JP4463238B2 - Objective lens design method - Google Patents
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Description
本発明は、光ディスク等の光記録媒体に対して、波長405nm程度の光ビームを用いて情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップに用いられる対物レンズの設計方法に関する。 The present invention relates to a method for designing an objective lens used in an optical pickup that records and / or reproduces information on an optical recording medium such as an optical disk by using a light beam having a wavelength of about 405 nm.
従来より、波長785nm程度の光ビームを用いるCD(Compact Disc)、波長660nm程度の波長の光ビームを用いるDVD(Digital Versatile Disc)等の光ディスクに対して情報信号の記録及び/又は再生を行う光ピックアップがある。 Conventionally, light for recording and / or reproducing information signals on an optical disc such as a CD (Compact Disc) using a light beam having a wavelength of about 785 nm and a DVD (Digital Versatile Disc) using a light beam having a wavelength of about 660 nm. There is a pickup.
近年、光ディスクの大容量化の要求に伴い、記録媒体の高密度化、光ディスクの信号記録面上のビームスポットの小径化が進められている。 In recent years, with the demand for an increase in the capacity of an optical disk, the recording medium has been increased in density and the beam spot diameter on the signal recording surface of the optical disk has been reduced.
ビームスポット径は、使用する光ビームの波長に比例する一方、対物レンズの開口数NAに反比例する。そこで、最近では405nm程度の波長の光ビームを出射する光源を用い、NAが0.8を越える対物レンズが開発されている。 The beam spot diameter is proportional to the wavelength of the light beam used, but inversely proportional to the numerical aperture NA of the objective lens. Therefore, recently, an objective lens having a NA exceeding 0.8 has been developed using a light source that emits a light beam having a wavelength of about 405 nm.
しかし、対物レンズのNAが高くなるにつれて焦点深度が狭くなり、僅かな波長変動によって、像点が移動し、ビームスポットがぼけるという問題点が生じる。その一方で、図3に示すように、光源から出射される光ビームには中心波長λ0に対して±2nm程度の幅があり、図4に示すように、一般的に対物レンズを構成する材料の屈折率は405nm前後において、波長に対する屈折率の変化量が大きい。よって、光源から出射される光ビームに±2nm程度の差があることにより、図5に示すように、この対物レンズによる像点が移動して、結果として、色収差が発生することによりジッタの劣化の問題が生じたり、この色収差を抑制するために回折光学素子を設ける必要があった。尚、図5中、B0は、中心波長λ0の光ビームを示すものであり、B1,B2は、中心波長から±2nm程度の波長の光ビームを示すものである。 However, as the NA of the objective lens increases, the depth of focus becomes narrow, and a slight wavelength variation causes a problem that the image point moves and the beam spot is blurred. On the other hand, as shown in FIG. 3, the light beam emitted from the light source has a width of about ± 2 nm with respect to the center wavelength λ 0 , and generally forms an objective lens as shown in FIG. When the refractive index of the material is around 405 nm, the amount of change in the refractive index with respect to the wavelength is large. Therefore, when there is a difference of about ± 2 nm in the light beam emitted from the light source, as shown in FIG. 5, the image point is moved by the objective lens, and as a result, chromatic aberration is generated, thereby deteriorating jitter. In order to suppress this chromatic aberration, it is necessary to provide a diffractive optical element. In FIG. 5, B 0 represents a light beam having a center wavelength λ 0 , and B 1 and B 2 represent light beams having a wavelength of about ± 2 nm from the center wavelength.
本発明の目的は、光ディスク等の光記録媒体に対して、波長405nm程度の光ビームを用いて情報の記録及び/又は再生を行う光ピックアップにおいて、色収差を小さくすることができ、ビームスポットがぼやけることを防止することを可能とする対物レンズの設計方法を提供することにある。 It is an object of the present invention to reduce chromatic aberration and blur a beam spot in an optical pickup that records and / or reproduces information using an optical beam having a wavelength of about 405 nm with respect to an optical recording medium such as an optical disk. An object of the present invention is to provide a design method of an objective lens that can prevent this.
この目的を達成するため、本発明に係る対物レンズの設計方法は、光記録媒体に対して、波長が略405nmの光ビームによって情報信号の記録再生を行う光ピックアップに用いられる対物レンズにおいて、入射側及び出射側の面のいずれもが非球面形状とされ、開口数が0.8以上である対物レンズの設計方法であって、次式(1)、次式(2a)、次式(2b)、次式(2c)、次式(2d)及び次式(2e)で定めた範囲を選択するものである。 In order to achieve this object, the objective lens designing method according to the present invention is applied to an objective lens used for an optical pickup that records and reproduces an information signal with an optical beam having a wavelength of about 405 nm. any of the surface on the side and the exit side is aspheric, a method of designing a numerical aperture of 0.8 or more der Ru objective lens, the following equation (1), the following equation (2a), the following equation ( 2b), the following formula (2c), the following formula (2d), and the range defined by the following formula (2e) are selected .
