WO2000008642A1

WO2000008642A1 - Catadioptric lens, optical head, and optical recording/reproducing apparatus

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Publication number: WO2000008642A1
Application number: PCT/JP1999/004089
Authority: WO
Inventors: Shigeo Kubota; Kenjiro Watanabe
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2000-02-17
Also published as: KR100560573B1; US6256154B1; JP4165013B2; KR20010024425A; EP1020853A4; CN1275231A; EP1020853A1; CN1189877C

Description

明細書カタディオプトリックレンズ、光学へッド及び光記録再生装置技術分野本発明は、エバネッセント光を利用する際に好適なカタディオプトリックレンズに関する。また、本発明は、そのようなカタディォプトリックレンズを用いた光学へッド及び光記録再生装置に関する。背景技術光記録媒体の高記録密度化を達成する手法として、エバネッセント光を利用することで、回折限界以下の微小な記録ピットでの記録再生を可能とする手法が考案されている。エバネッセント光を利用して光ディスクの記録再生を行う際は、レンズに対する入射光束がレンズ端面にて結像し、その大部分が当該レンズ端面で全反射されるようにする。このとき、レンズ端面と光記録媒体との間隔を十分に狭めておけば、エバネッセント光の一部が光記録媒体と結合してレンズ外に取り出され、当該エバネッセント光を利用した記録再生が可能となる。

なお、空気中でエバネッセント光が結合可能な距離は、例えばレンズの開口数 N Aが 1 . 5の場合、 1 0 0 n mのオーダーである。したがって、エバネッセント光を利用して光記録媒体の記録再生を行う際は、レンズ端面と光記録媒体との間隔を、 l O O n mのォーダー以下に保つ必要がある。これは、例えば、磁気ディスクにおいて使用されているフライングへッドの技術を用いることで実現可能である。

すなわち、例えば、磁気ディスクにおいて使用されるているフライングへッドの技術を用いて、レンズ端面と光記録媒体との間隔を 1 0 0 n mのオーダー以下に保てば、エバネッセント光の一部が光記録媒体と結合することとなり、回折限界以下の微小な記録ピットでの記録再生が可能となる。

そして、このようなエバネッセント光を利用した記録再生に、力タディォプトリックレンズを用いる手法が、 1 9 9 8年 5月、米国ォプティカル ' データ ' ストレージ ♦ ミーティングにて、サムソン ' エレクトロニクス社の C . W. リー氏により提案されている。ところが、 C . W. リー氏が提案しているカタディオプトリックレンズのレンズデータを解析すると、コマ収差の補正が不完全であり、このカタディオプトリックレンズを使用するには、以下のような問題点があった。

エバネッセント光を利用する際は、入射光束をレンズ端面に小さいスポット径で結像させる必要がある。しかし、上記カタディオプトリックレンズではコマ収差の補正が不完全であるために、当該力タディオプトリックレンズを実装するときの取り付け角度誤差により光束の入射角が ± 1 ° を越えるような状態となると、コマ収差が顕著に発生してしまい、入射光束をレンズ端面に小さいスポット径で結像させることができなくなってしまう。

しかも、エバネッセント光を利用する近視野光学系では、遠視野光学系で小さいスポット径で結像させる場合よりも、コマ収差の影響が顕著に現れることが予想される。したがって、上記カタディォプトリックレンズを近視野光学系で用いることを考えると、当該力タディォプトリックレンズを実装するときに、その取り付け角度誤差を ± 1 ° よりも遙かに小さくしなければならないことが予想される。

このように、上記カタディオプトリックレンズでは、コマ収差の補正が不完全であるために、その実装時に非常に精度良く取り付けることが要求される。特に、近視野光学系での使用に耐え得る精度での実装を実現することは非常に難しく、たとえ実現したとしても、製造コストが大幅に上昇することは必至である。発明の開示本発明は、上述したような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、エバネッセント光を利用する際に好適なカタディオプトリツクレンズとして、コマ収差をほぼ完全に補正したレンズを提供することにある。また、本発明は、そのようなカタディオプトリックレンズを用いた光学へッド及び光記録再生装置を提供することも目的とする。

本発明に係るカタディオプトリックレンズは、第 1面が凹面屈折面、第 2面が平面ミラー、第 3面が第 1面の凹面屈折面と同軸に配置された凹面非球面ミラーからなり、平行入射光が第 2面の平面ミラーに設けた開口を通して第 4面の全反射平面上に結像するようになされたカタディオプトリックレンズである。

ここで、を第 1面の曲率半径、 r _:!を第 3面の中心曲率半径、 dを第 1面から第 3面頂点までの光学長、 f _u (N) , f _b (N) をレンズ媒質の屈折率 Nの関数として表される係数として、正弦条件を満たす条件式を下記式（ 1 ) で表す。

d / r：, = f (N) r ,/ r _:i + f _b (N) …（1)

そして、上記式（ 1 ) を満たすときの第 1面の曲率半径 r ,の値を R、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dの値を Dとする。

