JPH11203711A - 高開口数光学系及びそれを用いた光学的情報記録再生装置 - Google Patents
高開口数光学系及びそれを用いた光学的情報記録再生装置Info
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- JPH11203711A JPH11203711A JP10002227A JP222798A JPH11203711A JP H11203711 A JPH11203711 A JP H11203711A JP 10002227 A JP10002227 A JP 10002227A JP 222798 A JP222798 A JP 222798A JP H11203711 A JPH11203711 A JP H11203711A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 対物レンズの非球面の程度を大きくすると設
計製造が難しく、また、検査も容易に行うことができな
い。 【解決手段】 光源から発した光束を情報記録媒体６の
情報面上に透明保護基板部１６を通して集光する光学系
において、少なくとも単独で回折限界の結像性能を有す
る対物レンズ４と、対物レンズ４と記録媒体６の透明保
護基板部１６との間に設けられた略半球形状の凸球面レ
ンズ５とを備え、凸球面レンズ５をその平面部を透明保
護基板部１６に対して所定のエアギャップを置いて配置
する。
計製造が難しく、また、検査も容易に行うことができな
い。 【解決手段】 光源から発した光束を情報記録媒体６の
情報面上に透明保護基板部１６を通して集光する光学系
において、少なくとも単独で回折限界の結像性能を有す
る対物レンズ４と、対物レンズ４と記録媒体６の透明保
護基板部１６との間に設けられた略半球形状の凸球面レ
ンズ５とを備え、凸球面レンズ５をその平面部を透明保
護基板部１６に対して所定のエアギャップを置いて配置
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光束を
光学的情報記録媒体に集光する高開口数光学系及びそれ
を用いた光学的情報記録再生装置に関するものである。
光学的情報記録媒体に集光する高開口数光学系及びそれ
を用いた光学的情報記録再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスク等の記録媒体を用いた
光学的情報記録再生装置においては、より高密度で情報
を記録することが要求されている。このような要求に応
えるために、例えば、特開平８−３１５４０４号公報で
高ＮＡを達成した光学系に関する技術が提案されてい
る。同公報においては、凸球面レンズ、所謂ソリッドイ
マージョンレンズ（Solid Immersion Lens ; SIL) を対
物レンズと記録媒体の間に配置することで高ＮＡ光学系
を実現している。具体的には、対物レンズの形状、凸球
面レンズの曲率半径と厚み、記録媒体の透明保護基板部
の厚み、更には凸球面レンズと透明保護基板部の間隔を
最適化することによって高ＮＡ光学系を達成している。
光学的情報記録再生装置においては、より高密度で情報
を記録することが要求されている。このような要求に応
えるために、例えば、特開平８−３１５４０４号公報で
高ＮＡを達成した光学系に関する技術が提案されてい
る。同公報においては、凸球面レンズ、所謂ソリッドイ
マージョンレンズ（Solid Immersion Lens ; SIL) を対
物レンズと記録媒体の間に配置することで高ＮＡ光学系
を実現している。具体的には、対物レンズの形状、凸球
面レンズの曲率半径と厚み、記録媒体の透明保護基板部
の厚み、更には凸球面レンズと透明保護基板部の間隔を
最適化することによって高ＮＡ光学系を達成している。
【０００３】ところで、完全半球の凸球面レンズのソリ
ッドイマージョンレンズに対し、対物レンズからの光線
は凸球面レンズの球面に垂直に入射し、凸球面レンズの
平面に結像している場合を基準として凸球面レンズの厚
みを変化させると、その厚みが大きくなるにつれて球面
収差（正の極性）が発生する。図９はこの場合の凸球面
レンズの厚みの変化値Δｔ（ｍｍ）と球面収差Ｗ４０
（λp-v ）の関係を示している。Ｗ４０は３次の球面収
差を表わしている。図９から明らかなようにΔｔが大き
くなるほど球面収差Ｗ４０が大きくなっている。
ッドイマージョンレンズに対し、対物レンズからの光線
は凸球面レンズの球面に垂直に入射し、凸球面レンズの
平面に結像している場合を基準として凸球面レンズの厚
みを変化させると、その厚みが大きくなるにつれて球面
収差（正の極性）が発生する。図９はこの場合の凸球面
レンズの厚みの変化値Δｔ（ｍｍ）と球面収差Ｗ４０
（λp-v ）の関係を示している。Ｗ４０は３次の球面収
差を表わしている。図９から明らかなようにΔｔが大き
くなるほど球面収差Ｗ４０が大きくなっている。
【０００４】また、凸球面レンズ内に空気層（エアギャ
ップ）を設けた場合は、上記基準状態に対して、空気層
の厚みが大きくなるにつれて上記の場合とは逆極性の球
面収差（負の極性）が発生する。図１０はこの場合の空
気層の厚みａｉｒ ｇａｐ（μｍ）と球面収差の関係を