但し、この式(1)、式(2a)〜次式(2e)において、
Ng:対物レンズを構成する材料のg線における屈折率、
Nh:対物レンズを構成する材料のh線における屈折率、
Ni:対物レンズを構成する材料のi線における屈折率、
f:対物レンズの焦点距離(mm)、
d:対物レンズの光軸位置での光軸方向の厚み(mm)、
n:対物レンズを構成する材料の使用波長における屈折率、
r1:対物レンズの入射側の面の曲率半径(mm)
である。
However, in this Formula (1) , Formula (2a)-following Formula (2e) ,
Ng: Refractive index at the g-line of the material constituting the objective lens,
Nh: the refractive index of the material constituting the objective lens at the h-line,
Ni: Refractive index at the i-line of the material constituting the objective lens,
f: Focal length (mm) of the objective lens,
d: Thickness (mm) in the optical axis direction at the optical axis position of the objective lens,
n: refractive index at the wavelength used of the material constituting the objective lens,
r 1 : radius of curvature (mm) of the incident side surface of the objective lens
It is.
本発明に係る対物レンズの設計方法は、光ディスク等の光記録媒体に対して、波長405nm程度の光ビームを用いて情報の記録再生を行う光ピックアップに用いられる対物レンズの設計方法であり、対物レンズを構成する材料として屈折率の波長依存性が所定の範囲とされたものとすることで、色収差を小さくすることができ、ビームスポットがぼやけることを防止することを可能とする。 Design method of the objective lens according to the present invention, the optical recording medium such as an optical disk, a method of designing the objective lens that is used in an optical pickup for recording and reproducing information by using a light beam having a wavelength of about 405 nm, By making the wavelength dependency of the refractive index within a predetermined range as the material constituting the objective lens, chromatic aberration can be reduced and the beam spot can be prevented from being blurred.
以下、本発明が適用された対物レンズ、及びこれを用いた光ピックアップ1並びに光ディスク装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an objective lens to which the present invention is applied, an optical pickup 1 using the objective lens, and an optical disc apparatus will be described with reference to the drawings.
本発明が適用された光ピックアップ1は、光ディスクに対して情報記録再生を行うものであり、この光ディスクを回転操作する駆動手段としてのスピンドルモータ、この光ピックアップ1を光ディスクの径方向に移動させる送りモータ等とともに光ディスク装置を構成する。そして、光ピックアップ1は、スピンドルモータによって回転操作された光ディスクに対して情報の記録再生を行う。ここで用いられる光ディスク8は、例えば、発光波長が405nm程度(青紫色)の半導体レーザを用いた高密度記録が可能な高密度記録光ディスク等である。尚、本発明は、上述の光ディスクのみならず光学的に記録・再生が可能な光記録媒体に対して記録及び/又は再生を行う光ピックアップ及び光ディスク装置並びにこれに用いられる対物レンズにも適用される。 An optical pickup 1 to which the present invention is applied performs information recording / reproduction with respect to an optical disc, a spindle motor as a driving means for rotating the optical disc, and a feed for moving the optical pickup 1 in the radial direction of the optical disc. An optical disk device is configured together with a motor and the like. The optical pickup 1 records and reproduces information with respect to the optical disc rotated by a spindle motor. The optical disk 8 used here is, for example, a high-density recording optical disk capable of high-density recording using a semiconductor laser having an emission wavelength of about 405 nm (blue-violet). The present invention is applicable not only to the above-described optical disc but also to an optical pickup and an optical disc apparatus that perform recording and / or reproduction on an optical recording medium that can be optically recorded and reproduced, and an objective lens used therefor. The
本発明を適用した光ピックアップ1は、図1に示すように、波長が略405nmの光ビームを出射する光源部3と、光源部3から出射された光ビームを3ビームに分割する回折光学素子4と、回折光学素子4により分割された光ビーム及び光ディスク8からの反射光を反射又は透過するビームスプリッタ5と、コリメータレンズ6と、光源部3から出射された光ビームを光ディスク8の信号記録面に集光する対物レンズ7と、光ディスク8で反射された戻りの光ビームを検出する光検出器9とを備える。
As shown in FIG. 1, an optical pickup 1 to which the present invention is applied includes a light source unit 3 that emits a light beam having a wavelength of about 405 nm, and a diffractive optical element that divides the light beam emitted from the light source unit 3 into three beams. 4, the
光源部3は、波長405nm程度の光ビームを出射する発光部を有する。尚、光源部3から出射される光ビームの波長は、これに限られるものではない。回折光学素子4は、光源部3とビームスプリッタ5との間に設けられ、光源部3より出射された光ビームを3ビームに分割する回折部が設けられている。
The light source unit 3 includes a light emitting unit that emits a light beam having a wavelength of about 405 nm. The wavelength of the light beam emitted from the light source unit 3 is not limited to this. The diffractive optical element 4 is provided between the light source unit 3 and the
ビームスプリッタ5は、回折光学素子4とコリメータレンズ6との光路上に配置され、光源部3に近い側にハーフミラー面5aを有する。ビームスプリッタ5は、回折光学素子4により3分割されて出射された光ビームをハーフミラー面5aにより光ディスク8側へ反射する。また、ビームスプリッタ5は、光ディスク8に反射された戻りの光ビームを透過させて光検出器9側に出射させる。すなわち、ビームスプリッタ5は、戻りの光ビームの光路を、往路の光ビームの光路から分岐する光学素子である。
The
コリメータレンズ6は、ビームスプリッタ5と対物レンズ7との間に配置され、ビームスプリッタ5に反射された光ビームを平行光にする。
The collimator lens 6 is disposed between the
対物レンズ7は、コリメータレンズ6により略平行光とされた光ビームを光ディスク8の信号記録面に集光させる。対物レンズ7の入射側には、図示しない開口絞りが設けられ、この開口絞りは、対物レンズ7に入射する光ビームの開口数を所望の開口数となるように開口制限を行う。
The
この対物レンズ7は、開口数(NA)が0.8以上とされた単玉対物レンズであり、その入射側の第1面7a及び出射側の第2面7bの両面が非球面形状とされ、後述のような屈折率の波長依存性を有する材料により形成されている。対物レンズ7は、後述のように所定の条件を満たす材料により形成されることにより、色収差を低減し、適正なビームスポットを得ることができる。
The
光検出器9は、光ディスク8の信号記録面で反射された光ビームのそれぞれを受光するためのフォトディテクタを有し、情報信号とともにトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号等の各種信号を検出する。 The photodetector 9 has a photodetector for receiving each of the light beams reflected by the signal recording surface of the optical disc 8, and detects various signals such as a tracking error signal and a focus error signal together with the information signal.
