JP2006134526A - Objective lens and optical pickup unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光によって光情報記録媒体への情報の記録、再生を行う光ピックアップ装置に用いられる対物レンズ、及び光ピックアップ装置に関する。 The present invention relates to an objective lens used in an optical pickup device that records and reproduces information on an optical information recording medium using a laser beam, and an optical pickup device.
ディスク状の光情報記録媒体としては、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）などが広く用いられ、最近では、短波長の青色レーザを用いる高記録密度の光ディスク（以下、青色レーザ光ディスクという）が実用化されつつある。 As a disc-shaped optical information recording medium, a digital video disc (DVD), a compact disc (CD), and the like are widely used. Recently, a high recording density optical disc using a short wavelength blue laser (hereinafter referred to as a blue laser optical disc). ) Is being put into practical use.
青色レーザ光ディスク又はＤＶＤの記録又は再生を行うのに適する光ピックアップ装置の例として、例えば特開２０００−９０４７７号公報（特許文献１）には、合成樹脂又はガラス材料からなる集光レンズを有する基準レンズと、この基準レンズに密着した紫外線硬化樹脂材料からなる密着レンズとにより構成される複合レンズを対物レンズとして用いた光ピックアップが開示されている。この従来例によれば、波長６５０ｎｍ程度の赤色レーザ光と波長４３０ｎｍ程度の青色レーザ光との２つの波長のレーザ光に対して色収差を補償することが可能であるとされている。 As an example of an optical pickup device suitable for recording or reproducing a blue laser optical disk or DVD, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-90477 (Patent Document 1) has a reference having a condensing lens made of a synthetic resin or a glass material. There has been disclosed an optical pickup using a compound lens composed of a lens and a contact lens made of an ultraviolet curable resin material in close contact with the reference lens as an objective lens. According to this conventional example, it is said that chromatic aberration can be compensated for laser light having two wavelengths, that is, red laser light having a wavelength of about 650 nm and blue laser light having a wavelength of about 430 nm.
上記のような短波長の半導体レーザや高い開口数（以下、ＮＡという）の対物レンズとを組み合わせる光ピックアップ装置では、半導体レーザの微少な発振波長の変化による対物レンズの軸上色収差が問題となる。対物レンズの焦点深度は、ｋλ／ＮＡ２（ここで、ｋは比例定数、λは波長、ＮＡは対物レンズの開口数）で表されるが、光学系の仕様波長が短いほど焦点深度が小さくなるために、わずかなデフォーカス量も許されなくなる。波長が４００ｎｍ程度の青色光を発振する半導体レーザのような短波長の光源と高ＮＡの対物レンズを用いた光ピックアップ装置では、半導体レーザのモードホップ現象等による波長変化が光ピックアップ装置の性能へ及ぼす影響が大きく、波長変化によって焦点位置ズレが生じ、光情報記録媒体への読み取り、書き込みができなくなることが起こり得る。また、性能の確保のために軸上色収差補正用に追加の部品が必要になり、部品点数の増加、組み立て工程の複雑化などの影響がある。 In an optical pickup device combined with a short-wavelength semiconductor laser and an objective lens having a high numerical aperture (hereinafter referred to as NA) as described above, axial chromatic aberration of the objective lens due to a slight change in the oscillation wavelength of the semiconductor laser becomes a problem. . The depth of focus of the objective lens is represented by kλ / NA 2 (where k is a proportional constant, λ is the wavelength, and NA is the numerical aperture of the objective lens). The shorter the specified wavelength of the optical system, the smaller the depth of focus. Therefore, a slight defocus amount is not allowed. In an optical pickup device using a short-wavelength light source such as a semiconductor laser that oscillates blue light having a wavelength of about 400 nm and an objective lens having a high NA, the wavelength change due to the mode hop phenomenon or the like of the semiconductor laser leads to the performance of the optical pickup device. The influence is large, and the focal position shift occurs due to the change in wavelength, and reading and writing to the optical information recording medium cannot be performed. In addition, additional parts are required for axial chromatic aberration correction to ensure performance, and this has the effect of increasing the number of parts and complicating the assembly process.
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、小型のレンズにおいて、使用波長範囲での波面収差を小さく抑えられ、かつ、光の波長変動による焦点位置ズレを小さくできる対物レンズ及び光ピックアップ装置の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described drawbacks, and in a small lens, an objective lens capable of suppressing the wavefront aberration in the use wavelength range to be small and reducing the focal position shift due to the wavelength variation of light. An object is to provide an optical pickup device.
本発明は、光情報記録媒体に対して情報の記録または再生を行う光学系に用いる対物レンズであって、凸レンズ状の第１のレンズと、該第１のレンズのレンズ面に密着又はほぼ密着して接合又は接着された凹レンズ状の第２のレンズとを有し、これらのレンズの２面共がそれぞれ非球面に構成され、レンズ外径が３．０ｍｍφ以下の複合レンズであり、前記光情報記録媒体側の開口数が０．８０〜０．８７で、波長３８５〜４２０ｎｍの光に対する前記第１のレンズの材質の屈折率が１．７５〜２．２０、前記第２のレンズの材質の屈折率が１．２０〜２．２０であり、前記第１のレンズの中心厚をｔ１、前記第２のレンズの中心厚をｔ２としたとき、ｔ１とｔ２との間に、
ｔ１／ｔ２＜１２
が成立する対物レンズを提供する。
The present invention is an objective lens used in an optical system for recording or reproducing information on an optical information recording medium, and is in close contact or almost in close contact with the first lens having a convex lens shape and the lens surface of the first lens. A concave lens-shaped second lens bonded or bonded to each other, and both surfaces of these lenses are each aspherical, and the lens outer diameter is a compound lens having a diameter of 3.0 mmφ or less. The numerical aperture on the information recording medium side is 0.80 to 0.87, the refractive index of the material of the first lens for light with a wavelength of 385 to 420 nm is 1.75 to 2.20, and the material of the second lens. a refractive index of 1.20 to 2.20, a center thickness of the first lens t 1, the center thickness of the second lens when the t 2, between t 1 and t 2 ,
t 1 / t 2 <12
An objective lens satisfying the above is provided.
また、前記第２のレンズの中心厚ｔ２が、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである上記対物レンズを提供する。 The center thickness t 2 of the second lens, provides the objective lens is 0.1 mm to 0.5 mm.
また、前記第２のレンズの材質の波長３８５〜４２０ｎｍの光に対する屈折率が１．７５〜２．２０である上記対物レンズを提供する。 Further, the objective lens according to the present invention, wherein a refractive index of the second lens material with respect to light having a wavelength of 385 to 420 nm is 1.75 to 2.20.
また、当該対物レンズと前記光情報記録媒体との間の作動距離をＬ、前記対物レンズへの光源からの入射光束径をＥとしたとき、ＬとＥとの間に、
Ｌ／Ｅ＞１／１０
が成立する上記対物レンズを提供する。
Further, when the working distance between the objective lens and the optical information recording medium is L, and the incident light beam diameter from the light source to the objective lens is E, between L and E,
L / E> 1/10
The objective lens in which is satisfied is provided.
また、前記第１のレンズと前記第２のレンズのそれぞれの接合面は、同形の非球面である上記対物レンズを提供する。 In addition, the objective lens according to the first aspect, wherein the cemented surfaces of the first lens and the second lens are aspherical surfaces having the same shape.
また、本発明は、波長３８５〜４２０ｎｍのレーザ光を出射する光源と、前記光源からの光を光情報記録媒体の情報記録面に集光する請求項１〜５のいずれかに記載の対物レンズと、前記光情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子と、前記光源からの出射光を前記対物レンズに導くとともに、前記光情報記録媒体から前記対物レンズを通じて入射した反射光を前記受光素子に導く光学媒体とを有し、前記光情報記録媒体に対して情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置を提供する。
Further, the present invention provides a light source that emits laser light having a wavelength of 385 to 420 nm, and the objective lens according to any one of
本発明によれば、小型のレンズにおいて、使用波長範囲での波面収差を小さく抑えられ、かつ、光の波長変動による焦点位置ズレを小さくできる対物レンズ及び光ピックアップ装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an objective lens and an optical pickup device that can suppress a wavefront aberration in a use wavelength range in a small lens and can reduce a focal position shift due to a wavelength variation of light.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の対物レンズの一実施例の構成図であり、図２は本発明の光ピックアップ装置の一実施例の構成図である。図１、２はともに光軸を通り光軸に平行な断面を光軸に対して垂直な方向から見た断面図である。以下の説明において、特記しない場合には、寸法、距離及び間隔の単位はｍｍとし、方向は図面上での方向をいうものとする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of an objective lens of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of an optical pickup device of the present invention. 1 and 2 are sectional views of a cross section passing through the optical axis and parallel to the optical axis as viewed from a direction perpendicular to the optical axis. In the following description, unless otherwise specified, the unit of dimension, distance, and interval is mm, and the direction is the direction on the drawing.
