検査用の平行平板、光記録媒体用の対物レンズの検査方法
【課題】光記録媒体用の対物レンズの検査において、簡易な構成で正しく検査する。
【解決手段】光源から出射された光を光記録媒体の透光性の保護層を介して光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計された光記録媒体用の対物レンズを検査するにあたり、該対物レンズにより集光された光の光路に光記録媒体の保護層の代わりとなる検査用の平行平板を挿入して検査する光記録媒体用の対物レンズの検査方法であって、平行平板として、保護層と異なる屈折率を有し、平行平板と保護層の屈折率が異なることに起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定された平行平板を使用する。
【解決手段】光源から出射された光を光記録媒体の透光性の保護層を介して光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計された光記録媒体用の対物レンズを検査するにあたり、該対物レンズにより集光された光の光路に光記録媒体の保護層の代わりとなる検査用の平行平板を挿入して検査する光記録媒体用の対物レンズの検査方法であって、平行平板として、保護層と異なる屈折率を有し、平行平板と保護層の屈折率が異なることに起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定された平行平板を使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法に関し、より詳しくは、光源から出射された光を光記録媒体に収束させて情報の記録および再生の少なくとも一方を行う光ピックアップ装置に使用される光記録媒体用の対物レンズを検査するときに光記録媒体の保護層の代わりに用いられる検査用の平行平板と、該平行平板を用いて検査する光記録媒体用の対物レンズの検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、音声情報や映像情報、あるいはコンピュータ用のデータ情報等を記録するためにＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）等の光記録媒体が利用されている。この光記録媒体へのデータの記録・再生は、光ピックアップ装置に搭載された対物レンズにより光源からの光を光記録媒体へ集光することにより行われる。
【０００３】
近年では、取り扱う情報量の急激な増加に伴い、光記録媒体の高密度化の要望が高まっている。光記録媒体の高密度化には、使用光の波長を短くすること、および光ピックアップ装置に用いられるピックアップ用の対物レンズの開口数（以下、ＮＡともいう）を大きくすることが有効であることは知られている。最近では、出力波長が約４０５ｎｍの半導体レーザを光源とし、高ＮＡの対物レンズを用いることにより、片面１層に約２５ＧＢもの情報が記録可能なＢＤ（ブルーレイディスク）が実用化されるに到っている。このＢＤは、ＮＡの規格が上述したＤＶＤおよびＣＤのものとは全く異なり、ＮＡは０．８５が現在の規格とされている。
【０００４】
一方、光記録媒体において情報が記録される記録層は、所定の厚みを有する透光性の保護層により被覆されている。例えば、ＢＤの保護層の厚みは０．１ｍｍが現在の規格とされている。光記録媒体の保護層の厚みが変わると、収差量が変化するため、光記録媒体用の対物レンズの設計、検査において、この光記録媒体の保護層の存在を無視することはできない。
【０００５】
特許文献１には、光記録媒体の保護層（光透過層）と同じ厚み、屈折率を有するカバーガラスを用いて、光ピックアップ装置の球面収差を測定する球面収差測定装置が記載されている。この球面収差測定装置では、光源からの光を球面収差補償素子を介した後に対物レンズに入射させ、対物レンズにより集光された光をカバーガラスに対して収束させる。特許文献１には、カバーガラスの厚み誤差によって発生する球面収差を補正するように、球面収差補償素子を構成する２つのレンズ要素の間隔を変えることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２５１７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、対物レンズの検査においては、光記録媒体の保護層を考慮する必要があるため、対物レンズにより集光された光の光路に、光記録媒体の保護層の代用となる検査用の平行平板を挿入して検査することになる。上記特許文献１では、この検査用の平行平板としてカバーガラスを用いている。しかしながら、検査用の平行平板として、特許文献１に記載されたような、光記録媒体の保護層と同じ厚み、屈折率のものを用いることは必ずしも現実的ではない。というのは、現在、光記録媒体の保護層として多用されている材質は、吸水性や複屈折等の点から検査用として好適なものとは言えないからである。検査の信頼性を確保するためには、検査用の平行平板の材質として、光記録媒体の保護層と異なる材質を選択することになるが、その場合、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層の屈折率が異なるものとなり、両者の屈折率差に起因した球面収差等の収差が生じてしまうという問題が発生する。
【０００８】
上記のように屈折率が異なる部材で代用する場合、光学的光路長が一致するように厚みを調整する方法が一般に知られている。光学的光路長とは、屈折率と幾何学的距離の積である。しかしながら、この方法で厚みを調整した検査用の平行平板を用いると、ＮＡの大きな対物レンズに対しては、対物レンズの光軸と一致する方向の光学的光路長は一致していても、対物レンズの周辺部を透過したＮＡの大きな光線の平行平板内の光学的光路長は一致しないため、無視できない量の球面収差が発生してしまう。よって、ＢＤ用対物レンズのような高ＮＡのレンズに対して、単純に光軸方向の光学的光路長を同一にする方法を用いた場合には、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差に起因した球面収差の影響が大きくなり、正しく検査できないという問題が起こる。
【０００９】
検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差に起因して生じる球面収差を補正するために、特許文献１に記載されたような球面収差補償素子を用いることが考えられるが、その場合は、球面収差補償素子だけでなく、球面収差補償素子を構成するレンズ要素の間隔を変更するための駆動機構や制御機構等が必要になるため、装置構成が複雑化してしまい、装置の大型化やコストアップを招いてしまうという問題が生じる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で適正な検査を可能にする検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の検査用の平行平板は、光源から出射された光を光記録媒体の透光性の保護層を介して光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計された対物レンズを検査するために、該対物レンズにより集光された光の光路に光記録媒体の保護層の代わりに挿入される検査用の平行平板であって、保護層と異なる屈折率を有し、保護層と屈折率が異なることに起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法は、光源から出射された光を光記録媒体の透光性の保護層を介して光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計された光記録媒体用の対物レンズを検査するにあたり、該対物レンズにより集光された光の光路に光記録媒体の保護層の代わりとなる検査用の平行平板を挿入して検査する光記録媒体用の対物レンズの検査方法であって、平行平板として、保護層と異なる屈折率を有し、平行平板と保護層の屈折率が異なることに起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定された平行平板を使用することを特徴とするものである。
【００１３】
上記の本発明の検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、保護層の厚み、屈折率をそれぞれＤｃ、Ｎｃとし、平行平板の厚み、屈折率をそれぞれＤｍ、Ｎｍとしたとき、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
−０．０５≦０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）≦０．０５ … （１）
【００１４】
上記の本発明の検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、対物レンズと平行平板とからなる光学系の球面収差が最小となるように平行平板の厚みが設定されていることが好ましい。
【００１５】
上記の本発明の検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法は、光記録媒体側の開口数が０．８以上の対物レンズに適用することが好ましい。
【００１６】
上記の本発明の検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、平行平板はガラス材質で構成してもよく、あるいはプラスチック材質で構成してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の検査用の平行平板によれば、光記録媒体の保護層と屈折率が異なる平行平板を光記録媒体の保護層の代わりに用いて対物レンズを検査する場合でも、両者の屈折率差に起因して発生する球面収差を補正するように平行平板の厚みが設定されているため、この屈折率差に起因して発生する球面収差の影響を小さくして、適正に検査することができる。また、検査用の平行平板の厚みを設定するだけで、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差に起因して発生する球面収差を補償する手段を別途設ける必要がないため、装置構成を簡易なものにすることができる。
