(57)【要約】【課題】  簡単な構成からなり製造が容易で、高い光利用効率で微小な近接場光を形成することができ、収差補正効果のよい屈折対物光学系を得る。【解決手段】  近接場光による情報の記録及び／又は再生に使用される屈折対物光学系であって、入射面（第1面12）が凸形状の連続非球面であり出射面（第2面13）が平面である非球面レンズ11と、該レンズ11の平面に接合された透光性平板15とを備えている。レンズ11の第1面12に入射した光線は、第1面12で屈折され、第2面13及び平板15を透過し、該平板15の出射面（第4面17）付近で微小スポットに集光する。透光性平板15はその出射面（第4面17）の集光点付近に表面励起プラズモンを発生させる微小構造を有する。また、レンズ11の厚さをtL、透光性平板15の厚さをtPとしたとき、0．01＜tP／tL＜1．0の式を満足している。レンズ11はそれぞれ所定の屈折率を有する二つのレンズからなる接合レンズであってもよい。【選択図】  図1
2005317170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射面が凸形状の連続非球面であり出射面が平面である非球面レンズと、該非球面レンズの平面に接合された透光性平板とを備え、
前記非球面レンズの非球面に入射した光線は、該非球面で屈折され、接合面である平面を透過し、前記透光性平板の出射面付近で集光し、
前記透光性平板はその出射面の集光点付近に集光スポットより小さい近接場光を発生させる微小構造を有し、
前記非球面レンズの厚さをｔＬ、前記透光性平板の厚さをｔＰとしたとき、０．０１＜ｔＰ／ｔＬ＜１．０の式を満足すること、
を特徴とする屈折対物光学系。
【請求項２】
前記非球面レンズの開口数ＮＡは、０．６を超えていることを特徴とする請求項１に記載の屈折対物光学系。
【請求項３】
前記微小構造はプラズモン共鳴を発生する金属により作製されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の屈折対物光学系。
【請求項４】
前記微小構造は一対の突起物の先端が互いに対向近接しており、一対の先端が対向している方向に略平行な偏光方向を持つ光を入射させることを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の屈折対物光学系。
【請求項５】
前記非球面レンズと前記透光性平板との間に介在される接着剤の膜厚は、入射光の波長をλとしたとき、５０λ以下であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の屈折対物光学系。
【請求項６】
前記非球面レンズは、所定の屈折率を有する第１の材料からなる第１レンズと、所定の屈折率を有する第２の材料からなる第２レンズとで構成され、第１及び第２レンズの対向面はほぼ同形状で接合されており、
入射光線は第１レンズ、第２レンズ、透光性平板の順に透過し、透光性平板の出射面付近で集光すること、
を特徴とする請求項１に記載の屈折対物光学系。
【請求項７】
前記第１レンズの入射面のパワーをＰ１とし、前記第２レンズとの接合面のパワーをＰ２としたとき、以下の式を満足すること、
０．１＜Ｐ１／Ｐ２＜５
Ｐ１＝（Ｎ１−１）／ＣＲ１
Ｐ２＝（Ｎ２−Ｎ１）／ＣＲ２
Ｎ１：第１レンズの屈折率
Ｎ２：第２レンズの屈折率
ＣＲ１：第１レンズの入射面の曲率半径
ＣＲ２：第１レンズの接合面の曲率半径
を特徴とする請求項６に記載の屈折対物光学系。
【請求項８】
前記第１レンズと前記第２レンズとの接合面は非球面であることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の屈折対物光学系。
【請求項９】
前記第１レンズ及び前記第２レンズは、それぞれガラスモールド法又はインジェクションモールド法によって成形され、かつ、接着剤層を介して接合されていることを特徴とする請求項６、請求項７又は請求項８に記載の屈折対物光学系。
【請求項１０】
前記第１レンズ又は前記第２レンズのうち一方のレンズは、ガラスモールド法又はインジェクションモールド法によって成形され、他方のレンズは一方のレンズ上で透明樹脂を成形させて一体化したことを特徴とする請求項６、請求項７又は請求項８に記載の屈折対物光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈折対物光学系、詳しくは、入射光を微小スポットに集光させるために用いられる、さらに詳しくは、近接場光による情報の記録及び／又は再生に用いられる屈折対物光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光記録再生技術において、微小な光スポットを得るために近接場光発生構造を用いることが種々提案されている。光学系により集光された光と記録媒体を近接させることにより、エバネッセント波と記録媒体とを相互作用させるというものである。