本発明の一実施例の対物レンズ１は、基準レンズ１ａと密着レンズ１ｂで構成される複合レンズであり、光源から出射された光束を光情報記録媒体の保護層１００を介して情報記録面１０２に集光して、情報の記録又は再生を行う光学系に用いられる対物レンズである。光情報記録媒体としては、例えば、短波長の青色レーザを用いる高記録密度の光ディスク（青色レーザ光ディスク）が用いられるが、これに限定されない。本発明において、青色レーザ光ディスクに対して記録又は再生する際には、波長３８５〜４２５ｎｍ（以下、青色レーザ波長ともいう）の光を用いる。
An
図１において、基準レンズ１ａの光源側の面（対物レンズ１の光源側の面）を第１面１１、基準レンズ１ａの光情報記録媒体側の面を第２面１２、密着レンズ１ｂの光源側の面を第３面１３、密着レンズ１ｂの光情報記録媒体側の面（対物レンズ１の光情報記録媒体側の面）を第４面１４とする。また、光情報記録媒体の保護層１００の光源側の面１０１を第５面、光情報記録媒体の情報記録面１０２を第６面とする。
In FIG. 1, the light source side surface of the reference lens 1a (the light source side surface of the objective lens 1) is the
基準レンズ１ａの両側は非球面形状を有し、密着レンズ１ｂの両面も非球面形状を有する。基準レンズ１ａと密着レンズ１ｂとは、密着又はほぼ密着して接合又は接着されているため、基準レンズ１ａの密着レンズ１ｂ側の第２面１２と密着レンズ１ｂの基準レンズ１ａ側の第３面１３とは同じ又はほぼ同じ非球面形状を有しているものとする。また、基準レンズ１ａと密着レンズ１ｂとは、それぞれの材質が異なるものである。なお、図１に示す例のように、密着レンズ１ｂの周縁部分を保持枠１５として利用してもよいし、光軸６に平行な断面形状が略四角形である輪帯形状の保持枠を別に設けてもよい。
Both sides of the reference lens 1a have an aspheric shape, and both surfaces of the contact lens 1b also have an aspheric shape. Since the reference lens 1a and the contact lens 1b are bonded or bonded in close contact or substantially in close contact, the
本発明の対物レンズ１が本発明の光ピックアップ装置に用いられる場合には、基準レンズ１ａは光源側に配されることが好ましい。基準レンズ１ａの両側は非球面形状を有し、密着レンズ１ｂの両面も非球面形状を有する。
When the
本発明の対物レンズ１は、主に青色レーザ光ディスクに用いられるものであり、小型化、軽量化のために、外径は０．５〜３．０ｍｍφとするのが好ましい。この場合、最大の入射光束径は２．０ｍｍφ以下とするのが好ましい。なお、最大の入射光束径は、光源からの光束を絞りで絞らない限り、対物レンズの光源側の有効径と一致する。
The
本発明の対物レンズ１の外径を０．５ｍｍφ以上としたのは、０．５ｍｍφ未満であると、第１面１１の面形状の曲率が小さくなり、曲率半径が０．５ｍｍＲ以上となる可能性が高くなるため、金型加工が容易であり、加工精度が低下しないからである。
The reason why the outer diameter of the
なお、本発明の対物レンズ１の外径とは、基準レンズ１ａの外径が密着レンズ１ｂの外径より大きい場合には基準レンズ１ａの外径をいい、基準レンズ１ａの外径が密着レンズ１ｂの外径より小さい場合には、密着レンズ１ｂの外径をいうものとする。
The outer diameter of the
基準レンズ１ａの厚さと密着レンズ１ｂの厚さとは、対物レンズ１の外径によっても影響を受けるが、基準レンズ１ａは大きな屈折力を必要とするので、基準レンズ１ａの入射面側の頂点曲率及び形状の深さは大きくなり、かつ、基準レンズ１ａの周縁厚もある程度の厚さを確保する必要があるため、基準レンズ１ａの中心厚は密着レンズ１ｂの厚さよりも厚くなる傾向がある。
The thickness of the reference lens 1a and the thickness of the contact lens 1b are also affected by the outer diameter of the
しかし、対物レンズの作動距離をできるだけ長くするためには、基準レンズ１ａの中心厚はできるだけ薄いことが好ましい。外径０．５〜３．０ｍｍφの対物レンズにおいては、基準レンズ１ａの中心厚は約０．５ｍｍ〜２．０ｍｍが好ましい。 However, in order to make the working distance of the objective lens as long as possible, the center thickness of the reference lens 1a is preferably as thin as possible. In an objective lens having an outer diameter of 0.5 to 3.0 mmφ, the center thickness of the reference lens 1a is preferably about 0.5 mm to 2.0 mm.
密着レンズ１ｂの厚さ（中心厚に限定されない）は、製造しやすくするため、かつ、光の透過損失を少なくするため０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ、特には０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。また、同様の理由により、密着レンズ１ｂの中心厚は、０.０１〜０.５ｍｍが好ましい。 The thickness (not limited to the center thickness) of the close contact lens 1b is 0.01 mm to 0.5 mm, particularly 0.1 to 0.5 mm, in order to facilitate manufacture and reduce light transmission loss. It is preferable. For the same reason, the center thickness of the contact lens 1b is preferably 0.01 to 0.5 mm.
また、基準レンズ１ａの中心厚をｔ１、密着レンズ１ｂの中心厚をｔ２としたとき、ｔ１とｔ２との間に、
ｔ１／ｔ２＜１２
が成立することが好ましい。このように基準レンズ１ａ及び密着レンズ１ｂの厚さを設定することにより、小径ながらも作製が容易な厚さの複合レンズが得られる。
Moreover, the center thickness of the reference lens 1a t 1, the center thickness of the contact lens 1b when the t 2, between the t 1 and t 2,
t 1 / t 2 <12
Is preferably established. Thus, by setting the thicknesses of the reference lens 1a and the close contact lens 1b, a composite lens having a small diameter but easy to manufacture can be obtained.
基準レンズ１ａの材質及び密着レンズ１ｂの材質は、鉛のような環境に有害な材料を含まないものを用いることが好ましい。さらに、成形時の金型寿命を長くして、安価で製作しやすくするためにも、基準レンズ１ａの材質及び密着レンズ１ｂの材質にガラスを用いる場合には、このガラスのガラス転移温度は５５０℃以下とすることが好ましい。 As the material of the reference lens 1a and the material of the contact lens 1b, it is preferable to use a material that does not contain an environmentally harmful material such as lead. Further, in order to prolong the mold life at the time of molding and make it easy to manufacture at low cost, when glass is used for the material of the reference lens 1a and the material of the contact lens 1b, the glass transition temperature of this glass is 550. It is preferable to set it as below ℃.
本発明において、作動距離をできるだけ長くするために、基準レンズ１ａの材質の、３８５ｎｍ〜４２５ｎｍの波長の光に対する屈折率は１．７５〜２．２０が好ましい。より好ましくは１．８０〜２．２０、特に好ましくは、１．９０〜２．２０である。基準レンズ１ａの材質としては、光学用のガラスが好ましい。 In the present invention, in order to make the working distance as long as possible, the refractive index of the material of the reference lens 1a with respect to light having a wavelength of 385 nm to 425 nm is preferably 1.75 to 2.20. More preferably, it is 1.80 to 2.20, and particularly preferably 1.90 to 2.20. As the material of the reference lens 1a, optical glass is preferable.
屈折率の大きい光学用のガラス材料としては、ＴｅＯ２、Ｌａ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５等の高屈折率に寄与する成分を多く含有するガラス材料が好ましい。このガラス材料は３８５〜４２５ｎｍの青色レーザ波長の光の吸収率が小さく、青色レーザ波長の光の透過率に優れているためである。また、このガラス材料は５５０℃以下のガラス転移温度を有するものが多いため、このガラス材料を本発明の基準レンズ１ａに用いた場合に、ガラスプレス成形により基準レンズ１ａを製作する際、容易に加工できるためである。 As an optical glass material having a large refractive index, a glass material containing many components contributing to a high refractive index such as TeO 2 , La 2 O 3 and Ta 2 O 5 is preferable. This is because this glass material has a low absorptance of light with a blue laser wavelength of 385 to 425 nm and is excellent in transmittance of light with a blue laser wavelength. Further, since many of these glass materials have a glass transition temperature of 550 ° C. or lower, when this glass material is used for the reference lens 1a of the present invention, it is easy to produce the reference lens 1a by glass press molding. This is because it can be processed.
しかし、これに限定されず、青色レーザ波長の光の吸収率が小さく、青色レーザ波長の光の透過率に優れているガラス材料であれば、使用できる。また、屈折率の大きい光学用のガラス材料としては、できるだけ鉛を含有しないガラス材料がより好ましい。鉛を含有しないガラス材料は、鉛が青色レーザ波長の光の吸収率が大きいため、青色レーザ波長の光の透過率に優れているためである。したがって、本発明の基準レンズ１ａに用いるガラス材料としては、ＴｅＯ２、Ｌａ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５等の高屈折率に寄与する成分を多く含有するガラス材料であって鉛を含有しないガラス材料がより好ましい。 However, the present invention is not limited to this, and any glass material can be used as long as it has a low absorption rate of light of the blue laser wavelength and an excellent transmittance of light of the blue laser wavelength. Moreover, as an optical glass material having a large refractive index, a glass material containing as little lead as possible is more preferable. This is because a glass material that does not contain lead is superior in transmittance of light of the blue laser wavelength because lead has a large absorption rate of light of the blue laser wavelength. Therefore, as a glass material used for the reference lens 1a of the present invention, a glass material containing many components contributing to a high refractive index such as TeO 2 , La 2 O 3 and Ta 2 O 5 and not containing lead. A material is more preferred.