【００１８】
本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法によれば、光記録媒体の保護層と屈折率が異なる平行平板を光記録媒体の保護層の代わりに用いて対物レンズを検査する場合でも、この平行平板として、両者の屈折率差に起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定されたものを用いるため、屈折率差に起因して発生する球面収差の影響を小さくして、適正に検査することができる。また、検査用の平行平板の厚みを設定するだけで、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差に起因して発生する球面収差を補償する手段を別途設ける必要がないため、装置構成を簡易なものにすることができる。
【００１９】
本発明の検査用の平行平板または本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、光記録媒体の保護層の厚み、屈折率をそれぞれＤｃ、Ｎｃとし、平行平板の厚み、屈折率をそれぞれＤｍ、Ｎｍとしたとき、上記条件式（１）を満たすように構成されている場合は、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差による球面収差の影響をより小さくでき、より適正に検査することができる。
【００２０】
本発明の検査用の平行平板または本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、対物レンズと平行平板とからなる光学系の球面収差が最小となるように平行平板の厚みが設定されている場合は、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差による球面収差の影響を最小限にできるため、より適正に検査することができる。
【００２１】
本発明の検査用の平行平板または本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法を、光記録媒体側の開口数が０．８以上の対物レンズに適用した場合には、上述した対物レンズの光軸と一致する方向の光学的光路長を一致させる方法に比べて、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差に起因して発生する球面収差の影響を小さくできるという本発明の効果がより顕著なものとなり、より適正に検査することができる。
【００２２】
本発明の検査用の平行平板または本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、平行平板をガラス材質で構成した場合は、温度変化や湿度変化等の環境による影響を受けにくいため、検査の信頼性を向上させることができ、より適正に検査することができる。
【００２３】
本発明の検査用の平行平板または本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、平行平板をプラスチック材質で構成した場合は、ガラス材質と比較して割れにくく、取り扱いが容易であり、ガラス材質を用いたときと同様に簡易な構成で、対物レンズの光軸と一致する方向の光学的光路長を一致させる方法に比べて、より適性に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる検査装置の概略構成図
【図２】本発明の実施例の数値範囲を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下に説明する実施形態は、光記録媒体に光を収束させて情報の記録および再生の少なくとも一方を行う光ピックアップ装置に使用される光記録媒体用の対物レンズを検査する検査方法と、該検査方法で用いられる平行平板に関するものである。図１は、本発明の一実施形態にかかる光記録媒体用の対物レンズを検査するための検査装置の概略構成図である。
【００２６】
図１に示す検査装置１００は、フィゾー型の干渉計を用いて被検体であるレンズ１を検査するものである。なお、図１では各部材を保持する保持具の図示は省略している。図１に示すように、検査装置１００においては、レンズ１と、検査用の平行平板２と、反射ミラー３とが順に配置されており、また、レンズ１の検査用の平行平板２と反対側の光路にはレンズ１に近い方から順に、参照面を有する基準板４と、ビームスプリッタ５と、コリメータレンズ６と、検査用光源７とが配置されている。ビームスプリッタ５により形成される折れ曲がり光路には撮像素子９が配置されており、撮像素子９は演算部１０に接続され、演算部１０は表示部１１に接続されている。
【００２７】
例えば、光記録媒体としてブルーレイディスクを用いる場合は、検査用光源７は、波長４０５ｎｍの光を出射する半導体レーザを用いることができる。検査用光源７を出射した光は、コリメータレンズ６により平行光に変換される。この平行光のうち、ビームスプリッタ５を透過し、基準板４を透過した光は、レンズ１に入射して集光される。
【００２８】
レンズ１は、光ピックアップ装置に搭載される光記録媒体用の対物レンズである。レンズ１は、光ピックアップ装置において、光源から出射された光を光記録媒体の情報が記録される記録層に集光するように作用するものである。光記録媒体の記録層は所定の厚みを有する透光性の保護層により被覆されているため、レンズ１は、光源から出射された光を保護層を介して光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計されている。したがって、検査の際も光記録媒体の保護層を考慮する必要があり、対物レンズにより集光された光の光路に光記録媒体の保護層の代わりとなる検査用の平行平板２を挿入して検査を行う。なお、検査用の平行平板２の詳細構成については後述する。
【００２９】
反射ミラー３は、凹面ミラーであり、レンズ１および検査用の平行平板２を透過した光を反射して同じ光路を逆向きに進行させるためのものである。よって、基準板４を透過してレンズ１で集光されて検査用の平行平板２を透過した光は、最もビーム径が小さくなる集光点を形成した後、発散光となって反射ミラー３に入射するが、反射ミラー３により反射されて逆向きに進行し、同じ集光点を通った後、検査用の平行平板２を透過し、レンズ１を出射して平行光となる。レンズ１を出射した平行光は基準板４を透過し、ビームスプリッタ５に入射し、ビームスプリッタ５で反射された光は撮像素子９に入射する。
【００３０】
一方、検査用光源７から出射し、コリメータレンズ６とビームスプリッタ５を経由して基準板４に入射した光の一部は、基準板４の参照面で反射されて、レンズ１を経由することなくビームスプリッタ５に再入射し、ビームスプリッタ５で反射された光は撮像素子９に入射する。
【００３１】
レンズ１を経由した光と、基準板４の参照面で反射された光とは干渉して干渉縞を形成し、形成された干渉縞は撮像素子９により観測することができる。撮像素子９は例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等からなり、干渉縞を電気信号に変換して演算部１０に出力する。演算部１０では、干渉縞の解析を行い、解析結果を表示部１１に出力する。演算部１０では、レンズ１と検査用の平行平板２からなる光学系の収差、例えば軸上波面収差のＲＭＳ等を算出する。表示部１１は例えばモニタ等からなり、干渉縞の画像や、演算部１０で算出された収差の値等を表示する。
【００３２】
なお、図１に示す検査装置１００では、集光点とレンズ１の間に検査用の平行平板２を配置するようにしているが、この代わりに、レンズ１により集光された光が集光点を通った後の光路、例えば、集光点と反射ミラー３の間に検査用の平行平板２を配置するようにしてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、フィゾー型の干渉計を用いた検査装置を例にとり説明したが、本発明の検査においては、別のタイプの干渉計を用いてもよく、あるいは、干渉計以外の手段を用いて検査してもよい。
【００３４】
次に、検査用の平行平板２について詳細に説明する。本実施形態で用いる検査用の平行平板２は、光記録媒体の保護層とは異なる材質からなり、異なる屈折率を有するものである。検査用の平行平板と光記録媒体の保護層とで屈折率が異なる場合、単純に光記録媒体の保護層と同じ厚みの検査用の平行平板を光記録媒体の保護層の代わりに用いたのでは、両者の屈折率差に起因した収差が発生してしまう。そこで、本発明では、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層の屈折率差に起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定された平行平板を用いて検査する。
【００３５】
以下に、検査用の平行平板の厚みを設定する際の手順の一例を説明する。まず、光ピックアップ装置の光源から出射された光を光記録媒体の保護層を介して光記録媒体の所定の位置に集光するように設計された、光記録媒体用の対物レンズと光記録媒体の保護層とからなる光学系（以下、第１の光学系という）のレンズデータを準備する。なお、以下の説明では、この対物レンズを単にレンズともいう。また、光記録媒体の保護層のことを単に保護層ともいう。
【００３６】