そして、本発明に係るカタディオプトリックレンズは、第 1面の曲率半径 _r ,が、 R± l %の範囲内にあり、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dが、 D± 0. 5 %の範囲内にあることを特徴とする。なお、本発明に係るカタディオプトリックレンズは、上記第 1面の前段にレンズが配置されていても良い。第 1面の前段にレンズを配置することで、例えば、拡散光を平行光として第 1面に入射させることができる。なお、カタディオプトリックレンズの第 1面の前段に配置するレンズとしては、メニスカス凸レンズが好適である。また、本発明に係るカタディオプトリックレンズは、第 1乃至第 3面を構成する第 1のレンズ媒質と、第 4面を構成する第 2のレンズ媒質とを備え、第 1のレンズ媒質によって構成される第 2面を含む平面に、第 2のレンズ媒質が接合されて構成されていても良い。このとき、第 2のレンズ媒質には、磁界発生用コイルが埋設されていても良い。

また、本発明に係るカタディオプトリックレンズにおいて、第 3 面は、面頂点からの深さを X、光軸からの高さを Y、中心曲率半径を R、円錐係数を K、 Υ ⁴項の非球面係数を A、 Y^B項の非球面係数を B、 Y^H項の非球面係数を C、 Y ¹¹ '項の非球面係数を Dとしたとき例えば、下記式（ 2) で表される一般非球面とされる。 X=(YVR)/[1+{1-(1+K) (Y/R) } ^,/a]+AY⁴+BY^B+CY^K+DY'⁰ · · · (2) また、本発明に係るカタディオプトリックレンズにおいて、レンズ媒質の屈折率は、使用波長領域において 1 . 4以上であることが好ましい。レンズ媒質として、屈折率が大きい媒質を用いることで、第 4面に結像する光スポットの径を、より小さなものとすることができる。

以上のような本発明に係るカタディオプトリックレンズでは、非対称収差であるコマ収差がほぼ完全に補正され、軸外収差は対称収差である非点収差のみとなる。したがって、本発明に係るカタディォプトリックレンズでは、非点収差の影響が許容される範囲（およそ光束入射角が ± 3 ° までの範囲）において、レンズ端面に理想的なスポットを形成することができる。

なお、本発明に係る光学ヘッドは、以上のような本発明に係る力タディオプトリックレンズを対物レンズとして備えた光学へッドである。この光学ヘッドでは、対物レンズとして、コマ収差がほぼ完全に補正された本発明に係るカタディオプトリックレンズを用いているので、カタディオプトリックレンズの取り付け精度を従来に比ベて大幅に緩和できる。

また、本発明に係る光記録再生装置は、以上のような本発明に係るカタディォプトリックレンズを対物レンズとして備えた光学へッドを用いて光記録媒体の記録及び/又は再生を行う。この光記録再生装置では、光学ヘッドの対物レンズとして、コマ収差がほぼ完全に補正された本発明に係るカタディォプトリックレンズを用いているので、カタディオプトリックレンズの取り付け精度を従来に比べて大幅に緩和できる。 '図面の簡単な説明図 1は、本発明を適用したカタディオプトリックレンズの一例を示す図である。

図 2 A及び図 2 Bは、図 1に示したカタディオプトリックレンズの横収差図であり、図 2 Aは半画角 1 ° の軸外での横収差を示す図、図 2 Bは軸上での横収差を示す図である。

図 3は、図 1に示したカタディオプトリックレンズと、従来の力タディオプトリックレンズとについて、入射光の画角と、波面収差の R M S値との関係を示す図である。

図 4は、正弦条件を評価してコマ収差の補正を行い、カタディォプトリックレンズの最適化を行う際の処理の流れを示す図である。図 5は、カタディオプトリックレンズの第 1面から第 3面頂点までの光学長 dを一定に保ったときの、第 1面の曲率半径 r ,と、正弦条件不満足量 O S Cとの関係を示す図である。

図 6は、カタディオプトリックレンズの第 1面の曲率半径 r ,を一定に保ったときの、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dと、正弦条件不満足量 O S Cとの関係を示す図である。

図 7は、レンズ媒質の屈折率 Nが 1 . 8 1 3のとき、正弦条件不満足量 = 0という条件を満たす、第 3面の曲率半径で規格化された第 1面の曲率半径の値 _r , / _{r 3}と、第 3面の曲率半径で規格化された第 1面から第 3面頂点までの光学長の値 d Z r aとの関係を示す図である。

図 8は、本発明を適用したカタディオプトリックレンズの他の例を示す図である。

図 9 A及び図 9 Bは、' 図 8に示した光学系の横収差図であり、図 9 Aは半画角 1 ^: の軸外での横収差を示す図、図 9 Bは軸上での横収差を示す図である。

図 1 0は、本発明を適用した光学へッドの一例を示す図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用したカタディオプトリックレンズの一例を図 1に示す。このカタディオプトリックレンズ 1は、凹面屈折面からなる第 1面 S 1 と、平面ミラーからなる第 2面 S 2と、凹面非球面ミラーからなる第 3面 S 3と、全反射平面となる第 4面 S 4とを有する。このカタディオプトリックレンズ 1に入射した入射光束は、先ず, 凹面屈折面からなる第 1面 S 1で拡大されて、平面ミラーからなる第 2面 S 2に入射する。次に、第 2面 S 2で反射され、凹面非球面ミラーからなる第 3面 S 3に入射する。次に、第 3面 S 3で反射され、第 2面 S 2の中央に設けられた開口を通して第 4面 S 4の全反射平面上に結像する。

