JP2006120247A - 集光レンズ及びその製造方法、これを用いた露光装置、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的製造方法が容易で、確実に近接場光を照射することが可能な集光レンズとその製造方法、これを用いた露光装置、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置を提供する
【解決手段】光入射側の第１の面１Ａと、これとは反対側の第２の面１Ｂを有する光学的透過体１より成り、少なくとも第１の面１Ａに、略同心円状の溝２が設けられ、この溝２により回折した光が、第２の面１Ｂの集光部３において幾何光学的に略一点に集光されて成るか、或いは、第２の面と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光されて成る構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に近接場光を照射する集光レンズ及びその製造方法、これを用いた露光装置、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置に関する。

コンパクトディスク（ＣＤ）、ミニディスク（ＭＤ）、デジタルヴァーサタイルディスク（ＤＶＤ）に代表される光記録媒体（光磁気記録媒体を含む）は、音楽情報、映像情報、データ、プログラム等の格納媒体として広く利用されている。しかしながら、更なる音楽情報、映像情報、データ、プログラム等の高音質化、高画質化、長時間化、大容量化のために、さらに大容量の光記録媒体及びこれを記録再生する光記録再生装置（光磁気記録再生装置を含む）が望まれている。
そこで、これらに対応するため、光記録再生装置では、その光源の例えば半導体レーザーの短波長化や、集光レンズの開口数の増大化が図られ、集光レンズを介して収束する光スポットの小径化が図られている。

高記録密度、大容量を実現する技術として、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ：Solid Immersion Lens）や、ソリッドイマージョンミラー（ＳＩＭ：Solid Immersion Mirror）等の開口数ＮＡが１より大きい近接場集光レンズを用いて、フォトリソグラフィーにより原盤表面に凹凸パターンを形成することや、表面に凹凸パターンが形成された情報記録媒体から信号を記録及び／又は再生することが提案されている（例えば特許文献１参照。）。

このような集光レンズにより、開口数ＮＡが1より小さいファーフィールド集光レンズを用いた場合と比べて、より微細なパターン形成或いは高密度に信号記録された情報記録媒体からの再生、又は記録媒体への高密度な記録が実現される。近接場集光レンズとして用いられる上述のＳＩＬやＳＩＭは、研磨等の加工を行うことで所望の表面曲率を得る必要がある。
特開２００３−１３９９０１号公報

ところで、上述のＳＩＬやＳＩＭ等の集光レンズを使用して近接場光を照射する際には、集光レンズと対象物との間隔（作動距離）を、使用光の波長以下程度と微小な距離で一定に保持する必要がある。
このことより、レンズの作製の際に生じる球面収差を、一般的な手法であるコリメーションと作動距離の変動によって打ち消すことは困難である。そのため、レンズそのものの作製に必要とされる加工精度は非常に高いレベルが要求される。加工精度が十分でない場合は、レンズ作製における収率が非常に悪くなってしまい、実用的な生産性が得られない。例えば、高屈折率で高開口数のレンズが期待できる高屈折率材料であるダイヤモンドに関しては、非常に硬度が高いので、高精度に球面加工することが極めて難しく、近接場光照射用に使用するレンズとして実用的な生産性を高める技術が求められている。

本発明は、上述の問題に鑑みて、比較的製造方法が容易で、確実に近接場光を照射することが可能な集光レンズとその製造方法、これを用いた露光装置、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、光入射側の第１の面と、これとは反対側の第２の面を有する光学的透過体より成り、少なくとも上記第１の面に、略同心円状の溝が設けられ、この溝により回折した光が、第２の面の集光部において幾何光学的に略一点に集光されて成るか、或いは、上記第２の面と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光されて成ることを特徴とする。
また、本発明は、上述の本発明の集光レンズにおいて、上記第２の面の上記集光部以外の少なくとも一部が、上記第１の面側に後退する形状とされたことを特徴とする。

また、本発明の集光レンズの製造方法は、光学的透過体の第１の面に、該第１の面とは反対側の第２の面の集光部に向かって入射光を回折により幾何光学的に略一点に集光するか、或いは、上記第２の面と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光されて成る略同心円状の溝を形成することを特徴とする。
更に、本発明は、近接場光を被露光体に照射する集光レンズを具備する露光装置であって、その集光レンズは、光入射側の第１の面と、これとは反対側の第２の面を有する光学的透過体より成り、少なくとも上記第１の面に、略同心円状の溝が設けられ、上記溝により回折した光が、上記第２の面の集光部において幾何光学的に略一点に集光されて成ることを特徴とする。

