JP2006114214A - 光学レンズ及び光ヘッド装置、光ディスク装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】透明部を有する情報媒体上に前記透明部を介して光を集束させる光学レンズであって、屈折型のレンズと、収差補正作用を持つホログラムレンズを具備し、前記光学レンズに入射する光を、異なる厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させることを特徴とする光学レンズ。
【選択図】図1
Description
(1)入射光の一部を回折するホログラムレンズと対物レンズを組み合わせることによって異なる基板厚(t1とt2)の光ディスク上にそれぞれ回折限界にまで集光される集光スポットを形成する事のできる2焦点レンズを実現できる。ホログラムレンズの回折効率は100%未満であり、光ビームの透過光(0次回折光)も充分な強度を有するホログラムレンズと対物レンズを組み合わせて用いることによって、透過光の形成する集光ビームのサイドローブを低く抑えることができる。さらにホログラムレンズはブレーズ化することによって2焦点の光ビームを形成する透過光と+1次回折光の光量和を大きくすることができ、光の利用効率を高くできる。
図1は本発明の第1の実施の形態の構成図である。4は対物レンズ、107はホログラムレンズである。さらにホログラムレンズ107を図1の光軸方向から見た図を図2に示す。ホログラムレンズ107は、光ビーム3に対して透明な基板9に形成されていて、格子パターン107aが同心円状であり、その中心すなわち光軸は対物レンズ4と組立誤差内で一致している。ホログラムレンズ107の+1次回折光の回折効率は100%未満であり、光ビーム3aの透過光(0次回折光)61aも充分な強度を有するように設計する。このためには、例えばホログラムレンズ107を図1に示したように凹凸形状によって作製する場合には(レリーフ型)凹凸の高さhをh<λ/(n−1)というように、より小さくする、すなわち格子部107aで光ビームに与える位相変化の振幅量を2πよりも小さくすることによって容易に実現できる。ここでλは光ビーム3の波長、nは透明基板9の屈折率である。このようにホログラムレンズ107のどの位置においても透過光が充分な強度を持つようにすることによって、透過光の形成する集光ビームのサイドローブを低く抑えることができるという効果を有する。ここでサイドローブについて、図3を用いて説明する。図3は情報媒体上での集光スポットの光強度分布を示したものである。図3においてメインローブ380が記録再生に必要な光量であり、サイドローブ381は記録ピット形状や再生信号を劣化させる原因となる不要な光量である。
fhoe1=fhoe0×λ0/λ1...(1)
となる。また屈折型の対物レンズ4の屈折率をn(λ)、焦点距離をf(λ)とすると、
f(λ1)=f(λ0)×(n(λ0)−1)/(n(λ1)−1)...(2)
となる。
λ1/(fhoe1×λ0)+(n(λ1)−2)/(f(λ0)×(n(λ0)−1))=1/fhoe0+1/f(λ0)...(3)
とすることによって色収差の補正いわゆる色収差補正を行うことができる。ここで波長が長くなると式(1)では焦点距離が短くなり、また、式(2)では焦点距離が長くなるため、fhoe1とf(λ0)の正負を同じにして式(3)を満たすように選べば色消しができるのである。また、式(3)が厳密に成り立たなくとも、色収差は大幅に軽減されるという効果がある。
図6は本発明の第2の実施の形態を示す。108はホログラムレンズである。本実施の形態は以下の点が第1の実施の形態とは異なる特徴である。本実施の形態ではホログラムレンズの格子パターン108aを対物レンズ4によって決まる開口と同じぐらいか、または、より大きな径で形成し、内周部では回折効率を高く、また、外周部では+1次の回折効率を漸次低くする。このためには、例えばホログラムレンズ108を図6に示したように凹凸形状によって作製する(レリーフ型の)場合には凹凸の高さhを外周部ではだんだんと低くしたり、または、ホログラムレンズ108の断面形状を図5に示すように階段上の断面形状にして、内周部では(A)のようにa>bとすることによって大きな傾斜角を近似し、外周部では(B)のようにa<bとすることによって小さな傾斜角を近似する。