密着レンズ１ｂの材質の、３８５ｎｍ〜４２５ｎｍの波長の光に対する屈折率は１．２０〜２．２０が好ましい。より好ましくは１．７５〜２．２０である。基準レンズ１ａと組合せを考慮する場合、密着レンズ１ｂの非球面形状を緩やかにして加工しやすくするためである。 The refractive index of the material of the close contact lens 1b with respect to light having a wavelength of 385 nm to 425 nm is preferably 1.20 to 2.20. More preferably, it is 1.75 to 2.20. This is because when the combination with the reference lens 1a is taken into account, the aspherical shape of the contact lens 1b is made gentle so that it can be easily processed.
密着レンズ１ｂの材質としては、３８５ｎｍ〜４２５ｎｍの波長の光に対し高透過率を有し、かつ、基準レンズ１ａに対して密着性に優れる、光学ガラス材料又は合成樹脂材料が好ましい。また、合成樹脂材料を用いる場合は、低分散性、高透過率、耐熱性、耐水性などの良好な材料であることが好ましい。これらの性質は光ピックアップ装置用の対物レンズとして備えることが好ましい条件だからである。特に、基準レンズ１ａと密着レンズ１ｂの双方を高屈折率の光学ガラス材料で構成することにより、高開口数（ＮＡ）のレンズの非球面形状が実現でき、耐久性に優れた複合レンズが得られる。 The material of the contact lens 1b is preferably an optical glass material or a synthetic resin material that has a high transmittance with respect to light having a wavelength of 385 nm to 425 nm and is excellent in adhesion to the reference lens 1a. Further, when a synthetic resin material is used, it is preferably a good material such as low dispersibility, high transmittance, heat resistance, and water resistance. This is because these properties are preferably provided as an objective lens for an optical pickup device. In particular, by constituting both the reference lens 1a and the contact lens 1b with an optical glass material having a high refractive index, an aspherical shape of a lens having a high numerical aperture (NA) can be realized, and a compound lens having excellent durability can be obtained. It is done.
密着レンズ１ｂの材質に用いるガラス材料としては、ＴｅＯ２、ＺｎＯ、及びＮａ２Ｏを主成分とする高屈折率の光学ガラス材料が好ましい。また、合成樹脂材料の例として、ポリオレフィン系合成樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、オレフィン系樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの合成樹脂材料の中で、ポリオレフィン系合成樹脂が好ましい。ポリオレフィン系合成樹脂の中には、ポリオレフィン系合成樹脂の２ｍｍ厚の板状体を透過する４００ｎｍ以上の波長の光透過率も約９０％と高いものもあるからである。このポリオレフィン系合成樹脂には青色レーザ波長の光での屈折率が１．５５９７のものもあり、密着レンズ１ｂの材質として適している。 As a glass material used for the material of the close contact lens 1b, an optical glass material having a high refractive index mainly composed of TeO 2 , ZnO, and Na 2 O is preferable. Examples of the synthetic resin material include polyolefin-based synthetic resins, polycarbonate, polystyrene, acrylic, PMMA (polymethyl methacrylate), olefin-based resins, fluororesins, and the like. Of these synthetic resin materials, polyolefin-based synthetic resins are preferable. This is because some of the polyolefin-based synthetic resins have a high light transmittance of about 90% at a wavelength of 400 nm or more that passes through the 2 mm-thick plate-like body of the polyolefin-based synthetic resin. Some of these polyolefin-based synthetic resins have a refractive index of 1.5597 with light of a blue laser wavelength, and are suitable as a material for the contact lens 1b.
基準レンズ１ａに密着レンズ１ｂを接着する際、接着剤を用いる場合には、基準レンズ１ａと密着レンズ１ｂとの間に接着剤からなる接着層が介在するため、光学設計をする際には、この接着層の厚さ及び屈折率を考慮することが好ましい。この接着剤からなる接着層の厚さは、できるだけ対物レンズ１の光学特性に影響を与えないために０．０１〜２０μｍ、特には０．０１〜１０μｍが好ましい。
When an adhesive is used when adhering the contact lens 1b to the reference lens 1a, an adhesive layer made of an adhesive is interposed between the reference lens 1a and the contact lens 1b. It is preferable to consider the thickness and refractive index of the adhesive layer. The thickness of the adhesive layer made of this adhesive is preferably 0.01 to 20 μm, particularly preferably 0.01 to 10 μm so as not to affect the optical characteristics of the
本発明の対物レンズ１の最外周部（図１に示す例では、保持枠１５）は、強度を高めるためにガラス材料からなることが好ましい。しかし、光ピックアップ装置に本発明の対物レンズ１を取付ける場合には、対物レンズ１を固定する際、偏芯が生じるので、光源からの光束を確保し、用いる対物レンズ１の非球面を有効に活用することが好ましい。そのため、対物レンズ１の外径を３．０ｍｍφ以下とする場合、入射光束径は２．０ｍｍφ以下と小さくすることが好ましく、作動距離が小さくなる傾向がある。
The outermost peripheral portion (the holding
したがって、本発明において、対物レンズ１の外径が０．５〜３．０ｍｍφである場合、光源からの光の入射光束径Ｅ、前記対物レンズと光情報記録媒体との間の作動距離Ｌとの間に、光源からの光の波長が３８５ｎｍ〜４２５ｎｍの青色レーザ波長である場合、Ｌ／Ｅ＞１／１０が成立するように基準レンズ１ａの屈折率、基準レンズ１ａの非球面形状、密着レンズ１ｂの屈折率及び密着レンズ１ｂの非球面形状が設定されていることが好ましい。
Therefore, in the present invention, when the outer diameter of the
本発明において、上記Ｌ／Ｅの範囲を得るために、対物レンズ１の外径が０．５〜３．０ｍｍφである場合には、青色レーザ波長での基準レンズ１ａの屈折率が１．８０〜２．２０、特には１．９０〜２．２０が好ましい。
In the present invention, in order to obtain the L / E range, when the outer diameter of the
前述したとおり、本発明において、対物レンズ１の外径が３．０ｍｍφ以下であっても、設計上、対物レンズ１に入射する光束のサイズを外径に近づくように大きくすれば、長い作動距離を得ることは可能である。しかし、対物レンズ１を光ピックアップ装置に確実に取付け、固定するためには、対物レンズ１の有効径外の周辺部又は保持枠１５の大きさ及び面積を十分にとることが好ましい。そこで、対物レンズ１の入射側の有効径としては、外径３．０ｍｍφ程度の対物レンズ１では、入射光束径は２．０ｍｍφ以下、対物レンズ１の入射側の面径は２．０〜２．３ｍｍφが好ましい。
As described above, in the present invention, even if the outer diameter of the
さらに、これより有効径を大きくし、対物レンズ１のレンズ面径を大きくして長い作動距離を得ようとすると、保持枠１５の形状が小さくなり過ぎて、光ピックアップ装置に取付け固定した場合に、サーボ駆動信頼性が低下する問題が生じるおそれがある。
Furthermore, if the effective diameter is made larger than this and the lens surface diameter of the
本発明の対物レンズの光情報記録媒体側の開口数（ＮＡ）については、青色レーザ波長の光を用いて青色レーザ光ディスクを記録又は再生する際には、ＮＡは０．８０〜０．８７、特には０．８３〜０．８７が好ましい。 Regarding the numerical aperture (NA) of the objective lens of the present invention on the optical information recording medium side, when recording or reproducing a blue laser optical disk using light of a blue laser wavelength, NA is 0.80 to 0.87, In particular, 0.83-0.87 is preferable.
対物レンズ１の光学特性を向上させるために、第１面１１の頂点における曲率半径は０．２〜８．０ｍｍであることが好ましい。
In order to improve the optical characteristics of the
光源から出射して前記対物レンズへ入射する光の波長が中心波長、例えば青色レーザの波長４０５ｎｍから±１ｎｍ変動するとき、波面収差の平方自乗平均値における最良像点位置の変動が±０．２μｍ以下であるような対物レンズとすることが波長分散性能が優れていて好ましい。最良像点位置の変動が±０．１μｍ以下であることが、さらに好ましい。また、最良像点位置の変動が±０．０５μｍ以下であることが、波長分散性能がさらに優れていて特に好ましい。このとき、前記基準レンズの屈折率が、前記密着レンズの屈折率よりも小さくされている対物レンズとすることが好ましい。 When the wavelength of the light emitted from the light source and incident on the objective lens fluctuates by ± 1 nm from the center wavelength, for example, the wavelength of 405 nm of the blue laser, the fluctuation of the best image point position in the mean square value of the wavefront aberration is ± 0.2 μm. It is preferable that the objective lens has the following wavelength dispersion performance. More preferably, the variation in the best image point position is ± 0.1 μm or less. Further, it is particularly preferable that the fluctuation of the best image point position is ± 0.05 μm or less because the wavelength dispersion performance is further excellent. At this time, it is preferable to use an objective lens in which the refractive index of the reference lens is smaller than the refractive index of the contact lens.
