(57)【要約】【課題】製造難易度が低く、小型で軽量な紫外線用集光光学系を提供する。【解決手段】光源から射出された紫外域の光を集光させる紫外線用集光光学系であって、光源側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなり、第１レンズ群Ｇ１は、光源側から順に、正レンズＬ１１と、両凹形状の負レンズＬ１２とを少なくとも有し、第２レンズ群Ｇ２は、光源側から順に、第１正レンズＬ２１と、第２正レンズＬ２２と、光源側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、最も集光側に配置され集光側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２６とを少なくとも有し、所定の条件式を満足する。【選択図】　図１
2004029556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出された紫外域の光を集光させる紫外線用集光光学系であって、
前記光源側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、
前記第１レンズ群は、前記光源側から順に、正レンズと、両凹形状の負レンズとを少なくとも有し、
前記第２レンズ群は、前記光源側から順に、第１正レンズと、第２正レンズと、前記光源側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズと、最も集光側に配置され集光側に凹面を向けた正メニスカスレンズとを少なくとも有し、
以下の条件式を満足することを特徴とする紫外線用集光光学系。
−８．５＜ｆ１／ｆ＜−４．０
１８＜Ｌ＜３０
α＜８５
但し、
ｆ　：前記紫外線用集光光学系全系の焦点距離（単位：ｍｍ），
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離（単位：ｍｍ），
Ｌ　：前記紫外線用集光光学系を構成するレンズ全体の軸上厚とバックフォーカスとの和（単位：ｍｍ），
α　：前記第２レンズ群中の前記正メニスカスレンズの光源側レンズ面への最外縁光線の入射位置と当該光源側レンズ面の曲率中心とを結ぶ線と、光軸とのなす角（単位：度）．
【請求項２】
さらに以下の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の紫外線用集光光学系。
１．０＜φ１１／φ１２＜１．３
２．０＜ｒｒ／ｒｆ＜８．０
但し、
φ１１：前記第１レンズ群中の前記両凹形状の負レンズよりも前記光源側であって当該両凹形状の負レンズの最も近くに配置されたレンズの集光側レンズ面の有効径，
φ１２：前記第１レンズ群中の前記両凹形状の負レンズの光源側レンズ面の有効径，
ｒｒ　：前記第２レンズ群中の前記第２正レンズの集光側レンズ面の曲率半径，
ｒｆ　：前記第２レンズ群中の前記負メニスカスレンズの光源側レンズ面の曲率半径．
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外域の光を集光させるための紫外線用集光光学系に関し、特に高密度光ディスクの原盤作製装置に搭載される露光用対物レンズとして好適な紫外線用集光光学系に関する。
【０００２】
【従来技術】
高密度光ディスクの原盤作製装置には、回折限界の微小スポットを形成するための対物レンズが搭載されている。このような対物レンズは、例えば特開平８−２２０４３１号公報、特開平１０−１０４５１０号公報等に開示されている。これらの公報に開示されているレンズの開口数は０．９程度であり、斯かるレンズを光ディスクの原盤作製装置に搭載して波長λ＝２００ｎｍ〜３００ｎｍ程度の光を集光させる構成とすることにより、光ディスクの記録密度の向上が図られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に開示されているレンズの全長は、いずれも３０ｍｍ以上と長い。従って、レンズ全体の重量も大きくなり、原盤作製装置に対する機械的な制限が大きくなってしまうという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、製造難易度が低く、小型で軽量な紫外線用集光光学系を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、
光源から射出された紫外域の光を集光させる紫外線用集光光学系であって、
前記光源側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群と、正の屈折力を有する第２レンズ群とからなり、
前記第１レンズ群は、前記光源側から順に、正レンズと、両凹形状の負レンズとを少なくとも有し、
前記第２レンズ群は、前記光源側から順に、第１正レンズと、第２正レンズと、前記光源側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズと、最も集光側に配置され集光側に凹面を向けた正メニスカスレンズとを少なくとも有し、
以下の条件式（１），（２），（３）を満足することを特徴とする紫外線用集光光学系を提供する。
（１）−８．５＜ｆ１／ｆ＜−４．０
（２）１８＜Ｌ＜３０
（３）α＜８５
但し、
ｆ　：前記紫外線用集光光学系全系の焦点距離（単位：ｍｍ），
ｆ１：前記第１レンズ群の焦点距離（単位：ｍｍ），