ここで、「レンズデータを準備する」とは、レンズ設計を行ってレンズデータを取得すること、あるいはすでに設計済みのレンズのレンズデータを入手することのいずれでもよい。「レンズデータ」とは、レンズの形状、屈折率等に関するデータであり、例えば汎用レンズ設計ソフトを用いてレンズ設計をしたときに得られるレンズ面の曲率半径、中心肉厚、屈折率、非球面係数等のデータである。一般に、上記第１の光学系は、対物レンズと光記録媒体の保護層とを組み合わせた光学系を光学シミュレーションソフトを用いて構成し、所望の性能が得られるように対物レンズを最適化設計したものである。
【００３７】
次のステップとして、上記第１の光学系のレンズデータの中の保護層の屈折率に対応する値を、検査用の平行平板の屈折率の値で置換した光学系（以下、第２の光学系という）を光学シミュレーションソフトを用いて構成する。このときは、屈折率の値を置換するだけで、厚みは変化させない。この第２の光学系における、検査用の平行平板と同じ屈折率を有し、保護層と同じ厚みを有する平行平板を、以下では便宜的に、計算用平行平板と呼ぶ。すなわち、第２の光学系は、対物レンズと計算用平行平板とからなる光学系である。この第２の光学系では、光記録媒体の保護層と計算用平行平板との屈折率差に起因した収差が発生している。なお、計算用平行平板は、球面収差の補正のためにその厚みを変化しうるものであり、第２の光学系においては保護層と同じ厚みを有するが、後述する第３、第４の光学系においては、第２の光学系のものとは異なる厚みをとりうるものとして扱われる。
【００３８】
そのため次のステップとして、第２の光学系のレンズデータの中の計算用平行平板の厚みのみを変数とした光学系（以下、第３の光学系という）を光学シミュレーションソフトを用いて構成する。そして、計算用平行平板の厚みのみを変数として、第３の光学系の球面収差を補正する。この補正では、レンズに関するパラメータや、計算用平行平板の屈折率は変化させない。このような補正計算は公知の光学シミュレーションソフトを用いることにより可能である。
【００３９】
なお、球面収差を補正する方法は、特に限定されず、実質的に球面収差を補正できるものであれば、任意の方法を用いることができる。例えば、光学シミュレーションソフト上で、補正の対象として球面収差を指定していなくても、軸上波面収差を小さくするように指定して補正していれば、実質的に球面収差を補正できるため、このような補正は球面収差を補正するものと考えられる。あるいは、球面収差と異なる収差や物理量を補正の対象として指定して補正を行い、その結果、球面収差も補正されていたのであれば、球面収差を補正したものと見なすことができる。
【００４０】
計算用平行平板は、その厚みを変化させることにより球面収差を補正するものであるから、球面収差の補正が終了した時点で計算用平行平板の厚みは所定の値をとる。つまり、上記補正の結果、計算用平行平板の厚みが決まり、厚みが確定した計算用平行平板と対物レンズとからなる光学系（以下、第４の光学系という）が光学シミュレーションソフト上で得られる。このときの計算用平行平板の厚みが、球面収差を補正するように設定された厚みである。第４の光学系の球面収差は、第２の光学系の球面収差よりも小さいものとなる。球面収差が小さいか否かは、例えば、軸上波面収差のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）の値を比較することにより判断してもよい。
【００４１】
最後に、第４の光学系の計算用平行平板と同じ厚みの検査用の平行平板を準備し、この検査用の平行平板を用いて、図１に示す検査装置１００において、第１の光学系のレンズデータに基づき作製された対物レンズを検査する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態では、光記録媒体の保護層と検査用の平行平板の屈折率差に起因して発生する球面収差を補正するように厚みが調整された検査用の平行平板を用いて検査するため、記録媒体の保護層と検査用の平行平板の屈折率差に起因して発生する球面収差の影響を小さくすることができ、適正に検査を行うことができる。
【００４３】
なお、第４の光学系の球面収差が第２の光学系の球面収差よりも小さくなっていれば、球面収差を補正したと見なすことができるが、より好ましい態様としては、第４の光学系の球面収差が最小になるように補正して計算用平行平板の厚みを設定することである。この場合は、記録媒体の保護層と検査用の平行平板の屈折率差に起因して発生する球面収差の影響を最小限にすることができ、より適正に検査を行うことができる。特に、対物レンズの光記録媒体側のＮＡが０．８以上の高ＮＡの対物レンズを検査する際には、第４の光学系の球面収差が最小になるように補正して計算用平行平板の厚みを設定することが好ましい。
【００４４】
なお、屈折率は温度により変化するため、上記第１の光学系を設計するときや、上記第２の光学系を構成するときは、所定の温度を設定し、この所定の温度での屈折率を用いることが好ましく、また、対物レンズを検査するときも、その所定の温度と同じ温度で検査することが好ましい。設定されるべき所定の温度は、例えば、光ピックアップ装置において対物レンズが使用されるときの一般的な対物レンズの周囲の温度に基づいて決めるようにしてもよい。
【００４５】
また、好ましい態様としては、光記録媒体の保護層の厚み、屈折率をそれぞれＤｃ、Ｎｃとし、検査用の平行平板の厚み、屈折率をそれぞれＤｍ、Ｎｍとしたとき、下記条件式（１）を満たすように構成することであり、より好ましい態様としては、下記条件式（２）を満たすように構成することである。特に、対物レンズの光記録媒体側のＮＡが０．８以上の高ＮＡの対物レンズを検査する際には、下記条件式（１）または（２）を満たすように構成することが好ましい。
−０．０５≦０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）≦０．０５ … （１）
−０．０１≦０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）≦０．０１ … （２）
【００４６】
上記条件式（１）を満たすことにより、光記録媒体の保護層と検査用の平行平板との屈折率差に起因して生じる球面収差の影響を軽減して適正に検査することができる。また、上記条件式（２）を満たすことにより、光記録媒体の保護層と検査用の平行平板との屈折率差に起因して生じる球面収差の影響をより軽減して適正に検査することができる。
【００４７】
検査用の平行平板２の材質としては、ガラス、プラスチックのいずれを用いることもできる。ガラスは、材質選択の自由度が高く、吸水性や複屈折等の特性を考慮すると信頼性が高いという長所がある。プラスチックは、一般にガラスより安価であり、ガラスより割れにくく、扱いやすいという長所がある。
【００４８】
検査用の平行平板２をプラスチック製とする場合は、検査の信頼性を確保するために、複屈折が小さい材質、吸水率が低い材質を用いることが好ましい。より詳しくは、検査用の平行平板２の複屈折は、厚み１ｍｍにおいて４０ｎｍ以下であることが好ましく、さらに厚み１ｍｍにおいて２５ｎｍ以下であることがより好ましい。また、検査用の平行平板２の吸水率は０．１％以下であることが好ましく、さらに０．０１％未満であることがより好ましい。検査用の平行平板２のプラスチック材質としては、例えば、シクロオレフィンポリマーや、シクロオレフィンコポリマーを用いることができ、シクロオレフィンポリマーの具体例としてはゼオネックス（登録商標、日本ゼオン株式会社製）、シクロオレフィンコポリマーの具体例としてはアペル（登録商標、三井化学株式会社社製）を挙げることができる。
【００４９】
次に、本発明の具体的な数値実施例のデータについて説明する。以下に示す実施例１〜１０は、上述した第１〜第４の光学系を構成する手順を用いて、球面収差が最小になるように補正して検査用の平行平板の厚みを設定するようにしたものである。実施例１〜４と、実施例５〜９と、実施例１０ではそれぞれ異なる第１の光学系を用いている。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１に、実施例１〜４で用いた第１の光学系のレンズデータ等を示す。この光学系の設計波長は４０５ｎｍ、対物レンズの光記録媒体側のＮＡは０．８５である。表１の面番号は光源側の面を１として、光源側から光記録媒体側に向かうに従い順次増加するように付しており、第１面および第２面が対物レンズに相当し、第３面および第４面が保護層に相当する。面間隔の単位はｍｍである。表１の光学系は、光記録媒体として記録層が２層ある２層式のブルーレイディスクを想定したものであるため、表１のレンズデータの保護層の厚みは、２層式のブルーレイディスクに対して好適な性能を発揮するために設定した厚みを用いている。
【００５２】
表１に示す対物レンズの両面はともに非球面であり、表１の第１面および第２面の曲率半径の欄には非球面と記載している。表１の非球面係数という見出しの下に、各面の光軸近傍での曲率Ｃ、非球面係数Ｋ、Ａｉ（ｉ＝３〜２０）を示す。表１中のＣの符号は、レンズ面が光源側に凸形状の場合を正、光記録媒体側に凸形状の場合を負としている。表１の各非球面係数の数値において、「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０−ｎ」を意味し、「Ｅ＋００」は「×１００」を意味する。各非球面係数は下記の非球面式で定義されるものである。
Ｚｄ＝Ｃ・Ｈ２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ２・Ｈ２）１/２｝＋ΣＡｉＨｉ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さＨの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
Ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：光軸近傍での曲率
