JP2005535063A - ２種類の材料で形成された対物レンズを含むスキャン装置 - Google Patents

Abstract

光記録担体（２）の、厚さｔ_ｄおよび屈折率ｎ_ｄを有する透明層（３）により覆われた情報層（４）をスキャンするための、光スキャン装置（１）。装置は、放射ビーム（１２、１５、２０）を発生させる放射源（１１）と、放射ビームを情報層上に集光させる対物レンズ系（１８）とを備えている。対物レンズ系は、支持体上に合成樹脂を含むレンズを含んでいることを特徴とし、このレンズの合計の厚さｔは、レンズ（１８）と担体（２）との間の自由作動距離をＦＷＤ、レンズ（１８）の入射瞳径をφとし、ｔ、ｔ_ｄ、φ、およびＦＷＤをミリメートルで表すこととして、
【数２３】

との条件を満たすものであり、ＦＷＤ＋ｔ_ｄ／ｎ_ｄ＜０．５１である。

Description

本発明は、光記録担体をスキャンするための光スキャン装置と、かかるスキャン装置内の対物レンズとしての使用に適した（ただしこれに限定はされない）レンズ系と、かかる装置およびかかるレンズ系の製造方法とに関するものである。

光記録においては、光記録担体と、その光記録担体のスキャン（たとえば、光記録担体への書込みおよび／または光記録担体からの読出し）に使用される装置との、双方の小型化への流れが、ますます強まっている。光記録担体の例には、ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）が含まれる。

情報記憶容量を減らすことなく光記録担体を小型化するためには、担体上の情報密度を増大させなくてはならない。かかる情報密度の増大は、情報をスキャンするための放射スポットをより小さくすることと共に行われなくてはならない。かかるより小さなスポットは、スキャン装置内において放射ビームを記録担体上に合焦させるために用いられる、対物レンズ系の開口数（ＮＡ）を増大させることにより実現され得る。そのため、高い開口数（たとえばＮＡ＝０．８５）を有するレンズを用いることが望ましい。

従来の高ＮＡ対物レンズは、対物レンズを構成する要素同士のアラインメントを取る追加の組立工程を導入するという手間をかけてでも、製造許容誤差を緩和するために、２つの要素からなっている。

Ｍ．Ｉｔｏｎａｇａ、Ｆ．Ｉｔｏ、Ｋ．Ｍａｔｓｕｚａｋｉ、Ｓ．Ｃｈａｅｎ、Ｋ．Ｏｉｓｈｉ、Ｔ．ＵｅｎｏおよびＡ．Ｎｉｓｈｉｚａｗａによる日本の記事「Ｓｉｎｇｌｅ Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ Ｌｅｎｓ Ｈａｖｉｎｇ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ ０．８５ ｆｏｒ ａ Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｉｓｋ Ｓｙｓｔｅｍ（開口数０．８５を有する高密度光ディスクシステム用対物単レンズ）」、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、第４１巻（２００２）、第１７９８−１８０３頁、パート１、第３Ｂ号、２００２年３月には、２つの非球面を有し、比較的高い０．８５のＮＡを有する、対物単レンズが記載されている。このレンズは、ガラスから作られている。レンズ径は４．５ｍｍであり、このレンズは、３．８８６ｍｍの開口径を有している。この対物単レンズは、２要素型の対物レンズが要するようなアラインメント取りの追加組立工程を必要としない。ＮＡの値が高いため、この対物レンズは、製造過程におけるばらつき、すなわち製造許容誤差の影響をより受けやすくなる。したがって、これらの高ＮＡ対物レンズに関しては、より低い開口数を有する対物レンズの場合に比して、製造許容誤差が、設計過程中において一層重要な役割を担う。

スキャン装置のサイズを小さくするためには、スキャン装置内の構成要素（対物レンズ等）を、可能な限り小さくすることが望ましい。

しかしながら、レンズ設計は光記録媒体の特性に依存するので、大きなレンズ設計を単に縮小してより小さなレンズを作製することは不可能である。たとえば、レンズ設計は、典型的には光記録担体の情報層を覆い、スキャン用の放射ビームが必ず通過しなくてはならない、透明層の特性に依存する。縮小過程では、ディスクの被覆層の厚さはそのままとされる（同一の記録担体が、通常サイズの対物レンズと、小さなサイズの対物レンズとの両方に使用される可能性が高い）。したがって、その光記録媒体のスキャンに適した小さなサイズの対物レンズの設計は、通常サイズの対物レンズの設計とは実質的に異なることとなる。

