JP2002156579A - Objective lens for optical disk - Google Patents

Objective lens for optical disk

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JP2002156579A
JP2002156579A JP2000350144A JP2000350144A JP2002156579A JP 2002156579 A JP2002156579 A JP 2002156579A JP 2000350144 A JP2000350144 A JP 2000350144A JP 2000350144 A JP2000350144 A JP 2000350144A JP 2002156579 A JP2002156579 A JP 2002156579A
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Japan
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lens
aberration
objective lens
optical disk
wavelength
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JP2000350144A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Itonaga
誠 糸長
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Victor Company of Japan Ltd
Original Assignee
Victor Company of Japan Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an objective lens for an optical disk whose best image surface chromatic aberration characteristic is made excellent, whose off-axis aberration characteristic is made excellent and which has gentle eccentric tolerance. SOLUTION: This objective lens for an optical disk is a single lens whose numerical aperture is >=0.7 and whose both surfaces are aspherical, and the center thickness of the lens is larger than a focal distance.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大容量の光ディス
クを実現する高い開口数(NA)を有する対物レンズに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an objective lens having a high numerical aperture (NA) for realizing a large-capacity optical disk.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、CDディスクは、開口数が0.4
5〜0.5である対物レンズを用い、780nm程度波
長を有するレーザ光で、読み取り又は書き込みされてい
る。またDVDディスクは、開口数が0.6程度の対物
レンズを用い、650nm程度の波長を有するレーザ光
で、読み取り又は書き込みされている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a CD disk has a numerical aperture of 0.4.
Reading or writing is performed with a laser beam having a wavelength of about 780 nm using an objective lens of 5 to 0.5. A DVD disk is read or written with a laser beam having a wavelength of about 650 nm using an objective lens having a numerical aperture of about 0.6.

【0003】一方、光ディスクの容量を上げるために、
より短い波長のレーザ光とより高い開口数を有するレン
ズを使用する次世代光ディスク・ピックアップシステム
の開発が進められている。
On the other hand, in order to increase the capacity of an optical disk,
A next-generation optical disc pickup system using a laser beam having a shorter wavelength and a lens having a higher numerical aperture has been developed.

【0004】そして、より短い波長を有するレーザとし
ては、波長が400nmのいわゆる青色レーザが考えら
れている。
As a laser having a shorter wavelength, a so-called blue laser having a wavelength of 400 nm has been considered.

【0005】また、より高い開口数を有する対物レンズ
としては、開口数が0.7の単レンズを用いたシステム
あるいは、開口数が0.85の2群レンズを用いたシス
テムが報告されている。
As an objective lens having a higher numerical aperture, a system using a single lens with a numerical aperture of 0.7 or a system using a two-group lens with a numerical aperture of 0.85 has been reported. .

【0006】前者は、Jpn. J. Appl. Phys. Vol.39 (20
00) pp.978-979 M. Itonaga et al.“Optical Disk Sys
tem Using a High-Numerical Aperture Single Objecti
veLens and a Blue LD”に報告されている。
The former is disclosed in Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (20
00) pp.978-979 M. Itonaga et al. “Optical Disk Sys
tem Using a High-Numerical Aperture Single Objecti
veLens and a Blue LD ”.

【0007】後者は、Jpn. J. Appl. Phys. Vol.39 (20
00) pp.937-942 I. Ichimura et al. “Optical Disk R
ecording Using a GaN Blue-Violet Laser Diode”に報
告されている。
The latter is disclosed in Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39 (20
00) pp.937-942 I. Ichimura et al. “Optical Disk R
ecording Using a GaN Blue-Violet Laser Diode ”.

【0008】しかし前記2群レンズを用いたシステム
は、組立工程が必要な上にレンズが2枚必要なことか
ら、量産性に劣りかつコストも高くなる。
However, the system using the two-group lens requires an assembling process and requires two lenses, so that the mass production is inferior and the cost is high.