また、本発明は、情報記録媒体に集光レンズにより近接場光を照射する光学ピックアップ装置であって、上記集光レンズは、光入射側の第１の面と、これとは反対側の第２の面を有する光学的透過体より成り、少なくとも上記第１の面に、略同心円状の溝が設けられ、上記溝により回折した光が、上記第２の面の集光部において幾何光学的に略一点に集光されて成るか、或いは、上記第２の面と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光されて成ることを特徴とする。

更に、本発明は、情報記録媒体に集光レンズにより近接場光を照射して情報の記録及び／又は再生を行う光記録再生装置であって、上記集光レンズは、光入射側の第１の面と、これとは反対側の第２の面を有する光学的透過体より成り、少なくとも上記第１の面に、略同心円状の溝が設けられ、上記溝により回折した光が、上記第２の面の集光部において幾何光学的に略一点に集光されて成るか、或いは、上記第２の面と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光されて成ることを特徴とする。

上述の本発明による集光レンズ及びその製造方法、これを用いた露光装置、光学ピックアップ装置及び光記録再生方法においては、集光レンズの集光部に回折により光を集光させるか、或いは、集光レンズと表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光されて成るフレネルレンズ型の回折溝を設けることによって、厳密な精度をもってレンズの球面や曲面を形成する必要がなく、例えばフォトリソグラフィー、レーザー加工等を利用して、溝のピッチを適切に選定して形成することによって、容易に開口数の高い集光レンズを提供することが可能となる。

以上説明したように、本発明の集光レンズ及びその製造方法によれば、開口数の高いレンズを比較的容易に精度良く形成することができる。
また、本発明の集光レンズ及びその製造方法において、比較的屈折率の高い第１の光学的透過体と、比較的屈折率の低い第２の光学的透過体とを積層して、少なくともその界面に略同心円状の溝を設け、この溝により回折した光が第１の光学的透過体の集光部において幾何光学的に略一点に集光されるか、或いは第1の光学的透過体と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光される構成とすることによって、溝のピッチの選定自由度を高め、より精度よく開口数の高い集光レンズを得ることができる。
特に、上述の第２の光学的透過体の光入射側の第１の面に、略同心円状の溝を設けることにより、２段階の回折を行って、第１及び第２の光学的透過体の界面に設ける溝のピッチの微細化を緩和して、より精度良く高い開口数の集光レンズを得ることができる。
更に、これらの集光レンズにおいて、その第２の面の集光部以外の少なくとも一部を、第１の面側に後退する形状とすることによって、集光レンズの傾きマージンを確保することができる。
また、本発明の集光レンズの製造方法において、第２の面の集光部以外の少なくとも一部を除去することにより、容易に傾きマージンの確保された開口数の高い集光レンズを形成することができる。

また、本発明の露光装置によれば、本発明の集光レンズを用いる構成とすることから、比較的開口数の高い集光レンズによって、解像度の高い露光を行うことが可能となる。
更に、本発明の露光装置において、被露光体を、情報記録媒体作製用原盤とすることによって、より微細なパターンの露光が可能となるため、高記録密度、大容量の情報記録媒体を製造することが可能となる。
また、本発明の露光装置において、集光レンズと被露光体との間隔を、露光波長以下の距離に維持する制御部を具備することにより、近接場光を照射してより微細なパターンの露光が可能となる。

更に、本発明による光学ピックアップ装置及び光記録再生装置によれば、本発明構成の集光レンズを用いることにより、精度良く高い開口数をもって情報記録媒体に光を照射することができ、高記録密度化、大容量化が可能となる。
また、本発明の光学ピックアップ装置及び光記録再生装置において、集光レンズの第２の面の集光部以外の少なくとも一部を、第１の面側に後退する形状とすることによって、集光レンズの傾きマージンを確保し、集光レンズと情報記録媒体との安定走行を図ることができる。
また、本発明の光学ピックアップ装置及び光記録再生装置において、集光レンズと情報記録媒体の間隔を、記録再生波長以下の距離に維持する制御部を具備することにより、近接場光を高い開口数をもって照射することが可能となる。

以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
〔１〕第１の実施の形態の例
図１Ａ及びＢは、本発明による集光レンズの一例の概略平面構成図及び概略断面構成図である。図１Ａ及びＢに示すように、本発明による集光レンズ１０は、光入射側の第１の面１Ａと、これとは反対側の第２の面１Ｂを有する光学的透過体１より成り、少なくとも第１の面１Ａに、略同心円状の溝２が設けられ、この溝２により回折した光が、第２の面２の集光部３において幾何光学的に略一点に集光されるいわばフレネルレンズ型構成とする。
図１の例においては、この集光レンズ１０において、第２の面１０の集光部３に溝2により回折した光が集光する形状とされ、かつこの集光部３が凸状とされ、すなわちこの集光部３以外の少なくとも一部、図示の例においては集光部３の周囲の全てを、第１の面１Ａ側に後退する形状とした例を示す。

