JP2012138166A - Optical pickup lens and optical disk device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光ディスクに対する記録または再生を行う光学系に使用される光ピックアップレンズ、及び光ピックアップレンズを使用する光ディスク装置に関する。 The present invention relates to an optical pickup lens used in an optical system that performs recording or reproduction on an optical disc, and an optical disc apparatus using the optical pickup lens.
近年、光ディスクの記録容量は増大し続けており、単位面積あたりの記録密度も増大し続けている。光ディスクの情報の読み出しにおいては、光ディスク装置の光源からの光を波長板やコリメータレンズ等の透明部品を光路として、最終的に光ピックアップレンズを使用して光スポットを光ディスク上に形成することにより、光ディスク上の情報を読み取ることができる。通常、レーザ光源から発せられた光をコリメータレンズ等で平行光にし、光ピックアップレンズに入射する。
ここで、大容量の光ディスクを読み出すことに使用される光ピックアップレンズにおいては、波長が410nm以下のレーザ光が使用され、さらに開口数NAは0.84以上となる場合が多い。
In recent years, the recording capacity of optical discs continues to increase, and the recording density per unit area also continues to increase. In reading information from the optical disk, light from the light source of the optical disk device is used as a light path through a transparent component such as a wave plate or a collimator lens, and finally an optical pickup lens is used to form a light spot on the optical disk, Information on the optical disc can be read. Usually, light emitted from a laser light source is collimated by a collimator lens or the like and is incident on an optical pickup lens.
Here, in an optical pickup lens used for reading a large-capacity optical disk, laser light having a wavelength of 410 nm or less is used, and the numerical aperture NA is often 0.84 or more.
従来の光ピックアップレンズとしては例えば特許文献1乃至3に記載のものがある。特許文献1に記載の光ディスク用対物レンズは、開口数が0.7以上の両面非球面単レンズであり、レンズの中心厚さが焦点距離より長い。また、特許文献2に記載の対物レンズは、1面が非球面であり、d1を軸上レンズ厚、fを焦点距離としたとき、1.1≦d1/f≦3を満たす。更に、特許文献3に記載の対物レンズは開口数が0.75以上の対物レンズであって、この対物レンズが両面が非球面の単玉対物レンズであり、使用波長の少なくとも1つにおける屈折率をnとし、d線におけるアッベ数をνとすると、1.75<n、かつ35<νを満足するものとなっている。
Examples of conventional optical pickup lenses include those described in
ところで、光ピックアップレンズをピックアップに取り付けるのに、軸外の特性をよくする必要がある。しかしながら開口数NAが0.80より大きくなると、ピックアップレンズの球面収差などの軸上収差、及び非点収差やコマ収差などの軸外収差の両特性を良好とすることが難しくなってくる。特にレーザ光源に近い側の面(R1面)及びその反対側の面(R2面)が凸状の両凸レンズは、良好な画角特性を持たせることが難しい。 By the way, it is necessary to improve off-axis characteristics in order to attach the optical pickup lens to the pickup. However, when the numerical aperture NA is larger than 0.80, it becomes difficult to improve both the characteristics of axial aberration such as spherical aberration and off-axis aberration such as astigmatism and coma aberration of the pickup lens. In particular, a biconvex lens having a convex surface on the side close to the laser light source (R1 surface) and a surface on the opposite side (R2 surface) is difficult to have good field angle characteristics.
また、開口数NAが0.80より大きくなると、光ピックアップレンズと光ディスクとの距離を示すワーキングディスタンス(WD)が小さくなる。R2面が凸形状でないメニスカスレンズ等は特にワーキングディスタンスが小さくなって光ディスクと光ピックアップレンズとが衝突する場合がある。 Further, when the numerical aperture NA is larger than 0.80, the working distance (WD) indicating the distance between the optical pickup lens and the optical disk is decreased. A meniscus lens or the like whose R2 surface is not convex has a particularly small working distance, and the optical disk and the optical pickup lens may collide with each other.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、高NAの光ピックアップレンズにおいて、良好な軸上特性及び軸外特性を兼ね備えつつ、より長いワーキングディスタンスを確保することができる光ピックアップレンズを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and in a high NA optical pickup lens, it is possible to ensure a longer working distance while having good on-axis characteristics and off-axis characteristics. An object of the present invention is to provide an optical pickup lens that can be used.
本発明にかかる光ピックアップレンズは、レーザ光源からの光束を光情報記録媒体に集光する光ピックアップレンズであって、前記レンズは単レンズであって、その2面のうち、前記レーザ光源に近い第1の面とは反対側の第2の面の面形状は、連続形状であり、光軸からレンズ外径に向かって、半径h1、半径h2、半径h3(h1<h2<h3)とした場合、半径h1、半径h2、半径h3での各サグ量をsag1、sag2、sag3とし、各サグの変化量をΔsag1、Δsag2、Δsag3としたときに、0>Δsag1>Δsag2、及びΔsag2<Δsag3を満足するh1、h2、h3が存在する。 An optical pickup lens according to the present invention is an optical pickup lens that condenses a light beam from a laser light source onto an optical information recording medium, and the lens is a single lens, and is close to the laser light source among the two surfaces. The surface shape of the second surface opposite to the first surface is a continuous shape, with a radius h1, a radius h2, and a radius h3 (h1 <h2 <h3) from the optical axis toward the lens outer diameter. In this case, when the sag amounts at the radius h1, the radius h2, and the radius h3 are sag1, sag2, and sag3, and the amount of change of each sag is Δsag1, Δsag2, and Δsag3, 0> Δsag1> Δsag2 and Δsag2 <Δsag3 There are satisfying h1, h2, and h3.