このように内周部では回折効率を高く、また、外周部では+1次の回折効率を漸次低くすることによってホログラムレンズ108の外周部では回折があまり起こらず、高NAの集光スポット38aの光量が多くなるという効果がある。さらに、入射光ビーム3のファーフィールドパターン(FFP)が図7の(a)のようなガウス分布をしているときに外周部から中心部に向かって少しずつ多くの光量を回折することにより、透過光61のFFPが図7の(b)の様になめらかなものになる。従って、図3を用いて先に説明したサイドローブ381はより一層少なく抑えることができ、本実施の形態のレンズを用いて構成した光ヘッド装置では記録再生を劣化なく行うことができるという効果がある。
第3の実施の形態を図10を用いて説明する。本実施の形態では図10(a)の様にホログラムレンズ109によって回折した+1次回折光66が基板37の厚みt2の薄い情報媒体51に対して回折限界まで集光できるように設計されている。そして対物レンズ4は、図10(b)のように透過光61が入射したときに、基板37の厚み(t1)の厚い光ディスク上に回折限界の集光スポットを形成できるよう設計されている。このような収差補正作用を持つホログラムレンズ109の設計方法は、例えば、集光スポット38aから発散する球面波が厚さt1の基板37を透過後、対物レンズ4を透過し、ホログラムレンズ109を形成している透明基板9を透過した光ビームと、図10(a)の光ビーム3の位相の正負を反転した光ビームの干渉パターンを計算すればよい。そしてCGHの手法などによって容易にホログラムレンズ109を作製できる。さらに、集光スポット38aが集光スポット38bよりも対物レンズ側に十分近いときには、ホログラムレンズ109は図10(a)に示したように、凸レンズ作用を持つように設計する。本実施の形態ではホログラムレンズ109が凸レンズ作用を持ちその+1次回折光66を対物レンズ4により集光して高NAの集光スポット38aを得る構成であるため対物レンズの曲率を余り大きくしなくて良い、または、高屈折率の硝材を用いなくても良いという効果を有する。また、2焦点間距離の差を1mm程度まで大きくすることができ、一方の焦点スポットで情報の記録再生をしているときに他方の焦点を集光点とする光ビームを大きく広げて光強度を小さくでき、記録再生に影響を全く与えない様にできるという効果を有する。さらにホログラムレンズ109を凸レンズとして用いるので、前述した通り、色収差が発生しなくなるという効果がある。
これまで示した第1から第3の実施の形態までの2焦点レンズはすべて、対物レンズとホログラムレンズの組み合わせより構成されている。そこで、図50でホログラム105と対物レンズ4を一体化したのと同様に、第4の実施の形態として、本発明においてもホログラムレンズ107〜109または111のいずれかと対物レンズ4を、図12(a)に示すようにパッケージ化手段210を用いて連結したり、対物レンズ4上にホログラムレンズの格子パターンを直接作製したりすることにより一体化しても良い。こうすることによって、ホログラムレンズと対物レンズの光軸ずれを小さくすることができ、ホログラムレンズの+1次回折光の軸外収差をより小さくできるという効果がある。
さらにまた、第5の実施の形態として、図12(b)に示したように、ホログラムレンズ107〜109または111のいずれかの格子パターンを対物レンズ4の情報媒体(光ディスク)側に形成しても良い。このような構成にすると、対物レンズは情報媒体(光ディスク)側の方が曲率が小さく平面にすることも可能であるためホログラムレンズ107〜109または111のいずれかを容易に低コストで形成できるという効果がある。
第6の実施の形態として第1から第5の実施の形態で示した2焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を図13〜図20を用いて説明する。なお、図13〜図18までの図面に挿入されているxyz軸はすべて共通である。
FE=(S1+S3−S2)−(S4+S6−S5)...(4)
という演算によって得られる。
このように、ホログラム103に波面変換及び分割作用を付加することによりサーボ信号発生用光学素子(波面変換手段)として用いることによって、光ヘッド装置の部品点数を削減できるので、軽量化、製造工程数の削減、信頼性の向上、低コスト化などの効果を得ることができる。