このような本発明構成の集光レンズの製造方法の一例の工程図を図２Ａ〜Ｆに示す。
この例においては、例えば平行平板状とされ、表面が光学的に研磨されたガラス等よりなる厚さ例えば１．２ｍｍとされた光学透過体１を用意し、その第１の面１Ａに例えばフォトリソグラフィーの適用によって、溝を形成する。すなわち、図２Ａに示すように、光学的透過体１の第１の面１Ａにレジストを例えば厚さ１μｍ程度塗布して、パターン露光、現像処理を施して所定のパターンの凹部を形成し、図２Ｂに示すように、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異方性エッチングを行って、凹部のパターンに対応する溝２を形成する。
この溝２の形状は、略同心円状として形成し、フレネルレンズ型の溝形状とする。すなわち、光学的透過体１の厚さをｄ、このレンズに使用する光の波長をλ、光学的透過体１の屈折率をｎとし、ｍを自然数すると、中心からｍ番目の溝２の半径Ｒｍを下記の数１となるように形成する。

このように、溝２の半径を選定すると、集光部３の焦点までの距離が波長λの整数倍となり、良好に第２の面１Ｂの集光部３の略一点に光を集光できる。
溝２の幅は、ピッチに対し例えば略５０％となる幅でレジスト３０に露光する。露光エリアとしては、例えば直径５ｍｍの範囲とする。
露光されたエリアのレジスト３０を現像で除去し、残ったレジストをマスクにしてＲＩＥ等の異方性エッチングにより深さλとしてエッチングすることで、図２Ｂに示すように、断面略矩形状の溝２を形成できる。エッチング後に残ったレジスト３０は、酸素プラズマ等により除去する。

更に、図２Ｃに示すように、溝２が形成された第１の面１Ａに紫外線硬化樹脂等による保護層３１を塗布、形成する。
次に、図２Ｄに示すように、溝２をエッチング形成した第１の面１Ａとは反対側の第２の面１Ｂにレジスト３２を塗布し、第１の面１Ａに形成した溝２の中心の裏面の位置を中心として、直径例えば約２０μｍの領域を露光し、現像して凹部３３を形成する。

そして図２Ｄに示すように、この凹部３３内を含めて全面的にアルミニウム等より成るマスク膜３４を例えば約１００ｎｍの厚みでスパッタ等により形成した後、図２Ｅに示すように、リフトオフ法により露光されなかった部分のレジスト３２をその上のマスク膜ごと除去する。これにより、露光したエリアのみにマスク膜３４が成膜された状態となる。
そして次に、図２Ｆに示すように、残ったマスク膜３４をマスクとして、ＲＩＥ等により深さ５〜１０μｍの例えば５μｍ程度に、このマスク膜３４の周囲を全てエッチング除去する。
これにより、中心に高さが例えば５μｍの円筒形状の集光部３が形成される。更にこの後、酸またはアルカリ溶液に浸漬させることにより、マスク膜３４を除去することができる。

この後、図示しないが、凸状の集光部３を形成した第２の面１Ｂの表面にも、紫外線硬化樹脂等による保護膜を塗布してもよい。
そして、同心円状の溝２の中心を基準に例えば直径６ｍｍの領域を残して光学的透過体１の外周側を切削除去する。
このような製造方法によって、本発明構成の集光レンズ、すなわちフレネル回折効果によるＳＩＬ型構成（フレネルＳＩＬ型）の近接場光照射用の集光レンズを得ることができる。
そして本発明によれば、高精度に近接場用の集光レンズを作製することができることから、ダイヤモンドなど、球面加工が困難な材質に対しても精度良く近接場集光レンズを作製することができる。これにより、精度の良い高開口数のレンズをより高い生産性をもって、より安価に供給することが可能となる。

図３においては、この本発明構成の集光レンズ１０を用いた露光装置において、レンズ１０に平行ビームを入射して集光部３に集光した状態を示す。図３においては、例えば直径５ｍｍのアパーチャー３６を介して、集光レンズ１０に破線Ｌで示すように光を入射した場合を示し、集光レンズ１０の第１の面１Ａから入射して溝２により回折された光は、第２の面１Ｂの集光部３の略一点に集光される。
例えば集光レンズ１０の厚さｄ、すなわち集光部３における光学的透過体１の厚さが上述したように１．２ｍｍとされ、使用波長λ、この場合露光波長λが２６６ｎｍとすると、溝２から集光部３へ回折される光の最大角度は６４．３６度程度であり、光学的透過体の屈折率を１．５とすると、この場合の集光レンズ１０の開口数ＮＡは、１．３５となる。
このように、開口数ＮＡを１より大とすることができることから、本発明の集光レンズを用いた露光装置によれば、従来に比して解像度の高い露光を行うことが可能となり、例えば上述した開口数１．３５の集光レンズを用いて波長２６６ｎｍの紫外光により露光を行う場合、１００ｎｍ以下の幅のパターン露光が可能となり、今後要求される高記録密度、大容量の情報記録媒体等の製造に好適となる。