以上のような本発明を適用したカタディオプトリックレンズ 1のレンズデータを表 1に示す。

(以下余白）表 1

上記カタディオプトリックレンズ 1について、その横収差性能を図 2に示す。なお、図 2 Aは、半画角 1 ° の軸外での横収差を示しており、図 2 Bは、軸上での横収差を示している。ここで、光源波長えは 6 5 0 nmとしている。

図 2に示すように、このカタディォプトリックレンズ 1の横収差は、入射瞳を通過する全光束に亘つて、フルスケールの Ι μ πιに比ベてはるかに小さく、横収差の発生量は非常に小さくなっている。そして、横収差の発生量を、波面収差の RMS値（波面収差の射出瞳面上での標準偏差 (Root Mean Square of Wave Front Error) ) で表すと、軸上では 0. 00 2 え、半画角 1 ° の軸外では 0. 00 6 えであった。更に、図'示していないが、半画角 3³ の軸外では、波面収差の RMS値は、 0. 04 えであった。

一般に、回折限界での収差性能を表すときには、マレシャルのクライテリオンが常用される。そして、マレシャルのクライテリオンは、波面収差の RMS値で 0. 0 7 えである。これに対して、上記カタディオプトリックレンズ 1では、上述したように、波面収差の RMS値が、軸上で 0. 00 2 え、半画角 1。の軸外で 0. 006 え、半画角 3° の軸外で 0. 04 えであった。したがって、この力タディオプトリックレンズ 1では、少なくとも軸上から半画角 3 ° の軸外に至るまで、十分な回折限界性能を有しているといえる。つぎに、上記カタディオプトリックレンズ 1について、その軸外性能を図 3に示す。なお、図 3において、横軸は入射光の画角（半画角の値）を示しており、縦軸は波面収差の RMS値を示している。また、図 3では、参考のために、上述した C. W. リー氏によって提案されたカタディオプトリックレンズ（以下、従来のカタディォプトリックレンズと称する。）の軸外性能も示しており、〇で示したのが本発明を適用したカタディオプトリックレンズ 1の場合、口で示したのが従来のカタディォプトリックレンズの場合である。図 3に示すように、従来のカタディオプトリックレンズでは、半画角が 1 ° 以下の領域において、波面収差の RMS値が、画角に対してほぼ直線的に増加している。波面収差の RMS値が画角に対して直線的に増加しているということは、軸外収差のうちでコマ収差が支配的であることを意味する。

一方、本発明を適用したカタディオプトリックレンズ 1では、図 3に示す範囲において、波面収差の R M S値が、画角に対して 2次関数的に増加している。 '波面収差の R M S値が画角に対して 2次関数的に増加しているということは、軸外収差のうちで非点収差が支配的であることを意味する。

一般に、光記録媒体の記録再生に用いられる光学へッド用のレンズには、球面収差とコマ収差が良好に補正されていることが望まれる。そして、本発明を適用したカタディオプトリックレンズ 1では、球面収差はやや多いものの極めてわずかであり、且つ、コマ収差が良好に補正されている。したがって、このカタディオプトリックレンズ 1は、光学ヘッド用のレンズとして、非常に好適である。しかも、図 3に示したように、本発明を適用したカタディオプトリックレンズ 1では、波面収差の R M S値も、球面収差の支配する軸上付近を除いて、少なくとも半画角 3 ° までの範囲において、従来の力タディオプトリックレンズに比べて常に小さくなっている。

なお、マレシャルのクライテリオンは、遠視野光学系で小さいスポット径で結像する際の条件であり、エバネッセント光を利用する近視野光学系では、マレシャルのクライテリオンから予想される以上にコマ収差の影響が顕著に現れることが予想される。したがって、コマ収差の発生を抑えた本発明に係るカタディオプトリックレンズ 1は、エバネッセント光を利用する近視野光学系に適用する際に、特に有用であると言える。

つぎに、本発明において、どのようにコマ収差の補正を行ったかについて説明する。

コマ収差を評価するにはいくつかの方法があるが、比較的容易に実行できるのは、 3次のザイデルコマ収差係数を計算する方法であり、この方法については、松井吉哉著「レンズ設計法」（共立出版、昭和 4 5年）に記載されている。しかしながら、本発明を適用したカタディオプトリックレンズのように高開口数レンズの場合、高次のコマ収差も同時に発生するので、評価量として 3次のコマ収差係数を用いる手法は必ずしも適切とはいえない。

そこで、本発明においては、正弦条件を評価してコマ収差の補正を行った。すなわち、正弦条件を用いれば高次のコマ収差をも評価できるので、ここでは、正弦条件を評価してコマ収差の補正を行う手法を採用した。なお、非球面も含むレンズ系の正弦条件の計算法は、例えば、 R . キングスレイク著「レンズ ' デザイン ' ファンダメンタルズ」（アカデミック ' プレス社、 1 9 7 8年）に記載されている。

図 4に示すように、正弦条件を評価してコマ収差の補正を行う際は、先ず、第 1面の曲率半径 r ,と、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dとを設定する。なお、このとき、開口数 N Aが所定の値になるように、光束径も調整しておく。そして、正弦条件を近軸光線追跡値と三角光線追跡値を用いて計算し、正弦条件を判定する。そして、正弦条件不満足量がほぼ 0となるまで、適宣、第 1面の曲率半径 r ,と、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dとを設定し直して、正弦条件の反復計算を行う。