本発明においては、第2の面の面形状が0>Δsag1>Δsag2、及びΔsag2<Δsag3を満たすため、ワーキングディスタンス(光ピックアップレンズと光ディスクとの距離)を十分に確保することができ、また、軸上収差特性が良好なレンズを得ることができる。 In the present invention, since the surface shape of the second surface satisfies 0> Δsag1> Δsag2 and Δsag2 <Δsag3, a working distance (distance between the optical pickup lens and the optical disk) can be sufficiently secured, A lens having good axial aberration characteristics can be obtained.
また、前記第2の面の面形状は、レンズの半径h4(h3<h4)におけるサグ量をsag4としたとき、sag2>sag3、及びsag3<sag4を満たすh1、h2、h3、h4が存在することが好ましい。または、前記第2の面の面形状は、レンズの半径h4(h3<h4)におけるサグ量をsag4、サグ変化量をΔsag4としたとき、Δsag3<0、Δsag4>0を満たすh1、h2、h3、h4が存在することが好ましい。または前記第2の面の形状は極小値を有することが好ましい。または前記第2の面は中央部分が凸状で外周部分が凹状の面形状からなることが好ましい。これらの条件を満たすことで、ワーキングディスタンスを更に十分確保でき、かつ更に良好な軸上特性及び軸外特性が得られる。 The surface shape of the second surface includes h1, h2, h3, and h4 that satisfy sag2> sag3 and sag3 <sag4 when the sag amount at the lens radius h4 (h3 <h4) is sag4. It is preferable. Alternatively, the surface shape of the second surface may be h1, h2, h3 satisfying Δsag3 <0 and Δsag4> 0 when the sag amount at the lens radius h4 (h3 <h4) is sag4 and the sag change amount is Δsag4. , H4 are preferably present. Alternatively, the shape of the second surface preferably has a minimum value. Alternatively, it is preferable that the second surface has a surface shape having a convex central portion and a concave outer peripheral portion. By satisfying these conditions, a sufficient working distance can be secured, and better on-axis characteristics and off-axis characteristics can be obtained.
さらに、410nm以下の波長のレーザを使用する記録及び/又は再生用ピックアップ装置に使用され、開口数をNA、単レンズ中心厚をd、対物レンズの焦点距離をfとしたとき、0.84≦NA、及び0.9≦d/fを満たすことが好ましい。 Furthermore, it is used in a recording and / or reproducing pickup device using a laser having a wavelength of 410 nm or less, and when NA is the numerical aperture, d is the center thickness of the single lens, and f is the focal length of the objective lens, 0.84 ≦ It is preferable to satisfy NA and 0.9 ≦ d / f.
この場合、410nm以下の波長のレーザを使用する記録及び/又は再生用ピックアップ装置に使用され、開口数をNA、単レンズ中心厚をd、対物レンズの焦点距離をfとしたとき、0.84≦NA、及び0.9≦d/f≦1.2を満たすことが更に好ましい。この条件を満たすことにより、適切なコバ厚を確保することができ、0>Δsag1>Δsag2、及びΔsag2<Δsag3を満たす第2の面の面形状の製造が容易になる。 In this case, it is used in a recording and / or reproducing pickup device using a laser with a wavelength of 410 nm or less, and when the numerical aperture is NA, the single lens center thickness is d, and the focal length of the objective lens is f, 0.84 More preferably, ≦ NA and 0.9 ≦ d / f ≦ 1.2 are satisfied. By satisfying this condition, an appropriate edge thickness can be ensured, and the surface shape of the second surface that satisfies 0> Δsag1> Δsag2 and Δsag2 <Δsag3 can be easily manufactured.
さらにまた、405nmの波長における屈折率nが、1.51≦n≦1.64であることが好ましい。 Furthermore, the refractive index n at a wavelength of 405 nm is preferably 1.51 ≦ n ≦ 1.64.
この場合、405nmの波長における屈折率nが、1.59≦n≦1.62であることが更に好ましい。これらの条件を満たすことにより、適切なコバ厚を確保することができると共に0>Δsag1>Δsag2、及びΔsag2<Δsag3を満たす第2の面の設計が容易となる。 In this case, the refractive index n at a wavelength of 405 nm is more preferably 1.59 ≦ n ≦ 1.62. By satisfying these conditions, an appropriate edge thickness can be secured, and the second surface satisfying 0> Δsag1> Δsag2 and Δsag2 <Δsag3 can be easily designed.
また、前記単レンズの有効径Dが、1.8≦D≦3.2mmであることが好ましい。この有効径のレンズに本発明を適用することで、ワーキングディスタンス長の確保及び軸上特性及び軸外特性向上の効果を発揮する。 The effective diameter D of the single lens is preferably 1.8 ≦ D ≦ 3.2 mm. By applying the present invention to a lens having this effective diameter, the effects of ensuring the working distance length and improving the on-axis characteristics and off-axis characteristics are exhibited.
さらに、軸外特性として、画角0.3度のときに、収差15mλrms以下であることが好ましい。 Furthermore, as an off-axis characteristic, it is preferable that the aberration is 15 mλrms or less when the angle of view is 0.3 degrees.