特に、この集光レンズと露光原盤等の被露光体との間隔を、露光波長以下の距離に維持する制御部を具備する構成とする場合は、近接場光による露光を行うことによって、より微細なパターンの露光が可能となる。
また、本発明の露光装置は、その他半導体製造工程などの各種の露光工程に利用可能であることはいうまでもない。

なお、上述の製造方法の例においては、１回のリソグラフィーで溝形状を形成したが、第１の面のエッチングプロセスを複数回繰り返してもよく、或いは、マスク露光法により複数回露光を行っても良い。更に、レーザー加工等の技術を用いることもできる。
またこれらの方法により、断面矩形状の溝ではなく、断面が階段状や鋸歯状の溝を形成してもよい。
これらの溝形状の中でも、特に鋸歯状にする場合は、回折効率が最大となる条件が存在する。ただし、どのような形状とする場合においても、回折光がレンズの第２の面の略一点に集光する条件で溝のピッチを決める必要がある。

また、記録媒体に対する記録及び／又は再生を行う場合などにおいては、集光レンズの第２の面と、表面がニアフィールドカップリングする被集光体、すなわち例えば記録媒体中の内部の略一点、例えば記録層表面の一点に集光するような条件で溝間隔を決めてもよい。
すなわち、このように溝を形成した集光レンズの第２の面と近接場カップリングした記録媒体表面の例えば誘電体より成るカバー層中に伝播し、内部の記録層表面に幾何光学的に一点に集光する構成としてもよい。

また、上述の例においては、第２の面の突起状の集光部を、エッチングにより断面台地状の略円筒形状に形成した。
このように形成することによって、例えば近接場光照射によるニアフィールド記録再生に用いる場合のように、集光レンズの対象物、例えば情報記録媒体等との間隔が１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下程度の微小間隔となる場合に、集光レンズと記録媒体との相対的な軸ずれが生じた場合に、第２の面を全面的な平坦面とする場合は、僅かに傾いても記録媒体等と衝突してしまうが、このように凸状の集光部を設けることによって、ある程度の傾きマージンが得られて、安定して対象物に対して集光レンズを相対走行させることが可能となる。
なお、上述の例においては、集光部を円筒形状としたが、切削等により円錐状に加工しても良い。また、この集光部の周囲を集光レンズの外周にかけて断面が傾斜する円錐形状としてもよい。

更に、上述の例においては、エッチング前の光学的透過体を、第１の面と第２の面ともに平坦とした平行平板形状としたが、このような構成とすることにより、フォトリソグラフィーの適用によって、容易にかつ精度良く所望の幅及びピッチをもって溝を形成することができる。
また一方、光学的透過体として、その他例えば曲率を持ったレンズを用いることも可能である。平行平板状のレンズと、外部の光学レンズとを組み合わせた２群レンズとすることも可能である。

また、上述の例においては平行ビームを入射した場合に集光レンズＬの第２の面の略一点に集光するような構成としたが、入射するビームとしては平行ビームでない集光ビーム或いは発散ビームであってもよい。

〔２〕第２の実施の形態の例
次に、本発明の集光レンズにおいて、屈折率の異なる第１及び第２の光学的透過体を積層する例について説明する。
図４に示すように、この例においては、集光レンズ１０が、比較的屈折率の高い第１の光学的透過体１１と、比較的屈折率の低い第２の光学的透過体１２が積層されて成り、少なくとも第１及び第２の光学的透過体１１及び１２の界面に略同心円状の溝２１が設けられ、この溝２１により回折した光が、第１の光学的透過体１1の部３において幾何光学的に略一点に集光される構成とした例を示す。
そして、この場合、第２の光学的透過体１２の光入射側の第１の面１２Ａにも、略同心円状の溝２２を設ける構成とし、更に、第１の光学的透過体の第２の面の集光部３以外の少なくとも一部、図示の例においては、例えば円筒形状の突起状集光部３の周囲の全てを第２の光学的透過体１２側に後退する形状とした例を示す。

