レンズの場合を説明する。図２
０は、従来の固浸レンズにおいて非点収差が発生する原
理を示す模式図である。同図（ａ）は軸外光束に対する
子午断面図、同図（ｂ）は球欠断面図を示している。そ
して、各図において左方に位置する図示しない光源から
固浸レンズへと光束が入射する。ここでは軸上光束及
び、上記図１９で示した例とは別の例である軸外光束の
光線の軌跡を描いてある。即ち、説明の便宜上、主光線
が光軸に対して略平行である軸外光束が固浸レンズに入
射した場合の例を示している。

【００１７】まず、同図（ａ）に示す子午断面におい
て、軸上光束Ｌ１内の全ての光線は、固浸レンズ２の入
射面２ａに垂直に入射するため、屈折力を受けない。故
に、軸上光束Ｌ１は、集光面２ｂ上で結像する。一方、
一例として光軸Ｘに対して主光線が略平行をなす軸外光
束Ｌ２は、球面である入射面２ａに主光線が図のように
斜めに入射しても、曲率半径が同じであるためあまり屈
折力を受けず、受ける屈折力の変化はあまり生じない。
但し、軸上光束Ｌ１に対して軸外光束Ｌ２は、主光線が
入射面２ａに入射する位置が光軸Ｘに沿って距離ｌだけ
後方となるため、それに応じて固浸レンズ２を通過する
軸外光束Ｌ２を固浸レンズ２の外部へ延長したときの仮
想の結像点（不図示）は、集光面２ｂの後方に位置す
る。

【００１８】これに対して、同図（ｂ）に示す球欠断面
において、軸上光束Ｌ１，軸外光束Ｌ２の主光線が入射
する点を含む入射面２ａの曲率半径は、それぞれＲ１，
Ｒ２となる。ここではいずれの光束も、光束内の全ての
光線は、入射面２ａへ垂直に入射するため、屈折力は受
けず、結像点は変位しない。即ち集光面２ｂ上で結像す
る。但し、同図（ｂ）において軸上光束Ｌ１の主光線が
紙面上とすると、軸外光束Ｌ２の主光線は紙面より手前
側或いは向こう側となる。以上のようにして、軸外光束
Ｌ２は子午面だけで結像点が変位するため、これにより
非点収差が生じる。

【００１９】このような問題点に対して、ＵＳＰ５，９
１７，７８８号公報に記載されている如く、光学式デー
タ蓄積システム用レンズとして、集光レンズと固浸レン
ズとからなる対物レンズにおいて、固浸レンズを非球面
レンズとすることで画角特性を向上させる構成のものが
提案されている。ところが、ここでは具体的な光学パラ
メータは開示されておらず、また原理的な説明も、どの
ような形状の非球面にすればよいかも記載されていな
い。

【００２０】本発明は、以上のような問題点に鑑み、良
好な画角特性を得ることが可能な、固浸レンズ及びそれ
を用いた対物レンズを、具体的な光学パラメータ等によ
り提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、入射した光束が集光面上で微小な集光
スポットを形成する固浸レンズであって、前記光束が入
射するその固浸レンズの入射面は、光軸から離れるに従
って局所的な曲率半径が小さくなる非球面となっている
ことを特徴とする。また、前記固浸レンズの入射面が楕
円面であることを特徴とする。

【００２２】さらに、前記固浸レンズの入射面の非球面
形状を表すコーニック係数Ｋが、以下の条件式を満足す
る事を特徴とする。０＜Ｋ＜１但し、非球面の定義式は、ｚ＝（ｙ²／Ｒ）／〔１＋√｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／
Ｒ）²｝〕＋Ａｙ⁴＋Ｂｙ⁶＋Ｃｙ⁸＋Ｄｙ¹⁰ であり、ｚ：非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離ｙ：光軸からの距離Ｒ：曲率半径Ｋ：コーニック係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：非球面係数である。

【００２３】また、前記固浸レンズと、その固浸レンズ
に光束を集光する集光レンズとを備えたことを特徴とす
る対物レンズとする。さらに、前記集光レンズの入射面
と射出面、及び前記固浸レンズの入射面が、いずれも凸
面であることを特徴とする対物レンズとする。

