(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射側である凸面と光の出射側である略平面を有する半球形状又は超半球形状をなし、
前記凸面は有効光路部分を構成する面と位置決め面とからなり、
前記凸面は、前記略平面の中心に集光スポットを形成するための有効光路となる第１の凸面部と、前記略平面から僅かに離れた所に集光スポットを形成するための有効光路となる第２の凸面部とからなること、
を特徴とする固浸レンズ。
【請求項２】
前記位置決め面は、有効光路部分を構成する面の曲率とは符号が正負反転する曲面であることを特徴とする請求項１記載の固浸レンズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分解能顕微鏡や高密度光メモリ（記録／読取り）に用いられる固浸レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光学的に情報を記録／読取りする光メモリの分野において、記録媒体であるディスクの記録密度を高めるためには、次の二つの方法が提案されている。
（１）記録／読取りに用いる光の波長を短くする。
（２）ディスクに対して光を収束させる対物レンズの開口数ＮＡを大きくする。
【０００３】
このうち、（１）の方法で光の波長自体を短くするには、より波長の短い半導体レーザなどを開発する必要がある。しかし、そのような半導体レーザを開発することは現状では容易ではない。
【０００４】
そこで、（２）の方法に着目し、Solid  Immersion  Lens（固浸レンズ）を用いてディスクに対して記録／読取り用の光を照射することが種々提案されている。これは、Liquid  Immersion  Microscope（液浸法による顕微鏡の分解能向上）の原理に基づいている。即ち、可視光でも１００ｎｍ以下の分解能が得られる顕微鏡の原理を応用するものである。先行特許文献としては、ＵＳＰ５，００４，３０７号明細書、特開平８−３１５４０４号公報を挙げることができる。
【０００５】
従来、固浸レンズとしては、図１４に示す半球形状の固浸レンズ４１と、図１５に示す半球以下に柱頭を残した超半球形状の固浸レンズ４２とが実験的に製作されていた。図１４、図１５において、４３は通常の対物（集光）レンズ、４４は記録媒体（ディスク）である。
【０００６】
半球形状の固浸レンズ４１にあっては、光ビームＬＢが凸面４１ａに垂直に入射し、平面４１ｂの中心部で収束する。固浸レンズ４１の屈折率をｎとすると、レンズ４１中で波長は１／ｎとなり、結果的に集光レンズ４３の開口数ＮＡはｎ倍されたことになる。光ビームＬＢのスポットサイズは１／ｎに縮小し、分解能はｎ倍になる。即ち、集光レンズ４３の開口数ＮＡが０．５で、固浸レンズ４１の屈折率ｎが１．８で、光ビームＬＢの波長λが７８０ｎｍの場合、スポットサイズＳは、次式（１）によって求められ、
Ｓ＝λ／（２ｎｓｉｎθ）        …（１）
４３０ｎｍとなる。
【０００７】
また、超半球形状の固浸レンズ４２にあっては、有効光路は半径よりも大きい。この場合、光ビームＬＢのスポットサイズＳは次式（２）によって求められ、
Ｓ＝λ／（２ｎ2ｓｉｎθ）      …（２）
２４０ｎｍとなる。
【０００８】
このように、固浸レンズ４１，４２を利用することで、使用する光の波長以下の集光スポットを得ることができる。この方法を用いるには、記録媒体４４と固浸レンズ４１，４２との間隔（エアーギャップ）ｂが約１００ｎｍ以下を保持するように十分に小さくしなければならない。このエアーギャップを保持、制御するために、固浸レンズを磁気ハードディスクの技術を応用して浮上スライダへ搭載することが提案されている。先行特許文献としては、特開平５−１８９７９６号公報、同８−２２１７９０号公報を挙げることができ、浮上スライダ以外では特開平８−２１２５７９号公報記載の技術が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、固浸レンズを用いた高密度メモリの実用化には解決しなければならない以下の三課題が存在する。
【００１０】
（１）レンズ保持機構