さらに、対物レンズは単一の要素から形成されることが望ましいが（２つの小さな要素を組み合わせることは難しく、したがってやや高コストである）、ガラスのみから単一の要素を形成するのは比較的高コストである。ガラス成形による作製過程は、ガラスを溶融させるための高い温度と、溶融したガラスを形作るための比較的強い力とを必要とし、そのため、結果として得られるレンズは比較的高コストの構成要素となってしまう。

単レンズを製造するためのより低コストの代替方法は、平坦なまたは球状の支持体（たとえばガラス）の上で、合成樹脂を形作る方法である。たとえば、ガラス球の製造は比較的低コストであり、したがって切り取られたガラス球は理想的な支持体である。所望の（たとえば非球面状の）表面形状を与えるために、支持体の表面上に合成樹脂が施されてもよい。米国特許第４，６２３，４９６号には、かかる液状の合成樹脂を支持体に施し、その後、その合成樹脂を硬化させて、予め決められた所望の非球面特性を有する層を形成することのできる手法が記載されている。

ここで、支持体上に合成樹脂を付与して形成されるレンズの設計上の制約は、ガラス等の単独物質から形成されるレンズの設計上の制約とは異なることが理解されよう。たとえば、合成樹脂は、典型的には支持体と異なる屈折率を有する。

また、レンズがより小さくされても、高ＮＡレンズは、製造過程におけるばらつき、すなわち製造許容誤差の影響を受けやすいままである点も理解されよう。

図１Ａは、実質的に球面である表面１８１と実質的に平坦な表面１８２とを持つガラス本体２００を有する、対物レンズ１８の一例を示した図である。かかるガラス本体には、非球面を形成するように、少なくとも１つの合成樹脂層が、後から第１の表面１８１に施される。ガラス本体が不適当に形成またはアラインメント取りされている場合には、樹脂の付加によって形成されたレンズの性能も影響を受けることが理解されよう。このレンズの、光軸に沿った合計の厚さ（すなわち本体と樹脂の層とを足した厚さ）はｔである。

図１Ａから１Ｄに示した例では、２つの別個の樹脂層１００、１０２が、ガラス本体２００のそれぞれの表面１８１、１８２に施されている。各樹脂層１００、１０２は、それぞれの非球面を形成するように形作られている。

後に続く図１Ｂ、１Ｃ、および１Ｄは、それぞれ、所望の光軸１９に対する２つの非球面の厚さ、偏心、および傾斜（チルト）のばらつきによって、支持体の形状および配向がどのように変化し得るかを示した図である（各例において、表面１８１のもとの位置が点線で示されている）。

図１Ｂは、この例では表面１８１と１８２との間隔が所望の間隔よりも大きくなってしまったことに起因して、レンズ全体の厚さが、所望の厚さよりも大きくなった状態を示している。しかしながら、実際には、２つの表面が、所望の間隔よりも近い間隔となることもあり得る点が理解されよう。

図１Ｃは、２つの非球面の偏心を示している。この例では、ガラス本体２００が、所望の光軸１９に対する理想位置に対して垂直方向にずれて配され、非球面１００の中心は所望の光軸１９からずれている一方、非球面１０２の中心は光軸１９上にあるままとなっている。

図１Ｄは、表面１８１を含むガラス本体が傾斜させられた、すなわち主軸に沿った所望の回転対称な位置に対して回転させられた様子を示している。この結果、上側の非球面１００は、下側の非球面１０２に対して傾斜を有している。

本発明の実施形態の１つの目的は、支持体材料上に合成樹脂が付与されて形成された対物レンズであって、適度な製造許容誤差に耐え得る対物レンズを提供することである。

光スキャン装置では、スキャン装置内における対物レンズの不精確なアラインメントのため、スキャン装置に対する記録担体位置のふらつきのため、または、使用されている放射ビームが光軸に沿って伝播しないために、放射ビームが、対物レンズに斜めに入射するかもしれない。たとえば、記録担体上におけるスキャン用放射スポットの位置決めに関する情報を提供するために、典型的にはかかる軸外し（オフアクシス）ビームが使用される。

そのようなビームの斜め入射は、波面収差をもたらす。典型的には、回折限界の系とするためには、光スキャン装置全体に関するスキャンビームの波面収差について、光路差の自乗平均の平方根（ＯＰＤ_ｒｍｓ）にして合計約０．０７λ（λは、関連放射ビームの波長）の許容誤差が許される。ＯＰＤ_ｒｍｓをｍλで表すことが便利な場合もある（０．００１λ＝１ｍλ）。レンズ系のフィールドとは、斜めビームが１５ｍλ未満のＯＰＤ_ｒｍｓを産する領域である。レンズ系の視野は、フィールドの２倍である。