【０００３】
近接場光による記録／再生を実現するために、従来では、固浸レンズ（Solid  Immersion  Lens）や固浸ミラー（Solid  Immersion  Mirror）を用い、微小スポットと記録媒体とを近接させている。これにて、情報の記録又は再生における高密度化が図られている。
【０００４】
しかしながら、ＳＩＬやＳＩＭだけでの集光では、集光スポットの大きさは波長程度、小さくても波長の半分程度が限界で、それよりも小さくすることが困難である。この限界を超えるために、非特許文献１においては、近接場光発生構造を集光スポット付近に設ける方式が提案されており、多種類の近接場光発生構造が記されている。
【０００５】
また、特許文献１ではＳＩＬやＳＩＭと近接場光発生構造としての細長いスリットと組み合わせることで、微小スポットを実現している。さらに、特許文献２では平行光を１枚のレンズで集光させる素子の具体的な設計例を開示している。同様の目的で、特許文献３，４ではフレネルレンズや回折レンズを搭載したものが提案されており、特許文献５では屈折率分布レンズにしたものが提案されている。また、特許文献６ではホログラムレンズで集光させるもの等が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、ＳＩＬを用いて集光する場合には対物レンズが必要となり、記録／再生時に対物レンズもＳＩＬと同期して動作する必要があるため、動作の制御系が複雑になるという問題点を有している。さらに、対物レンズとＳＩＬの間隔は波長程度の高精度の調整が必要であることから、製造の難易度が高くなる。
【０００７】
また、特許文献１には、回転放物面の一部を用いたＳＩＭとスリット状の近接場光発生構造を備えた構成、あるいは、反射屈折を用いたＳＩＭも開示されている。ＳＩＭはＳＩＬとは異なって対物レンズを必要としないが、レンズ形状が複雑となり、製造が困難であるという問題点の他、反射面に要求される精度が透過光学系よりも厳しくなり、その結果製造コストの上昇につながる。
【０００８】
特許文献２に開示されているように、１枚のレンズのみで集光する近接場光記録方式は、製造難易度も低く、構成も簡単であるが、集光スポットの小径化に限界を有している。また、光学面が一つであるため、軸上光線の収差を抑えることは可能であっても、軸外（入射光が若干傾いた場合）の収差補正を行う自由度がなくて軸外性能が低く、集光スポットの拡大が発生してしまうという問題点を有している。
【０００９】
特許文献３，４に開示されているフレネルレンズや回折レンズでは、レンズに断点が生じてしまい、断点での散乱による効率の低下という問題点やレンズ周辺部でのピッチの製造限界から高ＮＡにできないという問題点を有している。
【００１０】
特許文献５に開示されている屈折率分布レンズでは、波面収差を完全に補正する屈折率分布の制御が困難であることから集光性能に問題を生じている。また、特許文献６に開示されているホログラムレンズでは、回折効率や色収差が悪いという問題点を有している。
【非特許文献１】微小光学研究会誌：MicroOpticsの２５頁
【特許文献１】特開２０００−１６３７９４号公報
【特許文献２】特開平１１−２０３７１２号公報
【特許文献３】特開平１１−３３９３１０号公報
【特許文献４】特開２０００−１９３１５号公報
【特許文献５】特開２０００−８２２３１号公報
【特許文献６】特開２０００−２０７７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成からなり製造が容易で、高い光利用効率で微小な近接場光を形成することができる屈折対物光学系を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、軸上収差に加えて軸外収差をも良好に補正することのできる屈折対物光学系を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の目的を達成するため、本発明に係る屈折対物光学系は、入射面が凸形状の連続非球面であり出射面が平面である非球面レンズと、該非球面レンズの平面に接合された透光性平板とを備え、前記非球面レンズの非球面に入射した光線は、該非球面で屈折され、接合面である平面を透過し、前記透光性平板の出射面付近で集光し、前記透光性平板はその出射面の集光点付近に集光スポットより小さい近接場光を発生させる微小構造を有し、前記非球面レンズの厚さをｔＬ、前記透光性平板の厚さをｔＰとしたとき、０．０１＜ｔＰ／ｔＬ＜１．０の式を満足することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る屈折対物光学系は、一体的に接合された非球面レンズと透光性平板とで構成され、対物レンズが不要な簡単な構成からなり、製造が容易である。特に、非球面レンズは連続非球面と平面とで構成されているため、従来のガラスモールド法やプラスチックモールド法で容易に作製することができる。