示している。このようにソリッドイマージョンレンズを
使用する場合は、容易に球面収差が発生するので、大き
な障害となり、これをどう解決するかが課題であった。
ップ）を設けた場合は、上記基準状態に対して、空気層
の厚みが大きくなるにつれて上記の場合とは逆極性の球
面収差（負の極性）が発生する。図１０はこの場合の空
気層の厚みａｉｒ ｇａｐ（μｍ）と球面収差の関係を
示している。このようにソリッドイマージョンレンズを
使用する場合は、容易に球面収差が発生するので、大き
な障害となり、これをどう解決するかが課題であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】先に挙げた特開平８−
３１５４０４号公報の場合は、光学系の形態として、凸
球面レンズの厚みを増して凸球面レンズをエアギャップ
を介して上下２つに分離し、一方が記録媒体の透明保護
基板部に相当する構成としている。従って、発生する球
面収差は課題である。ところが、上記従来例の場合、凸
球面レンズの曲率半径と厚み、記録媒体の透明保護基板
部の厚み、更に凸球面レンズと透明保護基板部の間隔に
対して、対物レンズの形状を最適化している。即ち、凸
球面レンズの厚みを増し、エアギャップを設けたことに
よって発生する球面収差を対物レンズの形状によって相
殺している。
３１５４０４号公報の場合は、光学系の形態として、凸
球面レンズの厚みを増して凸球面レンズをエアギャップ
を介して上下２つに分離し、一方が記録媒体の透明保護
基板部に相当する構成としている。従って、発生する球
面収差は課題である。ところが、上記従来例の場合、凸
球面レンズの曲率半径と厚み、記録媒体の透明保護基板
部の厚み、更に凸球面レンズと透明保護基板部の間隔に
対して、対物レンズの形状を最適化している。即ち、凸
球面レンズの厚みを増し、エアギャップを設けたことに
よって発生する球面収差を対物レンズの形状によって相
殺している。
【０００６】従って、対物レンズは単体で図１１に示す
ように大きな正の球面収差を持っている。図１１は対物
レンズ入射瞳上の入射高を縦軸に、球面収差を横軸にと
った球面収差曲線図である。一方、一般に球面の単レン
ズは負の球面収差を持っており、上記従来例の場合、対
物レンズの非球面の程度を非常に大きくすることによっ
て図１１のような特性を得ている。しかしながら、この
ように対物レンズの非球面の程度を大きくすると、設
計、製造が難しく、コスト高になるという問題があっ
た。
ように大きな正の球面収差を持っている。図１１は対物
レンズ入射瞳上の入射高を縦軸に、球面収差を横軸にと
った球面収差曲線図である。一方、一般に球面の単レン
ズは負の球面収差を持っており、上記従来例の場合、対
物レンズの非球面の程度を非常に大きくすることによっ
て図１１のような特性を得ている。しかしながら、この
ように対物レンズの非球面の程度を大きくすると、設
計、製造が難しく、コスト高になるという問題があっ
た。
【０００７】また、従来の光ディスク用光ヘッド装置で
は、ＮＡが０．５〜０．６の対物レンズが用いられ、こ
の場合の対物レンズ単体の性能は図１２に示すように負
の球面収差を持っている。この負の球面収差は、光ディ
スクの透明保護基板部に相当する平板ガラスを挿入する
ことによって相殺することができる。よって、従来の光
ディスク用光ヘッド装置で対物レンズの性能検査を行う
場合は、前述のように平板ガラスを用いて球面収差を無
収差とすることにより、容易に性能検査を行うことが可
能である。
は、ＮＡが０．５〜０．６の対物レンズが用いられ、こ
の場合の対物レンズ単体の性能は図１２に示すように負
の球面収差を持っている。この負の球面収差は、光ディ
スクの透明保護基板部に相当する平板ガラスを挿入する
ことによって相殺することができる。よって、従来の光
ディスク用光ヘッド装置で対物レンズの性能検査を行う
場合は、前述のように平板ガラスを用いて球面収差を無
収差とすることにより、容易に性能検査を行うことが可
能である。
【０００８】しかしながら、上記従来例の場合は、所定
の凸球面レンズと記録媒体の透明基板部に相当する平板
ガラスを用意し、更に、所定のエアギャップを設けるこ
とによって初めて無収差となるので、対物レンズの検査
は決して容易ではなかった。また、実際に対物レンズを
検査する場合は、対物レンズは非常に大きなＮＡのまま
で検査することになるので、凸球面レンズや平板ガラス
などを配置する上でわずかな誤差が検査結果の誤差とな
って現われ、検査を精度よく行うことができなかった。
の凸球面レンズと記録媒体の透明基板部に相当する平板
ガラスを用意し、更に、所定のエアギャップを設けるこ
とによって初めて無収差となるので、対物レンズの検査
は決して容易ではなかった。また、実際に対物レンズを
検査する場合は、対物レンズは非常に大きなＮＡのまま
で検査することになるので、凸球面レンズや平板ガラス
などを配置する上でわずかな誤差が検査結果の誤差とな
って現われ、検査を精度よく行うことができなかった。
【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、対物
レンズの設計製造を容易とし、性能検査も容易に行うこ
とが可能な高開口数光学系及びそれを用いた光学的情報
