(57)【要約】紫外及び／又は深紫外波長についての光走査装置のための対物レンズ系について開示している。前記対物レンズ系は非球面を有する少なくとも１つのガラス構成要素を有する。少なくとも１つのガラス構成要素は、紫外及び／又は深紫外波長についての低吸収係数及び低軟化点を有するガラス材料から成る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外及び／又は深紫外波長についての光走査装置のための対物レンズ系であって、前記対物レンズ系は非球面を有する少なくとも１つのガラス構成要素を有し、前記少なくとも１つのガラス構成要素は、紫外及び／又は深紫外波長についての低吸収係数及び低軟化点を有するガラス材料から成る対物レンズ系。
【請求項２】
請求項１に記載の対物レンズ系であって、球面を有する少なくとも１つの光学構成要素を更に有する、対物レンズ系。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の対物レンズ系であって、前記ガラス材料の前記軟化点は７００℃以下である、対物レンズ系。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の対物レンズ系であって、前記ガラス材料の前記軟化点は６００℃以下である、対物レンズ系。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の対物レンズ系であって、波長２５７ｎｍにおける前記ガラス材料の吸収率は、前記ガラス構成要素の光軸に沿った厚さ１ｍｍについて２５％以下である、対物レンズ系。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の対物レンズ系であって、波長２５７ｎｍにおける前記ガラス材料の吸収率は、前記ガラス構成要素の光軸に沿った厚さ１ｍｍについて１８％以下である、対物レンズ系。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載の対物レンズ系であって、前記ガラス材料は高純度のソーダ石灰ガラス又はソーダバリウムガラスである、対物レンズ系。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一項に記載の対物レンズ系であって、前記ガラス材料は低濃度の金属不純物成分を有する、対物レンズ系。
【請求項９】
請求項８に記載の対物レンズ系であって、Ｆｅ３Ｏ２相当成分の濃度は１５ｍｇ／ｋｇ以下である、対物レンズ系。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の対物レンズ系であって、前記少なくとも１つのガラス構成要素はガラス成形技術により作られる、対物レンズ系。
【請求項１１】
請求項２乃至１０の何れか一項に記載の対物レンズ系であって、前記少なくとも１つのガラス構成要素及び球面を有する前記少なくとも１つの光学構成要素は単独の構成要素に一体化されている、対物レンズ系。
【請求項１２】
請求項２乃至１１の何れか一項に記載の対物レンズ系であって、球面を有する前記少なくとも１つの光学構成要素は溶融シリカから成る、対物レンズ系。
【請求項１３】
請求項２乃至１２の何れか一項に記載の対物レンズ系であって、球面を有する第１及び第２光学構成要素と、非球面を有する１つのガラス構成要素とを有する、対物レンズ系。
【請求項１４】
請求項１３に記載の対物レンズ系であって、前記ガラス構成要素は平坦な側面を有し、前記ガラス構成要素の前記平坦な側面は球面を有する前記第１光学構成要素の平坦な側面に取り付けられている、対物レンズ系。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか一項に記載の対物レンズ系を有する紫外及び／又は深紫外波長についての光走査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外及び／又は深紫外波長についての光走査装置のための対物レンズ系及びそのような光走査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、対物レンズ系についての紫外及び／又は深紫外波長光線領域のための光学構成要素は、通常、ガラス材料における大きい紫外線吸収のために溶融シリカから成る。