【0009】そこで、前記次世代システムとしては、よ
り簡単な構成である単レンズによる光ピックアップが望
まれている。ここに単レンズを用いる光ピックアップに
おいては、0.7より大きい開口数を有する対物レンズ
が望まれている。
Therefore, as the next-generation system, an optical pickup using a single lens having a simpler configuration is desired. Here, in an optical pickup using a single lens, an objective lens having a numerical aperture larger than 0.7 is desired.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】高い開口数を有する単
レンズを実用化するための問題点は、製造公差が厳しく
なる点及び設計性能が悪くなる点である。
Problems to be solved for putting a single lens having a high numerical aperture into practical use are that manufacturing tolerances become strict and design performance deteriorates.

【0011】より詳細には、前記製造公差は、両面非対
称レンズにおける入射・出射面間の間隔公差あるいは、
前記2面の幾何学的中心間の間隔公差(偏芯公差)ある
いは、前記2面間の傾きの公差等を意味する。しかしこ
れらの製造公差は、製造技術の改善と向上で対応するこ
とが可能である。即ち数ミクロン〜数十ミクロン程度の
範囲の公差を確保した製造をすることは可能である。
More specifically, the manufacturing tolerance is a distance tolerance between the entrance and exit surfaces of the double-sided asymmetric lens, or
It means the tolerance of the distance between the geometric centers of the two surfaces (eccentricity tolerance) or the tolerance of the inclination between the two surfaces. However, these manufacturing tolerances can be addressed by improving and improving manufacturing techniques. That is, it is possible to manufacture with a tolerance of about several microns to several tens of microns.

【0012】一方前記設計性能の悪化は、レンズ設計上
の性能悪化のことであり、より詳細には、軸外光線に対
する収差発生(以下、軸外収差と略称する。)及び、複
数の波長を有する軸上光線に対する各波長での最良の像
面での球面収差(以下、最良像面色収差と略称する。)
を意味する。ここに軸上光線とはレンズの光軸に平行に
入射する光線のことであり、軸外光線とはレンズの光軸
に対して傾斜して入射する光線を意味する。即ち、設計
基準波長を有する軸上光線に対して球面収差が発生しな
いように設計することは可能であるが、前記収差につい
ては従来のCD用あるいはDVD用の対物レンズに比べ
て良い値を得ることが困難である。
On the other hand, the deterioration of the design performance refers to the deterioration of the performance of the lens design. More specifically, the generation of aberration with respect to off-axis rays (hereinafter abbreviated as off-axis aberration) and a plurality of wavelengths are considered. Spherical aberration at the best image plane at each wavelength with respect to the on-axis ray (hereinafter, abbreviated as best image plane chromatic aberration)
Means Here, the on-axis ray is a ray incident parallel to the optical axis of the lens, and the off-axis ray is a ray incident obliquely with respect to the optical axis of the lens. That is, it is possible to design such that spherical aberration does not occur with respect to an axial ray having a design reference wavelength, but the aberration is obtained as a better value than a conventional CD or DVD objective lens. It is difficult.

【0013】前記軸外収差及び最良像面色収差を、詳細
に説明すると以下の通りである。
The off-axis aberration and the best image plane chromatic aberration will be described in detail below.

【0014】前記軸外収差は、前記製造公差を考慮せず
に設計する場合においても一般的に従来より劣る。開口
数が大きくなると光軸に対して大きな傾斜角を有する光
線が入射するからである。前記軸外収差は、製造公差を
考慮するとさらに悪くなることが知られている。より詳
細には、前記製造公差のうちで最も重要な公差は前記偏
芯公差であるが、当該偏芯公差を大きくするためには前
記軸上収差と前記軸外収差を犠牲にする必要がある。す
なわちある程度の軸上収差及び軸外収差を有するように
レンズを設計することにより、偏芯が生じても結果とし
てレンズ性能をほぼ維持することができるレンズを実現
することができるのである。ここに軸上収差に関しては
僅かに劣化するだけであるが、開口数が0.6を越える
ような高開口数レンズにおいては、軸外収差をかなり犠
牲にしないと製造が可能となるミクロンオーダーの偏芯
公差を確保することができない。
The off-axis aberration is generally inferior to the conventional one even when designing without considering the manufacturing tolerance. This is because, when the numerical aperture increases, a light beam having a large inclination angle with respect to the optical axis enters. It is known that the off-axis aberration is further worsened in consideration of manufacturing tolerances. More specifically, the most important tolerance among the manufacturing tolerances is the eccentricity tolerance, but in order to increase the eccentricity tolerance, it is necessary to sacrifice the on-axis aberration and the off-axis aberration. . That is, by designing a lens to have a certain degree of on-axis aberration and off-axis aberration, it is possible to realize a lens that can substantially maintain lens performance even if eccentricity occurs. Here, the axial aberration is only slightly deteriorated, but in a high numerical aperture lens having a numerical aperture exceeding 0.6, it is possible to manufacture the lens on the micron order, which can be manufactured without considerably sacrificing the off-axis aberration. Eccentricity tolerance cannot be secured.