記録再生装置を提供することを目的とする。
レンズの設計製造を容易とし、性能検査も容易に行うこ
とが可能な高開口数光学系及びそれを用いた光学的情報
記録再生装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、光源か
ら発した光束を情報記録媒体の情報面上に透明保護基板
部を通して集光する光学系において、少なくとも単独で
回折限界の結像性能を有する対物レンズと、前記対物レ
ンズと前記記録媒体の透明保護基板部との間に設けられ
た略半球形状の凸球面レンズとを備え、前記凸球面レン
ズをその平面部を前記透明保護基板部に対して所定のエ
アギャップを置いて配置したことを特徴とする高開口数
光学系によって達成される。
ら発した光束を情報記録媒体の情報面上に透明保護基板
部を通して集光する光学系において、少なくとも単独で
回折限界の結像性能を有する対物レンズと、前記対物レ
ンズと前記記録媒体の透明保護基板部との間に設けられ
た略半球形状の凸球面レンズとを備え、前記凸球面レン
ズをその平面部を前記透明保護基板部に対して所定のエ
アギャップを置いて配置したことを特徴とする高開口数
光学系によって達成される。
【００１１】また、上記高開口数光学系を有することを
特徴とする光学的情報記録再生装置によって達成され
る。
特徴とする光学的情報記録再生装置によって達成され
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実
施形態の構成を示す図である。図１において、１は記録
再生用光源として用いられる半導体レーザである。半導
体レーザ１から発したレーザビームはコリメータレンズ
２で平行化された後、ビーム整形付きビームスプリッタ
３を透過し、対物レンズ４に入射する。また、対物レン
ズ４と記録媒体（光ディスクなど）６の間にはソリッド
イマージョンレンズ５が設けられ、対物レンズ４に入射
したレーザビームは対物レンズ４、ソリッドイマージョ
ンレンズ５で絞られ、記録媒体６の記録層上に微小光ス
ポットとして集光される。
て図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実
施形態の構成を示す図である。図１において、１は記録
再生用光源として用いられる半導体レーザである。半導
体レーザ１から発したレーザビームはコリメータレンズ
２で平行化された後、ビーム整形付きビームスプリッタ
３を透過し、対物レンズ４に入射する。また、対物レン
ズ４と記録媒体（光ディスクなど）６の間にはソリッド
イマージョンレンズ５が設けられ、対物レンズ４に入射
したレーザビームは対物レンズ４、ソリッドイマージョ
ンレンズ５で絞られ、記録媒体６の記録層上に微小光ス
ポットとして集光される。
【００１３】記録媒体６から反射したレーザビームはビ
ーム整形付きビームスプリッタ３で入射光束と分離さ
れ、１／２波長板７に導かれる。そして、１／２波長板
７で偏光面を略４５度回転させられ、集光レンズ８、偏
光ビームスプリッタ９を経由してセンサ１０に入射す
る。このセンサ１０の出力信号は図示しないサーボエラ
ー信号検出回路に送られ、所定の演算処理を行うことに
よってフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信
号が検出される。また、サーボ制御回路（図示せず）に
おいて得られたフォーカスエラー信号、トラッキング信
号に基づいてフォーカスアクチュエータ、トラッキング
アクチュエータ（図示せず）を制御し、回転している記
録媒体６の情報トラックに半導体レーザ１からの光スポ
ットが合焦するように、また、光スポットが追従して走
査するようにフォーカス制御とトラッキング制御を行
う。
ーム整形付きビームスプリッタ３で入射光束と分離さ
れ、１／２波長板７に導かれる。そして、１／２波長板
７で偏光面を略４５度回転させられ、集光レンズ８、偏
光ビームスプリッタ９を経由してセンサ１０に入射す
る。このセンサ１０の出力信号は図示しないサーボエラ
ー信号検出回路に送られ、所定の演算処理を行うことに
よってフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信
号が検出される。また、サーボ制御回路（図示せず）に
おいて得られたフォーカスエラー信号、トラッキング信
号に基づいてフォーカスアクチュエータ、トラッキング
アクチュエータ（図示せず）を制御し、回転している記
録媒体６の情報トラックに半導体レーザ１からの光スポ
ットが合焦するように、また、光スポットが追従して走
査するようにフォーカス制御とトラッキング制御を行
う。
【００１４】記録媒体６に情報を記録する場合は、例え
ば半導体レーザ１の光強度を記録用の高強度として記録
媒体６のトラックに走査する。一方、光ビームの照射部
位に磁気ヘッド１２から記録信号に応じて変調された磁
界を印加する。このように一定強度の光ビームを照射し
ながら変調磁界を印加することにより、記録媒体６のト
ラック上に情報を記録することができる。また、記録媒
体６の記録情報を再生する場合は、半導体レーザ１の光
強度を再生用の低強度として光ディスク６のトラックに
走査する。このとき、センサ１０で記録媒体６からの反