また、対物レンズ１の光学特性を向上させるために、密着レンズ１ｂの有効径内において、密着レンズ１ｂの中心厚が密着レンズ１ｂの中心以外の部分の厚さより薄く、かつ、波面収差が最も小さくなるような厚さであることが好ましい。
Further, in order to improve the optical characteristics of the
次に、図２を参照して本発明の対物レンズ１を用いた光ピックアップ装置について説明する。図２において、４１は光源、４２は補助レンズ、６は光軸、８は入射瞳面、４３は受光素子、１１０は光情報記録媒体（青色レーザ光ディスク）、１０２は青色レーザ光ディスク１１０の情報記録面、１００は青色レーザ光ディスク１１０の保護層、ＷＤは青色レーザ光ディスク１１０を記録又は再生する場合の作動距離である。作動距離は対物レンズ１と光情報記録媒体１１０との最短間隔であり、前述したＬに相当する。入射瞳面８は第１面１１の頂点に接する。
Next, an optical pickup device using the
なお、作動距離ＷＤは、光情報記録媒体側の密着レンズ１ｂの面（有効径に限定されない）で光情報記録媒体側に最も近い部分（図２に示す例では第４面１４）と光情報記録媒体との間隔となる。図２に示す例では、密着レンズの光情報記録媒体側の面のうち密着レンズの中心部及び周縁部に近い部分が光情報記録媒体側に最も近い部分であるので、各作動距離はこの部分と光情報記録媒体との間隔になる。
Incidentally, the working distance W D is the portion closest in terms of the adhesion lens 1b of the optical information recording medium side (but not limited to effective diameter) on the optical information recording medium side (the
図２に示す例では、基準レンズ１ａが光源４１側に配されており、密着レンズ１ｂが光情報記録媒体１１０側に配されている。このような向きに対物レンズ１が配されていることが対物レンズ１の光学特性を向上させる点で好ましいが、これに限定されず、基準レンズ１ａが光情報記録媒体１１０側に配されており、密着レンズ１ｂが光源４１側に配されていても使用できる。
In the example shown in FIG. 2, the reference lens 1a is disposed on the
また、図２において、５１は光情報記録媒体１１０を記録又は再生する場合の有効径内の、光軸６以外の光路を通過する任意の光線、５２は入射瞳面８と光線５１との交点、５３は第１面１１と光線５１との交点、５４は第２面１２（第３面１３）と光線５１との交点、５５は第４面１４と光線５１との交点、５６は保護層１００の光源側の面と光線５１との交点、５７は情報記録面１０２と光線５１との交点である。
In FIG. 2, 51 is an arbitrary ray that passes through an optical path other than the
以下、本発明の対物レンズ１を光ピックアップ装置に用いた場合について生じる光学現象を以下に説明する。
Hereinafter, optical phenomena that occur when the
青色レーザ光ディスク１１０を記録又は再生する場合、光源４１からの青色レーザ波長（３８５〜４２５ｎｍ）の光は、補助レンズ４２、対物レンズ１、青色レーザ光ディスク１１０の保護層１００の順に透過して情報記録面１０２に集光されビームスポットが形成される。青色レーザ光ディスク１１０の情報記録面１０２により反射された光は、保護層１００、対物レンズ１、補助レンズ４２の順に透過して受光素子４３に集光される。この場合、補助レンズ４２を透過した後の光線５１は、交点５２、交点５３、交点５４、交点５５、交点５６、交点５７の順に通過して情報記録面１０２に集光され、情報記録面１０２により反射された光は通過して来た光路を戻ることとなる。
When recording or reproducing the blue laser
なお、本発明の対物レンズ１及び本発明の光ピックアップ装置は、図２の実施例に限定されず、例えば、光源４１及び受光素子４３は図２に示す位置に配されていなくともよい。また、ハーフミラー及びビームスプリッタ等の光学媒体が光軸６上に配されていてもよい。また、受光素子４３と光源４１とが同じ位置に配設されるものに限定されず、光源４１と受光素子４３とを別々の位置に配設するとともに、光軸６上にハーフミラー等の光学媒体を配設し、この光学媒体により光情報記録媒体からの反射光を、光軸６上以外の位置に配されている受光素子４３に集光させるようにしてもよい。
The
図２に示す例では、青色レーザ光ディスク１１０を記録又は再生する際には、光源４１からの光を補助レンズ４２により平行光にして対物レンズ１を透過させて青色レーザ光ディスク１１０の情報記録面１０２に集光させ、情報記録面１０２からの反射光を対物レンズ１を透過させて受光素子４３に照射させ情報記録面１０２のデータを記録又は再生している。すなわち、この例では、青色レーザ光ディスク１１０を記録又は再生する際には、補助レンズ４２はコリメータレンズとして機能するように補助レンズ４２の仕様が設定されている。したがって、この場合、対物レンズ１は無限系レンズとして機能している。
In the example shown in FIG. 2, when recording or reproducing the blue laser
ここで、基準レンズ１ａの中心厚（光軸上の間隔）をｔ１、密着レンズ１ｂの中心厚（光軸上の間隔）をｔ２、基準レンズの材質の青色レーザ波長の光に対する屈折率をｎａ２、密着レンズの材質の青色レーザ波長の光に対する屈折率をｎａ３とする。 Here, the center thickness (interval on the optical axis) of the reference lens 1 a is t 1 , the center thickness (interval on the optical axis) of the contact lens 1 b is t 2 , and the refractive index of the reference lens material with respect to light of the blue laser wavelength. N a2 , and the refractive index of the material of the contact lens with respect to light of the blue laser wavelength is n a3 .
従来の単レンズにおいては、下記実施例の例４（比較例）に示したように、波長３８５〜４２０ｎｍの範囲にある特定の波長、例えば４０８ｎｍを中心波長とするとき、この中心波長から±１ｎｍ変動した４０９及び４０７ｎｍに対する波面収差の最良像点位置は、中心波長のそれから±０．３μｍ以上ずれてしまう。 In the conventional single lens, as shown in Example 4 (comparative example) of the following example, when a specific wavelength in the wavelength range of 385 to 420 nm, for example, 408 nm is set as the central wavelength, ± 1 nm from this central wavelength. The best image point position of wavefront aberration with respect to the changed 409 and 407 nm deviates by ± 0.3 μm or more from that of the center wavelength.
単レンズにおいて、上記のずれを低減させるためには、波長変動に対する屈折率変化の非常に小さい硝材が必要であり、現在このような硝材は殆ど知られていない。 In order to reduce the above-described deviation in a single lens, a glass material having a very small refractive index change with respect to a wavelength variation is required, and such a glass material is hardly known at present.
一般に、最良像点位置における波面収差は、後述する（１）式から（３）式で示す光路長収差から計算され、最終的には（４）式で求まる値が（５）式を満足するような小さい値になれば良好に波面収差が補正されたと見なすことができる。 In general, the wavefront aberration at the best image point position is calculated from the optical path length aberration expressed by the following equations (1) to (3), and finally the value obtained by the equation (4) satisfies the equation (5). If such a small value is obtained, it can be considered that the wavefront aberration is corrected satisfactorily.
また、レンズに入射する任意の光線に対して、（３）式は（６）式のようにレンズの光路長差で表すことができる。すなわち、各レンズにおける波長変動に基づく光路長変化と屈折率変化との積を加え合わせたものを最適化することにより、波面収差を最小にできかつその最良像点位置のずれを小さくできる。 Further, for an arbitrary ray incident on the lens, the expression (3) can be expressed by the optical path length difference of the lens as in the expression (6). That is, by optimizing the product of the optical path length change and the refractive index change based on the wavelength variation in each lens, the wavefront aberration can be minimized and the shift of the best image point position can be reduced.
本発明では、屈折率の異なる２枚のレンズからなる複合レンズを用いて、波長３８５〜４２０ｎｍの範囲にある上記２つの最良像点位置のずれを中心波長のそれから±０．２μｍ以内に収めることを目指している。以下、その説明を行う。 In the present invention, by using a compound lens composed of two lenses having different refractive indexes, the deviation of the two best image point positions in the wavelength range of 385 to 420 nm is within ± 0.2 μm from that of the center wavelength. The aims. This will be described below.