【0015】これをDVD用レンズの場合と比較すると
以下の通りである。例えば焦点距離3.3mmで厚さが
2mmのDVD用レンズにおいて、例えば偏芯公差5ミ
クロンを有するレンズを設計すると、0.5度の入射光
に対して軸外収差0.03λ以下の性能を有するレンズ
は容易に製作することができる。
This is compared with the case of a DVD lens as follows. For example, in a DVD lens having a focal length of 3.3 mm and a thickness of 2 mm, if a lens having, for example, an eccentricity tolerance of 5 μm is designed, a performance with an off-axis aberration of 0.03λ or less with respect to incident light of 0.5 degrees is obtained. The lens can be easily manufactured.

【0016】しかし、短波長レーザ光を使用する高開口
数レンズでは、このようなレンズの製作が困難となる。
However, it is difficult to manufacture such a lens with a high numerical aperture lens using a short wavelength laser beam.

【0017】一方、前記最良像面色収差は前述の如く、
レーザ光の波長がレンズの設計波長に対してずれがある
場合において、当該レーザ波長に対する最良な像面で評
価した場合に発生する球面収差である。より詳細には以
下の通りである。
On the other hand, the best image plane chromatic aberration is as described above.
This is spherical aberration that occurs when the wavelength of the laser light is shifted from the design wavelength of the lens and is evaluated on the best image plane for the laser wavelength. The details are as follows.

【0018】図8は、405nmの光に対して収差が補
償されている場合において400nm及び410nmの
光に対して発生する縦収差図を示す。当該縦収差を表す
線が曲がっていると球面収差が存在することになる。
FIG. 8 is a diagram showing longitudinal aberrations generated for light of 400 nm and 410 nm when aberration is compensated for light of 405 nm. If the line representing the longitudinal aberration is bent, spherical aberration is present.

【0019】図8において、例えばレーザ波長が、設計
基準波長である405nmからずれて410nmに変動
した場合、当該レーザ波長に対する最良像面は、x=0
の位置からx=+aの位置へ変動する。この位置変動し
た410nmの縦収差図において、光線高さの高い(即
ちyの値が大きい)光線は主光線とは異なった位置で光
軸と交わり図示の如き球面収差を発生する。
In FIG. 8, for example, when the laser wavelength is shifted from the design reference wavelength of 405 nm to 410 nm, the best image plane for the laser wavelength is x = 0.
From the position x to the position x = + a. In the 410 nm longitudinal aberration diagram in which the position fluctuates, a ray having a high ray height (that is, a large value of y) intersects with the optical axis at a position different from the principal ray to generate spherical aberration as shown in the figure.

【0020】図9は、前記収差を波面収差の量として評
価した場合の最良像面色収差と波長との関係をしめす
(以下、この関係を最良像面色収差特性と称する。)。
FIG. 9 shows the relationship between the best image plane chromatic aberration and the wavelength when the aberration is evaluated as the amount of wavefront aberration (hereinafter, this relation is referred to as the best image plane chromatic aberration characteristic).

【0021】図9に示すように、最良像面色収差特性
は、レンズの設計基準波長λ0に於いて最低値を有し、
その設計基準波長からずれるに従って大きな値を有す
る。従って、図9の最良像面色収差特性から、そのレン
ズの使用できる波長範囲λ±(最大波長λ+、最小波長
λ−)が定められる。
As shown in FIG. 9, the best image plane chromatic aberration characteristic has the lowest value at the lens design reference wavelength λ0.
It has a larger value as it deviates from the design reference wavelength. Therefore, the wavelength range λ ± (maximum wavelength λ +, minimum wavelength λ−) that can be used by the lens is determined from the best image plane chromatic aberration characteristic in FIG.