以上のように構成された光ピックアップ1は、この光検出器9により検出された戻り光により生成されたフォーカスサーボ信号、トラッキングサーボ信号に基づいて、対物レンズ7を駆動して、フォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行う。対物レンズ7が駆動されることにより、光ディスク8の信号記録面に対して合焦する合焦位置に移動されて、光ビームが光ディスク2の記録面上に合焦されて、光ディスク2に対して情報の記録又は再生を行う。
The optical pickup 1 configured as described above drives the
ここで、上述した光ピックアップ1に用いられる本発明を適用した対物レンズ7についてさらに詳細に説明する。
Here, the
単玉対物レンズである対物レンズ7の光源側(入射側)の面である第1面7aの曲率半径をr1とし、光ディスク8側(出射側)の面である第2面7bの曲率半径をr2とし、この対物レンズ7の光軸位置での光軸方向の厚み(中心厚さ)をd(mm)とし、対物レンズ7の焦点距離をf(mm)とし、対物レンズ7を構成する材料の使用波長(405nm)での屈折率をnとすると、以下の関係式(3)が成り立つ。
The radius of curvature of the first surface 7a is a surface on the light source side of the
式(3)の両辺をnで微分し、さらにr 2 を消去すると、次式(4)が得られる。 By differentiating both sides of the equation (3) by n, the further erased r 2, the following equation (4) is obtained.
ここで、変数をまとめて式を整理するために次式(5)のように「k」を設定し、この式(5)を式(4)に代入すると、次式(6)が得られる。 Here, in order to collect the variables and organize the equations, “k” is set as in the following equation (5), and when this equation (5) is substituted into the equation (4), the following equation (6) is obtained. .
ここで、d/fを0.8以上にすることにより、近軸領域の球面収差を小さくすることができる。また、d/fを1.6以下にすることにより、対物レンズ7の第1面と第2面の中心軸ズレが生じた時に発生するコマ収差を小さくすることができる。
Here, by setting d / f to 0.8 or more, the spherical aberration in the paraxial region can be reduced. Further, by setting d / f to 1.6 or less, coma aberration generated when the center axis shift between the first surface and the second surface of the
ところで、式(5)で示したkは、近軸領域でのコマ収差の発生を抑えた設計を行うためには、ほぼd/fに依存した関係となり、d/fが式(7)の関係を満たし、且つnが1.5≦n≦1.75の関係を満たすとき、上述したkは、次式(8)の関係となる。この屈折率nの範囲は、第1面の曲率半径を大きくして、対物レンズの製造を容易にし、かつ軸外の光学性能において発生する非点収差を抑制するために必要な範囲である。 By the way, k shown in the equation (5) has a relationship substantially dependent on d / f in order to perform a design in which the occurrence of coma in the paraxial region is suppressed, and d / f is expressed by the equation (7). When the relationship is satisfied and n satisfies the relationship of 1.5 ≦ n ≦ 1.75, k described above is expressed by the following equation (8). This range of the refractive index n is a range necessary for increasing the radius of curvature of the first surface, facilitating manufacture of the objective lens, and suppressing astigmatism occurring in off-axis optical performance.
ここで、色収差の値をΔ〔mm/nm〕として、上述した式(6)の左辺との関係を次式(9)のように算出し、さらに、色収差Δが焦点距離fに対して十分に小さいと近似すると、次式(10)が得られる。この式(10)を用いて上述した式(6)は、以下の式(11)に示すように変形できる。尚、ここで、色収差Δは、波長が変化したときの焦点距離の変化量を示すものである。 Here, assuming that the value of chromatic aberration is Δ [mm / nm], the relationship with the left side of the above equation (6) is calculated as in the following equation (9). When approximated to be small, the following equation (10) is obtained. Expression (6) described above using Expression (10) can be modified as shown in Expression (11) below. Here, the chromatic aberration Δ indicates the amount of change in focal length when the wavelength changes.