本発明の実施形態の１つの目的は、支持体上に合成樹脂が付与されて形成された小さなサイズの高ＮＡ対物レンズであって、レンズに対するビームの斜め入射を許容し、かつ製造誤差を許容する対物レンズを提供することである。

第１の側面において、本発明は、光記録担体の、厚さｔ_ｄおよび屈折率ｎ_ｄを有する透明層により覆われた情報層をスキャンするための、放射ビームを発生させる放射源と、上記の情報層上に放射ビームを集光させる対物レンズ系とを備えた光スキャン装置であって、その対物レンズ系が支持体上に合成樹脂を含むレンズを含んでおり、そのレンズの合計の厚さｔが、レンズと担体との間の自由作動距離をＦＷＤ、レンズの入射瞳径をφとし、ｔ、ｔ_ｄ、φ、およびＦＷＤをミリメートルで表すこととして、

との条件を満たすものであり、かつ、ＦＷＤ＋ｔ_ｄ／ｎ_ｄ＜０．５１であることを特徴とする光スキャン装置を提供する。

このような制約条件を満たすようにレンズを設計することにより、結果として得られるレンズは、ビームの斜め入射および製造誤差を許容するものとなる。

別の側面において、本発明は、光記録担体の、厚さｔ_ｄおよび屈折率ｎ_ｄを有する透明層により覆われた情報層上に放射ビームを集光させるための、少なくとも１つのレンズを含むレンズ系であって、そのレンズ系が支持体上に合成樹脂を含むレンズを含んでおり、そのレンズの合計の厚さｔが、レンズと担体との間の自由作動距離をＦＷＤ、レンズの入射瞳径をφとし、ｔ、ｔ_ｄ、φ、およびＦＷＤをミリメートルで表すこととして、

との条件を満たすものであり、かつ、ＦＷＤ＋ｔ_ｄ／ｎ_ｄ＜０．５１であることを特徴とするレンズ系を提供する。

さらに別の側面において、本発明は、光記録担体の、厚さｔ_ｄおよび屈折率ｎ_ｄを有する透明層により覆われた情報層上に放射ビームを集光させるための、支持体上に合成樹脂が付与されて形成された少なくとも１つのレンズを含むレンズ系の製造方法であって、上記の支持体を形成する工程を含み、上記のレンズの合計の厚さｔが、レンズと担体との間の自由作動距離をＦＷＤ、レンズの入射瞳径をφとし、ｔ、ｔ_ｄ、φ、およびＦＷＤをミリメートルで表すこととして、

との条件を満たすものであり、かつ、ＦＷＤ＋ｔ_ｄ／ｎ_ｄ＜０．５１であることを特徴とする製造方法を提供する。

別の側面において、本発明は、光記録担体の、厚さｔ_ｄおよび屈折率ｎ_ｄを有する透明層により覆われた情報層をスキャンするための光スキャン装置の製造方法であって、放射ビームを発生させる放射源を提供する工程と、上記の情報層上に放射ビームを集光させるレンズ系を提供する工程とを含み、そのレンズ系が支持体上に合成樹脂を含むレンズを含んでおり、そのレンズの合計の厚さｔが、レンズと担体との間の自由作動距離をＦＷＤ、レンズの入射瞳径をφとし、ｔ、ｔ_ｄ、φ、およびＦＷＤをミリメートルで表すこととして、

との条件を満たすものであり、かつ、ＦＷＤ＋ｔ_ｄ／ｎ_ｄ＜０．５１であることを特徴とする製造方法を提供する。

本発明の他の側面は、従属請求項から明らかである。

本発明をよりよく理解させ、本発明の実施形態がどのように実施され得るかを示すために、以下、例として、図面を参照して説明を行う。

図２は、本発明の１つの実施形態に係る対物レンズ１８を含む、光記録担体２をスキャンするための装置１を示した図である。記録担体は、片側に情報層４が配された透明層３を含んでいる。情報層の、透明層と反対側に面した面は、保護層５によって、周辺環境の影響から保護されている。透明層の、装置側に面した面は、入射面６と呼ばれる。透明層３は、情報層に対する物理的な支持を与えることにより、記録担体の基板としての働きをする。