対物レンズ１（密着レンズ１ｂ）と青色レーザ光ディスク１１０との光軸上の間隔をｔａ４、保護層１００の厚さをｔａ５、その屈折率をｎａ５とし、対物レンズの前後の媒体は空気であって、空気の屈折率は１．０とするとき、青色レーザ光ディスク１１０を記録又は再生する際には、光軸６上で入射瞳面８から情報記録面１０２までの光路長ＡＰ０は、以下の（１）式で表される。
ＡＰ０＝ｎａ２・ｔ１＋ｎａ３・ｔ２＋ｔａ４＋ｎａ５・ｔａ５ …（１）
The distance on the optical axis between the objective lens 1 (contact lens 1b) and the blue laser
AP 0 = n a2 · t 1 + n a3 · t 2 + t a4 + n a5 · t a5 (1)
また、交点５２から交点５３までの距離をｔｉ１、交点５３から交点５４までの距離をｔｉ２、交点５４から交点５５までの距離をｔｉ３、交点５５から交点５６までの距離をｔｉ４、交点５６から交点５７までの距離をｔｉ５とするとき、前述の媒体の屈折率の定義を用いて、光線５１の入射瞳面８から情報記録面１０２までの光路長ＡＰｉは、式（２）で表される。
ＡＰｉ＝ｔｉ１＋ｎａ２・ｔｉ２＋ｎａ３・ｔｉ３＋ｔｉ４＋ｎａ５・ｔｉ５…（２）
Further, the distance from the intersection 52 to the
AP i = t i1 + n a2 · t i2 + n a3 · t i3 + t i4 + n a5 · t i5 (2)
光軸６と情報記録面１０２との交点を５０ｐとするとき、青色レーザ光ディスク１１０を記録又は再生する際に、補助レンズ４２、対物レンズ１及び保護層１００を含む光学系が無収差であれば、交点５７は交点５０ｐに一致し、光路長ＡＰｉは光路長ＡＰ０に等しくなる。しかし、実際には、収差が存在するため、式（３）で示す光路長差Ｗａｉが生じる。
Ｗａｉ＝ＡＰｉ−ＡＰ０ …（３）
If the intersection of the
Wa i = AP i −AP 0 (3)
光路長差Ｗａｉは、補助レンズ４２、対物レンズ１及び保護層１００を含む光学系の波面収差と見なすことができる。さらに、補助レンズ４２で生じる波面収差は無視できるほど対物レンズとは独立に小さくすることができるので、省略することとしてこの光学系の波面収差は以下のようになる。
Optical path length difference Wa i, the
この光路長差Ｗａｉは、補助レンズ４２、対物レンズ１及び保護層１００を含む光学系において、近似的に対物レンズ１で生じる波面収差と保護層１００で生じる波面収差との和の波面収差とみなすことができる。
The optical path length difference Wa i, the
青色レーザ光ディスク１１０を記録又は再生する際のＲＭＳ波面収差（透過波面収差のｒｍｓ（root mean square）値）については、式（４）のような波面収差の平方自乗平均値ＷａをＲＭＳ波面収差として、用いられる青色レーザ波長λＨを単位として表される。
Ｗａ＝（＜（Ｗａｉ）２＞−＜Ｗａｉ＞２）１／２ …（４）
式（４）において、＜Ｗａｉ＞は、ｉ本の光線の波面収差（計算値）の平均値、＜（Ｗａｉ）２＞は、ｉ本の光線の波面収差（計算値）の平方自乗平均値である。
As for the RMS wavefront aberration (rms (root mean square) value of transmitted wavefront aberration) when recording or reproducing the blue laser
Wa = (<(Wa i) 2> - <Wa i> 2) 1/2 ... (4)
In the formula (4), <Wa i> is the average value of the wavefront aberration of the i present the light beam (calculated), rms of <(Wa i) 2> is i wavefront aberration of the of the light beam (calculated) Average value.
光学系のマレシヤルの条件より、Ｗａの値が０．０７λＨ以下であれば、回折限界の良好な波面収差が得られる対物レンズである。すなわち、良好な性能の対物レンズ得るためには、多数であるｉ本の光線の光路長差Ｗａｉを小さくし、各光路長差Ｗａｉのバラツキをできるだけ小さくすることが好ましい。 From conditions Mareshiyaru optical system, if the value of Wa is 0.07Ramuda H or less, a good objective lens wavefront aberration is obtained in the diffraction limit. In other words, in order to obtain objective good performance, to reduce the optical path length difference Wa i of i book light is a number, it is preferable to minimize the variation of the optical path length difference Wa i.
以上のように、青色レーザ光ディスクを記録又は再生する光学系に使用できる対物レンズを得るためには、ＲＭＳ波面収差Ｗａについて、次の式（５）を満足することを要する。
Ｗａ≦０．０７・λＨ …（５）
As described above, in order to obtain an objective lens that can be used in an optical system for recording or reproducing a blue laser optical disk, it is necessary to satisfy the following formula (5) for the RMS wavefront aberration Wa.
Wa ≦ 0.07 · λ H (5)
また、式（５）が満足されるには、光路長差ＷａｉがλＨに対して小さいことが好ましい。以下にこれらの条件について説明する。 Further, in the equation (5) is satisfied, it is preferable optical path length difference Wa i is smaller than the lambda H. These conditions will be described below.
青色レーザ光ディスク１１０を記録又は再生する際には、対物レンズ１について、式（１）、式（２）及び式（３）から式（６）が成立する。
Ｗａｉ＝ＡＰｉ−ＡＰ０
＝ｔｉ１＋ｎａ２・（ｔｉ２−ｔ１）＋ｎａ３・（ｔｉ３−ｔ２）
＋（ｔｉ４−ｔａ４）＋ｎａ５・（ｔｉ５−ｔａ５） …（６）
When recording or reproducing the blue laser
Wa i = AP i −AP 0
= T i1 + n a2 · (t i2 −t 1 ) + n a3 · (t i3 −t 2 )
+ (T i4 −t a4 ) + n a5 · (t i5 −t a5 ) (6)
式（６）において、第２項「ｎａ２・（ｔｉ２−ｔ１）」の値は基準レンズの形状及び基準レンズ１ａの材質の屈折率に影響され、第３項「ｎａ３・（ｔｉ３−ｔ３）」の値は密着レンズ１ｂの形状及び密着レンズの材質の屈折率に影響される。 In the equation (6), the value of the second term “n a2 · (t i2 −t 1 )” is influenced by the shape of the reference lens and the refractive index of the material of the reference lens 1 a, and the third term “n a3 · (t The value of “ i3− t 3 )” is affected by the shape of the contact lens 1b and the refractive index of the material of the contact lens.
前述したとおり、青色レーザ光ディスク１１０を記録又は再生する際には、補助レンズ４２はコリメータレンズとして機能しているため、ｔｉ１は光軸６に平行な、基準レンズ１ａの光源側の面と入射瞳面８との距離となる。したがって、（６）式において、小型な対物レンズ１がＮＡ０．８０〜０．８７のような高開口数を得るためには、基準レンズ１ａの光源側の面（第１面）は光源側に対して、曲率半径を小さし、大きい曲率の凸面にすることが好ましい。このため、（６）式の第１項（ｔｉ１）の値は、光軸から離れる光線ほど正の大きな値となることが好ましい。
As described above, when the blue laser
対物レンズ１と青色レーザ光ディスク１１０との衝突をさけるため、作動距離ＷＤは、大きいことが好ましく、対物レンズの有効径が２．０〜３．０ｍｍである場合には、０．３ｍｍ以上であることが好ましい。また、０．５ｍｍ以上にすることがより好ましく、０．７ｍｍ以上であることが特に好ましい。また、対物レンズの有効径が２．０ｍｍ未満である場合には、作動距離ＷＤは、０．１５ｍｍ以上であることが好ましい。したがって、（６）式の第４項（ｔｉ４−ｔａ４）の値も負になりにくく、大きな正の値にもなりにくい。
In order to avoid collision between the
さらに、青色レーザ光ディスク１１０の保護層１００の両面はほぼ平面であるから、（６）式の第５項における（ｔｉ５−ｔａ５）も光軸から離れる光線ほど正の値になる。また、基準レンズ１ａの屈折率ｎａ２、密着レンズ１ｂの屈折率ｎａ３及び保護層１００の屈折率ｎａ５も正の大きな値である。
Furthermore, since both surfaces of the
すなわち、（６）式において、Ｗａｉの第１項の値、第４項の値及び第５項の値は、光軸から離れる光線ほど正の大きな値となり、第１項の値、第４項の値及び第５項の値の和はかなり大きな値となる傾向がある。 That is, in equation (6), the first term of the values of Wa i, the value and the value of the fifth term of the fourth term, a large value of the positive as beam away from the optical axis, the value of the first term, the fourth The sum of the value of the term and the value of the fifth term tends to be a considerably large value.
しかし、（６）式において、第２項における（ｔｉ２−ｔ１）の値、第３項における（ｔｉ３−ｔ２）の値の少なくともいずれかの値が負の大きな値になれば、（６）式のＷａｉの値を小さくできる。 However, in Formula (6), if at least one of the value of (t i2 −t 1 ) in the second term and the value of (t i3 −t 2 ) in the third term is a large negative value, The value of Wa i in equation (6) can be reduced.