【００１５】
また、入射面が連続非球面であるために収差を良好に補正することができるとともに効率よく光を透過させることができる。そして、透光性平板の集光点付近に集光スポットより小さい近接場光を発生させる微小構造を有しているため、高い効率で微小な光スポットを得ることができる。
【００１６】
また、集光面は平面であるため、集光点と記録媒体との微小な間隔を測定／制御することが容易であり、集光スポットを記録媒体に容易に近接させることができる。また、非球面レンズの厚さをｔＬ、透光性平板の厚さをｔＰとしたとき、０．０１＜ｔＰ／ｔＬ＜１．０の式を満足することから、光学系全体の厚みを小さくしながら、良好な光学性能を得ることができる。
【００１７】
本発明に係る屈折対物光学系において、非球面レンズの開口数ＮＡは、０．６を超えていることが好ましい。連続非球面による屈折は高ＮＡによる集光性に優れているからである。
【００１８】
さらに、微小構造はプラズモン共鳴を発生する金属により作製されていることが好ましい。表面励起プラズモン共鳴による電場増幅効果を利用することにより、良好な集光効率を得ることができる。このような微小構造は、例えば、一対の突起物の先端が互いに対向近接している構造が好ましく、一対の先端が対向している方向に略平行な偏光方向を持つ光を入射させればよい。
【００１９】
さらに、非球面レンズと透光性平板との間に介在される接着剤の膜厚は、入射光の波長をλとしたとき、５０λ以下であることが好ましい。接着剤の膜厚の変化に伴う集光位置
の変動を極力小さく抑えることができる。
【００２０】
また、本発明に係る屈折対物光学系において、前記非球面レンズは、所定の屈折率を有する第１の材料からなる第１レンズと、所定の屈折率を有する第２の材料からなる第２レンズとで構成され、第１及び第２レンズの対向面はほぼ同形状で接合されており、入射光線は第１レンズ、第２レンズ、透光性平板の順に透過し、透光性平板の出射面付近で集光するように構成してもよい。
【００２１】
第１レンズと第２レンズとを組み合わせて一つの非球面レンズとすることで、第１レンズの入射面と第２レンズとの接合面の二つの光学面によって収差をより自由に補正することができ、軸上収差のみならず軸外収差をも効果的に補正することができる。
【００２２】
そして、第１レンズの入射面のパワーをＰ１とし、前記第２レンズとの接合面のパワーをＰ２としたとき、良好な収差補正を確保するために、以下の式を満足することが好ましい。
【００２３】
０．１＜Ｐ１／Ｐ２＜５
Ｐ１＝（Ｎ１−１）／ＣＲ１
Ｐ２＝（Ｎ２−Ｎ１）／ＣＲ２
Ｎ１：第１レンズの屈折率
Ｎ２：第２レンズの屈折率
ＣＲ１：第１レンズの入射面の曲率半径
ＣＲ２：第１レンズの接合面の曲率半径
【００２４】
軸外収差の補正に関して、０．３＜Ｐ１／Ｐ２＜３を満足することがより好ましい。同様の目的で、第１レンズと第２レンズとの接合面は非球面であることが好ましい。
【００２５】
第１レンズ及び第２レンズは、それぞれガラスモールド法又はインジェクションモールド法によって成形され、かつ、接着剤層を介して接合されていてもよく、あるいは、第１レンズ又は第２レンズのうち一方のレンズは、ガラスモールド法又はインジェクションモールド法によって成形され、他方のレンズは一方のレンズ上で透明樹脂を成形させて一体化した複合レンズとされていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明に係る屈折対物光学系の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００２７】
（実施例１〜４の構造とコンストラクションデータ）
図１〜図４に、本発明に係る屈折対物光学系の実施例１〜４の構成と光路（一点鎖線参照）を示す。また、図５〜図８に各実施例１〜４の収差特性を示す。
【００２８】
それぞれの図１〜図４において、屈折対物光学系１０は、非球面レンズ１１と、透光性平板１５とから構成されている。非球面レンズ１１は凸形状の連続非球面である第１面１２と平面である第２面１３とを備えている。透光性平板１５は互いに平行な第３面１６と第４面１７とを備えている。そして、非球面レンズ１１の第２面１３と平板１５の第３面１６とが接着剤にて接合されている。
【００２９】