あるいは、透明層を、情報層を保護するという単独の機能のみを有するものとし、物理的な支持は、情報層の反対側にある層、たとえば、保護層５によって、または情報層４に結合させられたさらに別の情報層および透明層によって与えることとしてもよい。情報は、実質的に平行な同心円状または螺旋状のトラック内に配された、光検出可能なマーク（図示せず）の形態で、記録担体の情報層４に記憶され得る。マークは、光読出可能ないかなる形態のものであってもよく、たとえば、ピットの形態、周囲と異なる反射係数もしくは磁化方向を有する領域の形態、またはこれらの形態の組合せであってもよい。

スキャン装置１は、放射ビーム１２を発することのできる放射源１１を備えている。放射源は、半導体レーザーであってもよい。ビームスプリッタ１３は、発散する放射ビーム１２をコリメータレンズ１４に向けて反射し、コリメータレンズ１４は、発散ビーム１２をコリメートされたビーム１５に変換する。コリメートされたビーム１５は、対物レンズ系１８に入射する。

対物レンズ系は、１つまたは複数のレンズおよび／または格子を含んでいてもよい。対物レンズ系１８は、光軸１９を有している。対物レンズ系１８は、ビーム１５を、記録担体２の入射面６に入射する集束ビーム２０に変換する。この対物レンズ系は、放射ビームの透明層３の厚さ分の通過に適合化された、球面収差補正を有する。集束ビーム２０は、情報層４上にスポット２１を形成する。情報層４により反射された放射は、発散ビーム２２を形成し、その後、発散ビーム２２は、対物レンズ系１８によって実質的にコリメートされたビーム２３に変換され、コリメータレンズ１４によって実質的に集束ビーム２４に変換される。ビームスプリッタ１３は、集束ビーム２４の少なくとも一部を検出系２５に向かって透過させることにより、行き方向のビームと反射ビームとを分離する。検出系は、放射を捉えて、電気出力信号２６に変換する。信号処理器２７は、これらの出力信号を、他の様々な信号に変換する。

かかる信号の１つが情報信号２８であって、この情報信号２８の値は、情報層４から読み出された情報を表す。情報信号は、エラー補正のための情報処理ユニット２９によって処理される。信号処理器２７からの他の信号としては、焦点誤差信号および半径方向誤差信号３０がある。焦点誤差信号は、スポット２１と情報層４との間の、軸方向の高さの差を表す。半径方向誤差信号は、情報層４の平面内における、スポット２１と、そのスポットにより辿られるべき情報層のトラック中心との間の距離を表す。

焦点誤差信号および半径方向誤差信号は、サーボ回路３１に供給される。サーボ回路３１は、これらの信号を、それぞれ焦点アクチュエータおよび半径方向アクチュエータを制御するためのサーボ制御信号３２に変換する。これらのアクチュエータは、図中には示されていない。焦点アクチュエータは、対物レンズ系１８の焦点方向３３の位置を制御し、それにより、スポット２１の実際の位置を、情報層４の平面と実質的に一致するように制御する。半径方向アクチュエータは、対物レンズ系１８の半径方向３４の位置を制御し、それにより、スポット２１の半径方向の位置を、情報層４内で辿られるべきトラックの中心線と実質的に一致するように制御する。図中では、トラックは図の紙面に垂直な方向に走っている。

図２の装置はまた、上記の記録担体２よりも厚い透明層を有する、第２のタイプの記録担体をスキャンするように適合化されてもよい。かかる第２のタイプの記録担体のスキャンには、装置は、放射ビーム１２を用いてもよいし、異なる波長を有する放射ビームを用いてもよい。この放射ビームのＮＡは、記録担体のタイプに合わせて適合化されてもよい。それに応じて、対物レンズ系の球面収差の補償も適合化されなくてはならない。

上記で述べたような対物レンズ系で使用する高ＮＡ（ＮＡ＞０．６５）対物単レンズを提供するため、本発明の発明者は、米国特許第４，６２３，４９６号で提案されているのと類似の手法で、支持体の表面上に合成樹脂の薄い非球面状補正層を用いて、レンズを作製することを提案する。この層は、レプリカ層と呼ばれることもある。ガラス本体を低コストで製造できるものとするためには、ガラス本体が、切り取られたガラス球の形状を有していることが好ましい。適当な合成樹脂は、後にＵＶ光下において硬化される、アクリレート単量体またはアクリレート低重合体から形成され得る。ジアクリルは、かかる樹脂の一例である。ジアクリルは、波長４０５ｎｍにおいて屈折率１．５９８７を有し、アッベ数３４．５を有する。