【００２４】また、前記対物レンズを用いて、所定の記
録媒体に対して光学的に情報の記録或いは再生を行うこ
とを特徴とする光記録再生装置とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一
実施形態の対物レンズの基本構成を模式的に示す図であ
る。同図に示すように、対物レンズ１０は、それぞれ光
軸Ｘ上に位置する集光レンズ１１と固浸レンズ１２とで
構成される。この集光レンズ１１と固浸レンズ１２とに
より、図の左方に位置する図示しない光源からの平行光
束が集光される。

【００２６】具体的には、同図において、図示しない光
源からの平行な光束Ｌは、左方より開口絞り１５を経
て、入射面１１ａより集光レンズ１１に入射する。そし
て、ここで集光されつつこれを透過して射出面１１ｂよ
り射出し、更に入射面１２ａより固浸レンズ１２に入射
して、ここで再び集光されて集光面１２ｂ上で結像す
る。なお、集光面１２ｂは平面であり、集光レンズ１
１，固浸レンズ１２はいずれも非球面レンズである。

【００２７】集光レンズ１１の近軸的な結像点は、固浸
レンズ１２の集光面１２ｂに一致し、固浸レンズ１２の
入射面１２ａの曲率半径は、固浸レンズ１２の心厚に一
致する。従って、近軸的には、固浸レンズ１２は光束に
対して屈折力を持たない。また、対物レンズ１０の開口
数ＮＡは１を超えるので、光束Ｌの最外光線は固浸レン
ズ１２の集光面１２ｂで全反射されるためここから射出
しないが、集光面１２ｂからの浸み出し光が存在する。
この浸み出し光が到達する近接場光領域（ニアフィール
ド）は、上述したように光束Ｌの波長の１／４以下とさ
れているので、光ディスクの表面を近接場光が到達する
領域に配置すれば、固浸レンズ１２内のスポット光を光
記録に利用することができる。

【００２８】図２は、本実施形態の固浸レンズにおいて
非点収差が補正される原理を示す模式図である。同図
（ａ）は軸外光束に対する子午断面図、同図（ｂ）は球
欠断面図を示している。そして、各図において左方に位
置する図示しない光源から固浸レンズへと光束が入射す
る。ここでは軸上光束及び、上記従来技術の図２０で示
した例と同様に入射した軸外光束の光線の軌跡を描いて
ある。

【００２９】上述したように、従来の技術では、固浸レ
ンズの入射面が球面であったため、軸外光束が球欠面上
と比較して子午面上では後方に結像し、その結果非点収
差を生じるということが問題であった。これに対して本
発明では、固浸レンズの入射面は、光軸から離れるに従
って局所的な曲率半径が小さくなるような非球面となっ
ていて、これにより非点収差を補正する構成となってい
る。その面形状は、一例として、光軸方向に短軸を有す
る楕円形を光軸の周りに回転させてできる楕円面となっ
ている。

【００３０】まず、同図（ａ）に示す子午断面におい
て、軸上光束Ｌ１は、近軸的には固浸レンズ１２の入射
面１２ａに垂直に入射するため、屈折力を受けない。故
に、軸上光束Ｌ１は、集光面１２ｂ上で結像する。一
方、一例として光軸Ｘに対して略平行をなす軸外光束Ｌ
２は、主光線が入射面１２ａに斜めに入射し、ここで正
の屈折力を受ける。なぜならば、入射面１２ａは、光軸
から離れるに従って局所的な曲率半径が小さくなる非球
面となっているためである。これにより、軸外光束Ｌ２
は、屈折力を受けない場合よりも前方（光源側）に結像
するような作用を受ける。

【００３１】ところが、軸上光束Ｌ１に対して軸外光束
Ｌ２は、主光線が入射面２ａに入射する位置が光軸Ｘに
沿って距離ｌだけ後方となるため、それに応じて後方に
結像するような作用を受ける。従って、これら２つの作
用が相殺され、結果的に軸上光束Ｌ１と軸外光束Ｌ２
は、いずれも固浸レンズ１２の集光面１２ｂ上で結像す
ることとなる。