Ｋ、Ａｉ（ｉ＝３〜２０）：非球面係数
【００５３】
また、表１の非球面係数の下方に、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５における対物レンズの焦点距離、バックフォーカス、第１面と第２面の有効径、有効半径を示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２に、実施例５〜９で用いた第１の光学系のレンズデータ等を示す。この光学系の設計波長は４０５ｎｍ、対物レンズの光記録媒体側のＮＡは０．８５である。表２の面番号は光源側の面を１として、光源側から光記録媒体側に向かうに従い順次増加するように付しており、第１面および第２面が対物レンズに相当し、第３面および第４面が保護層に相当する。面間隔の単位はｍｍである。表２の光学系は、光記録媒体として記録層が１層の１層式のブルーレイディスクを想定したものである。
【００５６】
表２に示す対物レンズの両面はともに非球面であり、表２の第１面および第２面の曲率半径の欄には非球面と記載している。表２の非球面係数という見出しの下に、各面の光軸近傍での曲率Ｃ、非球面係数Ｋ、Ａｉ（ｉ＝３〜２０）を示す。光軸近傍での曲率Ｃの符号、各非球面係数の定義は、前述の表１で説明したものと同様である。また、表２の非球面係数の下方に、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５における対物レンズの焦点距離、バックフォーカス、第１面と第２面の有効径、有効半径を示す。
【００５７】
【表３】
【００５８】
表３に、実施例１０で用いた第１の光学系のレンズデータ等を示す。この光学系の設計波長は４０４．７ｎｍ、対物レンズの光記録媒体側のＮＡは０．８５である。表３の面番号は光源側の面を１として、光源側から光記録媒体側に向かうに従い順次増加するように付しており、第１面および第２面が対物レンズに相当し、第３面および第４面が保護層に相当する。面間隔の単位はｍｍである。表３の光学系は、光記録媒体として記録層が１層の１層式のブルーレイディスクを想定したものである。
【００５９】
表３に示す対物レンズの両面はともに非球面であり、表３の第１面および第２面の曲率半径の欄には非球面と記載している。表３の非球面係数という見出しの下に、各面の光軸近傍での曲率Ｃ、非球面係数Ｋ、Ａｉ（ｉ＝３〜２０）を示す。光軸近傍での曲率Ｃの符号、各非球面係数の定義は、前述の表１で説明したものと同様である。また、表３の非球面係数の下方に、波長４０４．７ｎｍ、ＮＡ０．８５における対物レンズの焦点距離、バックフォーカス、第１面と第２面の有効径、有効半径を示す。
【００６０】
【表４】
【００６１】
表４に、実施例１〜１０にかかる各種データを示す。表４の「平行平板の材質」は、各実施例で用いた検査用の平行平板の材質（計算用平行平板の材質と同一）であり、実施例１、５のＮ−ＳＫ５、実施例２、８のＮ−ＬＡＫ７、実施例３のＮ−ＢＫ７、実施例６のＮ−ＳＫ１１、実施例７のＮ−ＬＡＫ２１、実施例１０のＮ−ＳＫ１６は全てＳＣＨＯＴＴ社製のガラス材質である。実施例４のＺｅｏｎｅｘ３３０Ｒは日本ゼオン株式会社製のプラスチック材質であり、実施例９のＡＰＬ５５１４ＭＬは三井化学株式会社社製のプラスチック材質である。
【００６２】
表４の「平行平板の屈折率Ｎｍ」は、各検査用の平行平板の屈折率であり、「平行平板の厚みＤｍ」は、球面収差が最小になるように補正した結果、設定された第４の光学系の計算用平行平板の厚み、すなわち、検査に用いられる検査用の平行平板の厚みである。表４の「保護層の屈折率Ｎｃ」は第１の光学系の保護層の屈折率であり、「保護層の厚みＤｃ」は第１の光学系の保護層の厚みである。厚みの単位は全てｍｍである。
【００６３】
表４の「第１の光学系の収差」、「第２の光学系の収差」、「第４の光学系の収差」は全て軸上波面収差のＲＭＳであり、軸上波面収差の単位は波長（λ）である。なお、本実施例の光学系では、軸上波面収差の値が小さくなっていれば、球面収差が補正されていると考えることができる。表４において、第１の光学系の収差に比べて第２の光学系の収差が大きいことから、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層の屈折率差に起因して球面収差が発生していることがわかる。また、第２の光学系の収差に比べて第４の光学系の収差は小さくなっており、第４の光学系の収差は第１の光学系の収差とほぼ同じか近い値となっていることから、検査用の平行平板の厚みを好適に設定することにより、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層の屈折率差に起因して発生した球面収差が良好に補正されていることがわかる。よって、このように厚みが設定された検査用の平行平板を用いて検査を行えば、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層の屈折率差に起因して発生した球面収差の影響を非常に小さくすることができ、適正に検査することができる。
【００６４】
表４の「条件式の値」は、実施例１〜１０それぞれのＮｍ、Ｄｍ、Ｎｃ、Ｄｃを用いて０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）を算出した値、すなわち、上述した条件式（１）、（２）に対応する値である。また、図２に、実施例１〜１０のＮｍ、Ｄｍ、Ｎｃ、Ｄｃに対応する点を、Ｎｍ／Ｎｃを横軸に、Ｄｍ／Ｄｃを縦軸にとって示す。図２の２本の一点鎖線で囲まれた範囲が条件式（１）の数値範囲を意味し、図２の２本の破線で囲まれた範囲が条件式（２）の数値範囲を意味する。表４および図２から、実施例１〜１０全て、条件式（１）、（２）を満たしていることがわかる。
【００６５】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施例は、光記録媒体としてブルーレイディスクを想定したものであるが、光記録媒体として、ＣＤ、ＤＶＤ、ＬＤや他の短波長光用光記録媒体、例えば、いわゆるＡＯＤ（ＨＤ−ＤＶＤ）ディスク等を用いる場合も本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１ レンズ
２ 検査用の平行平板
３ 反射ミラー
４ 基準板
５ ビームスプリッタ
６ コリメータレンズ
７ 検査用光源
９ 撮像素子
１０ 演算部
１１ 表示部
１００ 検査装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法に関し、より詳しくは、光源から出射された光を光記録媒体に収束させて情報の記録および再生の少なくとも一方を行う光ピックアップ装置に使用される光記録媒体用の対物レンズを検査するときに光記録媒体の保護層の代わりに用いられる検査用の平行平板と、該平行平板を用いて検査する光記録媒体用の対物レンズの検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、音声情報や映像情報、あるいはコンピュータ用のデータ情報等を記録するためにＤＶＤ（ディジタル・バーサタイル・ディスク）やＣＤ（コンパクトディスク）等の光記録媒体が利用されている。この光記録媒体へのデータの記録・再生は、光ピックアップ装置に搭載された対物レンズにより光源からの光を光記録媒体へ集光することにより行われる。
【０００３】
近年では、取り扱う情報量の急激な増加に伴い、光記録媒体の高密度化の要望が高まっている。光記録媒体の高密度化には、使用光の波長を短くすること、および光ピックアップ装置に用いられるピックアップ用の対物レンズの開口数（以下、ＮＡともいう）を大きくすることが有効であることは知られている。最近では、出力波長が約４０５ｎｍの半導体レーザを光源とし、高ＮＡの対物レンズを用いることにより、片面１層に約２５ＧＢもの情報が記録可能なＢＤ（ブルーレイディスク）が実用化されるに到っている。このＢＤは、ＮＡの規格が上述したＤＶＤおよびＣＤのものとは全く異なり、ＮＡは０．８５が現在の規格とされている。
【０００４】
一方、光記録媒体において情報が記録される記録層は、所定の厚みを有する透光性の保護層により被覆されている。例えば、ＢＤの保護層の厚みは０．１ｍｍが現在の規格とされている。光記録媒体の保護層の厚みが変わると、収差量が変化するため、光記録媒体用の対物レンズの設計、検査において、この光記録媒体の保護層の存在を無視することはできない。
【０００５】
特許文献１には、光記録媒体の保護層（光透過層）と同じ厚み、屈折率を有するカバーガラスを用いて、光ピックアップ装置の球面収差を測定する球面収差測定装置が記載されている。この球面収差測定装置では、光源からの光を球面収差補償素子を介した後に対物レンズに入射させ、対物レンズにより集光された光をカバーガラスに対して収束させる。特許文献１には、カバーガラスの厚み誤差によって発生する球面収差を補正するように、球面収差補償素子を構成する２つのレンズ要素の間隔を変えることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２５１７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、対物レンズの検査においては、光記録媒体の保護層を考慮する必要があるため、対物レンズにより集光された光の光路に、光記録媒体の保護層の代用となる検査用の平行平板を挿入して検査することになる。上記特許文献１では、この検査用の平行平板としてカバーガラスを用いている。しかしながら、検査用の平行平板として、特許文献１に記載されたような、光記録媒体の保護層と同じ厚み、屈折率のものを用いることは必ずしも現実的ではない。というのは、現在、光記録媒体の保護層として多用されている材質は、吸水性や複屈折等の点から検査用として好適なものとは言えないからである。検査の信頼性を確保するためには、検査用の平行平板の材質として、光記録媒体の保護層と異なる材質を選択することになるが、その場合、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層の屈折率が異なるものとなり、両者の屈折率差に起因した球面収差等の収差が生じてしまうという問題が発生する。