射光を検出し、図示しない再生回路においてセンサ１０
の出力信号から得られた再生信号を用いて所定の信号処
理を行うことによって再生データを生成する。
ば半導体レーザ１の光強度を記録用の高強度として記録
媒体６のトラックに走査する。一方、光ビームの照射部
位に磁気ヘッド１２から記録信号に応じて変調された磁
界を印加する。このように一定強度の光ビームを照射し
ながら変調磁界を印加することにより、記録媒体６のト
ラック上に情報を記録することができる。また、記録媒
体６の記録情報を再生する場合は、半導体レーザ１の光
強度を再生用の低強度として光ディスク６のトラックに
走査する。このとき、センサ１０で記録媒体６からの反
射光を検出し、図示しない再生回路においてセンサ１０
の出力信号から得られた再生信号を用いて所定の信号処
理を行うことによって再生データを生成する。
【００１５】ここで、本実施形態では、対物レンズ４、
ソリッドイマージョンレンズ５、記録媒体６の透明保護
基板部１６からなる構成を光学系１１と称し、この光学
系１１を図２に詳細に示している。図２において、１６
は記録媒体６の透明保護基板部であり、対物レンズ４と
透明保護基板部１６の間に略半球形状のソリッドイマー
ジョンレンズ５を設けている。ソリッドイマージョンレ
ンズ５は下方の平面部を透明保護基板部１６に対向して
配置し、その間に所定間隔のエアギャップを設けてい
る。ソリッドイマージョンレンズ５と透明保護基板部１
６の屈折率は等しく設定している。
ソリッドイマージョンレンズ５、記録媒体６の透明保護
基板部１６からなる構成を光学系１１と称し、この光学
系１１を図２に詳細に示している。図２において、１６
は記録媒体６の透明保護基板部であり、対物レンズ４と
透明保護基板部１６の間に略半球形状のソリッドイマー
ジョンレンズ５を設けている。ソリッドイマージョンレ
ンズ５は下方の平面部を透明保護基板部１６に対向して
配置し、その間に所定間隔のエアギャップを設けてい
る。ソリッドイマージョンレンズ５と透明保護基板部１
６の屈折率は等しく設定している。
【００１６】また、図２から明らかなようにソリッドイ
マージョンレンズ５への入射光は略垂直あるいは一点鎖
線で示す光軸との相対的角度が大きくなるように屈折す
るので、透明保護基板部１６の屈折率をｎとすると、光
学系１１の開口数ＮＡは対物レンズ４単体の場合の開口
数のｎ倍強となり、高ＮＡを達成することができる。ま
た、対物レンズ４は単体の場合、即ちソリッドイマージ
ョンレンズ５、透明保護基板部１６がない場合、回折限
界の結像性能を有するレンズである。図３（ａ）は対物
レンズ４の単体の場合の球面収差特性を示している。縦
軸は対物レンズ入射瞳上の入射高、横軸は球面収差であ
る。図３（ａ）から明らかなように非常に良く球面収差
が抑えられていることがわかる。
マージョンレンズ５への入射光は略垂直あるいは一点鎖
線で示す光軸との相対的角度が大きくなるように屈折す
るので、透明保護基板部１６の屈折率をｎとすると、光
学系１１の開口数ＮＡは対物レンズ４単体の場合の開口
数のｎ倍強となり、高ＮＡを達成することができる。ま
た、対物レンズ４は単体の場合、即ちソリッドイマージ
ョンレンズ５、透明保護基板部１６がない場合、回折限
界の結像性能を有するレンズである。図３（ａ）は対物
レンズ４の単体の場合の球面収差特性を示している。縦
軸は対物レンズ入射瞳上の入射高、横軸は球面収差であ
る。図３（ａ）から明らかなように非常に良く球面収差
が抑えられていることがわかる。
【００１７】ところで、図９、図１０で説明したように
ソリッドイマージョンレンズ５の厚みの変化値（完全な
半球形状の場合に対するずれ量）Δｔとエアギャップの
値によって発生する球面収差の極性は逆極性である。本
実施形態では、ソリッドイマージョンレンズ５の厚みの
変化値Δｔとエアギャップの値を適当に選ぶことによ
り、発生する球面収差を相殺している。ソリッドイマー
ジョンレンズ５を完全半球とすると、Δｔは透明保護基
板部１６の厚みに相当する。
ソリッドイマージョンレンズ５の厚みの変化値（完全な
半球形状の場合に対するずれ量）Δｔとエアギャップの
値によって発生する球面収差の極性は逆極性である。本
実施形態では、ソリッドイマージョンレンズ５の厚みの
変化値Δｔとエアギャップの値を適当に選ぶことによ
り、発生する球面収差を相殺している。ソリッドイマー
ジョンレンズ５を完全半球とすると、Δｔは透明保護基
板部１６の厚みに相当する。
【００１８】図４〜図６は光学系１１の開口数をＮＡ、
ソリッドイマージョンレンズ５の曲率半径をａ（完全半
球ならばその厚みはａ）、レンズ５の厚みの変化分をΔ
ｔ（完全半球ならばΔｔは透明保護基板部１６の厚みと
なる）、ｒ＝Δｔ／ａ、レンズ５の平面部と透明保護基
板部１６とのエアギャップをａｉｒ ｇａｐとした場合
の特性を示している。ここで、ソリッドイマージョンレ
ンズ５が不完全な半球である場合も含めて、レンズ５の
厚みをＳｄ、透明保護基板部１６の厚みをｔとすると、 Δｔ＝（Ｓｄ＋ｔ）−ａ …（１） ｒ＝（Ｓｄ＋ｔ−ａ）／ａ …（２） となる。
ソリッドイマージョンレンズ５の曲率半径をａ（完全半
球ならばその厚みはａ）、レンズ５の厚みの変化分をΔ