従来の半球形状及び超半球形状の固浸レンズ４１，４２においては図１６に示すように、凸面４１ａに保持具４７への固定基準が存在しないため、保持具４７の基準面４９に対する平面４１ｂの傾き（角度θ）防止が困難であった。また、平面４１ｂを傾き基準にした場合、レンズの物体（媒体）側にレンズ固定部が突出することになり、必要なエアーギャップを確保できないという問題点があった。
【００１１】
（２）スライダへの搭載
固浸レンズを浮上スライダに搭載し、高密度メモリの記録ヘッドとして使用するには、ヘッドの重量低減のためにレンズは直径２ｍｍ以下の小型になり、浮上のための空気受け面はレンズ保持具に設けなければならない。この場合、記録媒体に対して固浸レンズの姿勢を精度よく保つためにレンズ平面と保持具との傾き防止がさらに必要となる。
【００１２】
（３）製造コスト
従来は、ガラス材を球状に研摩してボールレンズを得て、さらに切断、研摩により、半球形状及び超半球形状の固体レンズを製作していた。しかし、これでは工程が複雑でコストが高く付き、現状では実験段階に止まり、製品化はされていない。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、保持具に対して傾きなく所定の姿勢を保持して取り付けることができ、しかも、物体（媒体）とのエアーギャップを十分に小さくして浮上スライダへの搭載が可能な固浸レンズを提供することにある。
【００１４】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明に係る固浸レンズは、光の入射側である凸面と光の出射側である略平面を有する半球形状又は超半球形状をなし、前記凸面は有効光路部分を構成する面と位置決め面とからなり、前記凸面は、前記略平面の中心に集光スポットを形成するための有効光路となる第１の凸面部と、前記略平面から僅かに離れた所に集光スポットを形成するための有効光路となる第２の凸面部とからなること、を特徴とする。この２焦点の固浸レンズでは、位置決め面は有効光路部分を構成する面の曲率とは符号が反転する曲面であることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る固浸レンズにあっては、凸面の有効光路部分以外に形成された位置決め面がレンズ保持具への固定基準となり、固浸レンズを姿勢よく（傾くことなく）保持することができる。しかも、物体（媒体）側にレンズ固定部が突出することもなく、十分に小さなエアーギャップを確保することができる。
【００１６】
また、レンズが小型になった場合であっても、前記位置決め面を設けることによって出射側である略平面の面積が拡大され、固浸レンズを浮上スライダに搭載したとき、浮上時の空気受け面が拡大することになる。このことと、前記傾きの防止効果とが相俟って、物体（媒体）に対する固浸レンズの姿勢／位置精度が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る固浸レンズの各実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１８】
（固浸レンズの第１実施形態、図１、図２、図３参照）
図１において、１は第１実施形態である固浸レンズ、４３は開口数ＮＡが約０．６の集光レンズ、４４は記録媒体、ＬＢ1は集光レンズ４３で集光された収束光であり、集光スポットＣ1からの開き角は約７４゜である。固浸レンズ１と記録媒体４４のエアーギャップｂは約１００ｎｍに設定されている。
【００１９】
固浸レンズ１は、半径ｒ1が０．５ｍｍの半球３ａを基準とする凸面２と出射側である平面７とで構成されている。収束光ＬＢ1が透過する有効面４は半球３ａである０．５ｍｍの球面であり、その有効径ａは約０．６ｍｍである。さらに、有効面４の外側には曲率の符号が反転した位置決め面５を設けている。平面７の直径は２ｍｍである。
【００２０】
ここで、位置決め面５は“曲率の符号が反転している”ことの意味について説明する。このことは、位置決め面５はその曲率中心の方向が有効面４の曲率中心の方向と反転していると言い換えることもできる。即ち、図２に示すように、有効面４を形成する球面３ａの曲率中心Ｃ1は平面７の中心に存在し、凸面２を境界として物体側に位置する。一方、位置決め面５を形成する半径ｒ2が１ｍｍの球面６の曲率中心Ｃ’は凸面２を境界として光源側に存在する。