平行光線はまず非球面である第１面１２に入射する。この屈折対物光学系１０で屈折力を有しているのは第１面１２だけであるので、後述する出射面である第４面１７において収差なく集光するための非球面形状は一義的に求まる。第１面１２で屈折した光は平面である第２面１３に入射する。第２面１３は平板１５の第３面１６と接合されており、第２面１３を透過した光は平板１５の第４面１７近傍に集光する。
【００３０】
ここで、実施例１〜４に関するコンストラクションデータを以下の表１〜４に示す。なお、非球面の定義式は以下の式（１）に示すとおりである。
【００３１】
【数１】
2005317170.tif 000003
【００３２】
【表１】
2005317170.tif 000004
【００３３】
【表２】
2005317170.tif 000005
【００３４】
【表３】
2005317170.tif 000006
【００３５】
【表４】
2005317170.tif 000007
【００３６】
（収差特性）
前記実施例１〜４での収差特性を図５〜図８に示す。図５は実施例１に対応し、図６は実施例２に対応し、図７は実施例３に対応し、図８は実施例４に対応する。それぞれの収差特性を示すグラフにおいて、横軸は相対瞳位置を示し、（Ａ），（Ｂ）は軸上０°の入
射光に対する収差を示し、（Ａ）はタンデンシャル方向の横収差、（Ｂ）はサジタル方向の横収差を示す。（Ｃ），（Ｄ）は０．１°の入射光に対する収差を示し、（Ｃ）はタンデンシャル方向の横収差、（Ｄ）はサジタル方向の横収差を示す。（Ｅ），（Ｆ）は０．２°の入射光に対する収差を示し、（Ｅ）はタンデンシャル方向の横収差、（Ｆ）はサジタル方向の横収差を示す。（Ｇ），（Ｈ）は０．３°の入射光に対する収差を示し、（Ｇ）はタンデンシャル方向の横収差、（Ｈ）はサジタル方向の横収差を示す。
【００３７】
（光の利用効率）
各実施例１〜４において、第１面１２を適切な非球面形状にしているために、集光スポットは収差が小さく、良好な光学性能を発揮する。従って、集光スポットは入射光が均一照明で収差が小さい場合、およそ１．２２×波長÷ＮＡ（ＮＡは開口数）の大きさに集光する。
【００３８】
第１面１２はフレネル面や回折面ではなく連続した非球面である。フレネル面や回折面の場合は、形状に断点が生じてしまい、断点での散乱による効率低下が生じるので好ましくはない。逆に、第１面１２の如く連続面であれば効率よく光を透過させることができるので好ましい。
【００３９】
光学的な屈折力はホログラフィーや屈折率分布レンズによっても達成することが可能である。しかし、大きなＮＡにわたって良好な結像性能や回折効率を得ることは困難である。従って、連続非球面による屈折は、高ＮＡによる集光に優れている。そこで、以下の条件式（２）を満足することが好ましい。
【００４０】
ＮＡ＞０．６        …（２）
【００４１】
この条件式（２）は光学系１０の開口数（ＮＡ）を規定している。ＮＡ＝ｎＳｉｎθであり、ｎは集光点の屈折率、θは軸上最大入射角度である。条件式（２）の下限を超えるとＮＡが小さくなってしまうので集光スポットが大きくなり、エネルギーの集光効率が悪くなるので好ましくない。同様に、下限以下のＮＡである場合は、回折光学素子や屈折率分布レンズを用いた場合においても比較的効率のよい光学系を作製することができる。ちなみに、実施例１〜４のＮＡはそれぞれ各図１〜４に付記されている値である。
【００４２】
（接着剤）
第２面１３は接着剤（透明な紫外線硬化接着剤が好適である）によって第３面１６と接合されている。接着剤が厚いと収縮によって平板１５に反りが発生するので、接着剤の厚みは薄いほうが好ましい。また、接着剤の厚みの変動は、集光位置である第４面１７の位置を変化させることになるので、極力薄くすれば第４面の位置変化も小さくできるので好ましい。
【００４３】
具体的には、入射光の波長をλとしたときに接着剤の膜厚は５０λ以下であることが好ましい。これは、膜厚の変化が全体の数％であった場合に、第４面１７の変動が数波長以下であることを保証する。接着剤の膜厚は１０λ以下であることが、さらに好ましい。
【００４４】
ところで、平板１５の第４面１７付近には集光スポットが形成される。集光スポット近傍の屈折率は高いほうが大きなＮＡを達成することができ、その結果小さなスポットを得ることができる。従って、平板１５の屈折率は非球面レンズ１１及び接着剤の屈折率よりも大きいほうが好ましい。
【００４５】
（レンズと平板の厚さ）
また、平板１５の厚みと非球面レンズ１１の厚みの和が光学系１０の全体の厚みを決めている。光学系１０全体をコンパクトにするためには、双方の厚みを小さくすることが好
ましい。しかしながら、非球面レンズ１１のみあるいは平板１５のみを薄くしても、良好な光学性能を有する屈折対物光学系を得ることは困難である。具体的には以下の条件式（３）を満足することが必要となる。