さらにまた、前記第1の面の接線角度αが60°≦αであることが好ましい。接線角度αが大きくなると第1の面のサグ量が大きくなり、これに伴い第2の面のサグ量が小さくなり、よって0>Δsag1>Δsag2、及びΔsag2<Δsag3を満たす第2の面形状が製造しやすくなる。 Furthermore, it is preferable that the tangent angle α of the first surface is 60 ° ≦ α. As the tangent angle α increases, the sag amount of the first surface increases, and accordingly, the sag amount of the second surface decreases. Therefore, the second surface shape satisfying 0> Δsag1> Δsag2 and Δsag2 <Δsag3 is obtained. Easy to manufacture.
また、レンズ材料のアッベ数νdが50≦νdであることが好ましい。これにより、光ディスクに正確にピット列を書き込みすることができる。アッベ数が大きいほど書込み時の波長飛びに対して強いレンズとすることができる。 The Abbe number νd of the lens material is preferably 50 ≦ νd. Thereby, a pit row can be accurately written on the optical disc. The larger the Abbe number, the stronger the lens against the wavelength jump at the time of writing.
さらに、前記第1の面側から平行光又は弱有限光が入射されるものとすることができる。また、前記単レンズは、プラスティック材料又はガラス材料とすることができる。 Furthermore, parallel light or weak finite light may be incident from the first surface side. The single lens may be a plastic material or a glass material.
本発明によれば、高NAの光ピックアップレンズにおいて、良好な軸上特性及び軸外特性を兼ね備えつつ、より長いワーキングディスタンスを確保することができる光ピックアップレンズを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical pickup lens capable of ensuring a longer working distance while having good on-axis characteristics and off-axis characteristics in an optical pickup lens having a high NA.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、光学的情報記録媒体に情報の記録・再生を行なうための光ピックアップレンズに適用したものである。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the present invention is applied to an optical pickup lens for recording / reproducing information on / from an optical information recording medium.
図1(a)は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップレンズを示す図である。また、図1(b)は、光ピックアップレンズのサグ量を説明するための図であって、図1(a)に破線で囲んだ部分を拡大して示す模式図である。図1に示すように、単レンズからなる本実施の形態にかかる光ピックアップレンズ1aの2面のうち、レーザ光源に近い第1の面(以下、R1面という。)11とは反対側、すなわち光ディスク基板32及び光ディスク内光透過層31からなる光ディスク30に対向する側の面である第2の面(以下、R2面という。)12aにおいて、以下のような面形状を有する。
FIG. 1A is a diagram showing an optical pickup lens according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a diagram for explaining the sag amount of the optical pickup lens, and is a schematic diagram showing an enlarged portion surrounded by a broken line in FIG. As shown in FIG. 1, of the two surfaces of the
すなわち、レンズ外径に向かって半径h1<半径h2<半径h3とし、半径h1、半径h2、半径h3のサグの変化量をΔsag1、Δsag2、Δsag3とした場合、R2面12の面形状が下記(1)及び(2)の関係を満たす。
0>Δsag1>Δsag2・・・(1)
Δsag2<Δsag3・・・(2)
That is, when the radius h1 <radius h2 <radius h3 toward the lens outer diameter and the sag change amounts of the radius h1, the radius h2, and the radius h3 are Δsag1, Δsag2, and Δsag3, the surface shape of the
0>Δsag1> Δsag2 (1)
Δsag2 <Δsag3 (2)
先ず、サグsag及びサグの変化量Δsagについて説明する。図1(b)はR2面12bの中心h0から外周端13bまでを模式的に示している。図1(b)に示すように、サグ量(sag)とは、光ピックアップレンズ1の光軸とR2面のレンズ中心h0とが一致するよう配置したとき、任意の半径hにおいて、レンズ中心h0における光軸の垂線LからR2面までの距離をいう。なおR1面11からR2面12aへ向く方向を正とする。
また、サグの変化量Δsagとは、R2面12aにおける任意の半径hでのサグの傾き量、すなわち、半径hにおけるR2面の接線の、直線Lからの傾きをいう。なお、内周から外周へ向かってサグ量が増加する場合を正、減少する場合を負とする。
First, the sag sag and the sag change amount Δsag will be described. FIG. 1B schematically shows from the center h0 of the
The sag change amount Δsag is the sag inclination amount at an arbitrary radius h in the
図1においては、半径h1、h2、h3に対応するサグ量をそれぞれsag1、sag2、sag3としたとき、
h1<h2<h3sag1>sag2>sag3
となっている。
In FIG. 1, when the sag amounts corresponding to the radii h1, h2, and h3 are respectively sag1, sag2, and sag3,
h1 <h2 <h3sag1>sag2> sag3
It has become.
図2(a)は、本発明の実施の形態にかかる他の光ピックアップレンズを示す図であり、図2(b)は図2(a)の破線で示す部分を拡大して示す模式図である。図1に示す形状のみならず、図2に示す形状であってもよい。すなわち、図2に示すように、R2面12bは、上記式(1)、(2)を満たし、かつ極小値k(半径hk)を有する面形状を有する。
FIG. 2A is a diagram showing another optical pickup lens according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a schematic diagram showing an enlarged portion indicated by a broken line in FIG. is there. The shape shown in FIG. 2 may be sufficient as well as the shape shown in FIG. That is, as shown in FIG. 2, the
ここで、極小値を有するとは、半径h1<h2<h3<h4とし、そのサグ量をそれぞれsag1、sag2、sag3、sag4としたとき、
sag1>sag2>sag3・・・(3)
sag3<sag4・・・(4)
の関係を満たすことを示す。すなわち、R2面12bは、式(3)、(4)を満たす半径h1乃至h4を有する。
Here, having a minimum value means that the radius h1 <h2 <h3 <h4 and the sag amounts are sag1, sag2, sag3, sag4, respectively.