図３は、択一的な２種類のレンズ設計を示した図である（それぞれ、タイプＩおよびタイプＩＩと名付けてある）。いずれの例においても、レンズは、情報層４と透明被覆層３とを有するそれぞれの光記録担体２との関係で、相対的に位置決めされて示されている。いずれの例においても、入射放射ビーム１５は、透明被覆層３を通って、情報層４上に集光（２０）されている。放射ビーム１５、２０は、レンズ１８の光軸１９に対して、斜めの入射角を有していることが見て取れる。

タイプＩのレンズとタイプＩＩのレンズとのいずれも、切り取られたガラス球の形状とされたガラス本体２００を含んでいる。かかる形状は、ガラス球を形成した後、そのガラス球を劈開することによって形成することができる。かかる劈開面は、比較的平坦な面である。

タイプＩのレンズは、１つのみの非球面を有することを特徴としている。この非球面は、切り取られたガラス球の支持体の曲面上に、合成樹脂１００を施すことにより形成される。使用時には、レンズのこの非球面は、放射源に面した側となる。

タイプＩＩのレンズは、２つの非球面を有することを特徴としている。タイプＩＩのレンズは、タイプＩのレンズの、ガラス本体の平坦な側（すなわち、使用時において記録媒体２に近接する側のガラス本体表面）に追加の非球面が形成されたものであると捉えることができる。かかる第２の非球面は、合成樹脂の追加の層１０２によって形成される。

以下、タイプＩのレンズとタイプＩＩのレンズとの、様々な好ましい設計上の制約条件を、より詳しく説明する。続いて、３つのレンズ例のパラメータを要約した表を示す。この表では、レンズ例２はタイプＩのレンズに対応し、レンズ例１および３はタイプＩＩのレンズに対応する。タイプＩのレンズは、タイプＩＩの特別な場合、すなわちタイプＩＩの第２の非球面が平坦である場合であると捉えることができる点に留意されたい。

タイプＩ
タイプＩのレンズは、ガラス本体２００の１つの表面のみに合成樹脂層１００の付加を要するので、タイプＩＩのレンズよりも低コストである。

好ましくは、レンズの合計の厚さｔ（光軸１９に沿った厚さ）は、対物レンズの入射瞳径をφとして、

との関係に従い、ＦＷＤ＋ｔ_ｄ／ｎ_ｄ＜０．５１とされる。関連する厚さおよび距離の寸法（すなわちｔ、ＦＷＤ、φおよびｔ_ｄ）は、ミリメートルで計測されているものとする。

より好ましくは、レンズの厚さｔは、

との関係に従う。

自由作動距離は、光軸に沿って計測された、記録担体に接触するまでにレンズが移動可能な距離、すなわち、記録担体に面した側のレンズ表面から透明層３の表面までの距離に対応する。

好ましくは、レンズのガラス本体の屈折率ｎは、自由作動距離をＦＷＤ、透明層３の厚さをｔ_ｄ、透明層３の屈折率をｎ_ｄ、レンズの焦点距離をＦとして、

との関係に従う。

スキャン装置内で使用される際には、上記のレンズは、異なる種々の放射波長と組み合わせて使用されるかもしれない（データの書込みと読出しとに、異なる波長が使用されてもよい）。あるいは、放射源（たとえばレーザー）の波長は、放射ビームのパワーの関数として変化してもよい（情報記録媒体からのデータの読出しと情報記録媒体へのデータの書込みとに、異なるパワーが使用されてもよい）。レンズがかかる波長のばらつきを許容するためには、ガラス本体のアッベ数が、４０よりも大きいことが好ましい。

タイプＩＩ
この設計は、２つの非球面からなっている。第２の非球面（ガラス本体の平坦な面上に形成された非球面）は、実質的に平坦であることが好ましい。好ましくは、この表面の最適なフィッティングを示す半径Ｒの絶対値は、レンズの入射瞳径をφ、開口数をＮＡ、樹脂の屈折率をｎ_ｒとして、