Ｌ　：前記紫外線用集光光学系を構成するレンズ全体の軸上厚とバックフォーカスとの和（単位：ｍｍ），
α　：前記第２レンズ群中の前記正メニスカスレンズの光源側レンズ面への最外縁光線の入射位置と当該光源側レンズ面の曲率中心とを結ぶ線と、光軸とのなす角（単位：度）．
【０００６】
また、請求項２に記載の紫外線用集光光学系は、
さらに以下の条件式（４），（５）を満たすことを特徴とする。
（４）１．０＜φ１１／φ１２＜１．３
（５）２．０＜ｒｒ／ｒｆ＜８．０
但し、
φ１１：前記第１レンズ群中の前記両凹形状の負レンズよりも前記光源側であって当該両凹形状の負レンズの最も近くに配置されたレンズの集光側レンズ面の有効径，
φ１２：前記第１レンズ群中の前記両凹形状の負レンズの光源側レンズ面の有効径，
ｒｒ　：前記第２レンズ群中の前記第２正レンズの集光側レンズ面の曲率半径，
ｒｆ　：前記第２レンズ群中の前記負メニスカスレンズの光源側レンズ面の曲率半径．
【０００７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の紫外線用集光光学系について、後述する第１実施例に係る紫外線用集光光学系を示す図１を参照して説明する。
本発明の紫外線用集光光学系は、光源から射出された紫外域の光を集光させる紫外線用集光光学系であって、光源側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。
第１レンズ群Ｇ１は、光源側から順に、正レンズＬ１１と、両凹形状の負レンズＬ１２とを少なくとも有し、第２レンズ群Ｇ２は、光源側から順に、第１正レンズＬ２１と、第２正レンズＬ２２と、光源側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、最も集光側に配置され集光側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２６とを少なくとも有する。
【０００８】
また本発明の紫外線用集光光学系は、以下の条件式（１），（２），（３）を満足する。
（１）−８．５＜ｆ１／ｆ＜−４．０
（２）１８＜Ｌ＜３０
（３）α＜８５
但し、
ｆ　：紫外線用集光光学系全系の焦点距離（単位：ｍｍ），
ｆ１：第１レンズ群Ｇ１の焦点距離（単位：ｍｍ），
Ｌ　：紫外線用集光光学系を構成するレンズ全体の軸上厚とバックフォーカスとの和（単位：ｍｍ），
α　：第２レンズ群Ｇ２中の正メニスカスレンズＬ２６の光源側レンズ面への最外縁光線の入射位置と当該光源側レンズ面の曲率中心とを結ぶ線と、光軸とのなす角（単位：度）．
【０００９】
条件式（１）は、紫外線用集光光学系全系の焦点距離と第１レンズ群Ｇ１の焦点距離とを規定している。この条件式（１）は、全体として強い正の屈折力を有する集光光学系において高開口数を実現し回折限界にまでスポットを絞るため、負レンズと正レンズとをバランス良く配置して諸収差の発生を抑えるための条件式である。
条件式（１）の下限値を下回ると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が大きくなる。このため、第２レンズ群Ｇ２にかかる負担が増大し、高次収差が発生してしまう。従って、第２レンズ群Ｇ２のレンズ径が大きくなってしまうと同時にレンズの枚数を増やす必要が生じてしまうこととなる。
条件式（１）の上限値を上回ると、第１レンズ群Ｇ１の負の屈折力が小さくなるため、後述するバックフォーカス（作動距離）が短くなってしまう。
【００１０】
条件式（２）は、紫外線用集光光学系を構成するレンズ全体の軸上厚とバックフォーカスＢｆとの和を規定している。ここで、バックフォーカスとは、最も集光側に配置されたレンズ（第２レンズ群Ｇ２中の正メニスカスレンズＬ２６）の集光側レンズ面から集光点までの光軸上の距離をいう。
条件式（２）の下限値を下回ると、紫外線用集光光学系の全長が小さくなるが、これに伴ってバックフォーカスも短くなるため、実用的でなくなってしまう。
条件式（２）の上限値を上回ると、紫外線用集光光学系の全長が増大するとともにレンズの外径が大きくなるため、重量が増大してしまう。従って、本発明の目的を達成することができなくなってしまう。
【００１１】
条件式（３）は、正メニスカスレンズＬ２６の光源側レンズ面への最外縁光線の入射位置と当該光源側レンズ面の曲率中心とを結ぶ線と、光軸とのなす角を規定している。ここで、角αについて図７を参照して説明する。図７は、角αを説明する図である。角αは、第２レンズ群Ｇ２中の正メニスカスレンズＬ２６の光源側レンズ面ｍへの最外縁光線Ｂの入射位置ｍａと当該光源側レンズ面ｍの曲率中心ｃとを結ぶ線Ｘと、光軸ＡＸとのなす角である。また最外縁光線Ｂは、正メニスカスレンズＬ２６に入射する光線のうちの最も外側の光線をいう。
条件式（３）の上限値を上回ると、第２レンズ群Ｇ２中の正メニスカスレンズＬ２６の形状が、半球から超半球となってしまう。このため、レンズ製造における加工難易度の上昇、いわゆる歩留まりの悪化を招くこととなってしまう。
【００１２】
また本発明の紫外線用集光光学系は、さらに以下の条件式（４），（５）を満たすことが望ましい。
（４）１．０＜φ１１／φ１２＜１．３
（５）２．０＜ｒｒ／ｒｆ＜８．０
但し、
φ１１：第１レンズ群Ｇ１中の両凹形状の負レンズＬ１２よりも光源側であって当該両凹形状の負レンズＬ１２の最も近くに配置されたレンズの集光側レンズ面の有効径，
φ１２：第１レンズ群Ｇ１中の両凹形状の負レンズＬ１２の光源側レンズ面の有効径，