この例においては、同心円状の回折溝を組み合わせる構成としたことによって、第１及び第２の光学的透過体１１及び１２の界面に形成し、集光部３の略一点に入射光を集光させる溝２１のピッチの微細化を緩和させることが可能となる。

このように積層構成とする場合は、異なる屈折率を有する２種以上の光学的透過体、例えば２枚以上の平行平板或いは曲率を持ったレンズ形状の光学的透過体に対しそれぞれ加工を行い、光軸を合わせた上で紫外線効果樹脂等により貼り合わせて構成することができる。この場合、最も記録媒体或いは露光原盤に近い配置となる光学的透過体のみに、その対物側に突起形状を加工形成すればよく、このような加工を行うことによって、上述の第１の実施の形態の例と同様に、集光レンズの傾きマージンを確保することができる。

また、通常の光学的透過体の中で特に高い屈折率のダイヤモンド薄板を利用して、この上にスパッタリング等により比較的屈折率の低い光学的透過体を積層して構成することもできる。この例における製造工程を図５Ａ〜Ｃに示す。
この場合、第１の光学的透過体１１として屈折率の高い例えばダイヤモンド薄板を用意する。そして、前述の図２Ａ〜Ｆにおいて説明した工程により、その第１の面１１Ａに略同心円状の溝２１を形成し、また、第２の面１１Ｂにおいては、集光部３を例えば円筒形の突起状に形成し、すなわち集光部３の周囲を外周側まで除去する加工を行う。

この後、図５Ｂに示すように、第２の光学的透過体１２として、比較的屈折率の低い誘電体膜、例えばＳｉＯ_２を比較的厚くスパッタリング等により被着形成した後、光学的に十分平坦になるまで表面を研磨する。

この後、図５Ｃに示すように、ＳｉＯ_２等より成る第２の光学的透過体１２の第１の面１２Ａに、第１及び第２の光学的透過体１１及び１２の界面に形成した溝２１に、外部からの入射光を回折により導くように、略同心円状の溝２２を例えばフォトリソグラフィーの適用によって形成する。
このような製造工程によって、更に開口数ＮＡの高いフレネルＳＩＬ型構成の集光レンズを提供することができる。
この場合、例えば波長２６６ｎｍの入射光を用いる場合に、ダイヤモンド薄膜中で、最大６０度の角度で集光部に光を集光させることができれば、開口数ＮＡが２．２を超える従来にない高開口数の集光レンズが実現できる。

なお、上述の例においては、第１の光学的透過体１１の第１の面のみに溝形状を加工したが、前述したように、２枚以上のフレネルＳＩＬ型レンズを貼り合わせる場合や、誘電体成膜を行う場合には、この限りではない。例えば、第１の光学的透過体の第１の面と、第２の光学的透過体の第１の面及び第２の面との合計３面、或いは、第１の光学的透過体の第１の面と、第２の光学的透過体の第１の面又は第２の面の合計２面に溝形状を形成し、紫外線硬化樹脂等を第１の光学的透過体と第２の光学的透過体とで挟み込んで貼り合わせて形成することもできる。

以上説明した積層型の集光レンズも、図３において説明した例と同様に、露光装置に搭載することが可能である。この露光装置を用いて露光を行うことにより、設計された開口数ＮＡに対応したスポット径が形成され、またそれに対応したサイズの露光パターンが形成できる。
また、この集光レンズを、情報記録媒体の記録及び／又は再生を行う光記録再生装置に搭載することも可能である。この記録再生装置を用いて記録及び／又は再生を行うことにより、設計された開口数ＮＡに対応したスポット径が形成され、またそれに対応したサイズの記録マークの書き込み及び／又は読み取りが可能となる。

図６は、上述した本発明による集光レンズを用いる光学ピックアップ装置を含む光記録再生装置の一例の概略構成図を示す。この例においては、再生光とは異なる波長の距離検出用光を用いて集光レンズと記録媒体との距離を検出する場合を示し、例えば波長４０５ｎｍのレーザーより成る第１の光源６１を情報記録媒体４１の記録信号の再生光源として、また例えば波長７８０ｎｍのレーザーより成る第２の光源７１を本発明構成の集光レンズ１０と情報記録媒体４１との距離検出用光源として用いる例を示す。
いずれの光源からの光も、それぞれコリメートレンズ６２及び７２、各波長で最適化された偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）６３及び７３、４分の１波長板（ＱＷＰ）６４及び７４を経てダイクロイックミラー（ＤＣＭ）６５で合波され、例えば光学レンズ６６を介して前述の図１Ａ及びＢ、または図４において説明した構成の集光レンズ１０に入射される。