【０００８】
上記のように屈折率が異なる部材で代用する場合、光学的光路長が一致するように厚みを調整する方法が一般に知られている。光学的光路長とは、屈折率と幾何学的距離の積である。しかしながら、この方法で厚みを調整した検査用の平行平板を用いると、ＮＡの大きな対物レンズに対しては、対物レンズの光軸と一致する方向の光学的光路長は一致していても、対物レンズの周辺部を透過したＮＡの大きな光線の平行平板内の光学的光路長は一致しないため、無視できない量の球面収差が発生してしまう。よって、ＢＤ用対物レンズのような高ＮＡのレンズに対して、単純に光軸方向の光学的光路長を同一にする方法を用いた場合には、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差に起因した球面収差の影響が大きくなり、正しく検査できないという問題が起こる。
【０００９】
検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差に起因して生じる球面収差を補正するために、特許文献１に記載されたような球面収差補償素子を用いることが考えられるが、その場合は、球面収差補償素子だけでなく、球面収差補償素子を構成するレンズ要素の間隔を変更するための駆動機構や制御機構等が必要になるため、装置構成が複雑化してしまい、装置の大型化やコストアップを招いてしまうという問題が生じる。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で適正な検査を可能にする検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の検査用の平行平板は、光源から出射された光を光記録媒体の透光性の保護層を介して光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計された対物レンズを検査するために、該対物レンズにより集光された光の光路に光記録媒体の保護層の代わりに挿入される検査用の平行平板であって、保護層と異なる屈折率を有し、保護層と屈折率が異なることに起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法は、光源から出射された光を光記録媒体の透光性の保護層を介して光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計された光記録媒体用の対物レンズを検査するにあたり、該対物レンズにより集光された光の光路に光記録媒体の保護層の代わりとなる検査用の平行平板を挿入して検査する光記録媒体用の対物レンズの検査方法であって、平行平板として、保護層と異なる屈折率を有し、平行平板と保護層の屈折率が異なることに起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定された平行平板を使用することを特徴とするものである。
【００１３】
上記の本発明の検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、保護層の厚み、屈折率をそれぞれＤｃ、Ｎｃとし、平行平板の厚み、屈折率をそれぞれＤｍ、Ｎｍとしたとき、下記条件式（１）を満たすことが好ましい。
−０．０５≦０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）≦０．０５ … （１）
【００１４】
上記の本発明の検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、対物レンズと平行平板とからなる光学系の球面収差が最小となるように平行平板の厚みが設定されていることが好ましい。
【００１５】
上記の本発明の検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法は、光記録媒体側の開口数が０．８以上の対物レンズに適用することが好ましい。
【００１６】
上記の本発明の検査用の平行平板および光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、平行平板はガラス材質で構成してもよく、あるいはプラスチック材質で構成してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の検査用の平行平板によれば、光記録媒体の保護層と屈折率が異なる平行平板を光記録媒体の保護層の代わりに用いて対物レンズを検査する場合でも、両者の屈折率差に起因して発生する球面収差を補正するように平行平板の厚みが設定されているため、この屈折率差に起因して発生する球面収差の影響を小さくして、適正に検査することができる。また、検査用の平行平板の厚みを設定するだけで、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差に起因して発生する球面収差を補償する手段を別途設ける必要がないため、装置構成を簡易なものにすることができる。
【００１８】
本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法によれば、光記録媒体の保護層と屈折率が異なる平行平板を光記録媒体の保護層の代わりに用いて対物レンズを検査する場合でも、この平行平板として、両者の屈折率差に起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定されたものを用いるため、屈折率差に起因して発生する球面収差の影響を小さくして、適正に検査することができる。また、検査用の平行平板の厚みを設定するだけで、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差に起因して発生する球面収差を補償する手段を別途設ける必要がないため、装置構成を簡易なものにすることができる。
【００１９】
本発明の検査用の平行平板または本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、光記録媒体の保護層の厚み、屈折率をそれぞれＤｃ、Ｎｃとし、平行平板の厚み、屈折率をそれぞれＤｍ、Ｎｍとしたとき、上記条件式（１）を満たすように構成されている場合は、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差による球面収差の影響をより小さくでき、より適正に検査することができる。
【００２０】
本発明の検査用の平行平板または本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、対物レンズと平行平板とからなる光学系の球面収差が最小となるように平行平板の厚みが設定されている場合は、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差による球面収差の影響を最小限にできるため、より適正に検査することができる。
【００２１】
本発明の検査用の平行平板または本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法を、光記録媒体側の開口数が０．８以上の対物レンズに適用した場合には、上述した対物レンズの光軸と一致する方向の光学的光路長を一致させる方法に比べて、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層との屈折率差に起因して発生する球面収差の影響を小さくできるという本発明の効果がより顕著なものとなり、より適正に検査することができる。
【００２２】
本発明の検査用の平行平板または本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、平行平板をガラス材質で構成した場合は、温度変化や湿度変化等の環境による影響を受けにくいため、検査の信頼性を向上させることができ、より適正に検査することができる。
【００２３】
本発明の検査用の平行平板または本発明の光記録媒体用の対物レンズの検査方法において、平行平板をプラスチック材質で構成した場合は、ガラス材質と比較して割れにくく、取り扱いが容易であり、ガラス材質を用いたときと同様に簡易な構成で、対物レンズの光軸と一致する方向の光学的光路長を一致させる方法に比べて、より適性に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる検査装置の概略構成図
【図２】本発明の実施例の数値範囲を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。以下に説明する実施形態は、光記録媒体に光を収束させて情報の記録および再生の少なくとも一方を行う光ピックアップ装置に使用される光記録媒体用の対物レンズを検査する検査方法と、該検査方法で用いられる平行平板に関するものである。図１は、本発明の一実施形態にかかる光記録媒体用の対物レンズを検査するための検査装置の概略構成図である。
【００２６】
図１に示す検査装置１００は、フィゾー型の干渉計を用いて被検体であるレンズ１を検査するものである。なお、図１では各部材を保持する保持具の図示は省略している。図１に示すように、検査装置１００においては、レンズ１と、検査用の平行平板２と、反射ミラー３とが順に配置されており、また、レンズ１の検査用の平行平板２と反対側の光路にはレンズ１に近い方から順に、参照面を有する基準板４と、ビームスプリッタ５と、コリメータレンズ６と、検査用光源７とが配置されている。ビームスプリッタ５により形成される折れ曲がり光路には撮像素子９が配置されており、撮像素子９は演算部１０に接続され、演算部１０は表示部１１に接続されている。