FE=(S1+S4)−(S2+S3)...(6)
という演算によって得られる。
なお、式(7)のS1〜S4も式(4)のS1〜S4とは無関係である。
第7の実施の形態として第1または第2または第4または第5の実施の形態で示した2焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を図20と図27を用いて説明する。
FE=(S1+S4)−(S2+S3)...(6)
という演算によって得られる。
なお、式(7)のS1〜S4も式(4)のS1〜S4とは無関係である。
第8の実施の形態として第1または第2または第4または第5の実施の形態で示した2焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を図28と図29を用いて説明する。なお、図28と図29に挿入したx1、y1軸は共通である。
第9の実施の形態として第1または第2または第4または第5の実施の形態で示した2焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を主に図30〜図32を用いて説明する。なお、図30と図31に挿入したx1、y1軸と、図30と図32に挿入したx、y、z軸はそれぞれ共通である。
FE=(S10+S30−S20)−(S40+S60−S50)...(8)
という演算によって、SSD法に基づいて得られる。
次に第10の実施の形態を図33を用いて説明する。本実施の形態は第3または第4または第5の実施の形態で示した2焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置である。
第11の実施の形態として第3または第4または第5の実施の形態で示した2焦点レンズを用いて構成した光ヘッド装置を、図34を用いて説明する。
第12の実施の形態を図35〜図39を用いて説明する。図35と図36において182はノイズキャンセル用回折光発生領域、75はノイズキャンセル用信号検出用光検出器である。図35において、2は半導体レーザ等の放射光源である。この光源から出射した光はビームスプリッター363で反射して対物レンズ4に入射し、情報媒体5または51上に集光される。情報媒体51(または5)で反射した光ビームはもとの光路を逆にたどって(復路)、ビームスプリッター363に入射する。このビームスプリッター363を透過した光ビームは光検出器77に入射する。光検出器77の出力を演算することによって、サーボ信号及び、情報信号を得ることができる。ノイズキャンセル用回折光発生領域182は図36に示したように、ホログラムレンズの格子パターン107aよりも外周部に設ける。
ここで、Rはノイズキャンセル用信号S90に重み付けをするための係数である。本実施の形態では、特開昭60−138748及び特開昭61−131245とは異なり、ホログラムレンズ上で光ビームの光量を分割するため光検出器の設定許容精度を100倍程度大きくできるという効果がある。なお、ノイズキャンセル用信号検出用光検出器75にレンズ作用を持つホログラムパターンを用いることによって、往路に発生する不要な回折光を情報媒体5上でデフォーカスさせ、大きく広がるようにして情報媒体5の情報を平均化し、情報信号に対する雑音を含まないという効果を得ることもできる。さらにまた、ノイズキャンセル用回折光発生領域182を設けることにより、ホログラムレンズの外周部の透過率が内周部と同程度になるため、情報媒体上で光ビーム(集光スポット)のサイドローブがより低くなり、優良な特性の再生信号を得ることができるという効果を得ることもできる。
ここで、Rはノイズキャンセル用信号S90に重み付けをするための係数である。本実施の形態では、特開昭60−138748及び特開昭61−131245とは異なり、ホログラム上で光ビームの光量を分割するため光検出器の設定許容精度を100倍程度大きくできるという効果がある。本実施の形態では、図38のようにノイズキャンセル用回折光発生領域183を複数に分割することによって往路の不要な回折光も多分割される上に1つ1つの分割領域はNA(開口数)が小さくなってその回折光が大きく広がるので、これらの和を取ったときに情報媒体5上で得る情報信号(雑音)は平均化されて、振幅が小さくなるという効果がある。また、複数のノイズキャンセル用回折光(164aと164b)をそれぞれ分割した光検出器(75aと75b)で受光することにより、それぞれのノイズキャンセル用信号の重み付けを変えてよりいっそうノイズの低減をする事も可であるという効果を得ることができる。すなわち、(11)式の演算によって情報信号RFを検出し、ノイズの低減化を図る。