【００４６】
０．０１＜ｔＰ／ｔＬ＜１．０        …（３）
ｔＬ：非球面レンズの厚さ
ｔＰ：透光性平板の厚さ
【００４７】
この条件式（３）は非球面レンズ１１及び平板１５のそれぞれの厚さの比を示している。条件式（３）の上限を超えると非球面レンズ１１に対して平板１５が大きくなりすぎる。その結果、非球面レンズ１１の直径を大きく取ることができず、大きなＮＡを有することができなくなり、集光スポットが増大するので好ましくない。良好な光学性能を得るためには、レンズ直径（即ち、ＮＡ）を大きく設定することが好ましい。
【００４８】
逆に、下限を超えると平板１５が非球面レンズ１１に比べて薄くなることを示している。平板１５の厚さの下限は製造上の限界があるので、実質的には非球面レンズ１１が大きくなることを意味する。この場合、全体として大型の光学系１０となるので好ましくない。条件式（３）の上限を０．５にすると、さらに小型で集光効率のよい光学系１０を得ることができる。
【００４９】
ちなみに、実施例１〜４におけるｔＰ／ｔＬはそれぞれ各図１〜４に付記されている値である。
【００５０】
また、非球面レンズ１１は連続非球面（第１面１２）と平面（第２面１３）とからなる非常に簡単な構成であり、従来のガラスモールド法やインジェクションモールド法を用いて作製できるので好ましい。インジェクションモールド法で非球面レンズ１１を作製すれば、軽量化が図れて好ましい。
【００５１】
（近接場光発生構造）
ところで、入射光線は平板１５の第４面１７付近で集光する。集光点には非球面レンズ１１のＮＡに見合った大きさの集光スポットが形成される。さらに詳しくは、入射光線が一様であった場合、いわゆるエアリー環と称されるパターンが形成され、その中心スポットの直径Ｄは以下の式（４）で表されることが一般に知られている。
【００５２】
Ｄ＝１．２２λ／ＮＡ        …（４）
【００５３】
従って、仮にＮＡが１．０で波長が７８０ｎｍの場合は、直径Ｄが９５２ｎｍの集光スポットを得ることができる。しかしながら、ＮＡで決まるスポットの大きさでは波長オーダーの集光が限界である。
【００５４】
さらに小さなスポットを得るためには、集光スポット近傍に波長以下の寸法を有する近接場光発生構造を設けることが必要となる。このような微小構造は表面励起プラズモンを発生させる微小構造であること、特に、プラズモン共鳴を発生する金属により作製されることが好ましい。
【００５５】
波長以下の寸法を有する構造であっても、効率よく微小スポットにエネルギーを集める必要があり、表面励起プラズモン共鳴による電場増幅効果を利用すると、良好な集光効率を得ることができる。例えば、７８０ｎｍでは金や銀が、４０５ｎｍではアルミニウムやマグネシウムが大きな電場増幅効果を有することが知られている。
【００５６】
そこで、波長に応じた金属材料と微小構造及び厚みを選択することで、プラズモン共鳴を有効に利用することができ、効率よく微小スポットを得ることができる。電場増幅効果の大きさ等はＦＤＴＤ（Finete  Difference  Time  Domain）法を用いて計算することができる。
【００５７】
図９、図１０、図１１に微小構造２０，３０，４０の具体例を示し、各微小構造２０，３０，４０は平板１５の第４面１７と接して形成されている。
【００５８】
図９に示す微小構造２０は、第４面１７上に成膜した厚さ５０ｎｍの前記金属からなる薄膜２１にバタフライ形状の開口２２を形成したものである。具体的な形状例１〜４について、それらの縦寸法ｙ、横寸法ｘ、開き角度Ａ、対向する突部２３の間隔（最小構造寸法）Δ、及び、対向突部２３の半径ｒを表５に示す。この微小構造２０では集光スポットが当たると最小構造寸法Δ付近のみに強い電場が発生する。
【００５９】
図１０に示す微小構造３０は、第４面１７上に成膜した厚さ５０ｎｍの三角形状をなす前記金属からなる薄膜３１を頂部が対向するように形成したものである。具体的な形状例１〜４について、それらの縦寸法ｙ、横寸法ｘ、開き角度Ａ、対向する突部３２の間隔（最小構造寸法）Δ、及び、対向突部３２の半径ｒを表６に示す。この微小構造３０では集光スポットが当たると最小構造寸法Δ付近のみに強い電場が発生する。
【００６０】
図１１に示す微小構造４０は、第４面１７上に前記金属で略円錐形状に形成したもので、先端が球の一部となっている。略円錐形状の全体が金属からなる。具体的な形状例１〜４について、第４面１７と接する円形状の底面の直径ｄ、高さｈ、及び、突部４１の半径ｒを表７に示す。この微小構造４０では集光スポットが当たると突部４１付近のみに強い電場が発生する。
【００６１】
【表５】
2005317170.tif 000008
【００６２】