sag1>sag2> sag3 (3)
sag3 <sag4 (4)
It indicates that the relationship is satisfied. That is, the
また、この場合、レンズの半径h1、h2、h3、h4がh1<h2<h3<h4を満たし、半径h1、h2、h3、h4におけるサグの変化量をΔsag1、Δsag2、Δsag3、Δsag4としたとき、式(1)、(2)のみならず、式(5)を満たすh1乃至h4を有する。
0>Δsag1>Δsag2・・・(1)
Δsag2<Δsag3<0・・・(2)
Δsag4>0・・・(5)
Further, in this case, when the lens radii h1, h2, h3, and h4 satisfy h1 <h2 <h3 <h4, and the sag change amounts at the radii h1, h2, h3, and h4 are Δsag1, Δsag2, Δsag3, and Δsag4. , H1 to h4 satisfying Expression (5) as well as Expressions (1) and (2).
0>Δsag1> Δsag2 (1)
Δsag2 <Δsag3 <0 (2)
Δsag4> 0 (5)
図1においては、レンズ中心h0から外側に向かって傾き(Δsag)が緩やかから急峻になり再び緩やかになるような、中央部分が凸レンズの面形状となっている。図2においては、さらに縁周部に凹部を有し、半径方向にみたとき凹凸を繰り返すような面形状となっている。すなわち、図2に示す光ピックアップレンズのR2面12bは、中央部分が凸状で外周部分が凹状の面形状からなる。
In FIG. 1, the central portion has a surface shape of a convex lens such that the inclination (Δsag) from the lens center h0 toward the outside gradually decreases and then decreases gradually. In FIG. 2, there is a concave portion on the peripheral edge portion, and the surface shape is such that the concave and convex portions are repeated when viewed in the radial direction. That is, the
図1及び図2に示した光ピックアップレンズのR2面は連続形状であり、回折レンズのような段差のある輪帯構造が形成されるものではない。ただし、本件発明の技術思想を損なわない程度に2、3の段差を設けることは妨げない。R1面は連続形状であっても段差のある輪帯構造のいずれでも構わない。 The R2 surface of the optical pickup lens shown in FIGS. 1 and 2 has a continuous shape, and does not have a stepped annular zone structure like a diffractive lens. However, it is not prohibited to provide a few steps to the extent that the technical idea of the present invention is not impaired. The R1 surface may be either a continuous shape or a ring zone structure with a step.
また、光ピックアップレンズのR2面は、傾きが連続的であるものであれば足り、R2面形状が連続している場合と、連続しているR2面形状をレンズ面の一部区間を光軸方向に平行移動したような形状を含む。 Further, it is sufficient that the R2 surface of the optical pickup lens has a continuous inclination. When the R2 surface shape is continuous and when the R2 surface shape is continuous, a part of the lens surface is divided into an optical axis. Includes shapes that are translated in the direction.
このようなR2面12a又は12bの面形状を有することで、以下の効果を奏する。すなわち、通常のピックアップレンズは、両面が凸の両凸レンズ、または、凸レンズと凹レンズによって構成されるメニスカスレンズである。それぞれのレンズには特徴があり、R2面の中心位置とディスク30までの距離をワーキングディスタンス(WD)とした場合、メニスカスレンズはR2面が凹んでいる関係上、両凸レンズに比べて、ワーキングディスタンスが短くなってしまう。一方、軸外特性の画角特性は、メニスカスレンズは、両面が同方向に湾曲していることにより、凸レンズよりもよい特性を示す。
Having such a surface shape of the
これに対し、本実施の形態にかかる光ピックアップレンズ1a又は1bであると、外周側に凹部が形成され中央部に凸部が形成されていることから、このメニスカスレンズと両凸レンズの、両方の特性を満たすことができる。すなわち、ワーキングディスタンスが長く、また、軸上特性を満たしつつ、軸外特性として画角特性をよくすることが可能となる。
On the other hand, in the
つまり、図1に示す光ピックアップレンズ1aにおいては、R2面12aの半径方向中心h0から外周13aに向かとサグ量が徐々に増加し、ある半径、図1においては半径h3以降はサグ量がほとんど変化しない。また、図2に示す光ピックアップレンズ1bにおいては、R2面12bの半径方向中心h0から外周13bに向かうとサグ量が徐々に増加し、ある半径、本例では半径h4に到達すると、そこから外周13bまでは、それまでとは逆にサグ量が徐々に小さくなる。これらのサグ量の増減量が変わる位置から内径では両凸レンズの特徴を有し、これより外径では、メニスカスレンズの特性を持たせることが可能となる。
That is, in the
すなわち、レンズ中央部分は、両凸レンズであることから、ワーキングディスタンスを長くすることができ、それほど大きな極率半径をもたないため、両凸レンズでありながら、画角特性をよくすることも可能である。そして、このサグ量の増減量が変わる位置から外径側(R2面の外周部)にはメニスカスの特徴を持たせることにより、メニスカスレンズの特長である良好な画角特性を得ることができる。また、メニスカスレンズに相当する部分がレンズ中央部ではなく外周部分に形成されていることにより、ワーキングディスタンスを短くすることがない。このように、本実施の形態にかかる光ピックアップレンズ1a、1bは、外周部分は略平坦乃至凹部を形成することでメニスカスレンズの特長を取り入れ、内周部分は凸部を形成して両凸レンズの特長を取り入れることで、長いワーキングディスタンスを確保し、かつ軸上特性はもとより、画角特性も良好とすることができる。
以上の観点からは、図1及び図2の半径h1〜h4はすべてレーザの光束が通過する領域に存在するのが好ましい。
In other words, since the center part of the lens is a biconvex lens, the working distance can be lengthened, and since it does not have a very large radius of curvature, it is possible to improve the angle of view characteristics while being a biconvex lens. is there. Then, by providing the meniscus feature on the outer diameter side (outer peripheral portion of the R2 surface) from the position where the increase / decrease amount of the sag amount is changed, it is possible to obtain a favorable field angle characteristic which is a feature of the meniscus lens. Further, since the portion corresponding to the meniscus lens is formed in the outer peripheral portion instead of the lens central portion, the working distance is not shortened. As described above, the
From the above viewpoint, it is preferable that the radii h1 to h4 in FIGS. 1 and 2 are all present in the region through which the laser beam passes.