このように、集光レンズ１０には、例えば開口数ＮＡが０．６程度の非球面モールドレンズ等より成る光学レンズ６６を組み合わせてもよく、また単一のレンズとして用いてもよい。或いは、図３において説明した例のように、アパーチャー等との光学素子との組み合わせによる光学系とすることも可能である。そしてこの集光レンズ１０は、電磁アクチュエーター等のアクチュエーター６８に搭載されて、光学ピックアップ装置が構成される。
情報記録媒体４１は、例えばディスク状とされて、スピンドルモーターなどの回転手段より成る移動機構部５１によって例えば回転駆動され、図示しないが公知の水平移動機構によって、情報記録媒体４１の表面に沿う方向に移動することによって、情報記録媒体４１の記録面に光源からの近接場光が走査照射される構成とされる。

そして、集光レンズ１０の集光部から情報記録媒体４１の例えば凹凸パターンに対応して反射される戻り光は、ＤＣＭ６５、ＱＷＰ６４及び７４、ＰＢＳ６３及び７３、集光用のレンズ６９、７５を経て、受光手段７０及び７６により光量として検出される。第２の光源７１からの光の戻り光量を受光手段７６により検出して、ギャップ制御部７７により検出し、制御信号Ｓｇをアクチュエーター６８に送ることによって、集光レンズ１０と情報記録媒体４１との間隔を所定の距離に制御することができる。

なお、近接場光を用いて再生を行うには、上述の集光レンズ１０を、使用波長以下の例えば波長の略１／４以下程度の距離をもって記録媒体の信号面から対向させて、このレンズの集光部で全反射臨界角以上となる成分の戻り光量を検出する。これにより、レンズ集光部と信号面の例えば凹凸による距離の変動に対応して戻り光量が変動することを利用して、情報信号を検出することができ、近接場光照射による再生を行うことができる。

本発明構成の集光レンズを用いる場合は、上述したように、その開口数ＮＡはおよそ１．３５以上が得られ、入射瞳外周部へ入射する光は集光レンズ１０の先端部で臨界角以上となる。
そして、情報記録媒体４１とレンズ１０との距離が入射光の波長より十分小さい場合、例えば波長４０５ｎｍに対し１００ｎｍ程度以下の例えば２５ｎｍ程度とされる場合には、集光レンズ１０の集光部で臨界角以上となる入射光成分は全反射せず、一部が記録媒体４１とカップリングして、記録媒体４１側へと伝播する。これにより、開口数ＮＡが１より大きな対物レンズが実現される。

そしてこのような構成の集光レンズにおいて再生光の波長に対して収差を最適化し、集光された再生光のスポット径が、情報記録媒体４１の表面の凹凸パターンサイズより小さい場合には、記録媒体４１と集光レンズ１０との平均間隔を維持したまま相対的に移動させることで、スポット径内という微小領域内での集光レンズ１０と情報記録媒体４１表面との間隔が凹凸パターンに対応して変動する。
このように間隔が変動すると、集光レンズへの入射光のうち高ＮＡ成分の情報記録媒体４１とのカップリング効率が変動し、それに同調して反射光量が変動する。そこで、この反射光量の変動を検出することで情報記録媒体４１表面の凹凸パターン、つまり情報記録媒体４１に記録されたデータ情報を読み取ることが可能となり、近接場光による記録再生が実現される。

なお、上述の例においては、記録媒体４１の表面の情報が凹凸パターンとして構成される場合を説明したが、記録媒体４１の表面の情報が相変化膜等を用いて反射率の違いとして記録された記録マークで構成される場合に、この記録媒体４１の情報を再生するには、記録マークの反射率の違いに対応して、記録層から反射して集光レンズ１０に戻る光量が変化することから、この光量変化から記録された情報を読み取ることができる。

また、以上説明した例においては、集光レンズ１０の記録媒体４１と対向する面に再生光が集光される場合であるが、記録媒体４１の表層部に誘電体等より成る保護層が設けられ、記録層がその下層にある場合においては、記録された情報の再生は以下の通りとなる。
図７においては、本発明による集光レンズの一例を用いた記録再生方式の模式的な態様を示す。この場合、記録媒体４１は、基板４２上に相変化膜、光磁気記録膜等の記録層４３が形成され、この上に誘電体等より成る保護層４４が形成されて成る。