【表６】
2005317170.tif 000009
【００６３】
【表７】
2005317170.tif 000010
【００６４】
前記微小構造２０，３０，４０のそれぞれは実施例１〜４のいずれにも適用することが可能である。金属材料に関しては、大きな電場増幅のプラズモン共鳴を発生させるために、４０５ｎｍ程度の短い波長の光を使用する場合はアルミニウム、マグネシウムが好ましく、７８０ｎｍ程度の長い波長の光を使用する場合は金、銀が好ましい。
【００６５】
ところで、プラズモン共鳴は入射偏光に依存する現象である。前記微小構造２０，３０において、最小構造寸法付近（突部２３の間及び突部３２の間）で強い共鳴を発生させるためには、入射光の偏光方向を突部２３及び突部３２がそれぞれ対向する方向と平行にすることが必要となる。
【００６６】
また、微小構造２０，３０，４０は平板１５の第４面１７の集光点付近に配置されるが、一つだけであってもよいし、複数個をマトリックス状に配置してもよい。複数個配置する場合には、同時に複数個の微小スポットを発生させないために、少なくとも前記式（３）に示したＤ値以上離して配置することが望ましい。さらには前記Ｄ値の２倍以上離すとオーバーラップがなくなるのでより望ましい。
【００６７】
前記微小構造２０，３０，４０は、ＦＩＢ（Focused  Ion  Beam）加工装置を用いて金属を直接加工したり、ＥＢ（電子線）リソグラフィーを用いてレジストを描画し、エッチングやリフトオフといった微細加工技術を用いたりすることで作製することができる。
【００６８】
波長以下の微小構造に光が作用すると、その近辺には構造の大きさに応じた微小スポットが形成される。この微小光は近接場光と称され、物質の表面付近に局在する光である。近接場光は伝播光ではないために指数関数的に減衰してしまう。従って、記録／再生を行うには記録／再生媒体を微小構造に近接させること（微小構造の最小構造寸法の３倍以内）が必要である。具体的には、前記微小構造２０，３０において、最小構造寸法Δが２０ｎｍの場合は媒体との距離を６０ｎｍ以下に設定することが好ましい。
【００６９】
ところで、近接場記録／再生では、微小構造からの近接場光の大きさは微小構造程度であり、減衰距離も同程度であることが知られている。従って、さらに効率のよい記録／再生を行うためには、媒体を微小構造の最小構造寸法と同程度以下に近接させることが好ましい。
【００７０】
（製造工程）
前記各実施例１〜４では、非球面レンズ１１と平板１５とを別々に製作して接着するようにしている。従って、微小構造をＥＢリソグラフィーなどの技術で作製する場合には、ウエハーのような平板上で行うことができる。微小構造を作製したウエハーを所望の大きさに切断して平板１５とした後、非球面レンズ１１と接合するという簡単な工程で製造す
ることができる。
【００７１】
仮に、光学系が一体物で構成されていると、レンズ構造を有する素材の底面に微小構造を加工する必要がある。ＥＢリソグラフィープロセスなどはスピンコート工程などを備え、加工試料の扱いやすさが加工の難易度に影響する。レンズ構造を有する素材は扱いがウエハーに比べて困難であるので加工難易度が増加し、好ましくはない。また、ウエハーであれば、大量に作製した後に多くの平板１５に切断することで、１回のプロセスでの生産性が高まるが、レンズ構造を有している場合には生産性の向上は望めない。
【００７２】
（実施例５〜９の構造とコンストラクションデータ）
図１２〜図１６に、本発明に係る屈折対物光学系の実施例５〜９の構成と光路（一点鎖線参照）を示す。また、図１７〜図２１に各実施例５〜９の軸外収差特性を示す。
【００７３】
それぞれの図１２〜図１６において、屈折対物光学系１０は前記実施例１〜４に示した非球面レンズ１１を第１レンズ１１Ａと第２レンズ１１Ｂとの複合レンズで構成したもので、他の構成、即ち、互いに平行な面１６，１７を有する透光性平板１５を備えていることは前記実施例１〜４と同様である。従って、実施例５〜９においても、非球面レンズ１１が複合レンズで構成されている以外は、前記実施例１〜４と同様の作用効果を奏する。
【００７４】
第１レンズ１１Ａと第２レンズ１１Ｂの接合面１３Ａ，１３Ｂは同形状で接合されている。そして、第１レンズ１１Ａの入射面１２Ａ及びは接合面１３Ａ，１３Ｂはそれぞれ非球面にて構成されている。また、第２レンズ１１Ｂの出射面１４は平面であり、平板１５の面１６と接着剤にて接合されている。
【００７５】
図１２に示す実施例５のレンズ１１は、ガラスモールド法によって成形した第１レンズ１１Ａと、第１レンズ１１Ａ上で透明樹脂を成形した第２レンズ１１Ｂとの複合レンズである。具体的には、先に成形された第１レンズ１１Ａに紫外線硬化樹脂を配置して第２レンズ１１Ｂを金型で成形し、紫外線の照射によって硬化させて製作する。