僅かな波長変動により像点が移動し、ビームスポットが光ディスクの信号記録層上でぼけるのを防止するためには、色収差を小さくすることが必要であり、次式(12)を満たすことが望ましい。 In order to prevent the image point from moving due to slight wavelength fluctuations and blurring of the beam spot on the signal recording layer of the optical disc, it is necessary to reduce chromatic aberration, and it is desirable to satisfy the following equation (12). .
ここで、式(11)を整理するために、g線(約435.8nm)、h線(約404.7nm)、i線(約365.0nm)のそれぞれでの対物レンズ7を構成する材料の屈折率をNg、Nh、Niとして、これらを用いて次式(13)を定義することができる。但し、式(13)中のλg、λiは、それぞれg線、i線の波長〔nm〕であり、λg−λiは、70.82〔nm〕である。
Here, in order to rearrange the formula (11), the material constituting the
式(12)及び式(13)を式(11)に代入すると、次式(14)が得られ、さらに、次式(15)のように変形することができる。 Substituting Equation (12) and Equation (13) into Equation (11) yields the following Equation (14), which can be further transformed into the following Equation (15).
ここで、式(15)の右辺第4項の値を次式(16)で示すようにQとする。Qは、図2に示すように、d/fの値と、屈折率nに依存して変化し、d/fの値を固定すると、nの増加に伴い単調に増加する。対物レンズ7の第1面の曲率半径を大きくして、対物レンズの製造を容易にするためには1.5≦nが必要であり、n=1.5におけるQの値は、次式(17)で示すように近似できる。
Here, the value of the fourth term on the right side of the equation (15) is Q as shown in the following equation (16). As shown in FIG. 2, Q changes depending on the value of d / f and the refractive index n. When the value of d / f is fixed, it increases monotonously as n increases. In order to increase the radius of curvature of the first surface of the
尚、図2中において、曲線L1は、d/f=0.8のときの屈折率nの変化にともなうQ値の変化を示し、曲線L2は、d/f=1.027のときの屈折率nの変化にともなうQ値の変化を示し、曲線L3は、d/f=1.177のときの屈折率nの変化にともなうQ値の変化を示し、曲線L4は、d/f=1.364のときの屈折率nの変化にともなうQ値の変化を示し、曲線L5は、d/f=1.6のときの屈折率nの変化にともなうQ値の変化を示すものである。 In FIG. 2, a curve L 1 shows a change in the Q value accompanying a change in the refractive index n when d / f = 0.8, and a curve L 2 shows a change when d / f = 1.027. The curve L 3 shows the change of the Q value with the change of the refractive index n when d / f = 1.177, and the curve L 4 shows the change of the Q value with the change of the refractive index n. The curve L 5 shows the change of the Q value with the change of the refractive index n when d / f = 1.6. The curve L 5 shows the change of the Q value with the change of the refractive index n when /f=1.364. It is shown.
図2に示すように、Qの値が、屈折率nが図2に示す範囲内においては屈折率nの増加に対して単調増加することから、1.5≦nの領域では、Qの値は、式(17)で求まる値よりも大きくなるため、この関係と、上述した式(15)とから、次式(18)及び次式(19)の関係が、成り立つ。 As shown in FIG. 2, the value of Q monotonically increases with respect to the increase in the refractive index n within the range shown in FIG. Is larger than the value obtained by the equation (17), and from this relationship and the above equation (15), the relationship of the following equation (18) and the following equation (19) is established.
また、更に優れた記録再生性能を確保するためには、色収差Δが次式(20)を満たすことが望ましい。 Further, in order to secure further excellent recording / reproducing performance, it is desirable that the chromatic aberration Δ satisfies the following expression (20).
この式(20)を用いて、上述した場合と同様に式を変形すると、次式(21)及び次式(22)が得られる。 When this equation (20) is used to transform the equation in the same manner as described above, the following equations (21) and (22) are obtained.
上述したように、本発明を適用した対物レンズは、上述の式(18)及び式(19)を満足するように形状が構成されるとともに対物レンズを構成する材料として屈折率の波長依存性が所定の範囲とされたものと組み合わせることで、色収差を小さくすることができ、ビームスポットのぼやけを低減することを可能とする。 As described above, the objective lens according to the present invention, the wavelength dependence of the refractive index as the material constituting the Rutotomoni objective lens is configured in shape so as to satisfy the above equation (18) and (19) By combining with a predetermined range, chromatic aberration can be reduced, and blurring of the beam spot can be reduced.
また、本発明を適用した対物レンズは、光源から出射される光ビームの波長が変動した際の焦点距離の変動を抑えることができ、このような場合にも色収差を小さくすることが可能となる。 In addition, the objective lens to which the present invention is applied can suppress the change in focal length when the wavelength of the light beam emitted from the light source fluctuates. In such a case, the chromatic aberration can be reduced. .