対物レンズ１の有効径内を通る任意の光線について、対物レンズ１が回折限界性能を有するようになる確率を高めるためには、光路長差Ｗａｉの絶対値が１波長以下（以下、単に回折限界予備条件という）になることが好ましく、そのためには、（６）式において、右辺の計算結果の絶対値が１波長以下になるように第２項の値と第３項の値とを調整すればよいこととなる。本発明では、この回折限界予備条件を満足するように対物レンズの形状を設定し、かつ、屈折率を設定するため対物レンズの材質を決定する。
For any light ray passing through the effective diameter of the
前述の（６）式の説明に従えば、通常、開口数が大きく、作動距離の大きい対物レンズを得ようとすれば、（６）式の第１項、第４項、第５項は、正の大きな値になる傾向を有する。 According to the explanation of the above-mentioned formula (6), normally, if an objective lens having a large numerical aperture and a large working distance is to be obtained, the first, fourth and fifth terms of the formula (6) are It tends to be a large positive value.
図１に示す対物レンズ１では、図１に示すとおり、第２面１２（第３面１３）の極値が中心点より光源４１側に近い。また、この極値における密着レンズ１ｂの厚さが密着レンズ１ｂの中心厚より厚い。したがって、第２面１２（第３面１３）の極値を通過する光線又はこの極値付近を通過する光線に着目すれば、対物レンズ１を用いる場合には、従来の対物レンズを用いる場合より、基準レンズ１ａを通る光線の光路長が短くなるため、（６）式の第２項の値を負の大きい値にすることができる。
In the
ただし、基準レンズ１ａを通る光線の光路長が短くなった結果、（６）式の第２項の値が負の大きい値になりすぎる場合には、第２面１２（第３面１３）の極値付近の厚さを厚くすることによって密着レンズ１ｂを通る光線の光路長を長くすることにより、（６）式の第３項の値を正の値にして、負の大きい値になりすぎた（６）式の第２項の値を相殺することができる。 However, if the optical path length of the light beam passing through the reference lens 1a is shortened, and the value of the second term of the equation (6) is too negative, the second surface 12 (third surface 13). By increasing the optical path length of the light beam passing through the contact lens 1b by increasing the thickness in the vicinity of the extreme value, the value of the third term in the equation (6) is set to a positive value and becomes too negative. In addition, the value of the second term in equation (6) can be canceled.
なお、第２面１２（第３面１３）の非球面形状及び第４面１４の非球面形状をともに適当に設定することにより、（６）式の第２項の値を調整してもよい。さらに、必要に応じて、第４面１４の非球面形状を適当に設定することにより、（６）式の第４項の値を調整することができる。
The value of the second term in equation (6) may be adjusted by appropriately setting both the aspheric shape of the second surface 12 (third surface 13) and the aspheric shape of the
以上のとおり、（６）式の計算結果の絶対値が１波長以下になるようにして（６）式のＷａｉの値を１波長以下にできる。第２面１２及び第３面１３の非球面形状と第４面１４の非球面形状とを適当に設定することにより、本発明の対物レンズ１によって、３８５〜４２５ｎｍの波長の光を用いて青色レーザ光ディスク１１０を記録又は再生することができる。
As described above, (6) the absolute value of the result of calculating Equation possible values of Wa i of set to be less than 1 wavelength (6) below one wavelength. By appropriately setting the aspherical shape of the
以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されず、本発明の要旨を損なわない限り、各種の改良や変更も本発明に含まれる。 The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples, and various improvements and modifications are also included in the present invention as long as the gist of the present invention is not impaired.
［例１（第１の実施例）］
本発明による第１の実施例の対物レンズについて説明する。第１の実施例は、図１に示した対物レンズ１の具体例を示したものである。図１に示すような対物レンズ１を製作し、この対物レンズ１を用いて図２に示すような光ピックアップ装置を製作する。この対物レンズ１は、基準レンズ１ａと密着レンズ１ｂとにより構成される複合レンズであり、光源から出射された光束を光情報記録媒体の保護層１００を介して光情報記録面１０２に集光させる。
[Example 1 (first embodiment)]
The objective lens according to the first embodiment of the present invention will be described. The first embodiment shows a specific example of the
対物レンズの基本仕様は、小型レンズとしてビーム径を２ｍｍ、ＮＡを０．８５、設計中心波長を４０８ｎｍ、情報記録媒体の保護層の厚さを０．１ｍｍとする。以下の実施例も同じ基本仕様とする。 The basic specifications of the objective lens are a small lens with a beam diameter of 2 mm, an NA of 0.85, a design center wavelength of 408 nm, and a protective layer thickness of the information recording medium of 0.1 mm. The following examples also have the same basic specifications.
基準レンズ１ａの材質は、住田光学社製商品名Ｋ−ＶＣ８９を用い、密着レンズ１ｂの材質は、ＴｅＯ２、ＺｎＯ及びＮａ２Ｏを主成分とする高屈折率の光学ガラス材料（以下、表などにおいて仮にＴＳ３２と記載する）を用いる。 The material of the reference lens 1a is Sumita Optical Co., Ltd., trade name K-VC89, and the material of the contact lens 1b is a high refractive index optical glass material (hereinafter referred to as “Table”) mainly composed of TeO 2 , ZnO and Na 2 O. For example, TS32 is used).
表１〜表４に対物レンズ１の仕様を示す。表１は面番号、曲率半径Ｒn、面間隔、材料名を示したものであり、表２は対物レンズの第１面〜第４面における非球面係数ｋn、Ａniを示したものである。また、表３は対物レンズの第１面〜第４面における面外径を示したものであり、表４は使用波長、材料屈折率、間隔を示したものである。
Tables 1 to 4 show the specifications of the
なお、上記表における面番号については、面番号０が光源（図示せず）、面番号１が第１面１１（基準レンズ１aの光源側の面）、面番号２が第２面１２（基準レンズ１ａの光情報記録媒体側の面）、面番号３が第３面１３（密着レンズ１bの光源の面）、面番号４が面１４（密着レンズ１ｂの光情報記録媒体側の面）、面番号５が光情報記録媒体の保護層１００の光源側の面１０１、面番号６が光情報記録媒体の情報記録面１０２である。
Regarding the surface numbers in the above table,
また、以下の全ての表における面間隔及び材料名については、該当する面番号と次の面番号との間の面間隔及び材料名を示す。以下の表において特に指定されていない場合には、間隔、距離の単位はｍｍとし、「Ｅ−０１」〜「Ｅ−０４」はそれぞれ１０-1〜１０-4を表す。 Moreover, about the surface interval and material name in all the following tables | surfaces, the surface interval and material name between an applicable surface number and the following surface number are shown. Unless otherwise specified in the following table, the unit of the interval and distance is mm, and “E-01” to “E-04” represent 10 −1 to 10 −4 , respectively.
以下の各実施例において、対物レンズの非球面形状は、下記の（７）式で表される非球面形状によって決定される。
Ｚｎ＝（１／Ｒｎ）ｈ２／［１＋［１−（１＋ｋｎ）・（１／Ｒｎ）２ｈ２］1/2］
＋ΣＡni・ｈ2i …（７）
ただし、ｈは第ｎ面の光軸上の頂点から光軸と垂直方向の距離（光軸６からの高さ）、Ｒnは表１の第ｎ面の曲率半径、ｋnは同じく表１の第ｎ面の円錐定数、Ａniは表１の第ｎ面のｉ＝１〜１１項までの非球面係数である。Ｚnは、以上のｈ、Ｒn、ｋn、Ａniによって決まる第ｎ面の頂点の接平面からの光軸６方向の距離であり、このＺnの値で決まる曲線が第ｎ面の非球面断面形状を与える。
In each of the following examples, the aspheric shape of the objective lens is determined by the aspheric shape represented by the following equation (7).
Z n = (1 / R n )
+ ΣA ni · h 2i (7)
However, h is (height from the optical axis 6) the distance perpendicular to the optical axis direction from the vertex on the optical axis of the n surface, R n is the radius of curvature of the n faces of Table 1, k n is also Table 1 The conic constant of the n-th surface, A ni, is an aspheric coefficient from i = 1 to 11 terms of the n-th surface in Table 1. Z n is the distance in the direction of the
図３は、対物レンズ１により波長４０８ｎｍの光を用いて記録又は再生する場合の、入射光角度ωに対する透過波面収差のｒｍｓ（root mean square）値（ＲＭＳ波面収差）を示す図であり、軸外波面収差特性を示している。図３からわかるように、透過波面収差ｒｍｓは入射光角度ω＝０．５°で０．０２λ程度であり、０〜０．５°の入射光角度ωに対して０.０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。
FIG. 3 is a diagram showing the rms (root mean square) value (RMS wavefront aberration) of the transmitted wavefront aberration with respect to the incident light angle ω when recording or reproducing is performed by the
図４は、対物レンズ１において中心波長を４０８ｎｍとして、波長が変化した場合の像点位置と透過波面収差ｒｍｓの変化を示す図である。図４から、波長が中心波長の４０８ｎｍから１ｎｍ短い４０７ｎｍに変化した場合、透過波面収差ｒｍｓが最小になる最良像点位置は、中心波長４０８ｎｍでの最良像点位置からの変化量が０．１μｍ以下となる。また、４０８ｎｍから１ｎｍ長い４０９ｎｍの場合、中心波長４０８ｎｍでの最良像点位置からの変化量は０．１μｍ以下となる。また、各波長において、透過波面収差ｒｍｓが０．０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。
FIG. 4 is a diagram showing changes in the image point position and transmitted wavefront aberration rms when the wavelength is changed with the central wavelength of the
第１の実施例では、表１に記載されている基準レンズ１ａの中心厚ｔ１と、密着レンズ１ｂの中心厚ｔ２との関係は、ｔ１／ｔ２＝１．１４／０．３＝３．８となり、ｔ１／ｔ２＜１２を満足している。 In the first embodiment, the center thickness t 1 of the reference lens 1a listed in Table 1, the relationship between the center thickness t 2 of the contact lens 1b, t 1 / t 2 = 1.14 / 0.3 = 3.8, which satisfies t 1 / t 2 <12.