との関係に従う。最適なフィッティングを示す半径Ｒとは、自乗平均の平方根にして、その非球面から最小のずれを有する球面の半径である。

同様に、レンズの第２の非球面の規格化近軸光学パワーＰ（そのレンズ表面の光学パワーを、レンズ系の合計の光学パワーで割った値）は、

との関係に従うことが好ましい。

好ましくは、レンズの合計の厚さｔは、式（１）の関係に従う。

さらに好ましくは、合計の厚さｔは、式（２）の関係に従う。

好ましくは、レンズのガラス本体の屈折率ｎは、式（３）の関係に従う。

ここでも、レンズが放射波長のばらつきを十分に許容するためには、ガラス本体のアッベ数が、４０よりも大きいことが好ましい。

表１は、フィールド、支持体の厚さのばらつき、非球面の偏心、および非球面間の傾斜を許容するために最適化された、本発明の実施形態に係る３種類の具体的なレンズ設計の詳細を示している。例２はタイプＩの例（すなわちタイプＩＩの特別な場合）であり、例１および３はタイプＩＩの例である。例１および３を含む様々な設計の性能が、上記の好ましい設計上の関係の導出に用いられた図４、５、および６に示されている。具体的な設計の例２の性能は、表２に一覧表示されている。

例示された各レンズの前面および後面は、いずれも式

で与えられる回転対称な非球面形状を有している。ここで、ｚは光軸方向の表面位置（ミリメートル単位）であり、ｒは光軸までの距離（ミリメートル単位）であり、Ｂ_ｋはｒのｋ乗に係る係数である。３種類の例示的なレンズ設計についてのＢ_ｋの値が、表１に一覧表示されている。表１では、第１非球面が、放射源に面した側のレンズ表面であると想定されている。第２非球面の規格化光学パワーＰの計算には、以下の式が用いられる。

ここで、Ｂ_２は第２の表面の第１非球面係数であり、ｎ_ｒは樹脂の屈折率であり、φは対物レンズの入射瞳径であり、ＮＡは開口数である。

例１、２および３は、式（１）および（２）の条件を満たす。さらに、例２は式（３）の条件を満たす。例１および２は、式（４）および（５）の両方の条件を満たす。また、例１および２のガラス本体のアッベ数は、４０よりも大きい。

図４は、表１に示された例１および３の設計を含む様々な対物レンズ設計について、０．１°のフィールドのレンズへの放射ビームの斜め入射に起因する波面収差の自乗平均の平方根、および、１μｍの厚さの違い（実際のガラス本体の、所望の厚さｔからのずれ）を有するレンズのガラス支持体本体、１０μｍの偏心非球面、ならびに０．０１°の傾斜非球面に起因する波面収差の自乗平均の平方根を、対物レンズの屈折率の関数として示した図である。フィールド、厚さ、偏心、および傾斜からの寄与のそれぞれから来る波面収差（ＷＦＡ）の、個々の自乗平均の平方根が示されており、さらに、ＲＭＳ（自乗平均の平方根）合計波面収差が示されている。レンズ設計の例２の性能（表２参照）は、例２では平坦な出射表面のために非球面の偏心がちょうどゼロとなる点を除いて、図４に沿っている点に留意されたい。

同様に、図５は、上記と同じ様々な対物レンズ設計について、０．１°のフィールド、１μｍの厚さの違い、１０μｍの偏心非球面、および０．０１°の傾斜非球面に起因する、自乗平均の平方根（ＲＭＳ）形式の波面収差を、対物レンズの第２の表面（記録媒体に面した側のレンズ面）の規格化パワーの関数として示した図である。

図４と図５のいずれにおいても、各レンズは、０．８５の開口数と、１．０ｍｍの入射瞳径とを有する。（１つまたは２つの）非球面は、ガラス本体上のジアクリル層によって形成されている。ガラス本体は、切り取られたガラス球として形作られている。放射ビームはλ＝４０５ｎｍの波長を有しており、厚さが０．１ｍｍで屈折率が１．６２２３の被覆層（透明層３）を有する記録担体と併せて、０．１５ｍｍの自由作動距離（ＦＷＤ）が用いられている。

図６は、表１に示された例１および３の設計を含む様々な対物レンズ設計について、対物レンズの最適な厚さと、ガラス本体の最適な屈折率とを、自由作動距離（ＦＷＤ）の関数として示した図である。このデータは、各レンズが、０．８５の開口数と、１．０ｍｍの入射瞳径とを有することを前提としている。波長λ＝４０５ｎｍの放射ビームが、０．１ｍｍの被覆層厚さと１．６２２３の屈折率とを有する記録媒体（たとえばディスク）と共に使用された。

図４は、屈折率ｎが増大するにつれて、フィールドおよび傾斜の許容誤差は増え（すなわちＷＦＡが減り）、厚さの許容誤差は減ることを示している。偏心の許容誤差は、

付近で最適値（すなわち最小値）を示す。図示された４つの許容誤差すべてを統合すると、式（３）に示された関係が成り立つときに、最適なレンズ設計が見出されることが分かる。