ここで、R1、R2はノイズキャンセル用信号S91、S92に重み付けをするための係数である。また、このようにノイズキャンセル用回折光発生領域183を複数に分割することによって往路の不要な回折光が、光検出器の信号検出領域に入射することを避けることもできるという効果を得られる。これについて図39を用いて以下に説明する。図39においてP1とP2はそれぞれノイズキャンセル用回折光164aと164bが光検出器上に入射する場所を示す。ノイズキャンセル用回折光164aと164bを復路の+1次回折光と呼ぶと、ノイズキャンセル用回折光発生領域183bから発生する往路の+1次回折光がノイズキャンセル用回折光発生領域183aに入射して発生する復路の+1次回折光がP3に入射する。ここで、P3と光検出器71の中心との距離C2は、P1とP2の距離と等しくなる。したがって、光検出器71の一辺の長さの半分をC1としたときにC2>C1とすることにより、P3が光検出器71内に入らないようにすることができ不要な迷光の影響を避けることができるという効果がある。点P4についても点P3と同様である。なお、ノイズキャンセル用回折光発生領域183から発生する往路の+1次回折光のうち復路の透過光(0次回折光)はP5やP6の位置に入射し、光検出器71内に入らない。さらに、光源2として半導体レーザーを用いる場合には、ノイズキャンセル用回折光発生領域183a、bを設ける方向(図38のX2方向)を半導体レーザーの出射角の広い方向と一致させることにより、透過光の光強度分布がより一定になるため、情報媒体上で光ビーム(集光スポット)のサイドローブがより低くなり、優良な特性の再生信号を得ることができるという効果を得ることもできる。
さらに、第13の実施の形態を図40と図41を用いて説明する。図40において107はホログラムレンズである。ホログラムレンズとしてはここでは第1の実施の形態として説明したホログラムレンズ107を用いて説明するが、第2〜第5の実施の形態のいずれかにおいて説明したホログラムレンズ108または111または109などでも良い。また第12の実施の形態において示したようにホログラムレンズの外周部にノイズキャンセル用回折光発生領域を設けることもできる。また、ホログラム173は偏光異方性ホログラムである。偏光異方性ホログラムは、昭61−189504や、特開昭63−241735にも開示されているように、ニオブ酸リチウム基板の一部をプロトン交換したり、液晶セルを利用することにより作製可能であり、ある偏光方向(XP方向とする)の直線偏光に対しては回折させるホログラムとして働き、これと直角な方向(YP方向とする)の直線偏光光に対しては回折を起こさないという性質を持つ。放射光源2は本実施の形態においては直線偏光の光源を用い、偏光方向はXP方向に設定する。放射光源2から出射した光ビームはホログラム173を透過し(往路)、λ/4板15によって円偏光の光ビームになり、ホログラムレンズ107で2つの焦点の光ビームに分けられて、さらに、情報媒体5または51によって反射される際に円偏光の回転方向が逆転し、再びλ/4板15に入射して初めとは直角方向(YP方向)の直線偏光になるため、復路においてはホログラム173によって回折され(復路)、光検出器274に入射する。光検出器の出力を演算することによって、前述の実施の形態と同様にサーボ信号や情報信号を得ることができる。本実施の形態は以下のような効果を有している。1.ホログラムレンズを用いているため、ただ1つの光ヘッド装置を用いて2種類の基板厚の情報媒体に対し情報の記録再生を行うことができる。2.往路では回折を受けず、復路では回折するため、光の利用効率が高く、放射光源の出射パワーが低くてもS/N比の高いサーボ信号や情報信号を得ることができる。3.ビームスプリッターを用いなくても良い構成であり、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できる。