【００２７】
例えば、光記録媒体としてブルーレイディスクを用いる場合は、検査用光源７は、波長４０５ｎｍの光を出射する半導体レーザを用いることができる。検査用光源７を出射した光は、コリメータレンズ６により平行光に変換される。この平行光のうち、ビームスプリッタ５を透過し、基準板４を透過した光は、レンズ１に入射して集光される。
【００２８】
レンズ１は、光ピックアップ装置に搭載される光記録媒体用の対物レンズである。レンズ１は、光ピックアップ装置において、光源から出射された光を光記録媒体の情報が記録される記録層に集光するように作用するものである。光記録媒体の記録層は所定の厚みを有する透光性の保護層により被覆されているため、レンズ１は、光源から出射された光を保護層を介して光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計されている。したがって、検査の際も光記録媒体の保護層を考慮する必要があり、対物レンズにより集光された光の光路に光記録媒体の保護層の代わりとなる検査用の平行平板２を挿入して検査を行う。なお、検査用の平行平板２の詳細構成については後述する。
【００２９】
反射ミラー３は、凹面ミラーであり、レンズ１および検査用の平行平板２を透過した光を反射して同じ光路を逆向きに進行させるためのものである。よって、基準板４を透過してレンズ１で集光されて検査用の平行平板２を透過した光は、最もビーム径が小さくなる集光点を形成した後、発散光となって反射ミラー３に入射するが、反射ミラー３により反射されて逆向きに進行し、同じ集光点を通った後、検査用の平行平板２を透過し、レンズ１を出射して平行光となる。レンズ１を出射した平行光は基準板４を透過し、ビームスプリッタ５に入射し、ビームスプリッタ５で反射された光は撮像素子９に入射する。
【００３０】
一方、検査用光源７から出射し、コリメータレンズ６とビームスプリッタ５を経由して基準板４に入射した光の一部は、基準板４の参照面で反射されて、レンズ１を経由することなくビームスプリッタ５に再入射し、ビームスプリッタ５で反射された光は撮像素子９に入射する。
【００３１】
レンズ１を経由した光と、基準板４の参照面で反射された光とは干渉して干渉縞を形成し、形成された干渉縞は撮像素子９により観測することができる。撮像素子９は例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等からなり、干渉縞を電気信号に変換して演算部１０に出力する。演算部１０では、干渉縞の解析を行い、解析結果を表示部１１に出力する。演算部１０では、レンズ１と検査用の平行平板２からなる光学系の収差、例えば軸上波面収差のＲＭＳ等を算出する。表示部１１は例えばモニタ等からなり、干渉縞の画像や、演算部１０で算出された収差の値等を表示する。
【００３２】
なお、図１に示す検査装置１００では、集光点とレンズ１の間に検査用の平行平板２を配置するようにしているが、この代わりに、レンズ１により集光された光が集光点を通った後の光路、例えば、集光点と反射ミラー３の間に検査用の平行平板２を配置するようにしてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、フィゾー型の干渉計を用いた検査装置を例にとり説明したが、本発明の検査においては、別のタイプの干渉計を用いてもよく、あるいは、干渉計以外の手段を用いて検査してもよい。
【００３４】
次に、検査用の平行平板２について詳細に説明する。本実施形態で用いる検査用の平行平板２は、光記録媒体の保護層とは異なる材質からなり、異なる屈折率を有するものである。検査用の平行平板と光記録媒体の保護層とで屈折率が異なる場合、単純に光記録媒体の保護層と同じ厚みの検査用の平行平板を光記録媒体の保護層の代わりに用いたのでは、両者の屈折率差に起因した収差が発生してしまう。そこで、本発明では、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層の屈折率差に起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定された平行平板を用いて検査する。
【００３５】
以下に、検査用の平行平板の厚みを設定する際の手順の一例を説明する。まず、光ピックアップ装置の光源から出射された光を光記録媒体の保護層を介して光記録媒体の所定の位置に集光するように設計された、光記録媒体用の対物レンズと光記録媒体の保護層とからなる光学系（以下、第１の光学系という）のレンズデータを準備する。なお、以下の説明では、この対物レンズを単にレンズともいう。また、光記録媒体の保護層のことを単に保護層ともいう。
【００３６】
ここで、「レンズデータを準備する」とは、レンズ設計を行ってレンズデータを取得すること、あるいはすでに設計済みのレンズのレンズデータを入手することのいずれでもよい。「レンズデータ」とは、レンズの形状、屈折率等に関するデータであり、例えば汎用レンズ設計ソフトを用いてレンズ設計をしたときに得られるレンズ面の曲率半径、中心肉厚、屈折率、非球面係数等のデータである。一般に、上記第１の光学系は、対物レンズと光記録媒体の保護層とを組み合わせた光学系を光学シミュレーションソフトを用いて構成し、所望の性能が得られるように対物レンズを最適化設計したものである。
【００３７】
次のステップとして、上記第１の光学系のレンズデータの中の保護層の屈折率に対応する値を、検査用の平行平板の屈折率の値で置換した光学系（以下、第２の光学系という）を光学シミュレーションソフトを用いて構成する。このときは、屈折率の値を置換するだけで、厚みは変化させない。この第２の光学系における、検査用の平行平板と同じ屈折率を有し、保護層と同じ厚みを有する平行平板を、以下では便宜的に、計算用平行平板と呼ぶ。すなわち、第２の光学系は、対物レンズと計算用平行平板とからなる光学系である。この第２の光学系では、光記録媒体の保護層と計算用平行平板との屈折率差に起因した収差が発生している。なお、計算用平行平板は、球面収差の補正のためにその厚みを変化しうるものであり、第２の光学系においては保護層と同じ厚みを有するが、後述する第３、第４の光学系においては、第２の光学系のものとは異なる厚みをとりうるものとして扱われる。
【００３８】
そのため次のステップとして、第２の光学系のレンズデータの中の計算用平行平板の厚みのみを変数とした光学系（以下、第３の光学系という）を光学シミュレーションソフトを用いて構成する。そして、計算用平行平板の厚みのみを変数として、第３の光学系の球面収差を補正する。この補正では、レンズに関するパラメータや、計算用平行平板の屈折率は変化させない。このような補正計算は公知の光学シミュレーションソフトを用いることにより可能である。
【００３９】
なお、球面収差を補正する方法は、特に限定されず、実質的に球面収差を補正できるものであれば、任意の方法を用いることができる。例えば、光学シミュレーションソフト上で、補正の対象として球面収差を指定していなくても、軸上波面収差を小さくするように指定して補正していれば、実質的に球面収差を補正できるため、このような補正は球面収差を補正するものと考えられる。あるいは、球面収差と異なる収差や物理量を補正の対象として指定して補正を行い、その結果、球面収差も補正されていたのであれば、球面収差を補正したものと見なすことができる。
【００４０】
計算用平行平板は、その厚みを変化させることにより球面収差を補正するものであるから、球面収差の補正が終了した時点で計算用平行平板の厚みは所定の値をとる。つまり、上記補正の結果、計算用平行平板の厚みが決まり、厚みが確定した計算用平行平板と対物レンズとからなる光学系（以下、第４の光学系という）が光学シミュレーションソフト上で得られる。このときの計算用平行平板の厚みが、球面収差を補正するように設定された厚みである。第４の光学系の球面収差は、第２の光学系の球面収差よりも小さいものとなる。球面収差が小さいか否かは、例えば、軸上波面収差のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）の値を比較することにより判断してもよい。
【００４１】
最後に、第４の光学系の計算用平行平板と同じ厚みの検査用の平行平板を準備し、この検査用の平行平板を用いて、図１に示す検査装置１００において、第１の光学系のレンズデータに基づき作製された対物レンズを検査する。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態では、光記録媒体の保護層と検査用の平行平板の屈折率差に起因して発生する球面収差を補正するように厚みが調整された検査用の平行平板を用いて検査するため、記録媒体の保護層と検査用の平行平板の屈折率差に起因して発生する球面収差の影響を小さくすることができ、適正に検査を行うことができる。
【００４３】
なお、第４の光学系の球面収差が第２の光学系の球面収差よりも小さくなっていれば、球面収差を補正したと見なすことができるが、より好ましい態様としては、第４の光学系の球面収差が最小になるように補正して計算用平行平板の厚みを設定することである。この場合は、記録媒体の保護層と検査用の平行平板の屈折率差に起因して発生する球面収差の影響を最小限にすることができ、より適正に検査を行うことができる。特に、対物レンズの光記録媒体側のＮＡが０．８以上の高ＮＡの対物レンズを検査する際には、第４の光学系の球面収差が最小になるように補正して計算用平行平板の厚みを設定することが好ましい。
【００４４】
なお、屈折率は温度により変化するため、上記第１の光学系を設計するときや、上記第２の光学系を構成するときは、所定の温度を設定し、この所定の温度での屈折率を用いることが好ましく、また、対物レンズを検査するときも、その所定の温度と同じ温度で検査することが好ましい。設定されるべき所定の温度は、例えば、光ピックアップ装置において対物レンズが使用されるときの一般的な対物レンズの周囲の温度に基づいて決めるようにしてもよい。