ｒｒ　：第２レンズ群Ｇ２中の第２正レンズＬ２２の集光側レンズ面の曲率半径，
ｒｆ　：第２レンズ群Ｇ２中の負メニスカスレンズＬ２３の光源側レンズ面の曲率半径．
【００１３】
条件式（４）は、第１レンズ群Ｇ１中の両凹形状の負レンズＬ１２よりも光源側であって当該両凹形状の負レンズＬ１２の最も近くに配置されたレンズの集光側レンズ面の有効径と、第１レンズ群Ｇ１中の両凹形状の負レンズＬ１２の光源側レンズ面の有効径とを規定している。この条件式（４）は、第２レンズ群Ｇ２中の正レンズにて発生する収差をバランス良く補正するための条件式である。
条件式（４）の下限値を下回ると、コマ収差の高次成分が発生するため、バランスの良い収差補正を行うことができなくなってしまう。
条件式（４）の上限値を上回ると、第２レンズ群Ｇ２中の正レンズにて発生する収差を補正することが困難となり、かつバックフォーカスが短くなってしまう。
【００１４】
条件式（５）は、第２レンズ群Ｇ２中の第２正レンズＬ２２の集光側レンズ面の曲率半径と、第２レンズ群Ｇ２中の負メニスカスレンズＬ２３の光源側レンズ面の曲率半径とを規定している。この条件式（５）は、光源側に凹面を向けた正メニスカス形状の強い発散作用を有する空気レンズを第２レンズ群Ｇ２に構成し、球面収差及びコマ収差の補正をバランス良く行うための条件式である。
条件式（５）の下限値を下回ると、発散作用が小さくなる。このため、正レンズにて発生する球面収差及びコマ収差の補正をすることができなくなってしまう。
条件式（５）の上限値を上回ると、発散作用が大きくなり過ぎてしまう。このため、球面収差、コマ収差の高次成分が発生し、これらの収差を補正することができなくなってしまう。これと同時に、偏心公差に対する第２レンズ群Ｇ２中の第２正レンズＬ２２と負メニスカスレンズＬ２３の感度が強くなる。このため、安定した光学性能を有するレンズを供給することが困難となってしまう。
【００１５】
また本発明の好ましい態様によれば、本発明の紫外線用集光光学系を構成するレンズは、全て硝材として石英を用いて作製されることが好ましい。
【００１６】
【実施例】
次に、本発明の各実施例に係る紫外線用集光光学系について添付図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例に係る紫外線用集光光学系のレンズ構成を示す図である。図１において、本実施例に係る紫外線用集光光学系は、光源側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。
第１レンズ群Ｇ１は、光源側から順に、正レンズＬ１１と、両凹形状の負レンズＬ１２と、集光側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３とからなる。尚、詳細には正レンズＬ１１は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。
第２レンズ群Ｇ２は、光源側から順に、第１正レンズＬ２１と、第２正レンズＬ２２と、光源側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、両凸形状の正レンズＬ２４と、光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、集光側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２６とからなる。尚、詳細には第１正レンズＬ２１と第２正レンズＬ２２は、ともに両凸形状の正レンズである。
本実施例に係る紫外線用集光光学系は、波長λ＝２６６ｎｍの光を集光させる紫外線用集光光学系、言い換えれば使用波長２６６ｎｍの紫外線用集光光学系である。また、本実施例に係る紫外線用集光光学系を構成する全てのレンズは、硝材として石英を用いて作製されている。
【００１７】
以下の表１に、本発明の第１実施例に係る紫外線用集光光学系の諸元の値を掲げる。
表中の（全体諸元）において、ＮＡは開口数、ｆは全系の焦点距離、λは使用波長をそれぞれ示す。また、（レンズデータ）において、面は光源側からのレンズ面の順序、ｒは曲率半径、ｄはレンズ面の間隔（単位：ｍｍ）をそれぞれ示す。
尚、以下の全ての実施例の諸元値において、本実施例と同様の符号を用いる。
【００１８】
【表１】
2004029556.tif 000003
2004029556.tif 000004
【００１９】
図２は、本発明の第１実施例に係る紫外線用集光光学系の諸収差図である。
各収差図において、ＦＮＯはＦナンバーを示す。またＹは像高を示し、球面収差図、非点収差図、及び歪曲収差図においてはその最大値を示す。
球面収差図において、実線はサジタル像面、点線はメリディオナル像面をそれぞれ示す。またコマ収差図は、像高Ｙ＝０．０，０．０１８，０．０２５でのコマ収差をそれぞれ示している。
尚、以下に示す全ての実施例の諸収差図において、本実施例と同様の符号を用いる。
【００２０】
図２より、本実施例に係る紫外線用集光光学系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００２１】
（第２実施例）
図３は、本発明の第２実施例に係る紫外線用集光光学系のレンズ構成を示す図である。図３において、本実施例に係る紫外線用集光光学系は、光源側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。