ｔ（完全半球ならばΔｔは透明保護基板部１６の厚みと
なる）、ｒ＝Δｔ／ａ、レンズ５の平面部と透明保護基
板部１６とのエアギャップをａｉｒ ｇａｐとした場合
の特性を示している。ここで、ソリッドイマージョンレ
ンズ５が不完全な半球である場合も含めて、レンズ５の
厚みをＳｄ、透明保護基板部１６の厚みをｔとすると、 Δｔ＝（Ｓｄ＋ｔ）−ａ …（１） ｒ＝（Ｓｄ＋ｔ−ａ）／ａ …（２） となる。
【００１９】まず、図４は発生する球面収差を最も良く
相殺するように、エアギャップａｉｒｇａｐとｒを設定
した場合の光学系１１の開口数ＮＡと波面収差Ｗ．Ａ．
（λｒｍｓ）の関係を示すグラフである。Ａはｒ＝０．
９、Ｂはｒ＝０．５、Ｃはｒ＝０．２５とした場合のグ
ラフである。一般に、光ディスク装置においては、波面
収差のＷ．Ａ．のｒｍｓ値の許容限界は１／１４λｒｍ
ｓである。従って、光学系１１の劣化成分と他の光学素
子の初期状態や光ヘッド全体で動的に発生する成分とで
２分されるので、光学系１１の劣化成分は１／２０λｒ
ｍｓまで許容されることになる。このように１／２０λ
ｒｍｓまで許容可能とすると、図４に示すようにＡのｒ
＝０．９の場合の光学系１１の開口数ＮＡは０．９２程
度まで許容されることがわかる。
相殺するように、エアギャップａｉｒｇａｐとｒを設定
した場合の光学系１１の開口数ＮＡと波面収差Ｗ．Ａ．
（λｒｍｓ）の関係を示すグラフである。Ａはｒ＝０．
９、Ｂはｒ＝０．５、Ｃはｒ＝０．２５とした場合のグ
ラフである。一般に、光ディスク装置においては、波面
収差のＷ．Ａ．のｒｍｓ値の許容限界は１／１４λｒｍ
ｓである。従って、光学系１１の劣化成分と他の光学素
子の初期状態や光ヘッド全体で動的に発生する成分とで
２分されるので、光学系１１の劣化成分は１／２０λｒ
ｍｓまで許容されることになる。このように１／２０λ
ｒｍｓまで許容可能とすると、図４に示すようにＡのｒ
＝０．９の場合の光学系１１の開口数ＮＡは０．９２程
度まで許容されることがわかる。
【００２０】また、本実施形態では、高ＮＡであるの
で、従来のソリッドイマージョンレンズを使用しない装
置に比べて２倍以上の記録容量を実現できる。従来のソ
リッドイマージョンレンズを使用しない装置では対物レ
ンズ開口数は０．５〜０．６程度であるので、２倍以上
の記録容量を達成するためには、スポットサイズを１／
１．４以下（ＮＡは１．４倍以上）に縮小する必要があ
る。よって、ソリッドイマージョンレンズを用いた光学
系１１のＮＡは０．５〜０．６の約１．４倍のおよそ
０．８以上としなければならない。また、光学系１１の
開口数ＮＡの許容値は前述のように０．９２程度である
ので光学系１１のＮＡは、 ０．８０≦ＮＡ≦０．９２ …（３） を満足する必要がある。
で、従来のソリッドイマージョンレンズを使用しない装
置に比べて２倍以上の記録容量を実現できる。従来のソ
リッドイマージョンレンズを使用しない装置では対物レ
ンズ開口数は０．５〜０．６程度であるので、２倍以上
の記録容量を達成するためには、スポットサイズを１／
１．４以下（ＮＡは１．４倍以上）に縮小する必要があ
る。よって、ソリッドイマージョンレンズを用いた光学
系１１のＮＡは０．５〜０．６の約１．４倍のおよそ
０．８以上としなければならない。また、光学系１１の
開口数ＮＡの許容値は前述のように０．９２程度である
ので光学系１１のＮＡは、 ０．８０≦ＮＡ≦０．９２ …（３） を満足する必要がある。
【００２１】図５はｒ＝０．３の場合の光学系１１の開
口数ＮＡとエアギャップａｉｒ ｇａｐとの関係を示す
グラフである。図５のグラフより開口数ＮＡが小さいほ
どエアギャップが大きくなることがわかる。図５で得ら
れた知見により（３）式の範囲では光学系１１のＮＡが
０．８の場合がエアギャップの値は大きいので、光学系
１１のＮＡが０．８の場合のｒとエアギャップの関係を
表わすと図６のグラフとなる。図６のグラフではエアギ
ャップの値はｒ＝０．９程度で飽和しているので、ｒを
これ以上大きくすることはエアギャップでの球面収差の
相殺を期待できないことを意味している。従って、ｒの
範囲としては、 ０．１＜ｒ≦０．９ …（４） であることが望ましい。
口数ＮＡとエアギャップａｉｒ ｇａｐとの関係を示す
グラフである。図５のグラフより開口数ＮＡが小さいほ
どエアギャップが大きくなることがわかる。図５で得ら
れた知見により（３）式の範囲では光学系１１のＮＡが
０．８の場合がエアギャップの値は大きいので、光学系
１１のＮＡが０．８の場合のｒとエアギャップの関係を
表わすと図６のグラフとなる。図６のグラフではエアギ
ャップの値はｒ＝０．９程度で飽和しているので、ｒを
これ以上大きくすることはエアギャップでの球面収差の
相殺を期待できないことを意味している。従って、ｒの
範囲としては、 ０．１＜ｒ≦０．９ …（４） であることが望ましい。
【００２２】また、図６のグラフにおいては、ｒ＝０．
９のところで示すαはソリッドイマージョンレンズ５と
記録媒体６の透明保護基板部１６の屈折率ｎが約１．５
の場合のエアギャップの値、βはその屈折率ｎが約１．
６６の場合のエアギャップの値を示している。通常、記
録媒体６の透明保護基板部１６の材質としてはポリカー
ボネートが用いられ、屈折率は約１．５８である。ま