この波長領域における光学材料の選択が、常に排他的に石英に限定されることは、特に、高開口数を有する構成要素について、種々の不利点を有する。非球面を有する石英を用いる選択肢は、石英ガラスのガラス成形が極めて高い温度を必要とするために、魅力的ではない。この結果、非球面を有する成形された構成要素のために高価になる。代替として、球面のみを用いることは、多数の要素を有する光学構成要素又は対物レンズ系に繋がる。この理由のために、そのような光学構成要素又は対物レンズ系の大きさ及び重さはかなり大きくなる。マスタリング及び記録システムにおける紫外及び／又は深紫外波長のための対物レンズ系又はレンズのような作動構成要素においては、重さは重要である。紫外及び／又は深紫外波長光線領域における半導体レーザが利用可能になる場合、紫外光記録領域におけるアプリケーションは、安価な対物レンズを備えることができる場合にのみ可能である。
【０００３】
非球面部分が、球面に研磨されている側の球面部分にフッ素樹脂をコーティングすることにより形成される合成石英から成る少なくとも１つの非球面レンズを備えている、紫外光線領域のビームをフォーカシングするためのレンズ装置については、米国特許第５，８５２，５０８号明細書に記載されている。
【特許文献１】米国特許第５，８５２，５０８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、紫外及び／又は深紫外波長についての光走査装置のための対物レンズ系、並びに、製造コストを低く維持し、減少されたサイズ及び重さを有するような光走査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１特徴において、本発明は、紫外及び／又は深紫外波長についての光走査装置のための対物レンズ系を備え、その対物レンズ系は、非球面を有する少なくとも１つのガラス構成要素を有し、その少なくとも１つのガラス構成要素は、紫外及び／又は深紫外波長について低軟化点及び低吸収係数を有するガラス材料から成る。
【０００６】
これは、成形された軟質ガラス構成要素における非球面の使用を可能にする一方、そのガラス構成要素の厚さを制限することにより、吸収は許容レベルを維持することができる。それ故、光学構成要素又は対物レンズ系は、比較的安価で、小さいサイズ及び軽い重さを有する紫外及び／又は深紫外波長に適する成形された非球面を与える。単独の非球面軟質ガラス構成要素は、レンズが小さい（例えば、１乃至２ｍｍ）限り、用いられることが可能である。
【０００７】
本発明の好適な実施形態においては、対物レンズ系は更に、球面を有する少なくとも１つの光学構成要素を有する。
【０００８】
そのような対物レンズ系は、他の球状光学要素を有する軟質ガラス構成要素、即ち、球面を有する光学構成要素の組み合わせを与える。
【０００９】
本発明の好適な実施形態においては、ガラス材料の軟化点は７００℃以下、より好適には、６００℃以下である。それ故、軟質ガラス構成要素は、比較的低い温度を用いて成形可能である。
【００１０】
本発明の更なる実施形態においては、２５７ｎｍの波長におけるガラス材料の吸収は、ガラス構成要素の光軸に沿った厚さ１ｍｍについて、２５％以下、より好適には、１８％以下である。
【００１１】
本発明の好適な実施形態においては、ガラス材料は、超高純度のソーダ石灰ガラス又はソーダバリウム（Ｓｓｏｄｉｕｍ  ｂａｒｉｕｍ）ガラスであり、低濃度の金属不純物成分、例えば、１５ｍｇ／ｋｇ以下のＦｅ３Ｏ２相当成分の濃度を有する。そのようなガラス材料構成要素は、例えば、２５７ｎｍの波長における高い透過率及び比較的低い軟化温度（例えば、６７０℃）を有する。特に、高い透過率は、低い濃度の金属不純物成分、即ち、高純度のガラス材料からもたらされる。Ｆｅ（特に、三価のＦｅ３＋）、Ｔｉ及びＰｂ不純物の存在が、この材料においては低減されている。融点及び軟化点は、溶融シリカに比べてかなり低い。
【００１２】