第１レンズ群Ｇ１は、光源側から順に、正レンズＬ１１と、両凹形状の負レンズＬ１２と、集光側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３とからなる。尚、詳細には正レンズＬ１１は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。
第２レンズ群Ｇ２は、光源側から順に、第１正レンズＬ２１と、第２正レンズＬ２２と、光源側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、両凸形状の正レンズＬ２４と、光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、集光側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２６とからなる。尚、詳細には第１正レンズＬ２１と第２正レンズＬ２２は、ともに両凸形状の正レンズである。
本実施例に係る紫外線用集光光学系は、波長λ＝２６６ｎｍの光を集光させる紫外線用集光光学系、言い換えれば使用波長２６６ｎｍの紫外線用集光光学系である。また、本実施例に係る紫外線用集光光学系を構成する全てのレンズは、硝材として石英を用いて作製されている。
以下の表２に、本発明の第２実施例に係る紫外線用集光光学系の諸元の値を掲げる。
【００２２】
【表２】
2004029556.tif 000005
2004029556.tif 000006
【００２３】
図４は、本発明の第２実施例に係る紫外線用集光光学系の諸収差図である。
図４より、本実施例に係る紫外線用集光光学系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００２４】
（第３実施例）
図５は、本発明の第３実施例に係る紫外線用集光光学系のレンズ構成を示す図である。図５において、本実施例に係る紫外線用集光光学系は、光源側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と、正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２とからなる。
第１レンズ群Ｇ１は、光源側から順に、正レンズＬ１１と、両凹形状の負レンズＬ１２と、集光側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１３とからなる。尚、詳細には正レンズＬ１１は物体側に凸面を向けた正メニスカスレンズである。
第２レンズ群Ｇ２は、光源側から順に、第１正レンズＬ２１と、第２正レンズＬ２２と、光源側に強い凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２３と、両凸形状の正レンズＬ２４と、光源側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２５と、集光側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２６とからなる。尚、詳細には第１正レンズＬ２１と第２正レンズＬ２２は、ともに両凸形状の正レンズである。
本実施例に係る紫外線用集光光学系は、波長λ＝２６６ｎｍの光を集光させる紫外線用集光光学系、言い換えれば使用波長２６６ｎｍの紫外線用集光光学系である。また、本実施例に係る紫外線用集光光学系を構成する全てのレンズは、硝材として石英を用いて作製されている。
以下の表３に、本発明の第３実施例に係る紫外線用集光光学系の諸元の値を掲げる。
【００２５】
【表３】
2004029556.tif 000007
2004029556.tif 000008
【００２６】
図６は、本発明の第３実施例に係る紫外線用集光光学系の諸収差図である。
図６より、本実施例に係る紫外線用集光光学系は、諸収差を良好に補正し、優れた結像性能を有することがわかる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、製造難易度が低く、小型で軽量な紫外線用集光光学系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る紫外線用集光光学系のレンズ構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る紫外線用集光光学系の諸収差図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る紫外線用集光光学系のレンズ構成を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例に係る紫外線用集光光学系の諸収差図である。
【図５】本発明の第３実施例に係る紫外線用集光光学系のレンズ構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る紫外線用集光光学系の諸収差図である。
【図７】条件式（３）における角αを説明する図である。
【符号の説明】
Ｇ１　　第１レンズ群
Ｇ２　　第２レンズ群
【図１】
2004029556.tif 000009
【図２】
2004029556.tif 000010
【図３】
2004029556.tif 000011
【図４】
2004029556.tif 000012
【図５】
2004029556.tif 000013
【図６】
2004029556.tif 000014
【図７】
2004029556.tif 000015