また、図1に示す光ピックアップレンズ1aにおいては、サグ量の増減量が変わる半径h3の位置から外径にかけてメニスカス形状にしたが、図2に示す光ピックアップレンズ1bは、極小値kを持たせる程度に極端なメニスカス形状としている。このような形状にすることにより、さらに、ワーキングディスタンスを長くとることができ、かつ軸上特性及び軸外特性として画角特性を更に良好にすることができる。
In the
ここで、光ピックアップレンズ1a、1bは、光ヘッド及び光ディスク装置に使用されているレーザとして410nm以下の波長を使用する記録及び/又は再生用ピックアップ装置に使用される場合、以下の式を満たすことが好ましい。
0.84≦NA
0.9≦d/f≦1.2
Here, when the
0.84 ≦ NA
0.9 ≦ d / f ≦ 1.2
ただし、NAは、光ピックアップレンズの開口数を示す。また、dは光ピックアップレンズの単レンズ中心厚(図3参照)、fは焦点距離を示す。 NA represents the numerical aperture of the optical pickup lens. Further, d is a single lens center thickness of the optical pickup lens (see FIG. 3), and f is a focal length.
ここで、開口数NAが0.84より小さいと、それに伴い、R2面の有効径も小さくなる。R2面の有効径が小さくなると、上述したように、両凸レンズとメニスカスレンズとの結合部分を、R2面の外周部分に形成することが困難になる。したがって、開口数NAが0.8以上が好ましく、0.84以上とすることが更に好ましい。 Here, if the numerical aperture NA is smaller than 0.84, the effective diameter of the R2 surface is also reduced accordingly. When the effective diameter of the R2 surface is reduced, as described above, it is difficult to form the coupling portion between the biconvex lens and the meniscus lens in the outer peripheral portion of the R2 surface. Therefore, the numerical aperture NA is preferably 0.8 or more, and more preferably 0.84 or more.
また、一般に、ワーキングディスタンスの観点からいえば、中心厚dを薄くし、また、屈折率nを低くするとよい。しかしながら、開口数NAが0.84より大きく、ワーキングディスタンスを長くし、且つ、画角特性を良好にするためには、レンズの性能、すなわち焦点距離fと中心厚dの関係d/fを規定することが好ましい。 In general, from the viewpoint of working distance, it is preferable to reduce the center thickness d and the refractive index n. However, in order to make the numerical aperture NA larger than 0.84, increase the working distance, and improve the angle of view characteristics, the lens performance, that is, the relationship d / f between the focal length f and the center thickness d is specified. It is preferable to do.
先ず、d/fを0.9以上とすることが好ましい理由について説明する。焦点距離fを固定値とした場合、中心厚dを薄くするとd/fの値が小さくなる。d/fの値が小さくなると、R1面とR2面のそれぞれの面径の端での距離(コバ厚)が小さくなる。コバが薄くなると、コバが割れるなどの不具合が発生し、レンズの取り付けが困難になる。また、f=h/NA(f:焦点距離、h:半径)であることから、d/f=d×NA/hの関係を有するが、上述のごとく、開口数NAは0.84以上が好ましいため、NAを固定値とした場合、半径を大きくとればとるほどd/fの値が小さくなり、これに応じて中心厚dを大きくしなければコバ厚を十分に確保することができなくなる。よってd/fは0.9以上とすることが好ましい。 First, the reason why it is preferable to set d / f to 0.9 or more will be described. When the focal length f is a fixed value, the value of d / f decreases as the center thickness d decreases. When the value of d / f is decreased, the distance (edge thickness) at the end of each surface diameter of the R1 surface and the R2 surface is decreased. If the edge becomes thin, problems such as breaking of the edge occur, and it becomes difficult to attach the lens. Further, since f = h / NA (f: focal length, h: radius), there is a relationship of d / f = d × NA / h. As described above, the numerical aperture NA is 0.84 or more. Therefore, when NA is a fixed value, the larger the radius is, the smaller the value of d / f becomes. If the center thickness d is not increased accordingly, a sufficient edge thickness cannot be secured. . Therefore, d / f is preferably 0.9 or more.
また、d/fを1.2以下とすることにより、R2面の面形状が形成しやすくなる。よってd/fは1.2以下とすることが好ましい。 Further, by setting d / f to 1.2 or less, the surface shape of the R2 surface can be easily formed. Therefore, d / f is preferably 1.2 or less.