さらに、本発明を適用した対物レンズは、色収差を小さくし、ビームスポットのぼやけを低減すると同時に、像高特性、および広い偏心トレランスを確保するレンズ設計を可能とする。 Furthermore, the objective lens to which the present invention is applied can reduce the chromatic aberration and reduce the blur of the beam spot, and at the same time, enables a lens design that ensures image height characteristics and a wide eccentricity tolerance.
また、本発明を適用した対物レンズ7は、色収差抑制を目的とした回折構造を対物レンズに構成する必要がないため、対物レンズの透過率を高くすることができ、また、色収差抑制を目的とした回折光学素子を光ピックアップに設ける必要がないため、光ビームの利用効率を高めることができ、光源部の出力を低下することができ、光源部の低コスト化を実現できる。また、本発明を適用した対物レンズは、レンズ厚さと焦点距離とを最適に保つことにより、収差特性の良い対物レンズを設計することができる。
In addition, the
また、本発明を適用した対物レンズは、上述の式(21)及び式(22)を満足するよう構成されることにより、さらに、色収差を小さくすることができ、ビームスポットのぼやけがさらに低減された適正なスポット形状を得ることができる。 In addition, the objective lens to which the present invention is applied is configured to satisfy the above formulas (21) and (22), so that the chromatic aberration can be further reduced and the blur of the beam spot is further reduced. In addition, an appropriate spot shape can be obtained.
また、本発明を適用した光ピックアップ及び光ディスク装置は、このような対物レンズを用いることにより、色収差を低減するための回折光学素子等を設けることなく、色収差を低減して、ビームスポットのぼやけを低減して、良好な記録及び/又は再生特性を得ることを可能とする。 In addition, the optical pickup and the optical disc apparatus to which the present invention is applied use such an objective lens to reduce chromatic aberration and blur the beam spot without providing a diffractive optical element for reducing chromatic aberration. This makes it possible to obtain good recording and / or reproduction characteristics.
尚、以下に具体的数値を挙げて本発明を適用した対物レンズの実施例1〜4について説明する。 Examples 1 to 4 of the objective lens to which the present invention is applied will be described below with specific numerical values.
以下の実施例において、対物レンズの第1面は光源側の面、第2面は光ディスク側の面とする。また、光ディスクは、厚さ87.5umの平行平板とする。さらに、設計波長は405nmとし、光ディスクの屈折率はいずれも1.61692とする。また、fは、対物レンズの焦点距離(mm)を示し、Rは、対物レンズの曲率半径(mm)を示し、dは、対物レンズの光軸位置での厚み(mm)を示し、nは、対物レンズの使用波長(405nm)における屈折率を示し、NAは、光ディスクに対して光ビームを集光するときの対物レンズの開口数を示すものとする。 In the following embodiments, the first surface of the objective lens is the light source side surface, and the second surface is the optical disk side surface. The optical disk is a parallel plate having a thickness of 87.5 um. Further, the design wavelength is 405 nm, and the refractive index of each optical disk is 1.61692. F represents the focal length (mm) of the objective lens, R represents the radius of curvature (mm) of the objective lens, d represents the thickness (mm) of the objective lens at the optical axis position, and n represents The refractive index at the working wavelength (405 nm) of the objective lens is shown, and NA denotes the numerical aperture of the objective lens when the light beam is focused on the optical disk.
また、この対物レンズ7の第1面及び第2面の非球面形状は、以下の式(23)によって与えられるものとする。尚、式(23)中において、hは、光軸からの距離(mm)を示し、Z(h)は、光軸からの距離がhの位置における面頂点の接平面からの距離(mm)をしめし、Kは、円推定数を示し、Aiは、i次の非球面係数を示すものである。
The aspherical shapes of the first surface and the second surface of the
「実施例1」
実施例1の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:2.2〔mm〕
n:1.5966
d:2.59〔mm〕
NA:0.85
"Example 1 "
In the objective lens of Example 1 , f, n, d, and NA are as follows.
f: 2.2 [mm]
n: 1.5966
d: 2.59 [mm]
NA: 0.85
また、実施例1の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第1面形状>
R:1.50042〔mm〕
K:−0.70037
A4:1.04045×10−2
A6:−7.13978×10−4
A8:2.99815×10−3
A10:−1.66248×10−3
A12:3.28269×10−4
A14:2.20028×10−4
A16:−1.56511×10−4
A18:3.94403×10−5
A20:−3.72388×10−6
In addition, R, K, and A i indicating the shape of the first surface on the incident side of the objective lens of Example 1 are as follows.
<First surface shape>
R: 1.50042 [mm]
K: -0.70037
A 4 : 1.04045 × 10 −2
A 6 : −7.19398 × 10 −4
A 8 : 2.99815 × 10 −3
A 10 : −1.66248 × 10 −3
A 12 : 3.28269 × 10 −4
A 14 : 2.20028 × 10 −4
A 16 : -1.556511 × 10 −4
A 18 : 3.94403 × 10 −5
A 20: -3.72388 × 10 -6
また、実施例1の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−3.71882〔mm〕
K:−86.06624
A4:8.30268×10−2
A6:−8.84698×10−2
A8:7.27801×10−2
A10:−4.16242×10−2
A12:1.27658×10−2
A14:−1.36042×10−3
A16:−4.20916×10−5
A18:−4.26946×10−5
A20:1.06655×10−5
Further, R, K, and A i indicating the shape of the second surface on the emission side of the objective lens of Example 1 are as follows.