4.ビームスプリッターを用なくても良い構成であり、光学部品がほとんど1本の光軸上に並んでいる(立ち上げミラーを用いて光軸を曲げる場合も分岐はせず、光軸はやはりほぼ1本である)ため、温度変化、経時変化に対して安定に動作する光ヘッド装置を得ることができる。5.復路ではホログラム173の透過光は不要であるため回折効率を高くし、透過率をほとんど0に設計しても構わない。透過率をほぼ0に設計する事により、ホログラム173と1/4波長板15は光源2への戻り光をなくするアイソレーターの働きをするため、光源2として半導体レーザーを用いるときに、戻り光がほとんど活性層内に入らない。従って、戻り光による半導体レーザーの雑音の問題を回避できる。
第14の実施の形態を図42を用いて説明する。図42において2aは直線偏光した光ビームを出射する放射光源、190は放射光源2aから出射する直線偏光した光ビーム3bを全反射しこれと直角方向の直線偏光した光ビームは全透過する偏光分離膜、15はλ/4板である。本実施の形態ではホログラムレンズ107を具備する点と、偏光分離膜190と1/4波長板15を用いる点と、反射型ホログラム220を透明基板9の裏側に形成する点が特徴である。なお、ホログラムレンズとしてはここでは第1の実施の形態として説明したホログラムレンズ107を用いて説明するが、第2〜第5の実施の形態のいずれかにおいて説明したホログラムレンズ108または111または109などでも良い。また第12の実施の形態において示したようにホログラムレンズの外周部にノイズキャンセル用回折光発生領域を設けることもできる。放射光源2aから出射した光ビーム3b(直線偏光したレーザ光)は、透明基板9の放射光源2aに近い側(以後表側と呼ぶ)に形成された偏光分離膜190で全反射されてλ/4板の第1回目の透過を行う。そして対物レンズ4に入射し、情報媒体5上に集光される。情報媒体5で反射した光ビームはもとの光路を逆にたどって、λ/4板の第2回目の透過を行いこれによって光ビームの偏光方向は90゜回転する。光ビームは偏光分離膜190を全透過して、反射型ホログラム220に入射する。この反射型ホログラム220から生じる復路の回折光68は偏光分離膜190を全透過して、光検出器78に入射する。光検出器78の出力を演算することによって、サーボ信号及び、情報信号を得ることができる。ここで例示したようにコリメートレンズを用いると、反射膜190へ入射する光ビームが平行光であるので反射率及び透過率が均一になって、往路の反射光をより容易に情報媒体5上で回折限界まで集光できる。また、復路の+1次回折光も均一になるためサーボ信号にオフセットがより生じにくくなるという効果がある。また、以下のような効果もある、1.ホログラムレンズを用いているため、ただ1つの光ヘッド装置を用いて2種類の基板厚の情報媒体に対し情報の記録再生を行うことができる。2.往路では回折を受けず、復路では回折するため、光の利用効率が高く、放射光源の出射パワーが低くてもS/N比の高いサーボ信号や情報信号を得ることができる。3.ビームスプリッターと立ち上げミラーを兼用しているので、光ヘッド装置の小型化軽量化、低コスト化を実現できる。4.光学部品がほとんど1本の光軸上に並んでいるため、温度変化、経時変化に対して安定に動作する光ヘッド装置を得ることができる。5.偏光分離膜190と1/4波長板15は光源2aへの戻り光をなくするアイソレーターの働きをするため、光源2aとして半導体レーザーを用いるときに、戻り光がほとんど活性層内に入らない。従って、戻り光による半導体レーザーの雑音の問題を回避できる。
図43は第15の実施の形態の高密度光ディスクである。図43において52は高密度の光ディスク(情報媒体)、55は高密度の記録ピット、55aはCD程度の記録密度のピットであり、厚みを判別するため、この光ディスクの大半の部分では基板の厚みがt2であることを判別できる情報を持っている。そして、ピット55のある部分、または、記録可能な部分は基板の厚みはt2(0.4mm〜0.8mm程度)であるが、図43に示したようにピット55aの形成されている領域は基板の厚みはt1(約1.2mm)にする。この実施の形態の光ディスクを記録再生する際には初めに基板の厚みt1の部分を基板の厚みt1に対応した焦点制御を行って再生し、基板の厚みがt2であるという情報を認識したら、自動的に基板の厚みt2に対応した焦点制御を行うことができるという効果がある。当然、初めに基板の厚みt1の部分を基板の厚みt1に対応した焦点制御を行って再生し、基板の厚みがt2であるという情報がなければ、そのまま基板の厚みt1に対応した焦点制御を行って再生し続ければ良い。また、本実施の形態では、ピット55aは余り大きくする必要がなく、記憶容量を消費しなくて済むという効果もある。