【００３２】これに対して、同図（ｂ）に示す球欠断面
において、軸上光束Ｌ１，軸外光束Ｌ２の主光線が入射
する点における入射面１２ａの曲率半径はそれぞれ異な
る。ここではいずれの光束も、近軸的には入射面１２ａ
へ垂直に入射するため、屈折力は受けず、結像点は変位
しない。即ち集光面１２ｂ上で結像する。但し、同図
（ｂ）において軸上光束Ｌ１の主光線が紙面上とする
と、軸外光束Ｌ２の主光線は紙面より手前側或いは向こ
う側となる。以上のようにして、軸外光束Ｌ２は子午面
でも球欠面でも集光面１２ｂ上で結像するため、非点収
差が生じない。従って、軸外光束Ｌ２の波面収差は良好
なものとなり、画角特性が向上する。

【００３３】なお、対物レンズ１０に入射する光は、平
行光に限定されるものではなく、発散光或いは収束光で
あっても良い。また、固浸レンズの集光面は、平面に限
定されるものではなく、曲面であっても良い。但し、曲
面の場合は、近接して配置される光ディスクとの接触を
避けるため、凸面であることが望ましい。さらに、固浸
レンズの入射面において、光束が近軸的に屈折力を受け
ない構成に限定されるものではなく、屈折力を受ける構
成としても構わない。

【００３４】以下に、具体的な設計例を示す。図３〜図
９は、本実施形態に係るそれぞれ実施例１〜実施例７の
対物レンズの構成を模式的に示す図である。また図１
０，図１１は、それぞれ比較例１，比較例２の対物レン
ズの構成を模式的に示す図である。比較例は、固浸レン
ズの入射面が球面となっている従来からの構成のもので
ある。なお、図７に示す実施例５は、固浸レンズが比較
的大きい例を示しており、これはマイクロレンズの製造
方法ではなく、通常のレンズの製造方法によるものを想
定している。

【００３５】各レンズ面の面番号は、光源側から順に付
されている。即ち、各実施例において、集光レンズ１１
の入射面１１ａ，射出面１１ｂにそれぞれ面番号Ｓ１，
Ｓ２を付し、固浸レンズ１２の入射面１２ａ，集光面１
２ｂにそれぞれ面番号Ｓ３，Ｓ４を付している。また各
比較例において、集光レンズ１の入射面１ａ，射出面１
ｂにそれぞれ面番号Ｓ１，Ｓ２を付し、固浸レンズ２の
入射面２ａ，集光面２ｂにそれぞれ面番号Ｓ３，Ｓ４を
付している。各例において、面番号に＊印を付与してい
る面は非球面である。

【００３６】ここで、非球面の定義式を以下に示す。ｚ＝（ｙ²／Ｒ）／〔１＋√｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／
Ｒ）²｝〕＋Ａｙ⁴＋Ｂｙ⁶＋Ｃｙ⁸＋Ｄｙ¹⁰ 但し、ｚ：非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離ｙ：光軸からの距離Ｒ：曲率半径Ｋ：コーニック係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：非球面係数である。

【００３７】固浸レンズ入射面の非球面形状を表すコー
ニック係数Ｋは、以下の条件式を満足することが望まし
い。０＜Ｋ＜１０＜Ｋであることは、光軸方向に短軸を有する楕円面で
あることを示している。ここで、Ｋが下限値以下となる
と、Ｋ＝０のときは従来からの球面となり、Ｋが負の値
のときは、本実施形態とは逆に、光軸から離れるに従っ
て局所的な曲率半径が増加するため、いずれにせよ画角
特性が悪化する。また、Ｋが上限値以上となると、光軸
から離れるに従って局所的な曲率半径が減少する割合が
極端に大きくなるので、やはり画角特性が悪化する。

【００３８】また、集光レンズの入射面と射出面、及び
固浸レンズの入射面を、いずれも凸面とすることが望ま
しい。これらの面のいずれかが凹面或いは平面となる
と、画角特性が悪化する。なお、固浸レンズの集光面の
形状は、画角特性などの光学特性にあまり影響を与えな
いが、光学的に情報の記録再生を行う際には、光ディス
クの表面を固浸レンズの集光面に波長の１／４以下の間
隔で近接させる必要があるので、光ディスクと固浸レン
ズの接触を避けるためには、平面又は凸面であることが
望ましい。特に、固浸レンズの製造を容易にするために
は、平面であることが望ましい。