<Second surface shape>
R: -3.71882 [mm]
K: -86.0664
A 4 : 8.3268 × 10 −2
A 6 : −8.884698 × 10 −2
A 8 : 7.27801 × 10 −2
A 10 : -4.16242 × 10 −2
A 12 : 1.276658 × 10 −2
A 14: -1.36042 × 10 -3
A 16 : -4.20916 × 10 −5
A 18 : -4.29466 × 10 −5
A 20 : 1.06655 × 10 −5
このとき、d/f=1.177であり、上述した式(5)に示すkがk=1.122であり、軸上波面収差は2.9mλrms、また画角0.5°における軸外波面収差も23.9mλrmsと低く抑えられている。また、g線の屈折率Ng=1.5925、h線の屈折率Nh=1.5966、i線の屈折率Ni=1.6036の硝材であれば、(Nh/(Ni−Ng))=143.8となり、式(18)及び式(19)、並びに式(21)及び式(22)の関係を満たす。実際に色収差が0.44um/nmとなり、波長変動によるビームスポットのぼやけを抑えることができる。 At this time, d / f = 1.177, k shown in the above equation (5) is k = 1.122, the on-axis wavefront aberration is 2.9 mλrms, and the off-axis at an angle of view of 0.5 °. Wavefront aberration is also kept low at 23.9 mλrms. Further, if the glass material has a refractive index Ng = 1.5925 for g-line, a refractive index Nh = 1.5966 for h-line, and a refractive index Ni = 1.6036 for i-line, (Nh / (Ni−Ng)) = 143.8, which satisfies the expressions (18) and (19), and the expressions (21) and (22). Actually, the chromatic aberration is 0.44 um / nm, and blurring of the beam spot due to wavelength variation can be suppressed.
「実施例2」
実施例2の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:1.765〔mm〕
n:1.5965
d:2.078〔mm〕
NA:0.85
"Example 2 "
In the objective lens of Example 2 , f, n, d, and NA are as follows.
f: 1.765 [mm]
n: 1.5965
d: 2.078 [mm]
NA: 0.85
また、実施例2の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第1面形状>
R:1.20743〔mm〕
K:−0.63742
A4:1.63026×10−2
A6:6.09412×10−4
A8:3.82809×10−3
A10:−1.53316×10−3
A12:4.04485×10−4
A14:2.54213×10−4
A16:−1.39315×10−4
A18:4.31834×10−5
A20:−6.30045×10−6
Further, R, K, and A i indicating the shape of the first surface on the incident side of the objective lens of Example 2 are as follows.
<First surface shape>
R: 1.20743 [mm]
K: -0.63742
A 4 : 1.63026 × 10 −2
A 6 : 6.09412 × 10 −4
A 8 : 3.82809 × 10 −3
A 10 : −1.53316 × 10 −3
A 12 : 4.004485 × 10 −4
A 14 : 2.54213 × 10 −4
A 16 : -1.39315 × 10 −4
A 18 : 4.33184 × 10 −5
A 20 : −6.30045 × 10 −6
また、実施例2の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−2.93725〔mm〕
K:−121.9082
A4:1.03086×10−1
A6:−9.15242×10−2
A8:6.80729×10−2
A10:−4.27514×10−2
A12:1.32586×10−2
A14:−3.6774×10−4
A16:8.89052×10−4
A18:−4.08131×10−4
A20:−2.15241×10−4
In addition, R, K, and A i indicating the shape of the second surface on the emission side of the objective lens of Example 2 are as follows.
<Second surface shape>
R: -2.993725 [mm]
K: -121.9082
A 4 : 1.03086 × 10 −1
A 6 : -9.15242 × 10 −2
A 8 : 6.80729 × 10 −2
A 10 : -4.227514 × 10 −2
A 12 : 1.32586 × 10 −2
A 14 : −3.6774 × 10 −4
A 16 : 8.89052 × 10 −4
A 18 : -4.008131 × 10 −4
A 20 : −2.15241 × 10 −4
このとき、d/f=1.177であり、上述した式(5)に示すkがk=1.125であり、軸上波面収差は4.3mλrms、また画角0.5°における軸外波面収差も30.7mλrmsと低く抑えられている。また、g線の屈折率Ng=1.5914、h線の屈折率Nh=1.5966、i線の屈折率Ni=1.6054の硝材であれば、(Nh/(Ni−Ng))=114.0となり、式(18)及び式(19)、並びに式(21)及び式(22)の関係を満たす。波長変動によるビームスポットのぼやけを抑えることができる。実際に色収差が0.45um/nmとなり、波長変動によるビームスポットのぼやけを抑えることができる。 At this time, d / f = 1.177, k shown in the above equation (5) is k = 1.125, the on-axis wavefront aberration is 4.3 mλrms, and the off-axis at an angle of view of 0.5 °. Wavefront aberration is also kept as low as 30.7 mλrms. If the glass material has a refractive index Ng = 1.5914 for g-line, a refractive index Nh = 1.5966 for h-line, and a refractive index Ni = 1.6054 for i-line, (Nh / (Ni−Ng)) = 114.0, which satisfies the expressions (18) and (19), and the expressions (21) and (22). Blur of the beam spot due to wavelength variation can be suppressed. Actually, the chromatic aberration is 0.45 um / nm, and blurring of the beam spot due to wavelength variation can be suppressed.