上記反復計算により正弦条件不満足量がほぼ 0となったら、次に、汎用レンズ設計プログラム等を使用して、残留球面収差が最小になるように、円錐係数 K及び非球面係数 A， B， C， Dの最適化を図る。そして、正弦条件を再計算して正弦条件判定を行い、正弦条件不満足量が大きい場合には、第 1面の曲率半径 r ,と、第 1面から第 3面頂点までの光学長 d とを設定し直して計算を繰り返す。

以上のような計算を行うことにより、高次のコマ収差をも含めて、コマ収差を補正することができる。

ここで、実際に以上のような計算を行ったときの計算結果の一部を表 2に示す。なお、ここでは、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dを一定の保ちつつ、第 1面の曲率半径 r ,を変化させながら、縦の球面収差 L Aと正弦条件不満足量 O S Cを計算した。このとき、開口数 N Aは、入射光束系を調整して一定値を取るようにした。また、計算に際し、入射瞳は第 3面の非球面反射面においた。

表 2

表 2において、 r ,は第 1面の曲率半径、 dは第 1面から第 3面頂点までの光学長、 N Aは開口数、 L Aは縦の球面収差、 O S Cは正弦条件不満足量である。また、符号の規約はキングスレイクの定義に従って、慣用とは反対符号とした。また、表 2において、！· ，= () , 7 0が従来のカタディオプトリックレンズの場合である。

表 2に示すように、！· ，= () . 7 0の従来のカタディオプトリックレンズでは、正弦条件不満足量〇 S Cがおよそ 0 . 0 1 1 3である。コンラディによれば、望遠鏡や顕微鏡等において正弦条件不満足量 ◦ S Cは、 ± 0 . 0 0 2 5以内であるべきとされているが、従来のカタディオプトリックレンズの正弦条件不満足量 O C Sは、コンラディのクライテリオンを逸脱している。一方、第 1面の曲率半径 r ,をおよそ 5 %減じて、 r , = 0 . 6 7にすると、正弦条件不満足量がほぼ 0になる。なお、このとき、球面収差の絶対値はやや増加する。

ここで、表 2に示した計算結果をプロットしたグラフを図 5に示す。図 5において、横軸は第 1面の曲率半径 r ,、縦軸は正弦条件不満足量 O S Cである。また、図 5において、点線は、コンラディのクライテリオンの範囲（± 0 . 0 0 2 5 ) を示している。

図 5に示すように、コンラディのクライテリオンを満たす第 1面の曲率半径 _r ,の範囲は、およそ 0 . 6 6 3 3 5力、ら 0 . 6 7 5 9 1 の範囲であり、 0 . 6 7はほぼその中央に位置している。したがつて、コンラディのクライテリオンを満たす第 1面の曲率半径 r ,の範囲は、およそ 0 . 6 7 ± 1 %である。

ところで、第 1面の曲率半径 r ,を一定に保ちつつ、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dを変化させても、正弦条件不満足量 O S C は変化する。そこで、第 1面の曲率半径 r ,を一定に保ちつつ、第 1 面から第 3面頂点までの光学長 dを変化させて、正弦条件不満足量 O S Cを計算した。その計算結果を図 5と同様にプロットしたダラフを図 6に示す。図 6において、横軸は第 1面から第 3面頂点までの光学長 d、縦軸は正弦条件不満足量 O S Cである。また、図 6において、点線は、コンラディのクライテリオンの範囲（± 0 . 0 0 2 5 ) を示している。

図 6に示すように、コンラディのクライテリオンを満たす、第 1 面から第 3面頂点までの光学長 dの範囲は、およそ— 2 . 7 1 2 2 から— 2. 6 8 3 1 2の範囲であり、一 2. 7はほぼその中央に位置している。したがつで、コンラディのクライテリオンを満たす、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dの範囲は、絶対値で表すとおよそ 2. 7 ± 0. 5 %である。

図 5及び図 6の結果から、正弦条件不満足量 = 0という条件を満足する（ r ,， d ) の集合の存在が予想されるが、事実、この条件を満たす点（ r ,， d ) の軌跡はほぼ直線となる。ここで、直線の係数は、レンズ媒質の屈折率 Nの関数となる。

したがって、正弦条件不満足量 = 0を満足するとき、第 3面の中心曲率半径 r _:で規格化した第 1面の曲率半径 r ,と、第 3面の中心曲率半径 _r 3で規格化した第 1面から第 3面頂点までの光学長 dとの関係は、下記式（ 1一 1 ) に示す一次関数式で表される。なお、下記式（ 1— 1 ) において、係数 f _a (N) ， f b (N) は、レンズ媒質の屈折率 Nの関数である。

d / r 3 = f _a (N) r > / r n + f b (N) .·'(1— 1) 具体例として、レンズ媒質の屈折率 Nを 1. 8 1 3 としたとき、正弦条件不満足量 = 0を満足する d r と r ,Z r _:!との関係を計算した結果を図 7に示す。図 7に示すように、レンズ媒質の屈折率 N が 1. 8 1 3のとき、正弦条件不満足量 = 0という条件を満たす点の軌跡は、ほぼ直線で表される。そして、この直線 L 1は下記式 ( 1 - 2) に示す一次関数式で表される。

d / r：» = 2. 3 2 34 r >/ r _:!- l . 6 9 3 1 ··· (1-2) すなわち、レンズ媒質の屈折率 Nが 1. 8 1 3のときには、上記式（ 1 一 2) に示す一次関数式を満足するように、第 1面の曲率半径！" ，と、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dとを設定すれば、正弦条件不満足量がほぼ 0となり、高次のものも含めてコマ収差の発生が抑えられることとる。