【００３９】さて、実施例１〜実施例５、及び比較例
１，比較例２は、固浸レンズの入射面が近軸的に屈折力
を持たない例であり、また、実施例６は正の屈折力を持
つ例、実施例７は負の屈折力を持つ例である。屈折力を
持つ実施例では、集光レンズ１１の近軸的な結像点は固
浸レンズ１２の集光面１２ｂに一致せず、固浸レンズ１
２の入射面１２ａの曲率半径は、固浸レンズ１２の心厚
に一致しない。また、実施例１，実施例３，及び実施例
５〜実施例７は、固浸レンズ１２の入射面１２ａが楕円
面であり、実施例２，実施例４は、固浸レンズ１２の入
射面１２ａが４次以上の次数を有する多項式で表される
非球面である。

【００４０】また、実施例３〜実施例７，及び比較例２
は、集光レンズの射出面１１ｂと固浸レンズの入射面１
２ａの間隔が、画角に応じて最適な間隔となるように変
化する。以下に、画角０゜及び０．５゜におけるその各
例での間隔を示す。画角０゜０．５゜実施例３１．５１６９５４１．５１５６０８実施例４１．５３７６５１．５３６０９６実施例５０．５２３９７０．５２３７６８実施例６１．４６９８１１１．４６８４１９実施例７１．４８７７１１１．４８６３３４比較例２１．２０１８５７１．２０２６５３

【００４１】各例における対物レンズの組立時に、入射
光束が画角誤差を有する場合には、その画角に応じて集
光レンズと固浸レンズの間隔を最適に調整した上で固定
すれば良い。また、対物レンズを用いて情報の記録や再
生を行っている間に画角が変動するような場合には、変
動する画角に応じて集光レンズと固浸レンズの間隔を最
適に保つように制御すれば良い。なお、実施例１，実施
例２，及び比較例１は、集光レンズと固浸レンズの間隔
は変化しない。

【００４２】以下、本発明に係る対物レンズの光学系の
構成を、コンストラクションデータを挙げて更に具体的
に示す。各実施例及び比較例において、波長は入射光の
波長、開口直径は開口絞りの絞り径、ＮＡは固浸レンズ
の媒質中の開口数をそれぞれ示す。また、光学パラメー
タとして、Si(i=1,2,3,4)は光源側から数えてi 番目の
面の面番号を示し、ri(i=1,2,3,4)はその曲率半径を示
す。このとき、INFINITYは平面を表す。

【００４３】また、di(i=1,2,3)は光源側から数えてi
番目の軸上面間隔を示し、Ni(i=1,2)は光源側から数え
てi 番目のレンズの入射光に対する屈折率を示す。各例
ではレンズの材質は光学ガラスであるが、それ以外の材
質、例えばプラスチックを使用しても良い。さらに、非
球面係数は、面番号に＊印を付与した非球面の上記定義
式におけるコーニック係数，非球面係数の数値を示す。
なお、d2で表される集光レンズと固浸レンズの間隔は、
各例共、画角０゜のときの数値を示している。

【００４４】《実施例１》波長：405nm 開口直径：3.0mm ＮＡ：1.12 [面番号] [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] *S1 r1= 2.34001 d1=2 N1=1.794233 S2 r2=-8.14957 d2=1.453621 *S3 r3= 0.1 d3=0.1 N2=1.864767 S4 INFINITY

【００４５】[S1の非球面係数] K=-1.080332 A= 1.011415×10^-3 B=-1.013543×10^-3 C=-2.861785×10^-5 D= 0 [S3の非球面係数] K= 0.392111 A= 0 B= 0 C= 0 D= 0

【００４６】《実施例２》波長：405nm 開口直径：3.0mm ＮＡ：1.13 [面番号] [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] *S1 r1= 2.30833 d1=2 N1=1.794233 S2 r2=-8.75452 d2=1.441119 *S3 r3= 0.1 d3=0.1 N2=1.864767 S4 INFINITY

【００４７】[S1の非球面係数] K=-1.051532 A= 1.321277×10^-3 B=-9.225204×10^-4 C=-4.113231×10^-5 D= 0 [S3の非球面係数] K= 0.400080 A=-3.374864×10 B= 0 C= 0 D= 0