「実施例3」
実施例3の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:2.2〔mm〕
n:1.6037
d:2.59〔mm〕
NA:0.85
"Example 3 "
In the objective lens of Example 3 , f, n, d, and NA are as follows.
f: 2.2 [mm]
n: 1.6037
d: 2.59 [mm]
NA: 0.85
また、実施例3の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第1面形状>
R:1.50936〔mm〕
K:−0.66148
A4:8.13256×10−3
A6:−2.46944×10−4
A8:2.32774×10−3
A10:−1.3762×10−3
A12:2.70202×10−4
A14:2.33322×10−4
A16:−1.69667×10−4
A18:4.43575×10−5
A20:−4.36009×10−6
In addition, R, K, and A i indicating the shape of the first surface on the incident side of the objective lens of Example 3 are as follows.
<First surface shape>
R: 1.50936 [mm]
K: -0.66148
A 4 : 8.1256 × 10 −3
A 6 : -2.49464 × 10 −4
A 8 : 2.33274 × 10 −3
A 10 : −1.3762 × 10 −3
A 12 : 2.70202 × 10 −4
A 14 : 2.33322 × 10 −4
A 16 : -1.669667 × 10 −4
A 18 : 4.44355 × 10 −5
A 20 : -4.36009 × 10 −6
また、実施例3の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−3.91425〔mm〕
K:−75.17455
A4:9.21876×10−2
A6:−9.89535×10−2
A8:7.33139×10−2
A10:−3.8594×10−2
A12:1.15928×10−2
A14:−1.4702×10−3
In addition, R, K, and A i indicating the shape of the second surface on the emission side of the objective lens of Example 3 are as follows.
<Second surface shape>
R: -3.991425 [mm]
K: -75.17455
A 4 : 9.21876 × 10 −2
A 6 : −9.889535 × 10 −2
A 8 : 7.33139 × 10 −2
A 10 : 3.8594 × 10 −2
A 12 : 1.15928 × 10 −2
A 14 : −1.4702 × 10 −3
このとき、d/f=1.177であり、上述した式(5)に示すkがk=1.122であり、軸上波面収差は2.2mλrms、また画角0.5°における軸外波面収差も25.5mλrmsと低く抑えられている。また、g線の屈折率Ng=1.5996、h線の屈折率Nh=1.6037、i線の屈折率Ni=1.6108の硝材であれば、(Nh/(Ni−Ng))=143.2となり、式(18)及び式(19)、並びに式(21)及び式(22)の関係を満たす。波長変動によるビームスポットのぼやけを抑えることができる。実際に色収差が0.44um/nmとなり、波長変動によるビームスポットのぼやけを抑えることができる。 At this time, d / f = 1.177, k shown in the above equation (5) is k = 1.122, the on-axis wavefront aberration is 2.2 mλrms, and the off-axis at an angle of view of 0.5 °. Wavefront aberration is also kept low at 25.5 mλrms. Further, if the glass material has a refractive index Ng = 1.5996 for g-line, a refractive index Nh = 1.6037 for h-line, and a refractive index Ni = 1.6108 for i-line, (Nh / (Ni−Ng)) = 143.2, which satisfies the expressions (18) and (19), and the expressions (21) and (22). Blur of the beam spot due to wavelength variation can be suppressed. Actually, the chromatic aberration is 0.44 um / nm, and blurring of the beam spot due to wavelength variation can be suppressed.
「実施例4」
実施例4の対物レンズにおいて、f,n,d,NAは、以下の通りである。
f:2.2〔mm〕
n:1.6459
d:2.59〔mm〕
NA:0.85
"Example 4 "
In the objective lens of Example 4 , f, n, d, and NA are as follows.
f: 2.2 [mm]
n: 1.6459
d: 2.59 [mm]
NA: 0.85
また、実施例4の対物レンズの入射側の第1面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第1面形状>
R:1.55744〔mm〕
K:−0.66079
A4:7.88222×10−3
A6:−1.85348×10−4
A8:2.22664×10−3
A10:−1.38148×10−3
A12:2.84263×10−4
A14:2.33304×10−4
A16:−1.71022×10−4
A18:4.40247×10−5
A20:−4.21752×10−6
Further, R, K, and A i indicating the shape of the first surface on the incident side of the objective lens of Example 4 are as follows.