図５は、第２の表面の規格化パワーが増大すると、ディスクのフィールドおよび傾斜の許容誤差は減り、厚さの許容誤差は増えることを示している。偏心の許容誤差は、−０．０２５の規格化パワー（Ｐ）付近で最適値を示す。

図４および５のいずれにおいても、表１の例２の場合のように、偏心の曲線の最小値がゼロのＷＦＡに対応することはない。このことは、ゼロに近いパワーを有する、タイプＩＩの設計の場合の第２の非球面は、係数Ｂ_４−Ｂ_１２の少なくとも１つがゼロでないために、平坦な面ではないことを意味する。

図６は、光軸に沿った対物レンズの最適な合計の厚さ（すなわち、ガラス本体と樹脂層との合計の厚さ）、および対物レンズのガラス本体の最適な屈折率ｎは、いずれも、自由作動距離（ＦＷＤ）が増大するにつれて減少することを示している。図６に図示された点のフィッティングを行うと、最適な屈折率（ｎ_ｏｐｔ）は、

により与えられ、ＦＷＤの関数としての最適な厚さは、

により与えられることが分かる。

いずれの場合においても、ＦＷＤおよびｔはミリメートルで表されているものとする。

拡大縮小関係を考慮に入れた、これらの具体的な結果および図４、５ならびに６より、式（１）、（２）、（３）および（５）に示された最適なレンズ設計パラメータを推測することが可能となった。

最後に、式（４）が成り立つ場合には、ガラス本体の実質的に平坦な面に施される樹脂の厚さは、薄く抑えられる。その結果、製造中におけるこの層のあらゆる収縮作用もまた小さく抑えられ、対物レンズの製造が容易となる。

様々なレンズ系について、本発明の種々の実施形態が適用可能であることが理解されよう。好ましくは、本発明の実施形態は、０．７よりも大きな開口数を有するレンズ系について使用される。好ましくは、本発明の実施形態に係るレンズ系は、２ｍｍ未満の入射瞳径を有し、さらに好ましくは１．５ｍｍ未満の入射瞳径を有する。好ましくは、本発明の実施形態は、約４０５ｎｍの波長を有するビームを含む、６００ｎｍ未満の波長を有する放射ビームと共に使用される。

上記の実施形態は、ガラス支持体上にジアクリル樹脂が付与されてのみ形成されたレンズと共に説明されてきたが、本発明のパラメータは、いかなる透明支持体上にいかなる合成樹脂が付与されて形成されたレンズ設計にも適していることが理解されよう。適当な樹脂材料の部類は、芳香族ならびに脂肪族ジアクリレート（ならびにメタクリレート）、芳香族ならびに脂肪族ビスエポキシド、ビスオキセタン、ビスビニルエーテルである。より具体的には、ビスフェノールＡベースのジメタクリレート（「ジアクリル １０１」であり、２，２−ビス（４−メタクリルオキシフェニル）プロパンとしても知られている）が使用可能である。

上記の例から、本発明の実施形態を用いて、適度な製造許容誤差に耐え得る、支持体上に合成樹脂が付与されて形成された対物レンズを提供することができる旨が理解されよう。さらに、本発明の実施形態は、レンズに対するビームの斜め入射も許容する。

実質的に球面状の第１の表面と、実質的に平坦な表面とを有し、球面状の表面が所望の位置にあるレンズを示した図 実質的に球面状の第１の表面と、実質的に平坦な表面とを有し、球面状の表面が第２の表面から離れ過ぎた位置にあるレンズを示した図 実質的に球面状の第１の表面と、実質的に平坦な表面とを有し、球面状の表面が第２の表面に対して偏心させられているレンズを示した図 実質的に球面状の第１の表面と、実質的に平坦な表面とを有し、球面状の表面が第２の表面に対して傾斜させられているレンズを示した図 光記録担体をスキャンするための、対物レンズ系を含む装置を示した図 本発明の実施形態により使用されるレンズ設計の、択一的な２種類のタイプを示した図 種々の対物レンズ設計の平均として、それぞれフィールド、厚さ、偏心、および傾斜に起因する波面収差を、屈折率の関数として示し、さらに、これら４つの要因に起因する合計波面収差を、自乗平均の平方根（ＲＭＳ）で示した図 種々の対物レンズ設計の平均として、それぞれフィールド、厚さ、偏心、および傾斜に起因する波面収差を、記録担体に面した側の対物レンズ表面の規格化パワーの関数として示し、さらに、これら４つの要因に起因する合計波面収差を、自乗平均の平方根（ＲＭＳ）で示した図 対物レンズの平均最適厚さと、種々の対物レンズ設計についての、対物レンズの支持体の最適屈折率ｎとを、自由作動距離（Ｆｒｅｅ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ；ＦＷＤ）の関数として示した図