また、表４に記載されている開口絞り径は入射光束径Ｅを意味するので、表４に記載されている作動距離Ｌを用いることで、入射光束径Ｅに対する作動距離Ｌの関係がわかる。この第１の実施例では、波長４０８ｎｍの光を用いて記録又は再生する際には、Ｌ／Ｅ＝０．３３５／２．００≒１／５．９７０≒０．１６８＞１／１０となり、入射光束径Ｅに対して長い作動距離が得られることがわかる。 Moreover, since the aperture stop diameter described in Table 4 means the incident light beam diameter E, the relationship of the working distance L to the incident light beam diameter E can be understood by using the working distance L described in Table 4. In this first embodiment, when recording or reproducing using light having a wavelength of 408 nm, L / E = 0.335 / 2.00≈1 / 5.970≈0.168> 1/10, It can be seen that a long working distance is obtained with respect to the incident beam diameter E.
［例２（第２の実施例）］
本発明による第２の実施例の対物レンズ２について説明する。図５は本発明の第２の実施例に係る対物レンズ２の断面図である。この対物レンズ２は、基準レンズ２ａと密着レンズ２ｂとにより構成される複合レンズであり、光源から出射された光束を光情報記録媒体の保護層１００を介して光情報記録面１０２に集光させる。
[Example 2 (second example)]
The
表５〜表８に対物レンズ２の仕様を示す。表５は面番号、曲率半径Ｒn、面間隔、材料名を示したものであり、表６は対物レンズの第１面〜第４面における非球面係数ｋn、Ａniを示したものである。また、表７は対物レンズの第１面〜第４面における面外径を示したものであり、表８は使用波長、材料屈折率、間隔を示したものである。
Tables 5 to 8 show the specifications of the
なお、上記表における面番号については、面番号０が光源（図示せず）、面番号１が第１面２１（基準レンズ２aの光源側の面）、面番号２が第２面２２（基準レンズ２ａの光情報記録媒体側の面）、面番号３が第３面２３（密着レンズ２bの光源の面）、面番号４が面２４（密着レンズ２ｂの光情報記録媒体側の面）、面番号５が光情報記録媒体の保護層１００の光源側の面１０１、面番号６が光情報記録媒体の情報記録面１０２である。
Regarding the surface numbers in the above table,
対物レンズの基本仕様は第１の実施例と同様であり、基準レンズ２ａの材質及び密着レンズ２ｂの材質も第１の実施例と同様のものを用いる。
The basic specification of the objective lens is the same as that of the first embodiment, and the material of the
図６は、対物レンズ２において中心波長を４０８ｎｍとして、波長が変化した場合の像点位置と透過波面収差ｒｍｓの変化を示す図である。図６から、波長が中心波長の４０８ｎｍから１ｎｍ短い４０７ｎｍの場合の最良像点位置と、中心波長の４０８ｎｍから１ｎｍ長い４０９ｎｍの場合の最良像点位置とは、各々、中心波長４０８ｎｍでの最良像点位置からの変化量が０．１μｍ以下の位置となる。また、４０８ｎｍ，４０７ｎｍ，４０９ｎｍの各波長において、透過波面収差ｒｍｓが０．０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。
FIG. 6 is a diagram illustrating changes in the image point position and the transmitted wavefront aberration rms when the center wavelength is 408 nm in the
第２の実施例においても、表５に記載されている基準レンズ２ａの中心厚ｔ１と、密着レンズ２ｂの中心厚ｔ２との関係は、ｔ１／ｔ２＝１．１４／０．１＝１１．４となり、ｔ１／ｔ２＜１２を満足している。
In the second embodiment, the relationship between the center thickness t 1 of the
また、表８に記載されている開口絞り径、すなわち入射光束径Ｅと作動距離Ｌとから、波長４０８ｎｍの光を用いて記録又は再生する際には、Ｌ／Ｅ＝０．３９７／２．００≒１／５．０７８≒０．１９９＞１／１０となり、入射光束径Ｅに対して長い作動距離が得られることがわかる。 Further, when recording or reproducing is performed using light having a wavelength of 408 nm from the aperture stop diameter described in Table 8, that is, the incident light beam diameter E and the working distance L, L / E = 0.398 / 2. 00≈1 / 5.078≈0.199> 1/10, which indicates that a long working distance is obtained with respect to the incident light beam diameter E.
［例３（第３の実施例）］
本発明による第３の実施例の対物レンズ３について説明する。図７は本発明の第３の実施例に係る対物レンズ３の断面図である。この対物レンズ３は、基準レンズ３ａと密着レンズ３ｂとにより構成される複合レンズであり、光源から出射された光束を光情報記録媒体の保護層１００を介して光情報記録面１０２に集光させる。
[Example 3 (Third Example)]
The
表９〜表１２に対物レンズ３の仕様を示す。表９は面番号、曲率半径Ｒn、面間隔、材料名を示したものであり、表１０は対物レンズの第１面〜第４面における非球面係数ｋn、Ａniを示したものである。また、表１１は対物レンズの第１面〜第４面における面外径を示したものであり、表１２は使用波長、材料屈折率、間隔を示したものである。
Tables 9 to 12 show the specifications of the
なお、上記表における面番号については、面番号０が光源（図示せず）、面番号１が第１面３１（基準レンズ３aの光源側の面）、面番号２が第２面３２（基準レンズ３ａの光情報記録媒体側の面）、面番号３が第３面３３（密着レンズ３bの光源の面）、面番号４が面３４（密着レンズ３ｂの光情報記録媒体側の面）、面番号５が光情報記録媒体の保護層１００の光源側の面１０１、面番号６が光情報記録媒体の情報記録面１０２である。
Regarding the surface numbers in the above table,
対物レンズの基本仕様は第１の実施例と同様であり、基準レンズ３ａの材質及び密着レンズ３ｂの材質も第１の実施例と同様のものを用いる。
The basic specifications of the objective lens are the same as those of the first embodiment, and the materials of the
図８は、対物レンズ３において中心波長を４０８ｎｍとして、波長が変化した場合の像点位置と透過波面収差ｒｍｓの変化を示す図である。図８から、波長が中心波長の４０８ｎｍから１ｎｍ短い４０７ｎｍの場合の最良像点位置と、中心波長の４０８ｎｍから１ｎｍ長い４０９ｎｍの場合の最良像点位置とは、各々、中心波長４０８ｎｍでの最良像点位置からの変化量が０．１μｍ以下の位置となる。また、４０８ｎｍ，４０７ｎｍ，４０９ｎｍの各波長において、透過波面収差ｒｍｓが０．０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。
FIG. 8 is a diagram showing changes in the image point position and the transmitted wavefront aberration rms when the center wavelength is 408 nm in the
第３の実施例においても、表９に記載されている基準レンズ３ａの中心厚ｔ１と、密着レンズ３ｂの中心厚ｔ２との関係は、ｔ１／ｔ２＝１．１４／０．５＝２．２８となり、ｔ１／ｔ２＜１２を満足している。
In the third embodiment, the relationship between the center thickness t 1 of the
また、表１２に記載されている開口絞り径、すなわち入射光束径Ｅと作動距離Ｌとから、波長４０８ｎｍの光を用いて記録又は再生する際には、Ｌ／Ｅ＝０．３０１／２．００≒１／６．６４０≒０．１５１＞１／１０となり、入射光束径Ｅに対して長い作動距離が得られることがわかる。 Further, when recording or reproduction is performed using light having a wavelength of 408 nm from the aperture stop diameter described in Table 12, that is, the incident light beam diameter E and the working distance L, L / E = 0.301 / 2. 00≈1 / 6.640≈0.151> 1/10, which indicates that a long working distance can be obtained with respect to the incident light beam diameter E.