【００２１】
前記固浸レンズ１を含む図１に示す光学系を用いて記録媒体４４に収束光ＬＢ1を照射したところ、記録媒体４４上に直径８０ｎｍの記録スポットを得ることができた。
【００２２】
固浸レンズ１の浮上スライダへの搭載は図３に示す保持具５１を用いて行う。即ち、保持具５１は同心円である凹部５２と開口５３とを有し、固浸レンズ１は有効面４が開口５３から突出した状態で凹部５２にセットされる。このとき、固浸レンズ１は位置決め面５が保持具５１の環状エッジ５４に当接して位置決めされる。前述した形状からなる固浸レンズ１においては、レンズ１の姿勢規制部である環状エッジ５４に対するレンズ１の当接ライン（位置決め面５上の環状ライン）が一義的に決まり、レンズ１は保持具５１に対して精度よく取り付けられる。特に、保持具５１の底面である基準面５５に対してレンズ平面７をミクロンないしサブミクロンオーダーの精度で取り付けることができた。また、位置決め面５を形成することでレンズ平面７の面積も大きくなり（同径の従来のレンズに対して約４倍）、レンズ１自体が大きな浮上力を受けることになる。
【００２３】
ちなみに、図１６に示した従来の保持機構では、レンズ４１は凸面（球面）４１ａが保持具４７の環状エッジ４８に当接するため、環状エッジ４８に対するレンズ４１の当接環状ラインは無数に存在する。従って、保持具４７の基準面４９とレンズ平面４１ｂとの平行関係が崩れて角度θが大きくなり、せいぜいサブミリオーダーの精度しか達成できなかった。
【００２４】
ここで、前記固浸レンズ１を２焦点レンズとして機能させる場合について説明する。
【００２５】
固浸レンズ１は、前述の如く、凸面２が有効面４と位置決め面５とで形成されている。そこで、図４に示すように、収束光ＬＢ1の外周部にいまひとつの収束光ＬＢ2を導く。収束光ＬＢ1は有効面４を透過して平面７の中心に集光スポットＣ1を形成し、収束光ＬＢ2は面４，５の境界面８を透過してスポットＣ1から僅かに離れた位置に集光スポットＣ2を形成する。
【００２６】
記録媒体４４は記録層４５に下にトラッキング情報層４６を設けたものである。固浸レンズ１を２焦点レンズとして使用することで、集光スポットＣ1で記録層４５に情報を記録／読取り、集光スポットＣ2でトラッキング情報層４６にアクセスすることができる。この場合、固浸レンズ１を浮上スライダに搭載するには図３に示した保持具５１を使用すればよい。
【００２７】
（固浸レンズの第２実施形態、図５参照）
図５において、第２実施形態である固浸レンズ１は、半径０．５ｍｍの超半球３ｂを基準とする凸面２と出射側である平面７とで構成され、有効面４の直径は約０．７ｍｍである。その他の構成は前記第１実施形態と同様であり、図１と同じ部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。集光レンズ４３は開口数ＮＡが約０．４であり、記録媒体４４に収束光ＬＢ1を照射したところ、記録媒体４４上に直径８０ｎｍの記録スポットを得ることができた。
【００２８】
この固浸レンズ１を浮上スライダに搭載するには、図３に示した保持具５１を使用すればよく、環状エッジ５４に対する位置決め面５の当接ラインが一義的に決まり、レンズ１の平面７をエアーギャップｂを微小な約１００ｎｍに保って高精度に維持できる。
【００２９】
（固浸レンズの第３実施形態、図６参照）
図６において、第３実施形態である固浸レンズ１は、前記第１実施形態と同様に、半径が０．５ｍｍの球面３ａを基準とする凸面２を有し、有効面４の外側には曲率がゼロである円錐形状の位置決め面５ａ（曲率中心が面上にある）が形成されている。
【００３０】
このような球形状の固浸レンズ１において、図１と同じ集光レンズ４３を使用して記録を行ったところ、記録媒体４４上に直径８０ｎｍの記録スポットを得ることができた。また、この固浸レンズ１を浮上スライダに搭載するには、図３に示した保持具５１を使用すればよく、環状エッジ５４に対する位置決め面５ａの当接ラインが一義的に決まり、レンズ１の平面７を微小なエアーギャップｂを保って高精度に維持できる。