図44は第16の実施の形態の高密度光ディスクである。図44において52は高密度の光ディスク(情報媒体)、55は高密度の記録ピット、56はCDよりも記録密度の低いすなわち面積の大きなピットであり、厚みを判別するため、この光ディスクの大半の部分では基板の厚みがt2であることを判別できる情報を持っている。そして基板の厚みは、ピットのあるところや記録可能なところは、情報媒体51全面に渡ってt2(0.4mm〜0.8mm程度)である。本実施の形態の光ディスクを記録再生する際には初めに基板の厚みt1の部分を基板の厚みt1に対応した焦点制御を行って再生する。当然大きな収差が発生するが、記録密度が非常に低いため記録を再生することができる。そして、基板の厚みがt2であるという情報を認識したら、自動的に基板の厚みt2に対応した焦点制御を行うことができるという効果がある。当然、初めに基板の厚みt1の部分を基板の厚みt1に対応した焦点制御を行って再生し、基板の厚みがt2であるという情報がなければ、そのまま基板の厚みt1に対応した焦点制御を行って再生し続ければ良い。また、本実施の形態では基板の厚みが一定であるため情報媒体の製造が容易で安価にでき、また、情報媒体を薄くできるという効果もある。
図45は第17の実施の形態である光ディスク装置の説明を行うためのチャート図である。本実施の形態の光ディスク装置は第5〜第11の実施の形態までのいずれかの光ヘッド装置の様に2種の厚みの基板の記録再生を可能な光ヘッド装置と、前記光ヘッドの送り機構などの移動手段と、情報媒体を回転させるスピンドルモーターなどの回転手段、を有する。そして、本発明の光ディスク装置に光ディスク(情報媒体)をセットし、光ディスクが前記回転手段によって回転を始めると、まず第15の実施の形態や第16の実施の形態で基板の厚みを判別する情報を記録した位置、例えば最内周などに前記移動手段によって光ヘッド装置を動かし、次に、基板の厚みt1に対応した焦点(フォーカス)制御を行う。そしてトラッキング制御を行って情報信号を検出し、基板の厚みがt2であるという情報を認識したら、自動的に基板の厚みt2に対応した焦点制御を行う。また、基板の厚みがt2であるという情報がなければ、そのまま基板の厚みt1に対応した焦点制御を行って再生し続ける。本実施の形態により高密度光ディスクが第15の実施の形態や第16の実施の形態である限り、迅速に且つ極めて正確に基板の厚みを判断することができ、2種の厚みの基板の記録再生を安定に行うことができるという効果を有する。
図46は第18の実施の形態である光ディスク装置の説明を行うためのチャート図である。本実施の形態の光ディスク装置は第5〜第11の実施の形態までのいずれかの光ヘッド装置の様に2種の厚みの基板の記録再生を可能な光ヘッド装置と、前記光ヘッドの送り機構などの移動手段と、情報媒体を回転させるスピンドルモーターなどの回転手段、を有する。そして、本発明の光ディスク装置に光ディスク(情報媒体)をセットし、光ディスクが前記回転手段によって回転を始めると、まず情報信号が確実に存在する位置、例えば最内周などに前記移動手段によって光ヘッドを動かし、次に、基板の厚みt1に対応した焦点(フォーカス)制御を行う。そしてトラッキング制御を行って情報信号を検出し、情報信号の振幅が一定値以上得られなかった場合には、自動的に基板の厚みt2に対応した焦点制御を行う。また、情報信号の振幅が一定値以上得られた場合には、そのまま基板の厚みt1に対応した焦点制御を行って再生し続ける。本実施の形態により高密度光ディスクが第15の実施の形態や第16の実施の形態でなくても、基板の厚みを判断することができ、2種の厚みの基板の記録再生を安定に行うことができるという効果を有する。