なお、図 7では、参考として、従来のカタディオプトリックレンズがどこに位置するかもプロッ卜しており、従来のカタディオプトリックレンズでは、上記式（ 1— 2 ) に示した一次関数式から外れることが見て取れる。また、図 7から、正弦条件不満足量 = 0という条件を満たすとき、第 3面の中心曲率半径 r 3で規格化した第 1 面から第 3面頂点までの光学長 dは 1に近い値となることが分かる。ところで、上述したように、コンラディのクライテリオンを満たすようにするには、第 1面の曲率半径 r ,を最適値の土 1 %の範囲内に抑え、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dを最適値の ± 0 . 5 %の範囲内に抑えれば良い。そこで、本発明では、上記式（ 1— 1 ) を満たすときの第 1面の曲率半径 r ,の値を R、第 1面から第 3 面頂点までの光学長 dの値を Dとしたとき、第 1面の曲率半径 r ,を R土 1 %の範囲内と規定し、第 1面から第 3面頂点までの光学長 d を D ± 0 . 5 %の範囲内と規定している。

すなわち、第 1面の曲率半径 r を R ± 1 %の範囲内とし、第 1面から第 3面頂点までの光学長 dを D ± 0 . 5 %の範囲内とすることにより、高次のものも含めてコマ収差の発生を抑えて、コンラディのクライテリオンを満たすことが可能となる。

なお、本発明は、上述した例に限定されるものではない。すなわち、例えば、レンズ媒質の屈折率や、第 3面の中心曲率半径等は、上述の例と異なっていても良い。これらが異なっている場合も、上述したように正弦条件を評価量としてコマ収差を補正することにより、高次のものも含めてコマ収差の発生を抑制したカタディオプトリックレンズを得ることができる。

つぎに、図 1に示したようなカタディオプトリックレンズの第 1 面の前段に、凸レンズを配置した例を図 8に示す。

図 8に示した光学系は、単一モード光ファイバ一等の光源から出射された拡散光を結像するための光学系であり、プリズム 5と、凸レンズ 6 と、カタディオプトリックレンズ 7 とがこの順に配置されてなる。この光学系のレンズデータを表 3に示す。なお、面番号は図 8に示す通りである。

(以下余白）

表 3

： 0. 1 666 05mm して）

Y²/R

+AY⁴+BY^fi CY⁸+DY'°

1+{1-(1+K) (Y/R)

'ら (^さ

A:Y⁴項 (^ m つぎに、この光学系の横収差性能を図 9に示す。図 9 Aは、半画角 1 ° の軸外での横収差を示しており、図 9 Bは、軸上での横収差を示している。なお、ここでは、入射瞳位置をプリズム 5の前面におき、像高 5 μ mにおいては瞳半径の 1 5 %の口径食（ヴィグネッティング）を仮定している。また、評価は、 6 4 7 . 5 n m， 6 5 0 n m , 6 5 2 . 5 n mの 3波長において行った。

図 9に示すように、この光学系における横収差は、入射瞳を通過する全光束に亘つて、フルスケールの 1 μ ιηに比べてはるかに小さく、横収差の発生量は非常に小さなものとなっている。

なお、この光学系では、表 3に示すように、カタディオプトリックレンズ 7の第 1面の前段に配置するレンズ 6の硝材として高分散の S F 1 1を用い、カタディオプトリックレンズ 7の硝材として低分散の S L A H 5 3を用いている。このように、高分散の硝材からなるレンズと、低分散の硝材からなるレンズとを組み合わせることで、色収差の補正も行うことができる。

つぎに、本発明を適用した光学ヘッドの一例を図 1 0に示す。この光学へッド 1 0は、光磁気ディスク 1 5に対して記録再生を行うための光学ヘッドであり、エバネッセント光を利用することで、回折限界以下の微小な記録ピットでの記録再生が可能となっている。ここで、記録再生の対象となる光磁気ディスク 1 5は、ディスク基板上に光磁気記録層が形成されてなり、当該光磁気記録層の側が光学ヘッド 1 0に対向するようになされる。すなわち、上記光学へッド 1 0は、光磁気ディスク 1 5のディスク基板の側ではなく、光磁気記録層の側に配置される。これは、上記光学ヘッド 1 0はエバネッセント光を利用して記録再生を行うため、光学へッド 1 0と光磁気ディスク 1 5の光磁気記録層との間隔を十分に狭める必要があるからである。 '