Claims (11)

1. 光記録担体の、厚さｔ_ｄおよび屈折率ｎ_ｄを有する透明層により覆われた情報層をスキャンするための、放射ビームを発生させる放射源と、前記情報層上に前記放射ビームを集光させる対物レンズ系とを備えた光スキャン装置であって、
   前記対物レンズ系が支持体上に合成樹脂を含むレンズを含んでおり、該レンズの合計の厚さｔが、該レンズと前記担体との間の自由作動距離をＦＷＤ、該レンズの入射瞳径をφとし、ｔ、ｔ_ｄ、φ、およびＦＷＤをミリメートルで表すこととして、
   

   

   との条件を満たすものであり、かつ、ＦＷＤ＋ｔ_ｄ／ｎ_ｄ＜０．５１であることを特徴とする光スキャン装置。
2. 前記レンズの前記合計の厚さｔが、
   

   

   との条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光スキャン装置。
3. 前記支持体の屈折率ｎが、前記レンズの焦点距離をＦとして、
   

   

   との条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光スキャン装置。
4. 前記支持体のアッベ数が、４０よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の光スキャン装置。
5. 前記レンズの、前記記録担体に面する側に配された表面が有する、最適なフィッティングを示す半径Ｒが、該レンズの入射瞳径をφ、該レンズの開口数をＮＡ、前記樹脂の屈折率をｎ_ｒとして、
   

   

   との条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光スキャン装置。
6. 前記レンズの、前記記録担体に面する側に配された表面の規格化光学パワーＰが、
   

   

   との条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の光スキャン装置。
7. 光記録担体の、厚さｔ_ｄおよび屈折率ｎ_ｄを有する透明層により覆われた情報層上に放射ビームを集光させるための、少なくとも１つのレンズを含むレンズ系であって、
   当該レンズ系が支持体上に合成樹脂を含むレンズを含んでおり、該レンズの合計の厚さｔが、該レンズと前記担体との間の自由作動距離をＦＷＤ、該レンズの入射瞳径をφとし、ｔ、ｔ_ｄ、φ、およびＦＷＤをミリメートルで表すこととして、
   

   

   との条件を満たすものであり、かつ、ＦＷＤ＋ｔ_ｄ／ｎ_ｄ＜０．５１であることを特徴とするレンズ系。
8. 前記支持体がガラスであることを特徴とする請求項７記載のレンズ系。
9. 光記録担体の、厚さｔ_ｄおよび屈折率ｎ_ｄを有する透明層により覆われた情報層上に放射ビームを集光させるための、支持体上に合成樹脂が付与されて形成された少なくとも１つのレンズを含むレンズ系の製造方法であって、
   前記レンズを形成する工程を含み、
   該レンズの合計の厚さｔが、該レンズと前記担体との間の自由作動距離をＦＷＤ、該レンズの入射瞳径をφとし、ｔ、ｔ_ｄ、φ、およびＦＷＤをミリメートルで表すこととして、
   

   

   との条件を満たすものであり、かつ、ＦＷＤ＋ｔ_ｄ／ｎ_ｄ＜０．５１であることを特徴とする製造方法。
10. 前記支持体の表面に合成樹脂を施すことにより、該支持体上に非球面を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項９記載の製造方法。
11. 光記録担体の、厚さｔ_ｄおよび屈折率ｎ_ｄを有する透明層により覆われた情報層をスキャンするための光スキャン装置の製造方法であって、
    放射ビームを発生させる放射源を提供する工程と、
    前記情報層上に前記放射ビームを集光させるレンズ系を提供する工程とを含み、
    前記レンズ系が支持体上に合成樹脂を含むレンズを含んでおり、該レンズの合計の厚さｔが、該レンズと前記担体との間の自由作動距離をＦＷＤ、該レンズの入射瞳径をφとし、ｔ、ｔ_ｄ、φ、およびＦＷＤをミリメートルで表すこととして、
    

    

    との条件を満たすものであり、かつ、ＦＷＤ＋ｔ_ｄ／ｎ_ｄ＜０．５１であることを特徴とする製造方法。

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