た、ガラスを用いた場合は、通常屈折率は約１．５程度
である。従って、屈折率としては、１．５８を中心値と
して下限は１．５程度と考えてよい。なお、上限である
ところの屈折率が１．６６の場合のβの値は参考値とし
て示している。
９のところで示すαはソリッドイマージョンレンズ５と
記録媒体６の透明保護基板部１６の屈折率ｎが約１．５
の場合のエアギャップの値、βはその屈折率ｎが約１．
６６の場合のエアギャップの値を示している。通常、記
録媒体６の透明保護基板部１６の材質としてはポリカー
ボネートが用いられ、屈折率は約１．５８である。ま
た、ガラスを用いた場合は、通常屈折率は約１．５程度
である。従って、屈折率としては、１．５８を中心値と
して下限は１．５程度と考えてよい。なお、上限である
ところの屈折率が１．６６の場合のβの値は参考値とし
て示している。
【００２３】ここで、図６において、αの値は２０μｍ
弱である。また、エアギャップの値はｒ＝０．９で飽和
するのであるから、エアギャップの範囲としては、 ０＜ａｉｒ ｇａｐ≦２０μｍ …（５） が望ましい。以上は対物レンズ４が単体で回折限界の結
像性能を有するレンズである場合の説明であり、逆に
（３）〜（５）式は光学系１１の構成要素である対物レ
ンズ４が回折限界の結像性能を有するレンズであること
を許容する条件となる。
弱である。また、エアギャップの値はｒ＝０．９で飽和
するのであるから、エアギャップの範囲としては、 ０＜ａｉｒ ｇａｐ≦２０μｍ …（５） が望ましい。以上は対物レンズ４が単体で回折限界の結
像性能を有するレンズである場合の説明であり、逆に
（３）〜（５）式は光学系１１の構成要素である対物レ
ンズ４が回折限界の結像性能を有するレンズであること
を許容する条件となる。
【００２４】表１は本実施形態による光学系１１の具体
的な数値を示している。まず、半導体レーザ１の波長は
６５０ｎｍ、入射瞳径はφ３．４８ｍｍ、光学系１１の
開口数ＮＡは０．８７としている。また、ソリッドイマ
ージョンレンズ５は完全半球で、透明保護基板部１６の
厚み（ｒ５）０．４ｍｍに対し、エアギャップ（ｒ４）
は１０μｍとしている。対物レンズ４は非球面レンズ
で、非球面係数を表２に示している。
的な数値を示している。まず、半導体レーザ１の波長は
６５０ｎｍ、入射瞳径はφ３．４８ｍｍ、光学系１１の
開口数ＮＡは０．８７としている。また、ソリッドイマ
ージョンレンズ５は完全半球で、透明保護基板部１６の
厚み（ｒ５）０．４ｍｍに対し、エアギャップ（ｒ４）
は１０μｍとしている。対物レンズ４は非球面レンズ
で、非球面係数を表２に示している。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】 図３（ｂ）は光学系１１の球面収差曲線図であり、球面
収差が良く相殺されていることがわかる。このようにし
て設計製造、性能検査が容易で、単体で回折限界の結像
性能を有する対物レンズを用いた光学系で高ＮＡを実現
できる。なお、この光学系１１は記録媒体６の透明保護
基板部１６の厚みが増減するときはその厚みに応じてソ
リッドイマージョンレンズ５の厚みを変化させることに
よって対応可能である。更に、単体で回折限界の結像性
能を有する対物レンズを使用して高ＮＡ光学系を構成す
ることの利点として、そのような対物レンズを別の高Ｎ
Ａ光学系に容易に転用が可能であることが挙げられる。
即ち、エアギャップや透明保護基板部の厚みを変えるこ
とによって容易に対物レンズを他の光学系に用いること
が可能である。
収差が良く相殺されていることがわかる。このようにし
て設計製造、性能検査が容易で、単体で回折限界の結像
性能を有する対物レンズを用いた光学系で高ＮＡを実現
できる。なお、この光学系１１は記録媒体６の透明保護
基板部１６の厚みが増減するときはその厚みに応じてソ
リッドイマージョンレンズ５の厚みを変化させることに
よって対応可能である。更に、単体で回折限界の結像性
能を有する対物レンズを使用して高ＮＡ光学系を構成す
ることの利点として、そのような対物レンズを別の高Ｎ
Ａ光学系に容易に転用が可能であることが挙げられる。
即ち、エアギャップや透明保護基板部の厚みを変えるこ
とによって容易に対物レンズを他の光学系に用いること
が可能である。
【００２７】図７はこのように図１の実施形態で用いた
対物レンズ４を別の光学系に用いた場合の例を示してい
る。１５はソリッドイマージョンレンズである。また、
図７の実施形態の場合の具体的数値を表３に示してい
る。
対物レンズ４を別の光学系に用いた場合の例を示してい
る。１５はソリッドイマージョンレンズである。また、
図７の実施形態の場合の具体的数値を表３に示してい
る。
【００２８】
【表３】 本実施形態では、半導体レーザ１の波長は６５０ｎｍ、
入射瞳径はφ３．７０ｍｍ、光学系１１の開口数ＮＡは
０．８７としている。また、ソリッドイマージョンレン
ズ１５は曲率半径（ｒ３）が１．６の完全半球、透明保
護基板部の厚み（ｒ５）は０．４ｍｍ、これに対しエア
ギャップ（ｒ４）は９μｍとしている。なお、開口数Ｎ
Ａを揃えるために入射瞳径をφ３．７ｍｍとし、この点
が表１と異なっている。因みに、入射瞳径を変えない場
合は、エアギャップ１０μｍで、光学系の開口数ＮＡは