【００４８】《実施例３》波長：405nm 開口直径：3.0mm ＮＡ：1.12 [面番号] [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] *S1 r1= 2.50584 d1=2 N1=1.794233 *S2 r2=-6.18477 d2=1.516954 *S3 r3= 0.1 d3=0.1 N2=1.864767 S4 INFINITY

【００４９】[S1の非球面係数] K=-1.094723 A= 1.749487×10^-3 B=-3.561664×10^-4 C=-1.341317×10^-5 D= 3.176332×10^-6 [S2の非球面係数] K=-38.039132 A= 0 B= 0 C= 0 D= 0 [S3の非球面係数] K= 0.490479 A= 0 B= 0 C= 0 D= 0

【００５０】《実施例４》波長：405nm 開口直径：3.0mm ＮＡ：1.12 [面番号] [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] *S1 r1= 2.56617 d1=2 N1=1.794233 *S2 r2=-5.74846 d2=1.53765 *S3 r3= 0.1 d3=0.1 N2=1.864767 S4 INFINITY

【００５１】[S1の非球面係数] K=-0.988312 A= 2.304862×10^-3 B=-5.828783×10^-4 C= 4.628039×10^-5 D=-3.746532×10^-6 [S2の非球面係数] K=-48.097890 A= 0 B= 0 C= 0 D= 0 [S3の非球面係数] K= 0.504267 A= 1.553463×10 B= 0 C= 0 D= 0

【００５２】《実施例５》波長：405nm 開口直径：3.0mm ＮＡ：1.12 [面番号] [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] *S1 r1= 2.26745 d1=2 N1=1.794233 *S2 r2=-9.73611 d2=0.52397 *S3 r3= 1 d3=1 N2=1.864767 S4 INFINITY

【００５３】[S1の非球面係数] K=-0.997733 A= 2.742729×10^-3 B=-6.825184×10^-4 C= 3.07504 ×10^-6 D=-1.38663 ×10^-6 [S2の非球面係数] K=-183.032382 A= 0 B= 0 C= 0 D= 0 [S3の非球面係数] K= 0.586125 A= 0 B= 0 C= 0 D= 0

【００５４】《実施例６》波長：405nm 開口直径：3.0mm ＮＡ：1.35 [面番号] [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] *S1 r1= 2.49994 d1=2 N1=1.794233 *S2 r2=-6.23291 d2=1.469811 *S3 r3= 0.1 d3=0.12 N2=1.864767 S4 INFINITY

【００５５】[S1の非球面係数] K=-1.107616 A= 1.463712×10^-3 B=-3.716838×10^-4 C=-1.116462×10^-5 D= 3.092243×10^-6 [S2の非球面係数] K=-35.672848 A= 0 B= 0 C= 0 D= 0 [S3の非球面係数] K= 0.249857 A= 0 B= 0 C= 0 D= 0

【００５６】《実施例７》波長：405nm 開口直径：3.6mm ＮＡ：1.14 [面番号] [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] *S1 r1= 2.34325 d1=2 N1=1.794233 *S2 r2=-8.09357 d2=1.487711 *S3 r3= 0.1 d3=0.08 N2=1.864767 S4 INFINITY

【００５７】[S1の非球面係数] K=-0.948056 A= 3.143878×10^-3 B=-3.550036×10^-4 C=-1.648464×10^-5 D= 1.643187×10^-6 [S2の非球面係数] K=-103.170941 A= 0 B= 0 C= 0 D= 0 [S3の非球面係数] K= 0.813135 A= 0 B= 0 C= 0 D= 0

【００５８】《比較例１》波長：405nm 開口直径：3.0mm ＮＡ：1.12 [面番号] [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] *S1 r1= 1.84596 d1=2 N1=1.794233 S2 r2=13.66184 d2=1.20111 S3 r3= 0.1 d3=0.1 N2=1.864767 S4 INFINITY