図７に示すように、この場合、上述の本発明構成による集光レンズ１０の対物側の表面では再生用の光は集光されず、収束状態でレンズ１０を出射し、保護層４４等の形成された記録媒体４１の表面とニアフィールドカップリングする。すなわち、図７において集光レンズ１０の対物面と記録媒体４１との間隔ｄは、再生光の波長以下の例えば１／４程度とされる。このとき、記録媒体４１の表面に到達した光は、保護層４４内で再び収束を続けて記録層４３の表面で一点に収束する構成とする。
記録層４３の情報が凹凸パターンの例えばピットで構成される場合には、ピットの凹部又は凸部があるときにはピットの内部と周囲とで反射された光が干渉して、ピットが存在しないときと比較して反射光量が減衰する。この反射光量の変化から記録された情報を読み取ることができる。

一方、記録層４３の情報が相変化膜等を用いて反射率の違いとして記録された記録マークで構成される場合は、記録媒体４１の表面に記録層４３がある場合と同様の原理で情報を読み取ることができる。
このように、記録層４３が記録媒体４１の内部に位置し、集光位置を被集光体である記録媒体４１の内部に設定する場合には、予め記録媒体４１の保護層４４の厚さｔｃや、集光レンズ１０及び保護層４４の屈折率を考慮した設計で集光レンズ１０を作成し、記録層４３の略一点で回折された光が集光する構成とすることはいうまでもない。

以上説明したように、本発明の集光レンズとその製造方法によれば、従来に比して精度良く開口数の高いレンズを形成することができ、これを用いた露光装置、光学ピックアップ装置及び光記録再生装置によれば、精度良く確実に高開口数の集光レンズを用いて、解像度の高い露光、もしくは高い記録容量をもって記録及び／又は再生を行うことが可能となる。

なお、本発明は、上述した各例に限定されるものではなく、その他光学的透過体の材料、構成、形状等において、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。

Ａは本発明による集光レンズの一例の概略平面構成図である。Ｂは本発明による集光レンズの一例の概略断面構成図である。 Ａは本発明による集光レンズの製造方法の一例の一工程図である。Ｂは本発明による集光レンズの製造方法の一例の一工程図である。Ｃは本発明による集光レンズの製造方法の一例の一工程図である。Ｄは本発明による集光レンズの製造方法の一例の一工程図である。Ｅは本発明による集光レンズの製造方法の一例の一工程図である。Ｆは本発明による集光レンズの製造方法の一例の一工程図である。 本発明による集光レンズを用いた露光装置の一例の要部の概略構成図である。 本発明による集光レンズの一例の概略断面構成図である。 Ａは本発明による集光レンズの製造方法の一例の一工程図である。Ｂは本発明による集光レンズの製造方法の一例の一工程図である。Ｃは本発明による集光レンズの製造方法の一例の一工程図である。 本発明による光記録再生装置の一例の概略構成図である。 本発明による集光レンズの一例を用いた光記録再生方法の説明図である。

符号の説明

１．光学的透過体、１Ａ．第１の面、１Ｂ．第２の面、２．溝、３．集光部、１０．集光レンズ、１１．第１の部材、１２．第２の部材、２１．溝、２２．溝、３０．レジスト、３０Ａ．凹部、３１．保護層、３２．レジスト、３３．凹部、３４．マスク膜、３６．アパーチャー、４０．露光原盤、４１．情報記録媒体、５１．移動機構部、６１．第１の光源、６２．コリメートレンズ、６３．偏光ビームスプリッター、６４．１／４波長板、６５．ダイクロイックミラー、６６．光学レンズ、６８．アクチュエーター、６９.レンズ、７０．受光手段、７１．第２の光源、７２．レンズ、７３．偏光ビームスプリッター、７４．１／４波長板、７５．レンズ、７６．受光手段、７７．ギャップ制御部

Claims (22)