０．８２程度である。ここで、本実施形態では、入射瞳
径が変わっているので，その場合の対物レンズ４の単体
での球面収差曲線図を図８（ａ）に示している。問題な
く単体で回折限界の結像性能を有するレンズとなってい
る。また、図８（ｂ）は表３の光学系の球面収差曲線図
である。図８（ｂ）から球面収差が良く相殺されている
ことがわかる。
入射瞳径はφ３．７０ｍｍ、光学系１１の開口数ＮＡは
０．８７としている。また、ソリッドイマージョンレン
ズ１５は曲率半径（ｒ３）が１．６の完全半球、透明保
護基板部の厚み（ｒ５）は０．４ｍｍ、これに対しエア
ギャップ（ｒ４）は９μｍとしている。なお、開口数Ｎ
Ａを揃えるために入射瞳径をφ３．７ｍｍとし、この点
が表１と異なっている。因みに、入射瞳径を変えない場
合は、エアギャップ１０μｍで、光学系の開口数ＮＡは
０．８２程度である。ここで、本実施形態では、入射瞳
径が変わっているので，その場合の対物レンズ４の単体
での球面収差曲線図を図８（ａ）に示している。問題な
く単体で回折限界の結像性能を有するレンズとなってい
る。また、図８（ｂ）は表３の光学系の球面収差曲線図
である。図８（ｂ）から球面収差が良く相殺されている
ことがわかる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
体で回折限界の結像性能を有する対物レンズを用い、略
半球形状の凸球面レンズを対物レンズと記録媒体の透明
保護基板部の間にこの基板部に対してエアギャップを介
して配置する構成としているので、対物レンズの設計、
製造が容易で安価に作製することができ、また，対物レ
ンズの性能検査も容易に精度よく行うことができる。
体で回折限界の結像性能を有する対物レンズを用い、略
半球形状の凸球面レンズを対物レンズと記録媒体の透明
保護基板部の間にこの基板部に対してエアギャップを介
して配置する構成としているので、対物レンズの設計、
製造が容易で安価に作製することができ、また，対物レ
ンズの性能検査も容易に精度よく行うことができる。
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す図である。
【図２】図１の実施形態の光学系１１を詳細に示す図で
ある。
ある。
【図３】対物レンズ４と光学系１１の球面収差を示す図
である。
である。
【図４】光学系１１の開口数ＮＡと波面収差の関係を示
す図である。
す図である。
【図５】ｒ＝０．３の場合の光学系１１の開口数ＮＡと
エアギャップの関係を示す図である。
エアギャップの関係を示す図である。
【図６】光学系１１の開口数ＮＡが０．８の場合のｒと
エアギャップの関係を示す図である。
エアギャップの関係を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図８】図７の実施形態の対物レンズと光学系の球面収
差を示す図である。
差を示す図である。
【図９】凸球面レンズの厚みの変化値Δｔと球面収差の
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図１０】凸球面レンズ内にエアギャップを設けた場合
のエアギャップと球面収差の関係を示す図である。
のエアギャップと球面収差の関係を示す図である。
【図１１】従来の対物レンズ単体での球面収差曲線図で
ある。
ある。
【図１２】一般的な光ディスク装置に用いられる対物レ
ンズ単体での球面収差曲線図である。
ンズ単体での球面収差曲線図である。
１ 半導体レーザ ４ 対物レンズ ５，１５ ソリッドイマージョンレンズ ６ 記録媒体 １１ 光学系 １６ 透明保護基板部
Claims (5)
- 【請求項１】 光源から発した光束を情報記録媒体の情
報面上に透明保護基板部を通して集光する光学系におい
て、少なくとも単独で回折限界の結像性能を有する対物
レンズと、前記対物レンズと前記記録媒体の透明保護基
板部との間に設けられた略半球形状の凸球面レンズとを
備え、前記凸球面レンズをその平面部を前記透明保護基
板部に対して所定のエアギャップを置いて配置したこと
を特徴とする高開口数光学系。 - 【請求項２】 前記対物レンズ、凸球面レンズ及び前記
記録媒体の透明保護基板部を含む光学系の開口数は、
０．８以上、０．９２以下であることを特徴とする請求
項１に記載の高開口数光学系。 - 【請求項３】 前記凸球面レンズの球面の曲率半径を
ａ，凸球面レンズの厚みをＳｄ、前記記録媒体の透明保
護基板部の厚みをｔとした場合、（Ｓｄ＋ｔ−ａ）／ａ
の値は、０よりも大きく、０．９以下であることを特徴
とする請求項１に記載の高開口数光学系。 - 【請求項４】 前記凸球面レンズの平面部と前記透明保
護基板部との間隔は０〜２０μｍに設定されていること
を特徴とする請求項１に記載の高開口数光学系。 - 【請求項５】 光源から発した光束を情報記録媒体の情
報面上に透明保護基板部を通して集光することにより情
報を記録し、あるいは記録情報を再生する光学的情報記
録再生装置において、請求項１の高開口数光学系を有す