［例４（比較例）］
例４は、比較例として、従来より用いられている単レンズによる非球面レンズの例を示したものである。図９は比較例による対物レンズ５００の断面図である。比較例の対物レンズ５００は、両面が非球面の単レンズで構成され、光源から出射された光束を光情報記録媒体の保護層５０３を介して光情報記録面５０５に集光させる。
[Example 4 (comparative example)]
Example 4 shows an example of an aspherical lens using a single lens conventionally used as a comparative example. FIG. 9 is a cross-sectional view of an
表１３〜表１６に対物レンズ５００の仕様を示す。表１３は面番号、曲率半径Ｒn、面間隔、材料名を示したものであり、表１４は対物レンズの第１面及び第２面における非球面係数ｋn、Ａniを示したものである。また、表１５は対物レンズの第１面及び第２面における面外径を示したものであり、表１６は使用波長、材料屈折率、間隔を示したものである。
Tables 13 to 16 show the specifications of the
なお、上記表における面番号については、面番号０が光源（図示せず）、面番号１が第１面５０１（対物レンズ５００の光源側の面）、面番号２が第２面５０２（対物レンズ５００の光情報記録媒体側の面）、面番号３が光情報記録媒体の保護層５０３の光源側の面５０４、面番号４が光情報記録媒体の情報記録面５０５である。対物レンズ５００の材質は、住田光学社製商品名Ｋ−ＶＣ８１を用いる。
Regarding the surface numbers in the above table,
図１０は、対物レンズ５００において中心波長を４０８ｎｍとして、波長が変化した場合の像点位置と透過波面収差ｒｍｓの変化を示す図である。図１０から、４０８ｎｍ，４０７ｎｍ，４０９ｎｍの各波長において、透過波面収差ｒｍｓが０．０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。しかしながら、波長が中心波長の４０８ｎｍから１ｎｍ短い４０７ｎｍの場合の最良像点位置と、中心波長の４０８ｎｍから１ｎｍ長い４０９ｎｍの場合の最良像点位置とは、各々、中心波長４０８ｎｍでの最良像点位置からの変化量が０．３μｍよりも大きくなる。
FIG. 10 is a diagram illustrating changes in the image point position and the transmitted wavefront aberration rms when the center wavelength is 408 nm in the
このように、比較例では波長変化に対する最良像点位置の変化量が大きいため、光源の発振波長に変化が生じた場合に、デフォーカスによって光情報記録媒体の読み取り、書き込みができなくなるおそれがある。 As described above, in the comparative example, since the amount of change in the best image point position with respect to the wavelength change is large, there is a possibility that the optical information recording medium cannot be read or written by defocusing when the oscillation wavelength of the light source changes. .
これに対し、上述した本発明の第１〜第３の実施例によれば、外径が３．０ｍｍφ以下の小型かつ高開口数のレンズにおいて、３８５ｎｍ〜４２５ｎｍの光を用いる際に、使用波長範囲での波面収差を小さく抑えられ、かつ、光の波長変動による焦点位置ズレ（波長分散）を小さくできる高い光学性能を有する対物レンズを実現し、作製可能である。したがって、光の波長の変動幅に対する許容量が大きく、使用波長範囲が広く取れるとともに、光源のミクロな波長変動に対しても最良像点位置の変化が非常に少ないため、色収差補正素子を使用しなくても青色レーザ光ディスク用の対物レンズとして単独で使用可能である。 On the other hand, according to the first to third embodiments of the present invention described above, the wavelength used when using light of 385 nm to 425 nm in a small and high numerical aperture lens having an outer diameter of 3.0 mmφ or less. It is possible to realize and manufacture an objective lens having high optical performance capable of suppressing the wavefront aberration in the range and reducing the focal position shift (wavelength dispersion) due to the wavelength variation of light. Therefore, the tolerance for the fluctuation range of the wavelength of the light is large, the usable wavelength range is wide, and the change of the best image point position is very small even for the micro wavelength fluctuation of the light source. Even if not, it can be used alone as an objective lens for a blue laser optical disk.
また、本発明の対物レンズでは、３８５ｎｍ〜４２５ｎｍの光において十分長い作動距離が得られ、光ピックアップ装置に搭載した際に光情報記録媒体に接触してしまうことを回避できる。さらに、基準レンズと密着レンズの双方を高屈折率の光学ガラス材料で構成することにより、高開口数のレンズの非球面形状が実現でき、耐久性に優れた複合レンズが得られる。また、基準レンズと密着レンズの接合面を同形の非球面とすることで、作製が容易であり、レンズの偏心特性が安定している複合レンズを実現できる。そして、光源に波長４０８ｎｍ付近の発振波長を持つ青色レーザ光源を使用する光ピックアップ装置において、本発明の対物レンズを搭載することで、光情報記録媒体への記録又は再生を行う際に高い性能を得られる小型の光ピックアップ装置を実現できる。 In addition, the objective lens of the present invention provides a sufficiently long working distance for light of 385 nm to 425 nm, and can avoid contact with the optical information recording medium when mounted on an optical pickup device. Furthermore, by constituting both the reference lens and the contact lens with an optical glass material having a high refractive index, an aspherical shape of a high numerical aperture lens can be realized, and a compound lens having excellent durability can be obtained. Further, by making the cemented surface of the reference lens and the close contact lens the same aspherical surface, it is possible to realize a composite lens that is easy to manufacture and has a stable decentration characteristic of the lens. In an optical pickup device that uses a blue laser light source having an oscillation wavelength of about 408 nm as the light source, by mounting the objective lens of the present invention, high performance is achieved when recording or reproducing on an optical information recording medium. A small optical pickup device can be realized.
１，２，３ 対物レンズ
６ 光軸
８ 入射瞳面
１ａ，２ａ，３ａ 基準レンズ
１ｂ，２ｂ，３ｂ 密着レンズ
１１，２１，３１ 第１面（非球面）
１２，２２，３２ 第２面（非球面）
１３，２３，３３ 第３面（非球面）
１４，２４，３４ 第４面（非球面）
４１ 光源
４２ 補助レンズ
４３ 受光素子
１００ 保護層
１０２ 情報記録面
１１０ 光情報記録媒体（青色レーザ光ディスク）
1, 2, 3
12, 22, 32 Second surface (aspherical surface)
13, 23, 33 Third surface (aspherical surface)
14, 24, 34 Fourth surface (aspherical surface)
41
Claims (6)
凸レンズ状の第１のレンズと、該第１のレンズのレンズ面に密着又はほぼ密着して接合又は接着された凹レンズ状の第２のレンズとを有し、これらのレンズの２面共がそれぞれ非球面に構成され、レンズ外径が３．０ｍｍφ以下の複合レンズであり、
前記光情報記録媒体側の開口数が０．８０〜０．８７で、波長３８５〜４２０ｎｍの光に対する前記第１のレンズの材質の屈折率が１．７５〜２．２０、前記第２のレンズの材質の屈折率が１．２０〜２．２０であり、
前記第１のレンズの中心厚をｔ１、前記第２のレンズの中心厚をｔ２としたとき、ｔ１とｔ２との間に、
ｔ１／ｔ２＜１２
が成立する対物レンズ。 An objective lens used in an optical system for recording or reproducing information on an optical information recording medium,
A first lens having a convex lens shape, and a second lens having a concave lens shape bonded or bonded in close contact with or substantially in close contact with the lens surface of the first lens. It is a compound lens that is configured as an aspherical surface and has a lens outer diameter of 3.0 mmφ or less,
The numerical aperture on the optical information recording medium side is 0.80 to 0.87, the refractive index of the material of the first lens with respect to light with a wavelength of 385 to 420 nm is 1.75 to 2.20, and the second lens. The refractive index of the material is 1.20 to 2.20,
T 1 thickness of the center of the first lens, when the center thickness of the second lens and the t 2, between the t 1 and t 2,
t 1 / t 2 <12
Objective lens for which
Ｌ／Ｅ＞１／１０
が成立する請求項１〜３のいずれかに記載の対物レンズ。 When the working distance between the objective lens and the optical information recording medium is L, and the incident light beam diameter from the light source to the objective lens is E, between L and E,
L / E> 1/10
The objective lens according to claim 1, wherein:
前記光源からの光を光情報記録媒体の情報記録面に集光する請求項１〜５のいずれかに記載の対物レンズと、
前記光情報記録媒体からの反射光を受光する受光素子と、
前記光源からの出射光を前記対物レンズに導くとともに、前記光情報記録媒体から前記対物レンズを通じて入射した反射光を前記受光素子に導く光学媒体とを有し、
前記光情報記録媒体に対して情報の記録または再生を行う光ピックアップ装置。 A light source that emits laser light having a wavelength of 385 to 420 nm;
The objective lens according to any one of claims 1 to 5, wherein the light from the light source is condensed on an information recording surface of an optical information recording medium;
A light receiving element for receiving reflected light from the optical information recording medium;
An optical medium that guides reflected light incident from the optical information recording medium through the objective lens to the light receiving element while guiding the emitted light from the light source to the objective lens;
An optical pickup device for recording or reproducing information with respect to the optical information recording medium.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100843452B1 (en) | 2006-12-29 | 2008-07-03 | 삼성전기주식회사 | Optical movement sensing system |
| JP2017107249A (en) * | 2013-11-12 | 2017-06-15 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Lens system |
-
2004
- 2004-11-09 JP JP2004324666A patent/JP2006134526A/en active Pending
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| US9939613B2 (en) | 2013-11-12 | 2018-04-10 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Single focal length lens system, camera, and automobile |
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