【００５９】[S1の非球面係数] K=-0.607802 A= 3.030582×10^-3 B= 2.408211×10^-4 C= 0 D= 0

【００６０】《比較例２》波長：405nm 開口直径：3.0mm ＮＡ：1.12 [面番号] [曲率半径] [軸上面間隔] [屈折率] *S1 r1= 1.84713 d1=2 N1=1.794233 S2 r2=13.79376 d2=1.201857 S3 r3= 0.1 d3=0.1 N2=1.864767 S4 INFINITY

【００６１】[S1の非球面係数] K=-0.609899 A= 3.055401×10^-3 B= 2.399747×10^-4 C= 0 D= 0

【００６２】また、図１２は本実施形態における固浸レ
ンズの、入射面の局所的な曲率半径を示すグラフであ
る。同図において、横軸には光軸からの距離を光軸上の
曲率半径で除して規格化した値を取っている。また、縦
軸には局所的な曲率半径を光軸上の曲率半径で除して規
格化した値を取っている。グラフ中の曲線〜曲線
は、それぞれ実施例１〜実施例７を示しており、いずれ
の実施例においても、光軸から離れるに従って、局所的
な曲率半径は減少していることが分かる。このような構
成により、上述したように、画角特性を向上させる効果
が得られる。

【００６３】図１３及び図１４は、実施例と比較例の画
角特性を示すグラフである。図１３は、集光レンズと固
浸レンズの間隔が変化しないタイプ同士を比較したもの
であり、図１４は、集光レンズと固浸レンズの間隔が変
化するタイプ同士を比較したものである。それぞれ、横
軸に画角（単位ｄｅｇ）を取っており、縦軸に波面収差
（単位ｍλＲＭＳ）を取っている。図１３において、曲
線ａは比較例１を、曲線ｂは実施例１を、曲線ｃは実施
例２をそれぞれ示している。また、図１４において、曲
線ｄは比較例２を、曲線ｅは実施例３を、曲線ｆは実施
例４をそれぞれ示している。

【００６４】固浸レンズの入射面の面形状は、比較例１
及び比較例２が球面、実施例１及び実施例３が楕円面、
実施例２及び実施例４が４次以上の次数を有する多項式
で表される非球面である。各図より分かるように、固浸
レンズの入射面が比較例のように球面である場合と比べ
て、実施例のように楕円面或いはさらに、高次の非球面
であるほど、波面収差が少なく、画角特性が向上してい
る。さらに、図１４で示したように、集光レンズと固浸
レンズの間隔が変化するタイプの方が、画角特性の向上
が顕著となっている。

【００６５】本実施形態においては、例えば、画角は少
なくとも０．３゜、望ましくは０．５゜必要であり、そ
の画角内で波面収差がマレシャルの限界値である７０ｍ
λＲＭＳ以下となっている必要がある。この場合、図１
３に示すように、画角０．３゜において、比較例１は８
１ｍλＲＭＳと限界値を超えているが、実施例１は４４
ｍλＲＭＳ、実施例２は３５ｍλＲＭＳと、いずれも限
界値以下になっている。また、図１４に示すように、画
角０．５゜において、比較例２は１９３ｍλＲＭＳと限
界値を超えているが、実施例３は１４ｍλＲＭＳ、実施
例４は８ｍλＲＭＳと、いずれも限界値以下になってい
る。

【００６６】ところで、図１５は固浸レンズの製造方法
を説明する模式図である。これは、基本的には上記マイ
クロレンズの製造方法を用いるものである。ここではま
ず、同図（ａ）に示すように、石英等のガラス基板１３
上にレジスト１４をパターニングする。次に、レジスト
１４を加熱溶融すると、その表面張力により、同図
（ｂ）に示すように、レジスト１４の上面は球面とな
る。

【００６７】さらに、同図（ｃ）に示すように、エッチ
ングを行う。これは、ガラス基板１３上面に対して上方
より一様の強度で略垂直にドライエッチングを行うもの
である。このとき、それぞれ矢印で示すように、ガラス
基板１３のエッチング速度Ｖ１は、レジスト１４のエッ
チング速度Ｖ２よりも遅くなるので、ガラス基板１３上
には、破線で示すように、扁平な楕円面が形成される。
ここでの楕円面は、ガラス基板１３上面に垂直な方向に
短軸を有する楕円を、その短軸周りに回転させてできる
面である。同図（ｄ）はエッチング後の状態を示してい
る。このように、ガラス基板１３上には楕円面が形成さ
れ、これが固浸レンズとなる。最後に、固浸レンズが所
定の心厚となるように、ガラス基板１３下面を研磨す
る。