このように、開口数NAを0.84以上とし、d/fを少なくとも0.9以上とすることにより、図1及び図2に示す形状の光ピックアップレンズを設計することが容易となり、ワーキングディスタンスを長くとることができ、軸上特性はもとより、画角特性も良好になる。 Thus, by setting the numerical aperture NA to 0.84 or more and d / f to at least 0.9 or more, it becomes easy to design the optical pickup lens having the shape shown in FIGS. 1 and 2, and the working distance is increased. The angle of view can be improved as well as the on-axis characteristics.
また、屈折率を1.51≦n≦1.64に設定することが好ましい。ここで、nは波長が405nmの青紫色レーザでの屈折率を示す。屈折率nが1.51より小さくなると、同じ中心厚で屈折率が大きいレンズに比べて曲率が大きくなり、R1面とR2面の面径端の距離であるコバ厚が小さくなってしまう。よって屈折率が1.51以上であることが好ましい。 The refractive index is preferably set to 1.51 ≦ n ≦ 1.64. Here, n represents the refractive index of a blue-violet laser having a wavelength of 405 nm. When the refractive index n is smaller than 1.51, the curvature is larger than that of a lens having the same center thickness and a large refractive index, and the edge thickness that is the distance between the surface diameter ends of the R1 surface and the R2 surface is small. Therefore, the refractive index is preferably 1.51 or more.
一方、屈折率nが1.64より大きくなると、両凸レンズとメニスカスレンズの両方の形状を有する本発明のR2面の形状を維持することが困難となり、完全なメニスカスレンズになりやすくなる。よって、屈折率nは1.64以下であることが好ましいが、R2面の中央部分を凸状とし外周部分に凹部を形成できる場合は、屈折率nが1.64より大きくてもよいことは勿論である。 On the other hand, when the refractive index n is larger than 1.64, it is difficult to maintain the shape of the R2 surface of the present invention having both the shape of the biconvex lens and the meniscus lens, and it becomes easy to form a complete meniscus lens. Therefore, the refractive index n is preferably 1.64 or less. However, when the central portion of the R2 surface is convex and a concave portion can be formed on the outer peripheral portion, the refractive index n may be larger than 1.64. Of course.
また、屈折率を1.59≦n≦1.62に設定することが更に好ましい。屈折率nを1.59乃至1.62とすることにより、図2に示す形状の光ピックアップレンズを設計することが容易となる。よって屈折率を1.59乃至1.62とすることが更に好ましい。 The refractive index is more preferably set to 1.59 ≦ n ≦ 1.62. By setting the refractive index n to 1.59 to 1.62, it becomes easy to design the optical pickup lens having the shape shown in FIG. Therefore, the refractive index is more preferably 1.59 to 1.62.
屈折率nを1.51乃至1.64、更に好ましくは1.59乃至1.62とすることにより、図1及び図2に示す形状の光ピックアップレンズを設計することが可能となり、長いワーキングディスタンスを確保することができると共に、軸上特性及び画角特性を向上させることができる。なお、光ピックアップレンズは、実用的なレンズ径とする。 By setting the refractive index n to 1.51 to 1.64, more preferably 1.59 to 1.62, it becomes possible to design an optical pickup lens having the shape shown in FIGS. 1 and 2, and a long working distance. Can be ensured, and on-axis characteristics and angle-of-view characteristics can be improved. The optical pickup lens has a practical lens diameter.
さらに、有効径D(図3参照)は1.8≦D≦3.2mmであることが好ましい。有効径Dが3.2mmより大きいと、ワーキングディスタンスが広くなりすぎて作製することが困難となる。また、有効径Dが1.8mmよりも小さいと、ワーキングディスタンスが小さくなりすぎて実用的ではない。よって、有効径Dは1.8乃至3.2mmであることが好ましい。 Furthermore, the effective diameter D (see FIG. 3) is preferably 1.8 ≦ D ≦ 3.2 mm. If the effective diameter D is larger than 3.2 mm, the working distance becomes too wide and it is difficult to manufacture. On the other hand, if the effective diameter D is smaller than 1.8 mm, the working distance becomes too small to be practical. Therefore, the effective diameter D is preferably 1.8 to 3.2 mm.
さらに、光ピックアップレンズの単レンズの2面のうち、レーザ光源に近い面であるR1面の接線角度αを、60°≦αとすることが好ましい。接線角度αが大きくなるとR1面のサグ量が大きくなり、これに伴いR2面のサグ量が小さくなり、よって図1又は図2に記載の光ピックアップレンズの形状を製造しやすくなる。一方、接線角度αが60度より小さくなるとR1面のサグ量が小さくなり、R2面のサグ量が大きくなってしまう。そうすると、R2面の形状を製造することが困難になると共に、画角特性が悪くなる。よって、R1面の接線角度αが60°以上であることが好ましい。これにより、R2面の形状を製造容易とすると共に軸上特性及び良好な画角特性を得ることができる。 Furthermore, it is preferable that the tangential angle α of the R1 surface, which is a surface close to the laser light source, of the two surfaces of the single lens of the optical pickup lens is 60 ° ≦ α. When the tangent angle α is increased, the sag amount on the R1 surface is increased, and accordingly, the sag amount on the R2 surface is decreased. Accordingly, the shape of the optical pickup lens shown in FIG. On the other hand, when the tangent angle α is smaller than 60 degrees, the sag amount on the R1 surface is decreased, and the sag amount on the R2 surface is increased. If it does so, it will become difficult to manufacture the shape of R2 surface, and an angle-of-view characteristic will worsen. Therefore, the tangent angle α of the R1 surface is preferably 60 ° or more. As a result, the shape of the R2 surface can be easily manufactured, and on-axis characteristics and good field angle characteristics can be obtained.