第19の実施の形態として2つの焦点位置を持つ2焦点顕微鏡用レンズ及びこの顕微鏡レンズを用いた2焦点顕微鏡について、図47を用いて説明する。図47において4107は+1次(またはN次:Nは0でない整数)と0次の回折効率(すなわち透過率)がそれぞれ十分な大きさを持つホログラムレンズ、410と411はレンズ、420はこれらの構成部品よりなる顕微鏡用レンズを保持する鏡筒である。本実施の形態では、基本的には第1〜第5の実施の形態で示した2焦点レンズと同様の構成で、顕微鏡用のレンズを構成する。ホログラムレンズも、第1〜第5の実施の形態と同様に、格子パターンは同心円状であり、その中心すなわち光軸はレンズ410、420と組立誤差内で一致している。ホログラムレンズ4107の+1次回折光の回折効率は100%未満であり、透過光(0次回折光)も充分な強度を有するように設計する。このためには、例えばホログラムレンズ4107を図47に示したように凹凸形状によって作製する場合には(レリーフ型)凹凸の高さhをh<λ/(n−1)というように、より小さくする、すなわち格子部で光ビームに与える位相変化の振幅量を2πよりも小さくすることによって容易に実現できる。ここでλは光ビーム3の波長、nは透明基板9の屈折率である。このようにホログラムレンズ4107のどの位置においても透過光が充分な強度を持つようにすることによって、図47の点f2から発散する光(図47では実線)がホログラムレンズ4107を透過する光と、点f1から発散する光(図47では波線)がホログラムレンズ4107で回折された光が、共に十分な光量を有し、かつ、ホログラムレンズ4107通過後は同一の光路をたどる。したがって、点f1と点f2に対して、同時に焦点を合わせることができ、平面PL1内と平面PL2内の像を同時に観察できるという効果を備えた顕微鏡用レンズを実現できる。
第20の実施の形態として本発明の2焦点顕微鏡用レンズまたはこの顕微鏡レンズを用いた2焦点顕微鏡を用いた露光装置について図48を用いて説明する。半導体上に微細な回路を形成する工程などにおいて、半導体などの試料上に光感光性の材料を塗布してフォトマスクを通して露光する工程が必須である。本実施の形態はこの露光工程において用いる露光装置である。図48において、432はフォトマスク431は試料、431bは試料の表面であり、光感光性の材料を塗布してある場合もあるが図48では省略している。また、414は第19の実施の形態で説明した2焦点顕微鏡レンズ、415は第19の実施の形態で説明した2焦点顕微鏡、430は顕微鏡用の光源でありその波長は試料431において十分な透過率を持つ波長のものを用いる。露光器装置には当然露光用光源やシャッターなどを含む露光手段が必要であり本実施の形態でも露光手段を備えているが、図48では省略している。また、フォトマスク432と試料431との位置合わせを行うための位置合わせ手段も本実施の形態は備えているが、図48では省略している。本実施の形態は、予め試料431の裏面431aに所定のパターンを形成し、このパターンとフォトマスク432の相対位置を高精度で合わせて表面431bにフォトマスク面432aのパターンを転写する事ができるという効果を有する。試料431の裏面431aに半導体回路などのパターンが予め形成されているときに、このパターンとフォトマスク432の相対位置を合わせるためには、従来は低倍率の焦点深度の深い顕微鏡で試料431の裏面431aとフォトマスク面432aを同時に観察して位置合わせを行っていた。しかし、低倍率の顕微鏡しか使用できないため5μm以下の精度で位置合わせを行うことが不可能であった。本発明の露光装置ではさきに説明した2焦点の顕微鏡を用いるので、焦点深度を深くする必要がなく、高倍率の顕微鏡を用いることができ、裏面431aとフォトマスク面432aを同時に高倍率で観察して位置合わせを行い、5μm以下の高精度で試料431の裏面431aのパターンとフォトマスク432のフォトマスク面432aの相対位置を合わせることができるという効果を有する。
3 光ビーム
4 対物レンズ
5,51 情報媒体
7,71 光検出器
36 ビームスプリッター
107,108,109,111 ホログラムレンズ
110 駆動手段
121 収束レンズ
122 コリメートレンズ
123 コリメートレンズ
Claims (16)
- 透明部を有する情報媒体上に前記透明部を介して光を集束させる光学レンズであって、
屈折型のレンズと、収差補正作用を持つホログラムレンズを具備し、