この光学へッド 1 0は、ガラス基盤 2 0 と、ガラス基盤 2 0の上に配されたスライダー 2 5と、スライダー 2 5を支持する弾性部材 3 0と、レーザー光源からのレーザー光を伝搬する単一モ一ドの光ファイバー 3 5と、光ファイバ一 3 5から出射されたレーザ光を反射する可動ミラー 4 0と、可動ミラー 4 0によって反射されたレーザ光の光軸上に配された 1 Z 4波長板 4 5と、 1 4波長板 4 5を透過してきたレーザ光の光軸上に配置されたプリズム 5 0と、プリズム 5 0から出射されたレーザ光を平行光とするためのコリメータ一レンズ 5 5と、コリメーターレンズ 5 5によって平行光とされたレーザ光が入射されるカタディオプトリックレンズ 6 0と、カタディォプトリックレンズ 6 0の結像点の周囲に配置された磁界発生用コイル 6 5とを備えている。

なお、この光学ヘッド 1 0の光学系は、プリズム 5 0で光路を折り返す形になっているが、図 8に示した光学系と等価である。なお、図 1 0中の点線は、光路を折り返さなかった場合の光学系（すなわち図 8に示した光学系）を示している。

この光学へッド 1 0において、カタディオプトリックレンズ 6 0 は、第 1面 6 0 a，第 2面 6 0 b及び第 3面 6 0 cを構成する第 1 のレンズ媒質 6 1 と、第 4面 6 0 dを構成する第 2のレンズ媒質 6 2とを備えており、第 1 のレンズ媒質 6 1によって構成される第 2 面 6 0 dを含む平面に、第 2のレンズ媒質 6 2が接合されてなる。そして、この第 2のレンズ媒質 6 2は、ガラス基盤 2 0の一部によつて構成されている。すなわち、ガラス基盤 2 0は、カタディオプトリックレンズ 6 0の一部を兼ねており、カタディオプトリックレンズ 6 0は、第 1 のレンズ媒質 6 1 を、ガラス基盤 2 0に接合することにより構成されている。

そして、カタディオプトリックレンズ 6 0の一部を兼ねているガラス基盤 2 0には、磁界発生用コイル 6 5が埋設されている。換言すれば、カタディオプトリックレンズ 6 0を構成する第 2のレンズ媒質 6 2には、磁界発生用コイル 6 5が埋設されている。この磁界発生用コイル 6 5は、光磁気ディスク 1 5に対する記録時に、光磁気ディスク 1 5に対して記録磁界を印加するためのものであり、力タディオプトリックレンズ 6 0の結像点の周囲を取り巻くように形成されている。すなわち、カタディオプトリックレンズ 6 0に入射したレーザ光は、磁界発生用コイル 6 5の中央において、ガラス基盤 2 0の端面に結像する。なお、このような磁界発生用コイル 6 5 は、例えば、薄膜プロセスにより薄膜コイルパターンをガラス基盤 2 0に埋設することにより形成する。

この光学へッド 1 0を用いて光磁気ディスク 1 5に対して記録再生を行うときは、光磁気ディスク 1 5を回転駆動させて、当該光磁気ディスク 1 5上において、光学へッド 1 0を浮上させる。このとき、弾性部材 3 0によって、弾性を持たせた状態でスライダー 2 5 を支持することにより、ガラス基盤 2 0と光磁気ディスク 1 5との間隔が、 1 0 0 n mのオーダー以下に保たれるようにしておく。そして、光学へッド 1 0を光磁気ディスク 1 5上において浮上させた状態で、レーザー光源からレーザー光を出射し、当該レーザ光を光ファイバ一 3 5によって伝搬する。光ファイバ一 3 5によって伝搬され、当該光ファイバ一 3 5から出射されたレーザ光は、可動ミラー 4 0によって反射される。

そして、可動ミラー 4 0によって反射されたレーザ光は、 1 / 4 波長板 4 5を介してプリズム 5 0に入射する。ここで、 1 Z 4波長板 4 5は、使用波長で片道 9 0 ° のリタ一ダンスを与えるという理由で、光ファイバ一 3 5で発生するリターダンスを往復で補償するために挿入している。

なお、本例では、プリズム 5 0に反射膜がコートされていることを前提としており、 1 / 4波長板 4 5でリタ一ダンスを与えるようにしている。しかし、プリズム斜面への入射角はほぼ 4 5。であるから、プリズム 5 0での全反射を利用してリターダンスを発生させることもできる。このリタ一ダンスは、プリズム 5 0の屈折率で決まり、 B A C D 1 1のようなガラスを用いると、リタ一ダンスは、全反射 1回でほぼ 4 6 ° となる。したがって、プリズム 5 0で全反射を 2回させると、ほぼ 9 0 ° のリタ一ダンスを与えることができ、

1 Z 4波長板 4 5の機能をプリズム 5 0に兼ねさせることができる。

1ノ4波長板 4 5を介してプリズム 5 0に入射したレーザ光は、プリズム 5 0の内部で反射して折り返されて、コリメータレンズ 5

5へ導かれる。コリメータレンズ 5 5に入射したレーザ光は、当該コリメータレンズ 5 5によって平行光とされた上で、カタディオプトリックレンズ 6 0に入射する。

カタディォプトリックレンズ 6 0に入射したレーザ光は、先ず、凹面屈折面からなる第 1面 6 0 aで拡大されて、平面ミラーからなる第 2面 6 0 bに入射する。次に、第 2面 6 O bで反射され、凹面非球面ミラーからなる第 3面 6 0 cに入射する。次に、第 3面 6 0 cで反射され、第 2面 6 0 bの中央に設けられた開口を通して第 4 面 6 0 dの全反射平面上に結像する。