本発明の更なる実施形態においては、少なくとも１つのガラス構成要素はガラス成形技術により製造される。これは、より低い温度が必要であるために、容易で、安価な方法で行われることが可能である。
【００１３】
本発明の更なる実施形態においては、少なくとも１つのガラス構成要素及び球面を有する少なくとも１つの光学構成要素は、単独の構成要素に一体化されるか又は、別個の構成要素である。
【００１４】
本発明の更なる実施形態においては、球面を有する少なくとも１つの光学構成要素は溶融シリカから成る。
【００１５】
本発明の好適な実施形態においては、対物レンズ系は、球面を有する第１及び第２光学構成要素と、非球面を有する１つのガラス構成要素とを有し、前記ガラス構成要素は平坦な側面を有し、前記ガラス構成要素の前記平坦な側面は、球面を有する前記第１光学構成要素の平坦な側面に取り付けられている。
【００１６】
第２の特徴においては、本発明は、本発明にしたがった上記の対物レンズ系を有する紫外及び／又は深紫外波長についての光走査装置を提供する。
【００１７】
第３の特徴においては、本発明は、光記録担体の情報層を走査するために紫外及び／又は深紫外波長についての光走査装置であって、紫外及び／又は深紫外波長の放射線ビームを生成するための放射線源と、情報層において放射線ビームを変換するために本発明にしたがった上記の対物レンズ系とを有する、光走査装置を提供する。
【００１８】
本発明の上記の及び他の特徴については、以下に詳述し、添付図に示す例示としての実施形態を参照することにより明らかになり、理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明にしたがった比較的小さい開口数（ＮＡ＝０．６）を有する対物レンズ系又はレンズ１を示している。対物レンズ系１は、紫外及び／又は深紫外波長についての光走査装置に対して適切である。対物レンズ系１は、球状構成要素２、即ち、球面を有する光学構成要素と、非球面を有するガラス構成要素３とを有する。薄いガラス構成要素３は、比較的低い軟化点６７０℃と、紫外及び／又は深紫外波長について、即ち、ガラス構成要素３の光軸に沿って（波長２５７ｎｍにおいて）１ｍｍの厚さについて、低い吸収係数とを有するガラス材料から成る。そのガラス材料は、低い金属不純物成分の濃度、例えば、１５ｍｇ／ｋｇ以下のＦｅ３Ｏ２相当成分の濃度を有する。特に、高い透過率は、低い濃度の金属不純物成分、即ち、高純度のガラス材料からもたらされる。Ｆｅ（特に、三価のＦｅ３＋）、Ｔｉ及びＰｂ不純物の存在が、この材料においては低減されている。ガラス構成要素３はガラス成形技術により製造されている。これは、より低い温度のみが必要であるために、容易で、安価な方法で製造されることが可能である。ガラス構成要素３及び球状構成要素２は別個の構成要素である。球状構成要素２は溶融シリカから成る。更なる実施形態においてはまた、他の材料（例えば、ＣａＦ２）を用いることが可能である。図１乃至３においては、参照番号４、４′及び４′′はそれぞれ、走査のために用いられる放射線ビームを示している。
【００２０】
図２は、接合レンズとして溶融シリカから成る２つの球面構成要素２′と、補正板として成形された軟質ガラス構成要素３′とを有する比較的大きい開口数を有する、本発明にしたがった対物レンズ系１′の第２実施形態を示している。
【００２１】
図３は、深紫外水浸対物レンズとしての対物レンズ系１′′の第３実施形態を示している。対物レンズ系１′′は、屈折率１．５０４を有する溶融シリカより成る第１及び第２切断光学構成要素２ａ′′、２ｂ′′と、屈折率１．５６５を有する非球面を有するガラス構成要素３′′とを有する。平球状光学要素２ａ′′は、半径２．４３１ｍｍ及び光軸に沿った厚さ１．５２７ｍｍを有する一方、平球状要素２ｂ′′は、半径１．０４４ｍｍ及び光軸に沿った厚さ１．２８５ｍｍを有する。非球面を有するガラス構成要素３′′は、光軸に沿って厚さ０．２ｍｍを有し、前記ガラス構成要素３′′は平坦な側面５を有し、前記の薄いガラス構成要素３′′の前記平坦な側面５は、球面を有する前記第１の切断光学構成要素２ａ′′の平坦な側面６に取り付けられていて、即ち、構成要素２ａ′′、３′′は１つの構成要素に一体化されている。構成要素３′′及び２ｂ′′間のエアギャップは、光軸に沿って厚さ０．１２８ｍｍを有する。ガラス構成要素３′′は、小さいパワー損失のみをもたらすようにその材料をかなり薄くするようにする板である。ガラス構成要素３′′の回転対称性非球面は次式により与えられ、