【００６８】なお、ガラス基板１３及びレジスト１４の
材質を変えることにより、それぞれエッチング速度Ｖ
１，Ｖ２を変えることができる。Ｖ１とＶ２を同じにす
れば、ガラス基板１３上に形成される面形状は球面とな
り、異ならせれば楕円面となる。このように、Ｖ１とＶ
２を適当に設定するだけで、任意の楕円面形状を容易に
得ることができる。さらに、高次の非球面形状を得るた
めには、マスクを用いて、ガラス基板１３面内でエッチ
ング強度に分布を持たせれば良い。

【００６９】図１６は、本発明に係る対物レンズを用い
た光記録再生装置の一例の概略構成を模式的に示す斜視
図である。同図に示すように、光記録再生装置３１は、
大きくは回転機構部５０と、光ヘッド３２と、コントロ
ーラ３３と、信号処理部３４とを備えて構成される。

【００７０】回転機構部５０は、一例として記録面（同
図では上面）に記録媒体を有する光ディスク９を保持し
た状態で、そのディスク９を所定方向に回転させる。ま
た、光ヘッド３２は、ディスク９の記録面に対する信号
の記録又は読み取り（再生）を行う。さらに、コントロ
ーラ３３は、光ヘッド３２及び回転機構部５０に対して
駆動制御信号を与える。そして、信号処理部３４は、デ
ィスク９への記録信号或いはディスク９からの再生信号
を処理する。

【００７１】ここで、回転機構部５０は、モータ等の回
転駆動部５１とスピンドル等の回転部材５２とを備えて
いる。そして、コントローラ３３から与えられる駆動制
御信号に基づいて、回転駆動部５１が回転部材５２を例
えば矢印αで示すような所定方向に回転させる。回転部
材５２は、ディスク９を所定位置にて着脱自在に保持す
るような構造を有しており、これに装着されたディスク
９と一体となって回転動作を行う。

【００７２】また、光ヘッド３２は、光ヘッド駆動部１
８と保持部材１９とを備えており、保持部材１９の内部
先端部には、ミラー２０及びその下方に対物レンズ１０
が配置されている。さらに、光ヘッド駆動部１８及び保
持部材１９の下方には、レーザ光源４１，コリメータレ
ンズ４２，及びビームスプリッタ４３が設けられてお
り、これらは保持部材１９の長手方向に、ミラー２０と
共に同一光軸上に配置されている。そして、ビームスプ
リッタ４３の下方には、光検出器４４が配置されてい
る。レーザ光源４１は、半導体レーザ等の小型の光源を
使用することが望ましい。このレーザ光源４１は、コン
トローラ３３内に設けられた図示しないレーザ駆動回路
によって駆動される。

【００７３】また、保持部材１９は、光ヘッド駆動部１
８によって、ディスク９の回転中心方向に対して、矢印
βで示すように、直進的に進退自在なように構成されて
いる。ここではコントローラ３３が光ヘッド駆動部１８
に対して駆動制御信号を与えることによって、保持部材
１９の位置、即ちミラー２０と対物レンズ１０のディス
ク９に対する位置が制御される。なお、光ヘッド３２の
駆動機構は、上述のような保持部材１９をディスク９の
回転中心方向に対して直進的に進退させる構成でなくと
も良く、所定長さの保持部材を回転中心方向に対して揺
動動作させる機構であっても良い。

【００７４】今、レーザ光源４１から射出された光は、
コリメータレンズ４２で平行光となった後、ビームスプ
リッタ４３を透過する。そして、ミラー２０で反射され
ることにより、ディスク９に平行であった光路が垂直に
折り曲げられ、光がディスク９に対して垂直に向けられ
る。そして、対物レンズ１０によって、ディスク９の記
録面に対して微小スポットを形成して投射される。