このとき、レーザ光の大部分は第 4面 6 0 dにおいて全反射する、このとき、第 4面 6 0 dと光磁気ディスク 1 5との間隔を 1 0 0 n mのオーダー以下に保つようにしているので、エバネッセント光の一部が光磁気ディスク 1 5と結合してレンズ外に取り出される。そして、この光学ヘッド 1 0では、このエバネッセント光を利用して光磁気ディスク 1 5に対する記録再生を行う。

なお、記録時には、上述のようにエバネッセント光を光磁気ディスク 1 5に結合させるとともに、磁界発生用コイル 6 5に電流を流して磁界を発生させて、エバネッセント光が光磁気ディスクと結合している部分に当該磁界を印加する。これにより、光磁気ディスク 1 5に対して光磁気記録を行う。ここで、光磁気記録の方式は、記録する情報信号に対応させて光磁気ディスク 1 5に印加する磁界の強度を変調する磁界強度変調方式であっても、記録する情報信号に対応させて光磁気ディスク 1 5に照射する光の強度を変調する光強度変調方式であっても良い。

ところで、この光学ヘッド 1 0において、可動ミラー 4 0には、図示しないァクチユエ一タを取り付けておき、当該ァクチユエ一タを駆動することにより、可動ミラー 4 0によるレーザ光の反射角を変化させることができるようにしておく。可動ミラー 4 0によるレ一ザ光の反射角を変化させると、カタディオプトリックレンズ 6 0 に入射する入射光束の傾き角が変化する。その結果、カタディオプトリックレンズ 6 0の第 4面 6 0 dにおける結像点が、可動ミラー 6 0の動作方向に移動する。

すなわち、この光学へッド 1 0では、可動ミラ一 4 0によるレ一ザ光の反射角を変化させることで、カタディオプトリックレンズ 6 0の第 4面 6 0 dにおける結像点を、可動ミラー 4 0の動作方向に走査することが可能となっている。これを利用することで、この光学へッド 1 0では、例えば、いわゆる視野内アクセスや視野内トラッキングを行うようなことが可能となっている。

なお、従来のカタディオプトリックレンズでは、入射光束の傾き角が変化するとコマ収差が発生するので、入射光束の傾き角を変化させて用いるようなことは不可能であった。一方、上記光学ヘッド 1 0に搭載されているカタディオプトリックレンズ 6 0は、コマ収差の捕正がほぼ完全になされている。したがって、上記光学ヘッド 1 0では、カタディオプトリックレンズ 6 0に入射する入射光束の傾き角を変化させて、視野内アクセスや視野内トラッキングを行うようなことが可能となっている。

なお、本発明を適用した光学ヘッド 1 0のポイントは、カタディォプトリックレンズ 6 0にあるので、以上の説明では、光磁気ディスク 1 5に照射するレーザ光を集光するカタディオプトリックレンズ 6 0を含む光学系の部分を中心に説明し、その他の光学系の詳細については説明を省略した。しかし、実際には、光学ヘッド 1 0には、光磁気ディスク 1 5によって反射されて戻ってきた戻り光を検出する光学系も設けられることは言うまでもない。

また、本発明は、光磁気ディスクに対して記録再生を行うための光学ヘッド以外にも適用可能であり、対象となる光記録媒体は、例えば、相変化型光ディスクや、エンボスピットによって情報信号が予め書き込まれた再生専用光ディスク等であってもよい。ただし、対象となる光記録媒体が、相変化型光ディスクや、エンボスピットによって情報信号が予め書き込まれた再生専用光ディスク等のように、記録再生に磁界をいない記録媒体の場合には、磁界発生用コィルは不要となる。産業上の利用可能性本発明に係るカタディオプトリックレンズは、軸外収差のうちコマ収差がほぼ完全に補正されており、入射光束の入射角の範囲として、少なくとも ± 3 ° 程度までは十分に許容可能となる。

このように、本発明に係るカタディオプトリックレンズは、コマ収差がほぼ完全に補正されており、入射光束の入射角の許容範囲を広くとれるので、レンズ取り付け精度を従来に比べて大幅に緩和できる。したがって、カタディオプトリックレンズを光学ヘッド等に実装するようなときに、組み立てプロセスが容易になり、短時間で正確な組み立てを完了することが可能となる。

更に、本発明に係るカタディオプトリックレンズでは、コマ収差がほぼ完全に補正されているので、可動ミラ一等を用いて入射光束の傾き角を高速で変化させて、可動ミラーの動作方向に結像点を走査するようなことも可能となる。これを利用することで、例えば、光学へッドにおける、いわゆる視野内アクセスや視野内トラツキングが可能になる。