【００３１】
（固浸レンズの第４実施形態、図７、図８、図９参照）
図７において、第４実施形態である固浸レンズ１１は、有効面１４と該有効面１４の外側に設けた鍔部１５とからなる凸面１２と、出射側である平面１７とで構成されている。有効面１４は半径０．５ｍｍの半球を基準とし、その有効径ａは約０．６ｍｍである。鍔部１５は厚さ０．２ｍｍで、収束光ＬＢ1の光軸と直交する位置決め面１５ａを有している。平面１７の直径は２ｍｍである。また、集光レンズ４３は前記第１実施形態と同様に開口数ＮＡが約０．６で、収束光ＬＢ1は集光スポットＣ1からの開き角が約７４°に収束される。レンズ平面１７と記録媒体４４とのエアーギャップｂは約１００ｎｍに設定される。
【００３２】
前記固浸レンズ１１を含む図７に示す光学系を用いて記録媒体４４に収束光ＬＢ1を照射したところ、記録媒体４４上に直径８０ｎｍの記録スポットを得ることができた。
【００３３】
固浸レンズ１１の浮上スライダへの搭載は図８に示す保持具６１を用いて行う。即ち、保持具６１は同心円である凹部６２と開口６３を示し、固浸レンズ１１は有効面１４が開口６３から突出した状態で凹部６２にセットされる。このとき、固浸レンズ１１は鍔部１５の位置決め面１５ａが凹部６２の平面６２ａに当接して位置決めされる。このように、レンズ１１は位置決め面１５ａが保持具６１の平面６２ａに当接して位置決めされることで、保持具６１の底面である基準面６５に対してレンズ平面１７を、ミクロンないしサブミクロンオーダーの精度で固定することができた。また、鍔部１５を設けることでレンズ平面１７の面積も大きくなり（同径の従来のレンズに対して４倍）、レンズ１１自体が大きな浮上力を受けることになる。
【００３４】
固浸レンズ１１の平面１７と記録媒体４４とのエアーギャップｂを約１００ｎｍに保持するには、図９に示すように、保持具６１の表面６４をサスペンション６６で押さえるようにすればよい。
【００３５】
（固浸レンズの第５実施形態、図１０、図１１参照）
図１０において、第５実施形態である固浸レンズ１１は、基本的には前記第４実施形態と同様の構成からなる。異なる点は、有効面１４の外側に光軸に対して平行で鍔部１５と連続するいまひとつの位置決め面１５ｂを形成した点にある。
【００３６】
この固浸レンズ１１にあっては、図１１に示すように、保持具６１に対して位置決め面１５ａが平面６２ａに当接するのに加えて、いまひとつの位置決め面１５ｂが開口内壁面６３ａに当接して位置決めされ、レンズ１１の傾きと共に水平方向のずれも規制することができる。
【００３７】
（固浸レンズの第６実施形態、図１２参照）
図１２において、第６実施形態である固浸レンズ１１は、前記第４実施形態と同じ有効面１４を有し、側面に収束光ＬＢ1の有効光路に干渉しない、光軸に対して平行な位置決め面１８ａと光軸に対して垂直な位置決め面１８ｂを形成したものである。保持具６７は位置決め面１８ａが嵌合される開口６８を有し、固浸レンズ１１は位置決め面１８ａ，１８ｂが保持具６７の開口内壁面と開口上縁部を基準として正確に位置決めされる。即ち、保持具６７の基準面６９に対するレンズ平面１７の精度が向上する。
【００３８】
この固浸レンズ１１は、特に、レンズ単体の重量の削減が重要な設計課題である場合に有効である。
【００３９】
（製造方法の第１例、図１３参照）
図１３は、図７に示した第４実施形態である固浸レンズ１１の製造方法を示す。ここでは、ガラス滴を利用したダイレクトプレス法を採用しているが、金型を使用するガラス成形法として従来知られている種々の手法を採用することができる。
【００４０】
図１３（Ａ）において、ガラス材２５は図示しない溶融炉からノズル２０へ導かれる。ガラス材２５としては、重フリント系のＳＦ５７（屈折率約１．８５：ミノルタ社製光学ガラス）を用いる。ガラス材２５は溶融炉にて約９００℃に溶融されており、ノズル２０の先端開口部２１からガラス滴２６として金型３１上に滴下させる。
【００４１】
金型３１は固浸レンズ１１の平面１７を形成するためのもので、超硬合金からなり、表面３２は平面研摩（最大表面粗さ：０．０３μｍ）されている。一方、図１３（Ｃ）に示す金型３５は固浸レンズ１１の凸面１２を形成するためのもので、超硬合金からなり、有効面１４に対応する面３６及び鍔部１５の位置決め面１５ａに対応する面３７を有し、面３６，３７は研摩（最大表面粗さ：０．０３μｍ）されている。金型３１，３５は成形時に図示しない加熱手段によって約３８０℃に加熱される。