<First surface shape>
R: 1.55744 [mm]
K: -0.66079
A 4 : 7.88222 × 10 −3
A 6 : −1.85348 × 10 −4
A 8 : 2.22664 × 10 −3
A 10: -1.38148 × 10 -3
A 12 : 2.84263 × 10 −4
A 14 : 2.33304 × 10 −4
A 16 : -1.71022 × 10 −4
A 18 : 4.4247 × 10 −5
A 20: -4.21752 × 10 -6
また、実施例4の対物レンズの出射側の第2面の形状を示すR,K,Aiは、以下の通りである。
<第2面形状>
R:−5.63388〔mm〕
K:−143.22731
A4:9.60818×10−2
A6:−1.03370×10−1
A8:7.42406×10−2
A10:−3.87024×10−2
A12:1.16908×10−2
A14:−1.504×10−3
Further, R, K, and A i indicating the shape of the second surface on the emission side of the objective lens of Example 4 are as follows.
<Second surface shape>
R: -5.63388 [mm]
K: -143.222731
A 4 : 9.60818 × 10 −2
A 6 : −1.03370 × 10 −1
A 8 : 7.42406 × 10 −2
A 10 : -3.88704 × 10 −2
A 12 : 1.16908 × 10 −2
A 14 : -1.504 × 10 −3
このとき、d/f=1.177であり、上述した式(5)に示すkがk=1.122であり、軸上波面収差は3.1mλrms、また画角0.5°における軸外波面収差も25.4mλrmsと低く抑えられている。また、g線の屈折率Ng=1.6417、h線の屈折率Nh=1.6459、i線の屈折率Ni=1.6532の硝材であれば、(Nh/(Ni−Ng))=143.1となり、式(18)及び式(19)、並びに式(21)及び式(22)の関係を満たす。波長変動によるビームスポットのぼやけを抑えることができる。実際に色収差が0.44um/nmとなり、波長変動によるビームスポットのぼやけを抑えることができる。 At this time, d / f = 1.177, k shown in the above formula (5) is k = 1.122, the on-axis wavefront aberration is 3.1 mλrms, and the off-axis at an angle of view of 0.5 °. Wavefront aberration is also kept low at 25.4 mλrms. If the glass material has a refractive index Ng = 1.6417 for g-line, a refractive index Nh = 1.6459 for h-line, and a refractive index Ni = 1.6532 for i-line, (Nh / (Ni−Ng)) = 143.1, which satisfies the expressions (18) and (19), and the expressions (21) and (22). Blur of the beam spot due to wavelength variation can be suppressed. Actually, the chromatic aberration is 0.44 um / nm, and blurring of the beam spot due to wavelength variation can be suppressed.
このように、上述した実施例1〜4の対物レンズによれば、405nm付近の波長を光源に用いる光ピックアップに用いられた場合に、上述の範囲内の屈折率の波長依存性をもつ硝材を用いていることによって、色収差を小さくすることができ、ビームスポットがぼやけることを防止することができる。 Thus, according to the objective lenses of Examples 1 to 4 described above, when used in an optical pickup that uses a wavelength near 405 nm as a light source, a glass material having a wavelength dependency of the refractive index within the above range is used. By using it, chromatic aberration can be reduced and the beam spot can be prevented from blurring.
1 光ピックアップ、 3 光源部、 4 回折光学素子、 5 ビームスプリッタ、 6 コリメータレンズ、 7 対物レンズ、 8 光ディスク、 9 光検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical pick-up, 3 Light source part, 4 Diffractive optical element, 5 Beam splitter, 6 Collimator lens, 7 Objective lens, 8 Optical disk, 9 Optical detector
Claims (1)
入射側及び出射側の面のいずれもが非球面形状とされ、
開口数(NA)が0.8以上である対物レンズの設計方法であって、
次式(1)、次式(2)、次式(3)、次式(4)、次式(5)及び次式(6)で定めた範囲を選択する対物レンズの設計方法。
Ng:対物レンズを構成する材料のg線における屈折率、
Nh:対物レンズを構成する材料のh線における屈折率、
Ni:対物レンズを構成する材料のi線における屈折率、
f:対物レンズの焦点距離(mm)、
d:対物レンズの光軸位置での光軸方向の厚み(mm)、
n:対物レンズを構成する材料の使用波長における屈折率、
r1:対物レンズの入射側の面の曲率半径(mm)
である。 Used for an optical pickup that records and reproduces an information signal with an optical beam having a wavelength of about 405 nm with respect to an optical recording medium,
Both the incident side and emission side surfaces are aspherical,
Numerical aperture (NA) is a method of designing der Ru objective lens at least 0.8,
An objective lens design method for selecting a range defined by the following formula (1), the following formula (2), the following formula (3), the following formula (4), the following formula (5), and the following formula (6).
Ng: Refractive index at the g-line of the material constituting the objective lens,
Nh: the refractive index of the material constituting the objective lens at the h-line,
Ni: Refractive index at the i-line of the material constituting the objective lens,
f: Focal length (mm) of the objective lens,
d: Thickness (mm) in the optical axis direction at the optical axis position of the objective lens,
n: refractive index at the wavelength used of the material constituting the objective lens,
r 1 : radius of curvature (mm) of the incident side surface of the objective lens
It is.
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