【００４５】
また、好ましい態様としては、光記録媒体の保護層の厚み、屈折率をそれぞれＤｃ、Ｎｃとし、検査用の平行平板の厚み、屈折率をそれぞれＤｍ、Ｎｍとしたとき、下記条件式（１）を満たすように構成することであり、より好ましい態様としては、下記条件式（２）を満たすように構成することである。特に、対物レンズの光記録媒体側のＮＡが０．８以上の高ＮＡの対物レンズを検査する際には、下記条件式（１）または（２）を満たすように構成することが好ましい。
−０．０５≦０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）≦０．０５ … （１）
−０．０１≦０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）≦０．０１ … （２）
【００４６】
上記条件式（１）を満たすことにより、光記録媒体の保護層と検査用の平行平板との屈折率差に起因して生じる球面収差の影響を軽減して適正に検査することができる。また、上記条件式（２）を満たすことにより、光記録媒体の保護層と検査用の平行平板との屈折率差に起因して生じる球面収差の影響をより軽減して適正に検査することができる。
【００４７】
検査用の平行平板２の材質としては、ガラス、プラスチックのいずれを用いることもできる。ガラスは、材質選択の自由度が高く、吸水性や複屈折等の特性を考慮すると信頼性が高いという長所がある。プラスチックは、一般にガラスより安価であり、ガラスより割れにくく、扱いやすいという長所がある。
【００４８】
検査用の平行平板２をプラスチック製とする場合は、検査の信頼性を確保するために、複屈折が小さい材質、吸水率が低い材質を用いることが好ましい。より詳しくは、検査用の平行平板２の複屈折は、厚み１ｍｍにおいて４０ｎｍ以下であることが好ましく、さらに厚み１ｍｍにおいて２５ｎｍ以下であることがより好ましい。また、検査用の平行平板２の吸水率は０．１％以下であることが好ましく、さらに０．０１％未満であることがより好ましい。検査用の平行平板２のプラスチック材質としては、例えば、シクロオレフィンポリマーや、シクロオレフィンコポリマーを用いることができ、シクロオレフィンポリマーの具体例としてはゼオネックス（登録商標、日本ゼオン株式会社製）、シクロオレフィンコポリマーの具体例としてはアペル（登録商標、三井化学株式会社社製）を挙げることができる。
【００４９】
次に、本発明の具体的な数値実施例のデータについて説明する。以下に示す実施例１〜１０は、上述した第１〜第４の光学系を構成する手順を用いて、球面収差が最小になるように補正して検査用の平行平板の厚みを設定するようにしたものである。実施例１〜４と、実施例５〜９と、実施例１０ではそれぞれ異なる第１の光学系を用いている。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１に、実施例１〜４で用いた第１の光学系のレンズデータ等を示す。この光学系の設計波長は４０５ｎｍ、対物レンズの光記録媒体側のＮＡは０．８５である。表１の面番号は光源側の面を１として、光源側から光記録媒体側に向かうに従い順次増加するように付しており、第１面および第２面が対物レンズに相当し、第３面および第４面が保護層に相当する。面間隔の単位はｍｍである。表１の光学系は、光記録媒体として記録層が２層ある２層式のブルーレイディスクを想定したものであるため、表１のレンズデータの保護層の厚みは、２層式のブルーレイディスクに対して好適な性能を発揮するために設定した厚みを用いている。
【００５２】
表１に示す対物レンズの両面はともに非球面であり、表１の第１面および第２面の曲率半径の欄には非球面と記載している。表１の非球面係数という見出しの下に、各面の光軸近傍での曲率Ｃ、非球面係数Ｋ、Ａｉ（ｉ＝３〜２０）を示す。表１中のＣの符号は、レンズ面が光源側に凸形状の場合を正、光記録媒体側に凸形状の場合を負としている。表１の各非球面係数の数値において、「Ｅ−ｎ」（ｎ：整数）は「×１０−ｎ」を意味し、「Ｅ＋００」は「×１００」を意味する。各非球面係数は下記の非球面式で定義されるものである。
Ｚｄ＝Ｃ・Ｈ２／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ２・Ｈ２）１/２｝＋ΣＡｉＨｉ
ただし、
Ｚｄ：非球面深さ（高さＨの非球面上の点から、非球面頂点が接する光軸に垂直な平面に
下ろした垂線の長さ）
Ｈ：高さ（光軸からのレンズ面までの距離）
Ｃ：光軸近傍での曲率
Ｋ、Ａｉ（ｉ＝３〜２０）：非球面係数
【００５３】
また、表１の非球面係数の下方に、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５における対物レンズの焦点距離、バックフォーカス、第１面と第２面の有効径、有効半径を示す。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表２に、実施例５〜９で用いた第１の光学系のレンズデータ等を示す。この光学系の設計波長は４０５ｎｍ、対物レンズの光記録媒体側のＮＡは０．８５である。表２の面番号は光源側の面を１として、光源側から光記録媒体側に向かうに従い順次増加するように付しており、第１面および第２面が対物レンズに相当し、第３面および第４面が保護層に相当する。面間隔の単位はｍｍである。表２の光学系は、光記録媒体として記録層が１層の１層式のブルーレイディスクを想定したものである。
【００５６】
表２に示す対物レンズの両面はともに非球面であり、表２の第１面および第２面の曲率半径の欄には非球面と記載している。表２の非球面係数という見出しの下に、各面の光軸近傍での曲率Ｃ、非球面係数Ｋ、Ａｉ（ｉ＝３〜２０）を示す。光軸近傍での曲率Ｃの符号、各非球面係数の定義は、前述の表１で説明したものと同様である。また、表２の非球面係数の下方に、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０．８５における対物レンズの焦点距離、バックフォーカス、第１面と第２面の有効径、有効半径を示す。
【００５７】
【表３】
【００５８】
表３に、実施例１０で用いた第１の光学系のレンズデータ等を示す。この光学系の設計波長は４０４．７ｎｍ、対物レンズの光記録媒体側のＮＡは０．８５である。表３の面番号は光源側の面を１として、光源側から光記録媒体側に向かうに従い順次増加するように付しており、第１面および第２面が対物レンズに相当し、第３面および第４面が保護層に相当する。面間隔の単位はｍｍである。表３の光学系は、光記録媒体として記録層が１層の１層式のブルーレイディスクを想定したものである。
【００５９】
表３に示す対物レンズの両面はともに非球面であり、表３の第１面および第２面の曲率半径の欄には非球面と記載している。表３の非球面係数という見出しの下に、各面の光軸近傍での曲率Ｃ、非球面係数Ｋ、Ａｉ（ｉ＝３〜２０）を示す。光軸近傍での曲率Ｃの符号、各非球面係数の定義は、前述の表１で説明したものと同様である。また、表３の非球面係数の下方に、波長４０４．７ｎｍ、ＮＡ０．８５における対物レンズの焦点距離、バックフォーカス、第１面と第２面の有効径、有効半径を示す。
【００６０】
【表４】
【００６１】
表４に、実施例１〜１０にかかる各種データを示す。表４の「平行平板の材質」は、各実施例で用いた検査用の平行平板の材質（計算用平行平板の材質と同一）であり、実施例１、５のＮ−ＳＫ５、実施例２、８のＮ−ＬＡＫ７、実施例３のＮ−ＢＫ７、実施例６のＮ−ＳＫ１１、実施例７のＮ−ＬＡＫ２１、実施例１０のＮ−ＳＫ１６は全てＳＣＨＯＴＴ社製のガラス材質である。実施例４のＺｅｏｎｅｘ３３０Ｒは日本ゼオン株式会社製のプラスチック材質であり、実施例９のＡＰＬ５５１４ＭＬは三井化学株式会社社製のプラスチック材質である。
【００６２】
表４の「平行平板の屈折率Ｎｍ」は、各検査用の平行平板の屈折率であり、「平行平板の厚みＤｍ」は、球面収差が最小になるように補正した結果、設定された第４の光学系の計算用平行平板の厚み、すなわち、検査に用いられる検査用の平行平板の厚みである。表４の「保護層の屈折率Ｎｃ」は第１の光学系の保護層の屈折率であり、「保護層の厚みＤｃ」は第１の光学系の保護層の厚みである。厚みの単位は全てｍｍである。
【００６３】
表４の「第１の光学系の収差」、「第２の光学系の収差」、「第４の光学系の収差」は全て軸上波面収差のＲＭＳであり、軸上波面収差の単位は波長（λ）である。なお、本実施例の光学系では、軸上波面収差の値が小さくなっていれば、球面収差が補正されていると考えることができる。表４において、第１の光学系の収差に比べて第２の光学系の収差が大きいことから、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層の屈折率差に起因して球面収差が発生していることがわかる。また、第２の光学系の収差に比べて第４の光学系の収差は小さくなっており、第４の光学系の収差は第１の光学系の収差とほぼ同じか近い値となっていることから、検査用の平行平板の厚みを好適に設定することにより、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層の屈折率差に起因して発生した球面収差が良好に補正されていることがわかる。よって、このように厚みが設定された検査用の平行平板を用いて検査を行えば、検査用の平行平板と光記録媒体の保護層の屈折率差に起因して発生した球面収差の影響を非常に小さくすることができ、適正に検査することができる。
【００６４】