【００７６】
図１３に示す実施例６のレンズ１１は、ガラスモールド法によって成形した第１及び第２レンズ１１Ａ，１１Ｂを透明接着剤で接合した接合レンズである。ガラスモールド法は大量生産に適しており、比較的安価に高精度の非球面レンズを作製することができる。また、図１４に示す実施例７のレンズ１１も、実施例６と同様にして製作した接合レンズである。
【００７７】
図１５に示す実施例８のレンズ１１は、ポリカーボネートから成形した第１レンズ１１Ａとアクリルから成形した第２レンズ１１Ｂとを透明接着剤で接合した接合レンズである。樹脂のインジェクションモールド法にあっても、高精度の非球面レンズを大量に安価に製作することができる。また、樹脂製レンズは重量が軽く、浮上スライダへの搭載に有利である。
【００７８】
図１６に示す実施例９のレンズ１１は、ガラスモールド法によって成形した第２レンズ１１Ｂと、第２レンズ１１Ｂ上で透明樹脂を成形した第１レンズ１１Ａとの複合レンズである。その製造方法は、第１レンズと第２レンズを入れ替えれば、前記実施例５と同様である。
【００７９】
ここで、実施例５〜９に関するコンストラクションデータを以下の表８〜１２に示す。なお、非球面の定義式は前記式（１）と同様である。
【００８０】
【表８】
2005317170.tif 000011
【００８１】
【表９】
2005317170.tif 000012
【００８２】
【表１０】
2005317170.tif 000013
【００８３】
【表１１】
2005317170.tif 000014
【００８４】
【表１２】
2005317170.tif 000015
【００８５】
（収差特性）
前記実施例５〜９での軸外収差特性を図１７〜図２１に示す。図１７は実施例５に対応し、図１８は実施例６に対応し、図１９は実施例７に対応し、図２０は実施例８に対応し、図２１は実施例９に対応する。それぞれの軸外収差特性を示すグラフにおいて、横軸は軸外入射角度を示し、縦軸は波長λを単位とする波面収差のＲＭＳ量（２乗和平均値）を示す。なお、軸上収差特性は前記実施例１〜４で説明したのと同様の補正が可能である。
【００８６】
実施例５〜９においては、第１レンズ１１Ａの入射面１２Ａと接合面１３Ａとの二つの非球面で構成されているため、それらの非球面係数を最適に設定することで、軸上収差も軸外収差も良好に補正することができる。例えば、図１７に示す実施例５において、０．３０°の入射角度がついた場合でも波面収差ＲＭＳ量は０．０１λ以下に補正されている。
【００８７】
図１２に示す実施例５では、レンズ１１Ａ，１１Ｂの接合面は出射側に凸面形状をなしている。第１レンズ１１Ａの屈折率が第２レンズ１１Ｂよりも大きいため、この凸面形状は正の屈折力を有している。二つの光学面の設計の自由度の点では、集光のために接合面に正の屈折力を分担させることが好ましい。
【００８８】
図１４に示す実施例７では、第１レンズ１１Ａよりも第２レンズ１１Ｂの屈折率が大きいので、接合面は入射側に凸面形状をなしている。この凸面形状も光学的なパワーは正であり、収差補正上は好ましい構成である。
【００８９】
（入射面と接合面とのパワー比）
実施例５〜９において、第１レンズ１１Ａの入射面１２ＡのパワーをＰ１とし、第２レンズ１１Ｂとの接合面１３ＡのパワーをＰ２としたとき、良好な収差補正を確保するために、以下の式（５）を満足することが好ましい。
【００９０】
０．１＜Ｐ１／Ｐ２＜５        …（５）
Ｐ１＝（Ｎ１−１）／ＣＲ１
Ｐ２＝（Ｎ２−Ｎ１）／ＣＲ２
Ｎ１：第１レンズの屈折率
Ｎ２：第２レンズの屈折率
ＣＲ１：第１レンズの入射面の曲率半径
ＣＲ２：第１レンズの接合面の曲率半径
【００９１】
Ｐ１／Ｐ２が５を超えると、パワーＰ１でのパワー配分が大きくなりすぎ、接合レンズあるいは複合レンズで構成する効果が発揮されなくなる、即ち、軸外収差の補正が困難になる。Ｐ１／Ｐ２が０．１を下回ると、接合面のパワーが大きくなりすぎる。即ち、接合面の曲率半径が第１レンズ１１Ａの入射面に対して小さくなりすぎることを意味し、その結果レンズの製作が困難になってしまう。なお、０．３＜Ｐ１／Ｐ２＜３の範囲が好適である。
【００９２】
ちなみに、実施例５〜９におけるＰ１／Ｐ２の値はそれぞれ図１２〜図１６に付記されている。また、ｔＰ／ｔＬの値及びＮＡの値も付記されている。
【００９３】
（色補正）
非球面レンズ１１を接合レンズあるいは複合レンズ構成とした本来の目的は軸外収差補正であるが、最適なアッベ数の設定により光源の波長変動による影響を取り除くことも容易である。具体的には、色消し構成にすることが望まれる。第１レンズ１１Ａと第２レンズ１１Ｂで単体での焦点距離が正レンズと負レンズの場合は、負レンズのアッベ数を正レンズのアッベ数よりも小さくすることで、色補正も行うことができる。