【００２２】
【数１】
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ここで、ｚは光軸の方向における表面の位置（ｍｍ）であり、ｒは光軸に対する距離（ｍｍ）であり、Ｂｋはｒのｋ番目の係数である。係数Ｂ２乃至Ｂ１６の値はそれぞれ、−０．０６９６０３２１、−０．０２５５０６０７４、−０．００５１２１７５９２、０．００４５９８４１５３、−０．００４２０１５１６、０．００２４６７９０９２、−０．０００７６７３６５０７及び０．００００９９０４９３１４である。対物レンズ系１′′の開口数は、水浸に基づいて、Ｎ＝１．１である。本実施形態においては、入射瞳は３．６ｍｍであり、用いられる波長は２５７．２ｎｍである。水の層７は、厚さ０．４５ｍｍを有し、屈折率１．３９４を有する。コマ収差をもたらす非球面ガラス構成要素３′′の偏心についての許容範囲は限定されている。対物レンズ系１′′の組み立て中、これは、第１切断球状光学構成要素２′′に対して第２切断球状光学構成要素２ｂ′′を傾けることにより容易に補償されることが可能である。
【００２３】
図４は、光記録担体を走査することができる光学走査装置１０を示している。光学走査装置１０は、半導体レーザ（詳細に示していない）の形の放射線源１２を有し、その放射線源は、読み取られるようになっている光記録担体１１に対応する紫外（即ち、＜３５０ｎｍ）及び／又は浸紫外波長（即ち、１５０乃至３００ｎｍの範囲内）にある放射線ビーム１３を出射する。放射線ビーム１３は、光記録担体１１の情報層１４を走査するために用いられる。放射線源１２により出射された放射線ビーム１３はコリメータレンズ１５に入射する。コリメータレンズ１５はビーム１３をコリメートビーム１３′に変換し、そのコリメートビームはビームスプリッタ１６に導かれる。ビームスプリッタ１６は、光記録担体１１にビーム１３′をフォーカシングする本発明にしたがった対物レンズ系１、１′、１′′の方にそのビームを透過する。対物レンズ系１、１′、１′′を通った収束ビーム１３′は、記録担体１１の入射面に当たり、情報層１４においてスポットを形成する。情報層１４により反射された放射線は、対物レンズ系１、１′、１′′により実質的にコリメートビームに変換された発散ビームを構成し、ビームスプリッタ１６に進む。ビームスプリッタ１６は、サーボレンズ１７の方にコリメートビームの少なくとも一部を反射することにより前方ビーム及び反射ビームに分離する。その場合、そのビームは、検出システム１９の方にシリンダレンズ１８を通って進む。検出システム１９は、その放射線を捕捉し、それを電気出力信号に変換し、その電気出力信号は、光ヘッドから切り離されている光走査装置１０において位置付けられている信号処理回路により処理される。信号処理器は、それらの出力信号を種々の他の信号（図示せず）に変換する。
【００２４】
本発明については、光記録担体の情報層を走査するための光走査装置に基づいて説明しているが、本発明にしたがった対物レンズ系はまた、光記録のための装置、光マスタリング装置及び光走査顕微鏡（走査蛍光顕微鏡又は共焦点顕微鏡）のような、紫外及び／又は深紫外波長について他の光学システムにおいて用いられることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にしたがった対物レンズ系の第１実施形態の模式図である。
【図２】本発明にしたがった対物レンズ系の第２実施形態の模式図である。
【図３】本発明にしたがった対物レンズ系の第３実施形態の模式図である。
【図４】本発明にしたがった光走査装置の模式図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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