【００７５】一方、ディスク９からの反射光は、上記と
逆方向に進み、対物レンズ１０からミラー２０を経て、
ビームスプリッタ４３に戻る。そして、ビームスプリッ
タ４３で反射されて光検出器４４に入射する。即ち、デ
ィスク９に記録された情報は、光検出器４４によって読
み取られる。なお、信号処理部３４は、ディスク９に記
録するためのデータを、コントローラ３３を介して上記
レーザ駆動回路に与えたり、光検出器４４で検出された
読み取りデータ（再生データ）をコントローラ３３を介
して受け取り、矢印γで示すように、図示しない他のデ
ータ処理機器に対して出力する機能を有する。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
良好な画角特性を得ることが可能な、固浸レンズ及びそ
れを用いた対物レンズを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の対物レンズの基本構成を
模式的に示す図。

【図２】固浸レンズにおいて非点収差が補正される原理
を示す図。

【図３】実施例１の対物レンズの構成を模式的に示す
図。

【図４】実施例２の対物レンズの構成を模式的に示す
図。

【図５】実施例３の対物レンズの構成を模式的に示す
図。

【図６】実施例４の対物レンズの構成を模式的に示す
図。

【図７】実施例５の対物レンズの構成を模式的に示す
図。

【図８】実施例６の対物レンズの構成を模式的に示す
図。

【図９】実施例７の対物レンズの構成を模式的に示す
図。

【図１０】比較例１の対物レンズの構成を模式的に示す
図。

【図１１】比較例２の対物レンズの構成を模式的に示す
図。

【図１２】固浸レンズの入射面の局所的な曲率半径を示
すグラフ。

【図１３】実施例と比較例の画角特性を示すグラフ。

【図１４】実施例と比較例の画角特性を示すグラフ。

【図１５】固浸レンズの製造方法を説明する図。

【図１６】対物レンズを用いた光記録再生装置の概略構
成を示す斜視図。

【図１７】従来の固浸レンズの使用状態を説明する図。

【図１８】従来のレンズによる集光の様子を示す模式
図。

【図１９】従来の固浸レンズにおいて非点収差が発生す
る様子を示す図。

【図２０】従来の固浸レンズにおいて非点収差が発生す
る原理を示す図。

【符号の説明】

９光ディスク１０対物レンズ１１集光レンズ１２固浸レンズ１３ガラス基板１４レジスト１５開口絞り１８光ヘッド駆動部１９保持部材２０ミラー３１光記録再生装置３２光ヘッド３３コントローラ３４信号処理部４１レーザ光源４２コリメータレンズ４３ビームスプリッタ４４光検出器５０回転機構部５１回転駆動部５２回転部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H087 KA09 LA01 PA02 PA17 PB02 QA02 QA05 QA14 QA21 QA33 QA41 RA05 RA12 RA13 5D119 AA22 BA01 EB02 EC35 JA44 JA49 JB00 JB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射した光束が集光面上で微小な集光ス
ポットを形成する固浸レンズであって、前記光束が入射
する該固浸レンズの入射面は、光軸から離れるに従って
局所的な曲率半径が小さくなる非球面となっていること
を特徴とする固浸レンズ。
【請求項２】前記固浸レンズの入射面が楕円面である
ことを特徴とする請求項１に記載の固浸レンズ。
【請求項３】前記固浸レンズの入射面の非球面形状を
表すコーニック係数Ｋが、以下の条件式を満足する事を
特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固浸レンズ；０＜Ｋ＜１但し、非球面の定義式は、ｚ＝（ｙ²／Ｒ）／〔１＋√｛１−（Ｋ＋１）（ｙ／
Ｒ）²｝〕＋Ａｙ⁴＋Ｂｙ⁶＋Ｃｙ⁸＋Ｄｙ¹⁰ であり、ｚ：非球面の面頂点から光軸に沿った方向の距離ｙ：光軸からの距離Ｒ：曲率半径Ｋ：コーニック係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：非球面係数である。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれかに記載の
固浸レンズと、該固浸レンズに光束を集光する集光レン
ズとを備えたことを特徴とする対物レンズ。
【請求項５】前記集光レンズの入射面と射出面、及び
前記固浸レンズの入射面が、いずれも凸面であることを
特徴とする請求項４に記載の対物レンズ。
【請求項６】請求項４又は請求項５に記載の対物レン
ズを用いて、所定の記録媒体に対して光学的に情報の記
録或いは再生を行うことを特徴とする光記録再生装置。