前記光学レンズに入射する光を、異なる厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させることを特徴とする光学レンズ。 - 前記ホログラムレンズは、同心円状のレリーフ形状からなることを特徴とする請求項1に記載の光学レンズ。
- 前記ホログラムレンズは前記屈折型レンズへ相対的に位置固定されたことを特徴とする請求項1または2に記載の光学レンズ。
- 前記ホログラムレンズは前記屈折型レンズ表面へ形成されたことを特徴とする請求項3に記載の光学レンズ。
- 前記ホログラムレンズは色収差を持ち前記屈折型のレンズの色収差を補正することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光学レンズ。
- 前記ホログラムレンズは凸レンズ作用を持つことを特徴とする請求項5に記載の光学レンズ。
- 前記光学レンズは複数の領域を具備し、
前記複数の領域は、第1領域と、前記第1領域に比して前記光学レンズの光軸に近い第2領域とを含み、
前記第1領域を通過した光と、前記第2領域を通過した光の両方を、第1の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させ、
前記第2領域を通過した光のみを、第2の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させ、
前記第1の厚さは前記第2の厚さに比して薄く、
前記第1の厚さの透明部を介して光が集束するための開口数は、前記第2の厚さの透明部を介して光が集光するための開口数に比して大きいことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の光学レンズ。 - ホログラムを形成しない領域もあることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の光学レンズ。
- 前記第1領域のホログラムと前記第2領域のホログラムとは、回折効率が異なることを特徴とする請求項7または8のいずれかに記載の光学レンズ。
- 前記第1領域のホログラムと前記第2領域のホログラムとは、格子パターンの位相変調量が異なることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の光学レンズ。
- 前記異なる厚さに対応する焦点を、異なる次数の回折光によって得ることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の光学レンズ。
- 光源と、
前記光源から出射される光を受け、透明部を有する情報媒体上に前記透明部を介して光を集束させる請求項1〜10のいずれかに記載の光学レンズと、
前記情報媒体で反射した光を受けて、電気信号に変換する光検出器を具備する
ことを特徴とする光ヘッド装置。 - 第1の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させた場合と、
第2の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させた場合と、
いずれの場合も共通の光検出器によって光を受けて電気信号に変換することを特徴とする請求項12記載の光ヘッド装置。 - 第1の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させた場合と、
第2の厚さの前記透明部を介して前記情報媒体上に集束させた場合と、
それぞれ異なる光検出部によって光を受けて信号に変換することを特徴とする請求項12記載の光ヘッド装置。 - 透明部を有する光ディスク上に前記透明部を介して光を集束させ、前記光ディスクに対して情報の記録または再生を行う請求項11〜14のいずれかに記載の光ヘッド装置と、
前記光ヘッド装置を移動させる移動手段と、
前記光ディスクを回転させる回転手段と、
を具備する光ディスク装置。 - 請求項11〜14のいずれかに記載の光ヘッド装置から得られる信号に基づいてディスクの厚みを判別する判別手段を具備することを特徴とする請求項15に記載の光ディスク装置。
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