また、本発明に係る光学ヘッド及び光記録再生装置は、軸外収差のうちコマ収差がほぼ完全に補正されたカタディオプトリックレンズを用いるようにしているので、当該カタディオプトリックレンズの取り付け精度を従来に比べて大幅に緩和できる。したがって、力タディオプトリックレンズを実装するときの組み立てプロセスが容易になり、短時間で正確な組み立てを完了することが可能となる。更に、本発明に係る光学ヘッド及び光記録再生装置では、軸外収差のうちコマ収差がほぼ完全に補正されたカタディオプトリックレンズを用いるようにしているので、カタディオプトリックレンズに入射する入射光束の傾き角を可動ミラー等を用いて高速で変化させて、可動ミラーの動作方向に結像点を走査するようなことも可能となる。これを利用することで、例えば、いわゆる視野内アクセスや視野内トラッキングを行うようなことも可能となる。

Claims

5冃求の範囲

1. 第 1面が凹面屈折面、第 2面が平面ミラー、第 3面が第 1面の凹面屈折面と同軸に配置された凹面非球面ミラーからなり、平行入射光が第 2面の平面ミラーに設けた開口を通して第 4面の全反射平面上に結像するようになされたカタディオプトリックレンズにおいて、

r ,を第 1面の曲率半径、 r を第 3面の中心曲率半径、 dを第 1 面から第 3面頂点までの光学長、 f _a (N) ， f _b (N) をレンズ媒質の屈折率 Nの関数として表される係数とし、正弦条件を満たす条件式を下記式（ 1 ) で表し、

d / r , = f (N) r , / r _:i + f _b (N) …（1)

上記式（ 1 ) を満たすときの第 1面の曲率半径 r ,の値を R、第 1 面から第 3面頂点までの光学長 dの値を Dとしたとき、

第 1面の曲率半径 r ,は、 R± l %の範囲内にあり、

第 1面から第 3面頂点までの光学長 dは、 D± 0. 5%の範囲内にめること

を特徴とするカタディオプトリックレンズ。

2. 上記第 1面の前段にレンズが配置されていること

を特徴とする請求の範囲第 1項記載のカタディオプトリックレンズ。

3. 第 1乃至第 3面を構成する第 1のレンズ媒質と、第 4面を構成する第 2のレンズ媒質とを備え、

上記第 1のレンズ媒質によって構成される第 2面を含む平面に、上記第 2のレンズ媒質が接合されてなることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のカタディオプトリックレンズ ·

4. 上記第 2のレンズ媒質には、磁界発生用コイルが埋設されていること

を特徴とする請求の範囲第 3項記載のカタディオプトリックレンズ。

5. 上記第 3面は、面頂点からの深さを X、光軸からの高さを Y、中心曲率半径を R、円錐係数を K、 Υ⁴項の非球面係数を A、 Y^fi項の非球面係数を B、 Y^H項の非球面係数を C、 Υ '"項の非球面係数を Dとしたとき、下記式（2) で表される一般非球面であること

X=(YVR)Z[1 + U- (1+K) (Y/R)" '^/ ]+AY⁴+BY^fi+CY⁸+DY¹⁰ · · · (2) を特徴とする請求の範囲第 1項記載のカタディオプトリックレンズ。

6. レンズ媒質の屈折率が、使用波長領域において 1. 4以上であること

7. 第 1面が凹面屈折面、第 2面が平面ミラー、第 3面が第 1面の凹面屈折面と同軸に配置された凹面非球面ミラーからなり、平行入射光が第 2面の平面ミラーに設けた開口を通して第 4面の全反射平面上に結像するようになされたカタディオプトリックレンズを対物レンズとして備え、

上記カタディオプトリックレンズは、

r ,を第 1面の曲率半径、 r を第 3面の中心曲率半径、 dを第 1 面から第 3面頂点までの光学長、 ί 。（N) ， f _b (N) をレンズ媒質の屈折率 Nの関数として表される係数とし、正弦条件を満たす条件式を下記式（3) で表し、

d / r , = f . (N) r , / r , + f (N) · · · (3)

上記式（ 3) を満たすときの第 1面の曲率半径 r ,の値を R、第 1 面から第 3面頂点までの光学長 dの値を Dとしたとき、

第 1面の曲率半径 r ,が、 R± l %の範囲内にあり、

第 1面から第 3面頂点までの光学長 dが、 D± 0. 5%の範囲内にあること

を特徴とする光学へッド。

8. 光学へッドを用いて光記録媒体の記録及び/又は再生を行う光記録再生装置であって、

上記光学へッドは、

第 1面が凹面屈折面、第 2面が平面ミラー、第 3面が第 1面の凹面屈折面と同軸に配置された凹面非球面ミラーからなり、平行入射光が第 2面の平面ミラーに設けた開口を通して第 4面の全反射平面上に結像するようになされたカタディオプトリックレンズを対物レンズとして備え、

上記カタディオプトリックレンズは、

r ,を第 1面の曲率半径、 r _:!を第 3面の中心曲率半径、 dを第 1 面から第 3面頂点までの光学長、 f » (N) ， f „ (N) をレンズ媒質の屈折率 Nの関数として表される係数とし、正弦条件を満たす条件式を下記式（4) で表し、

d / r , = f (N) r , / r：» + f (N) · · · (4)

上記式（4) を満たすときの第 1面の曲率半径 r ,の値を R、第 1 面から第 3面頂点までの光学長 dの値を Dとしたとき、第 1面の曲率半径 _{r i}が、 R ± 1 o/。の範囲内にあり、

第 1面から第 3面頂点までの光学長 dが、 D± 0. 5 %の範囲内にあること

を特徴とする光記録再生装置。