【００９４】
（浮上スライダへの搭載）
前記実施例１〜９の屈折対物光学系１０は光記録／読取り装置の空気浮上スライダに搭載される。この場合、平板１５の面１７にＡＢＳ（Air  Bearing  Surface）構造を好適に形成することができる。ＡＢＳ構造の加工は、一般にリソグラフィ技術を用いる。そこで、マザー基板状態の平板１５の出射面１７にＡＢＳ構造をリソグラフィで加工し、ダイサなどで個々の平板１５に切断した後、レンズ１１と接合することにより、大量生産に対応できる。レンズ１１自体にＡＢＳ構造を加工することは極めて困難であり、浮上するためのサスペンションの取り付けも困難である。
【００９５】
また、各実施例１〜９は平行光（無限遠）に対して最適化したコンストラクションを示した。これは、光学系１０を浮上スライダに搭載した場合に、記録媒体が回転してスライダが追随して浮上した際、記録媒体表面のうねりによってスライダ（光学系１０）の浮上高さが変化することに対処するためである。この場合、入射光線が無限遠であると、光学系１０の浮上高さに無関係に集光スポットの位置は常に出射面近傍である。逆に、有限共役の場合はスライダの追随変動は物体距離の変動となるので、集光スポットの位置が変動し、好ましくはない。しかし、入射光線を無限遠からずらしても、集光スポットの位置にほぼ影響のない範囲であれば、光学系１０を有限共役の状態で何ら支障なく使用することができる。
【００９６】
（他の実施例）
なお、本発明に係る屈折対物光学系は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。
【００９７】
特に、非球面レンズや透光性平板の構造の詳細は任意であり、また、それらの前述したコンストラクションデータはあくまで例示である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に係る屈折対物光学系の実施例１を示す構成図である。
【図２】本発明に係る屈折対物光学系の実施例２を示す構成図である。
【図３】本発明に係る屈折対物光学系の実施例３を示す構成図である。
【図４】本発明に係る屈折対物光学系の実施例４を示す構成図である。
【図５】実施例１の収差特性を示すグラフである。
【図６】実施例２の収差特性を示すグラフである。
【図７】実施例３の収差特性を示すグラフである。
【図８】実施例４の収差特性を示すグラフである。
【図９】集光面に形成される微小構造の第１例を示す平面図である。
【図１０】集光面に形成される微小構造の第２例を示す平面図である。
【図１１】集光面に形成される微小構造の第３例を示す斜視図である。
【図１２】本発明に係る屈折対物光学系の実施例５を示す構成図である。
【図１３】本発明に係る屈折対物光学系の実施例６を示す構成図である。
【図１４】本発明に係る屈折対物光学系の実施例７を示す構成図である。
【図１５】本発明に係る屈折対物光学系の実施例８を示す構成図である。
【図１６】本発明に係る屈折対物光学系の実施例９を示す構成図である。
【図１７】実施例５の収差特性を示すグラフである。
【図１８】実施例６の収差特性を示すグラフである。
【図１９】実施例７の収差特性を示すグラフである。
【図２０】実施例８の収差特性を示すグラフである。
【図２１】実施例９の収差特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９９】
１０…屈折対物光学系
１１…非球面レンズ
１２…第１面
１３…第２面
１５…透光性平板
１６…第３面
１７…第４面
２０，３０，４０…微小構造
１１Ａ…第１レンズ
１１Ｂ…第２レンズ
１３Ａ，１３Ｂ…対向接合面
【図１】
2005317170.tif 000016
【図２】
2005317170.tif 000017
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005317170.tif 000023
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2005317170.tif 000028
【図１４】
2005317170.tif 000029
【図１５】
2005317170.tif 000030
【図１６】
2005317170.tif 000031
【図１７】
2005317170.tif 000032
【図１８】
2005317170.tif 000033
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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