ることを特徴とする光学的情報記録再生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10002227A JPH11203711A (ja) | 1998-01-08 | 1998-01-08 | 高開口数光学系及びそれを用いた光学的情報記録再生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10002227A JPH11203711A (ja) | 1998-01-08 | 1998-01-08 | 高開口数光学系及びそれを用いた光学的情報記録再生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11203711A true JPH11203711A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11523480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10002227A Pending JPH11203711A (ja) | 1998-01-08 | 1998-01-08 | 高開口数光学系及びそれを用いた光学的情報記録再生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11203711A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100429974B1 (ko) * | 2001-10-18 | 2004-05-03 | 엘지전자 주식회사 | 근접장 광기록재생장치, 그 제조방법 |
| WO2004088386A1 (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Hamamatsu Photonics K.K. | 固浸レンズ、及びそれを用いた試料観察方法 |
| US7274646B2 (en) | 2001-10-04 | 2007-09-25 | Ricoh Company, Ltd. | Object lens for an infinite-type optical pickup, optical pickup and optical information processing device |
| US7423816B2 (en) | 2003-03-20 | 2008-09-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid immersion lens and microscope |
-
1998
- 1998-01-08 JP JP10002227A patent/JPH11203711A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7274646B2 (en) | 2001-10-04 | 2007-09-25 | Ricoh Company, Ltd. | Object lens for an infinite-type optical pickup, optical pickup and optical information processing device |
| KR100429974B1 (ko) * | 2001-10-18 | 2004-05-03 | 엘지전자 주식회사 | 근접장 광기록재생장치, 그 제조방법 |
| WO2004088386A1 (ja) * | 2003-03-20 | 2004-10-14 | Hamamatsu Photonics K.K. | 固浸レンズ、及びそれを用いた試料観察方法 |
| US7046449B2 (en) | 2003-03-20 | 2006-05-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid immersion lens and sample observation method using it |
| JPWO2004088386A1 (ja) * | 2003-03-20 | 2006-07-06 | 浜松ホトニクス株式会社 | 固浸レンズ、及びそれを用いた試料観察方法 |
| US7149036B2 (en) | 2003-03-20 | 2006-12-12 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid immersion lens and sample observation method using it |
| US7423816B2 (en) | 2003-03-20 | 2008-09-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Solid immersion lens and microscope |
| EP1607784A4 (en) * | 2003-03-20 | 2011-05-04 | Hamamatsu Photonics Kk | SOLID IMMERSION LENS, AND METHOD FOR OBSERVING A SAMPLE USING THE LENGTH |
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