表４の「条件式の値」は、実施例１〜１０それぞれのＮｍ、Ｄｍ、Ｎｃ、Ｄｃを用いて０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）を算出した値、すなわち、上述した条件式（１）、（２）に対応する値である。また、図２に、実施例１〜１０のＮｍ、Ｄｍ、Ｎｃ、Ｄｃに対応する点を、Ｎｍ／Ｎｃを横軸に、Ｄｍ／Ｄｃを縦軸にとって示す。図２の２本の一点鎖線で囲まれた範囲が条件式（１）の数値範囲を意味し、図２の２本の破線で囲まれた範囲が条件式（２）の数値範囲を意味する。表４および図２から、実施例１〜１０全て、条件式（１）、（２）を満たしていることがわかる。
【００６５】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施例は、光記録媒体としてブルーレイディスクを想定したものであるが、光記録媒体として、ＣＤ、ＤＶＤ、ＬＤや他の短波長光用光記録媒体、例えば、いわゆるＡＯＤ（ＨＤ−ＤＶＤ）ディスク等を用いる場合も本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１ レンズ
２ 検査用の平行平板
３ 反射ミラー
４ 基準板
５ ビームスプリッタ
６ コリメータレンズ
７ 検査用光源
９ 撮像素子
１０ 演算部
１１ 表示部
１００ 検査装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射された光を光記録媒体の透光性の保護層を介して前記光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計された対物レンズを検査するために、該対物レンズにより集光された光の光路に前記保護層の代わりに挿入される検査用の平行平板であって、
前記保護層と異なる屈折率を有し、前記保護層と屈折率が異なることに起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定されていることを特徴とする検査用の平行平板。
【請求項２】
前記保護層の厚み、屈折率をそれぞれＤｃ、Ｎｃとし、前記平行平板の厚み、屈折率をそれぞれＤｍ、Ｎｍとしたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１記載の検査用の平行平板。
−０．０５≦０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）≦０．０５ … （１）
【請求項３】
前記対物レンズと前記平行平板とからなる光学系の球面収差が最小となるように厚みが設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の検査用の平行平板。
【請求項４】
前記対物レンズの前記光記録媒体側の開口数が０．８以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の検査用の平行平板。
【請求項５】
ガラス材質からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の検査用の平行平板。
【請求項６】
プラスチック材質からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の検査用の平行平板。
【請求項７】
光源から出射された光を光記録媒体の透光性の保護層を介して前記光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計された光記録媒体用の対物レンズを検査するにあたり、該対物レンズにより集光された光の光路に前記保護層の代わりとなる検査用の平行平板を挿入して検査する光記録媒体用の対物レンズの検査方法であって、
前記平行平板として、前記保護層と異なる屈折率を有し、前記平行平板と前記保護層の屈折率が異なることに起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定された平行平板を使用することを特徴とする光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
【請求項８】
前記保護層の厚み、屈折率をそれぞれＤｃ、Ｎｃとし、前記平行平板の厚み、屈折率をそれぞれＤｍ、Ｎｍとしたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項７記載の光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
−０．０５≦０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）≦０．０５ … （１）
【請求項９】
前記対物レンズと前記平行平板とからなる光学系の球面収差が最小となるように前記平行平板の厚みが設定されていることを特徴とする請求項７または８記載の光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
【請求項１０】
前記対物レンズの前記光記録媒体側の開口数が０．８以上であることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
【請求項１１】
前記平行平板が、ガラス材質からなることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
【請求項１２】
前記平行平板が、プラスチック材質からなることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
【請求項１】
光源から出射された光を光記録媒体の透光性の保護層を介して前記光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計された対物レンズを検査するために、該対物レンズにより集光された光の光路に前記保護層の代わりに挿入される検査用の平行平板であって、
前記保護層と異なる屈折率を有し、前記保護層と屈折率が異なることに起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定されていることを特徴とする検査用の平行平板。
【請求項２】
前記保護層の厚み、屈折率をそれぞれＤｃ、Ｎｃとし、前記平行平板の厚み、屈折率をそれぞれＤｍ、Ｎｍとしたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項１記載の検査用の平行平板。
−０．０５≦０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）≦０．０５ … （１）
【請求項３】
前記対物レンズと前記平行平板とからなる光学系の球面収差が最小となるように厚みが設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の検査用の平行平板。
【請求項４】
前記対物レンズの前記光記録媒体側の開口数が０．８以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の検査用の平行平板。
【請求項５】
ガラス材質からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の検査用の平行平板。
【請求項６】
プラスチック材質からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の検査用の平行平板。
【請求項７】
光源から出射された光を光記録媒体の透光性の保護層を介して前記光記録媒体の所定の位置に集光させるように設計された光記録媒体用の対物レンズを検査するにあたり、該対物レンズにより集光された光の光路に前記保護層の代わりとなる検査用の平行平板を挿入して検査する光記録媒体用の対物レンズの検査方法であって、
前記平行平板として、前記保護層と異なる屈折率を有し、前記平行平板と前記保護層の屈折率が異なることに起因して発生する球面収差を補正するように厚みが設定された平行平板を使用することを特徴とする光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
【請求項８】
前記保護層の厚み、屈折率をそれぞれＤｃ、Ｎｃとし、前記平行平板の厚み、屈折率をそれぞれＤｍ、Ｎｍとしたとき、下記条件式（１）を満たすことを特徴とする請求項７記載の光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
−０．０５≦０．３１４１×（Ｎｍ／Ｎｃ）＋０．６８７０１−（Ｄｍ／Ｄｃ）≦０．０５ … （１）
【請求項９】
前記対物レンズと前記平行平板とからなる光学系の球面収差が最小となるように前記平行平板の厚みが設定されていることを特徴とする請求項７または８記載の光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
【請求項１０】
前記対物レンズの前記光記録媒体側の開口数が０．８以上であることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
【請求項１１】
前記平行平板が、ガラス材質からなることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
【請求項１２】
前記平行平板が、プラスチック材質からなることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の光記録媒体用の対物レンズの検査方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２４４６４８（Ｐ２０１０−２４４６４８Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９４５３９（Ｐ２００９−９４５３９）
【出願日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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