更に、アッベ数νdが、50≦νdであることが好ましい。アッベ数の大きいレンズであればあるほど、ピックアップレンズでの特性の色収差をよくすることができる。色収差とは、波長が+1nmずれたときのベストスポット位置のずれを示す。ピックアップレンズでは記録を行うときに、レーザパワーを上げるが、レーザパワーを上げるために、波長が一時的に長波長側にずれる現象が起こる。記録時にベストスポット位置がずれると、トラッキングが外れり、ベストスポット位置での記録が難しくなる。よって、良好な記録特性を維持するためには、アッベ数νdを上げる必要がある。ここで、アッベ数νdは、屈折率と反比例の関係にある。上述したように、屈折率は1.51≦n≦1.64であることが好ましいが、当該範囲の屈折率の場合、アッベ数は、50≦νd≦81程度となる。
このように、よってアッベ数は50以上が好ましく、更に好ましくは60以上とする。
Further, the Abbe number νd is preferably 50 ≦ νd. The larger the Abbe number, the better the characteristic chromatic aberration of the pickup lens. Chromatic aberration refers to the shift of the best spot position when the wavelength is shifted by +1 nm. In the pickup lens, the laser power is increased when recording, but a phenomenon occurs in which the wavelength temporarily shifts to the long wavelength side in order to increase the laser power. If the best spot position is shifted during recording, tracking is lost and recording at the best spot position becomes difficult. Therefore, in order to maintain good recording characteristics, it is necessary to increase the Abbe number νd. Here, the Abbe number νd is inversely proportional to the refractive index. As described above, the refractive index is preferably 1.51 ≦ n ≦ 1.64. However, in the case of the refractive index in this range, the Abbe number is about 50 ≦ νd ≦ 81.
Thus, the Abbe number is preferably 50 or more, and more preferably 60 or more.
次に、本発明を適用した実施例について説明する。図4は、各実施例1乃至32における波面収差を示す。また、実施例1は図5、図6に、実施例2は図7、図8に、実施例3は、図9、図10にそれぞれ対応しており、以下同様にして、図67、図68の実施例32まで対応している。ここで、実施例1乃至実施例4は、図1に示す光ピックアップレンズ1aに対応する実施例である。また、実施例5乃至実施例32は、図2に示す光ピックアップレンズ1bに対応する実施例である。また、例えば実施例1において、図5は、光ピックアップレンズの各特性値を示す。さらに、図6(a)は縦収差を示し、図6(b)はR2面の中心位置から外径までのサグ量を示し、図6(c)は実施例1の光ピックアップレンズを示している。
Next, an embodiment to which the present invention is applied will be described. FIG. 4 shows the wavefront aberration in each of Examples 1 to 32. Further, Example 1 corresponds to FIGS. 5 and 6, Example 2 corresponds to FIGS. 7 and 8, and Example 3 corresponds to FIGS. 9 and 10, respectively. Up to 68 Example 32 are supported. Here, Examples 1 to 4 are examples corresponding to the
次に、実施例1乃至34における各係数について説明する。先ず、光ピックアップレンズR1面の曲線の式Z1(h1)は式(6)のように表される。 Next, each coefficient in Examples 1 to 34 will be described. First, equation Z1 (h1) of the curve of the optical pickup lens R1 surface is expressed as equation (6).
Z1(h1):光軸からh1の高さにおける光ピックアップレンズR1面のサグh1:光軸からの高さk1:光ピックアップレンズR1面の円錐係数A14、A16、A18、A110、A112、A114、A116:光ピックアップレンズR1面の非球面係数R1:R1面の曲率半径を示す。
Z1 (h1): Sag of the optical pickup lens R1 surface at a height h1 from the optical axis h1: Height from the optical axis k1: Conical coefficients A14, A16, A18, A110, A112, A114 of the optical pickup lens R1 surface A116: Aspherical coefficient R1 of the optical pickup lens R1 surface R1: A radius of curvature of the R1 surface.
次に、光ピックアップレンズR2面の曲線の式Z2(h2)は下記(7)のように表される。 Next, the equation Z2 (h2) of the curve of the optical pickup lens R2 surface is expressed as (7) below.
Z2(h2):光軸からh2の高さにおける光ピックアップレンズR2面のサグ
h2:光軸からの高さ
k2:光ピックアップレンズR2面の円錐係数
A24、A26、A28、A210、A212、A214、A216:光ピックアップレンズR2面の非球面係数
R2:R2面の曲率半径
を示す。
Z2 (h2): Sag of the optical pickup lens R2 surface at a height of h2 from the optical axis h2: Height from the optical axis k2: Conic coefficients of the optical pickup lens R2 surface A24, A26, A28, A210, A212, A214, A216: Aspherical coefficient of the optical pickup lens R2 surface R2: Indicates the radius of curvature of the R2 surface.