【００４２】
金型３１上に滴下されたガラス滴２６（図１３（Ｂ）参照）は、軟化状態において金型３５で押圧され、所定の形状に成形される（図１３（Ｃ）参照）。このとき、プレス圧は約５０ｋｇｆ／ｃｍ2に設定され、１０秒間押圧した後金型３１，３５を開く。
【００４３】
（製造方法の第２例）
この製造方法はガラス材としてランタン系ＬａＳＦ９（屈折率約１．８５：ミノルタ社製光学ガラス）を用いたもので、成形装置や工程は図１３と同様である。但し、本第２例では使用するガラス材が前記第１例とは異なるため、ガラス材の溶融温度は約１２５０℃、金型温度は約６００℃、プレス圧は約６０ｋｇｆ／ｃｍ2に設定する。
【００４４】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る固浸レンズは前記各種の実施形態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することができる。
【００４５】
特に、固浸レンズの形状は有効面と平面と保持具への位置決め面を有していればよく、細部の形状は任意である。
【００４６】
また、製造方法は図７に示した固浸レンズを例にとって説明したが、図１、図５、図６、図１０、図１２に示した固浸レンズあるいはそれ以外の形状の固浸レンズをガラス材を原料として前記同様のプレス加工によって製造することができる。なお、図１０、図１２に示す固浸レンズ１１を製造する際には、金型からの離型性をよくするため、面１５ｂ，１８ａに若干の傾斜を付けることが好ましい。また、前記実施形態では、平面金型上にガラス材を滴下したが、凹面の金型上に滴下してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態である固浸レンズを含む光学系を示す立面図。
【図２】  図１に示した固浸レンズの有効面と位置決め面の説明図。
【図３】  図１に示した固浸レンズと保持具の断面図。
【図４】  図１に示した固浸レンズを２焦点レンズとして使用する場合の説明図。
【図５】  第２実施形態である固浸レンズを含む光学系を示す立面図。
【図６】  第３実施形態である固浸レンズの説明図。
【図７】  第４実施形態である固浸レンズを含む光学系を示す立面図。
【図８】  図７に示した固浸レンズと保持具の断面図。
【図９】  図８に示した保持具の浮上規制機構を示す断面図。
【図１０】  第５実施形態である固浸レンズを含む光学系を示す立面図。
【図１１】  図１０に示した固浸レンズと保持具の断面図。
【図１２】  第６実施形態である固浸レンズと保持具の断面図。
【図１３】  製造方法の第１例を示す工程説明図。
【図１４】  従来の固浸レンズ（半球形状）を含む光学系の立面図。
【図１５】  従来の固浸レンズ（超半球形状）を含む光学系の立面図。
【図１６】  従来の固浸レンズと保持具の断面図。
【符号の説明】
１，１１…固浸レンズ
２，１２…凸面
４，１４…有効面
５，５ａ…位置決め面
７，１７…出射平面
８…境界面
１５…鍔部
１５ａ，１５ｂ…位置決め面
１８ａ，１８ｂ…位置決め面
３１，３５…金型
Ｃ1，Ｃ2…集光スポット
ＬＢ1，ＬＢ2…光ビーム（収束光）
【図１】
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【図２】
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【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】
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【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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