1. 光入射側の第１の面と、これとは反対側の第２の面を有する光学的透過体より成り、
   少なくとも上記第１の面に、略同心円状の溝が設けられ、
   上記溝により回折した光が、上記第２の面の集光部において幾何光学的に略一点に集光されて成るか、或いは、上記第２の面と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光されて成る
   ことを特徴とする集光レンズ。
2. 上記第２の面の上記集光部以外の少なくとも一部が、上記第１の面側に後退する形状とされた
   ことを特徴とする請求項１記載の集光レンズ。
3. 上記集光レンズが、比較的屈折率の高い第１の光学的透過体と、比較的屈折率の低い第２の光学的透過体が積層されて成り、
   少なくとも上記第１及び第２の光学的透過体の界面に略同心円状の溝が設けられ、
   上記溝により回折した光が、上記第１の光学的透過体の集光部において幾何光学的に略一点に集光されるか、或いは、上記第１の光学的透過体と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光する構成とされた
   ことを特徴とする請求項１記載の集光レンズ。
4. 上記第２の光学的透過体の光入射側の第１の面に、略同心円状の溝が設けられて成る
   ことを特徴とする請求項３記載の集光レンズ。
5. 上記第１の光学的透過体の第２の面の上記集光部以外の少なくとも一部が、上記第２の光学的透過体側に後退する形状とされた
   ことを特徴とする請求項３記載の集光レンズ。
6. 上記第１の光学的透過体の第２の面の上記集光部以外の少なくとも一部が、上記第２の光学的透過体側に後退する形状とされた
   ことを特徴とする請求項４記載の集光レンズ。
7. 光学的透過体の第１の面に、該第１の面とは反対側の第２の面の集光部に向かって入射光を回折により幾何光学的に略一点に集光するか、或いは、上記第２の面と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光する略同心円状の溝を形成する
   ことを特徴とする集光レンズの製造方法。
8. 上記第２の面の上記集光部以外の少なくとも一部を除去する
   ことを特徴とする請求項７記載の集光レンズの製造方法。
9. 上記光学的透過体を、比較的屈折率の高い第１の光学的透過体と、比較的屈折率の低い第２の光学的透過体を積層して構成し、
   上記第１及び第２の光学的透過体の界面に、該界面とは反対側の上記第１の光学的透過体の集光部に向かって回折により幾何光学的に略一点に集光するか、或いは、上記第1の光学的透過体と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光する略同心円状の溝を形成する
   ことを特徴とする請求項７記載の集光レンズの製造方法。
10. 上記第１の光学的透過体の上記集光部以外の少なくとも一部を除去する
    ことを特徴とする請求項９記載の集光レンズの製造方法。
11. 近接場光を被露光体に照射する集光レンズを具備する露光装置であって、
    上記集光レンズは、光入射側の第１の面と、これとは反対側の第２の面を有する光学的透過体より成り、
    少なくとも上記第１の面に、略同心円状の溝が設けられ、
    上記溝により回折した光が、上記第２の面の集光部において幾何光学的に略一点に集光されて成る
    ことを特徴とする露光装置。
12. 上記被露光体が、情報記録媒体作製用原盤である
    ことを特徴とする請求項１１記載の露光装置。
13. 上記集光レンズと上記被露光体との間隔を、露光波長以下の距離に維持する制御部を具備する
    ことを特徴とする請求項１１記載の露光装置。
14. 上記集光レンズと上記被露光体との間隔を、露光波長以下の距離に維持する制御部を具備する
    ことを特徴とする請求項１２記載の露光装置。
15. 情報記録媒体に集光レンズにより近接場光を照射する光学ピックアップ装置であって、
    上記集光レンズは、光入射側の第１の面と、これとは反対側の第２の面を有する光学的透過体より成り、
    少なくとも上記第１の面に、略同心円状の溝が設けられ、
    上記溝により回折した光が、上記第２の面の集光部において幾何光学的に略一点に集光されて成るか、或いは、上記第２の面と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光されて成る
    ことを特徴とする光学ピックアップ装置。
16. 上記集光レンズの上記第２の面の上記集光部以外の少なくとも一部が、上記第１の面側に後退する形状とされた
    ことを特徴とする請求項１５記載の光学ピックアップ装置。
17. 上記集光レンズと上記情報記録媒体の間隔を、記録再生波長以下の距離に維持する制御部を具備する
    ことを特徴とする請求項１５記載の光学ピックアップ装置。
18. 上記集光レンズと上記情報記録媒体の間隔を、記録再生波長以下の距離に維持する制御部を具備する
    ことを特徴とする請求項１６記載の光学ピックアップ装置。
19. 情報記録媒体に集光レンズにより近接場光を照射して情報の記録及び／又は再生を行う光記録再生装置であって、
    上記集光レンズは、光入射側の第１の面と、これとは反対側の第２の面を有する光学的透過体より成り、
    少なくとも上記第１の面に、略同心円状の溝が設けられ、
    上記溝により回折した光が、上記第２の面の集光部において幾何光学的に略一点に集光されて成るか、或いは、上記第２の面と表面がニアフィールドカップリングする被集光体の内部の略一点に集光されて成る
    ことを特徴とする光記録再生装置。
20. 上記集光レンズの上記第２の面の上記集光部以外の少なくとも一部が、上記第１の面側に後退する形状とされた
    ことを特徴とする請求項１９記載の光記録再生装置。
21. 上記集光レンズと上記情報記録媒体の間隔を、記録再生波長以下の距離に維持する制御部を具備する
    ことを特徴とする請求項１９記載の光記録再生装置。
22. 上記集光レンズと上記情報記録媒体の間隔を、記録再生波長以下の距離に維持する制御部を具備する
    ことを特徴とする請求項２０記載の光記録再生装置。

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