次に、図1に示す光ピックアップレンズ1aを代表する図5、図6に示す実施例1、及び図2に示す光ピックアップレンズ1bを代表する図13、図14に示す実施例5について説明する。実施例1は、図5(a)に示す曲率半径R、面間隔d、波長が405nmでの屈折率屈折率n、アッベ数νdを有する実施例1にかかる単レンズ(光ピックアップレンズ)及び光ディスクに対し縦収差を測定した。図6(a)はその結果を示す。また、実施例1に係る光ピックアップレンズの焦点距離d、ワーキングディスタンスWD、開口数NA、有効径を図5(b)に、R1面、R2面の非球面係数を図5(c)、図5(d)に、その光ピックアップレンズの模式図を図6(c)に示す。また、図6(b)に、そのR2面の形状を横軸に中心h0から外径端(有効径)までをとり、縦軸にsag量をとって示す。この実施例1は、図6(b)に示すように、図1に示す光ピックアップレンズ1aと同様に、レンズ有効径の範囲において
0>Δsag1>Δsag2・・・(1)
Δsag2<Δsag3・・・(2)
及び
h1<h2<h3
sag1>sag2>sag3
を満たしていることがわかる。このようなR2面を有する実施例1に係る光ピックアップレンズは、図6(a)に示すように、レンズ有効径にいたるまで良好な縦収差をえることができた。また、図4に示されるように良好な画角特性を得ることができた。
Next, a first embodiment shown in FIGS. 5 and 6 representing the
Δsag2 <Δsag3 (2)
And h1 <h2 <h3
sag1>sag2> sag3
It can be seen that As shown in FIG. 6A, the optical pickup lens according to Example 1 having such an R2 surface was able to obtain good longitudinal aberration up to the lens effective diameter. In addition, as shown in FIG. 4, good field angle characteristics could be obtained.
また、実施例2は、図14(b)に示すように、図2に示す光ピックアップレンズ1bと同様に、
sag1>sag2>sag3・・・(3)
sag3<sag4・・・(4)
及び
0>Δsag1>Δsag2・・・(1)
Δsag2<Δsag3<0・・・(2)
Δsag4>0・・・(5)
を満たしていることが分かる。このようなR2面を有する実施例11に係る光ピックアップレンズは、図14(a)に示すように、レンズ有効径にいたるまで良好な縦収差をえることができた。また、図4に示されるように良好な画角特性を得ることができた。
Further, in Example 2, as shown in FIG. 14B, similarly to the
sag1>sag2> sag3 (3)
sag3 <sag4 (4)
And 0>Δsag1> Δsag2 (1)
Δsag2 <Δsag3 <0 (2)
Δsag4> 0 (5)
It can be seen that As shown in FIG. 14A, the optical pickup lens according to Example 11 having such an R2 surface was able to obtain good longitudinal aberration up to the lens effective diameter. In addition, as shown in FIG. 4, good field angle characteristics could be obtained.
同様に、他の実施例についても、レンズ有効径にいたるまで良好な縦収差をえることができ、図4に示されるように良好な画角特性を得ることができた。 Similarly, in the other examples, good longitudinal aberration was obtained up to the lens effective diameter, and good field angle characteristics were obtained as shown in FIG.
すなわち、図4、及び図5乃至図68に示すように、実施例1乃至32においては、高NAの光ピックアップレンズにおいて、良好な正弦条件、軸外特性を兼ね備えつつ、長いワーキングディスタンスを有する光ピックアップレンズを作製することができた。 That is, as shown in FIG. 4 and FIGS. 5 to 68, in Examples 1 to 32, the optical pickup lens having a high NA has a long working distance while having good sine conditions and off-axis characteristics. A pickup lens could be produced.
1a、1b 光ピックアップレンズ
11 R1面
12a、12b R2面
21 絞り
30 光ディスク
31 光ディスク内光透過層
32 光ディスク基板
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記レーザ光源からの平行光又は弱有限光の、可視光の範囲において位相が揃った波面状態の光束を、前記光ディスクに集光する、開口数NAが0.84≦NA≦0.87で、有効径Dが1.8≦D≦2.45mmであり、前記レーザ光源からの光束が入射する第1の面と、前記第1の面と反対側の光ディスク基板及び光ディスク内光透過層からなる光ディスクに対向する側の第2の面とを備え、
前記第2の面は、光軸からレンズ外径に向かって、半径h1、半径h2、半径h3(h1<h2<h3)とした場合、半径h1、半径h2、半径h3での各サグ量をsag1、sag2、sag3とし、各サグの変化量をΔsag1、Δsag2、Δsag3としたときに、0>Δsag1>Δsag2、及びΔsag2<Δsag3を満足するh1、h2、h3が存在する形状であり、
波長405nmでの屈折率nが1.51≦n≦1.57である、
単レンズを光ピックアップレンズとして使用することを特徴とする光ディスク装置。 By forming a light spot exclusively on the optical disk composed of the optical disk substrate and the light transmission layer in the optical disk by using the optical pickup lens through the collimator lens with a light beam from a laser light source having a wavelength of 410 nm or less on the optical disk. An optical disk device for reading information,
Condensing light beams in a wavefront state in which the phase is uniform in the range of visible light of parallel light or weak finite light from the laser light source, the numerical aperture NA is 0.84 ≦ NA ≦ 0.87, An effective diameter D is 1.8 ≦ D ≦ 2.45 mm, and includes a first surface on which a light beam from the laser light source is incident, an optical disk substrate opposite to the first surface, and a light transmission layer in the optical disk. A second surface on the side facing the optical disc,
When the radius h1, radius h2, and radius h3 (h1 <h2 <h3) are set from the optical axis toward the lens outer diameter, the second surface has sag amounts at the radius h1, radius h2, and radius h3. When sag1, sag2, and sag3 are set, and the amount of change of each sag is Δsag1, Δsag2, and Δsag3, there are h1, h2, and h3 that satisfy 0>Δsag1> Δsag2, and Δsag2 <Δsag3,
The refractive index n at a wavelength of 405 nm is 1.51 ≦ n ≦ 1.57.
1. An optical disc apparatus using a single lens as an optical pickup lens.
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