【0022】前記最良像面色収差についてDVD用レン
ズでは、以下の通りである。
The best image plane chromatic aberration for a DVD lens is as follows.

【0023】例えば焦点距離が3.3mmで厚さが2m
mのDVD用レンズにおいて、偏芯公差5ミクロンのレ
ンズを設計すると、波長変化が生ずる場合の最良像面色
収差を0.02λ以下に抑えられる波長範囲は615n
m〜700nmへ亘り、非常に広い。
For example, the focal length is 3.3 mm and the thickness is 2 m
If a lens having a eccentricity tolerance of 5 μm is designed for a DVD lens of m, the wavelength range in which the best image plane chromatic aberration when a wavelength change occurs can be suppressed to 0.02λ or less is 615n.
Very wide, from m to 700 nm.

【0024】しかし、青色レーザの波長領域では最良像
面色収差特性が厳しくなり、広い波長範囲を得ることは
困難である。
However, in the wavelength region of the blue laser, the chromatic aberration characteristics of the best image plane become severe, and it is difficult to obtain a wide wavelength range.

【0025】このように短波長の光に対して最良像面色
収差特性が厳しくなるのは、例えばガラスの屈折率の波
長変動が大きい為である。また収差が波長に反比例して
大きくなるためである。従って波長が450nmになる
とDVDで用いられている650nmに比べて波長が7
0%となり、結果として精度公差が70%になる。開口
数が上がる場合には、これによる収差が掛け合わされる
ことになる。
The reason why the best image plane chromatic aberration characteristic becomes severe with respect to light having a short wavelength is that, for example, wavelength fluctuation of the refractive index of glass is large. Also, this is because the aberration increases in inverse proportion to the wavelength. Therefore, when the wavelength becomes 450 nm, the wavelength becomes 7 compared with 650 nm used in DVD.
0%, resulting in an accuracy tolerance of 70%. When the numerical aperture increases, aberrations due to this increase.

【0026】この発明の目的は、前記問題点を克服する
ことであり、最良像面色収差特性に優れかつ軸外収差特
性に優れ、緩やかな偏芯公差を有する光ディスク用対物
レンズを提供することである。
An object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems, and to provide an objective lens for an optical disc having excellent chromatic aberration characteristics of the best image plane, excellent off-axis aberration characteristics, and gradual eccentricity tolerance. is there.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】この発明の光ディスク用
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ことを
特徴とする。
An objective lens for an optical disc according to the present invention is a double-sided aspheric single lens having a numerical aperture of 0.7 or more, and is characterized in that the center thickness of the lens is longer than the focal length.

【0028】このレンズによれば、レンズ第1面での屈
折の際の偏角を小さくすることができる。このことは、
当該第1面の曲率半径を小さくすることができ、当該第
1面の法線と光軸のなす角を小さくすることができるこ
とを意味する。従って、波長が変化した場合の屈折角の
変化を最小にし球面収差の発生を抑制することができ
る。すなわち、最良像面における色収差を改善すること
ができる。軸外光線に対する収差についても、入射光の
方向変化が前記第1面出射後の屈折角の変化に与える影
響が小さくなり、当該軸外収差を最小にすることができ
る。
According to this lens, the deflection angle at the time of refraction on the first surface of the lens can be reduced. This means
This means that the radius of curvature of the first surface can be reduced, and the angle between the normal line of the first surface and the optical axis can be reduced. Therefore, it is possible to minimize the change in the refraction angle when the wavelength changes, thereby suppressing the occurrence of spherical aberration. That is, chromatic aberration at the best image plane can be improved. Regarding the aberration with respect to the off-axis ray, the influence of the change in the direction of the incident light on the change in the refraction angle after exiting the first surface is reduced, and the off-axis aberration can be minimized.

【0029】前記光ディスク用対物レンズは、設計基準
波長における結像倍率が0倍であるのが好ましい。ここ
に設計基準波長とは、当該レンズを設計する際に基準と
して採用される波長であり、当該レンズは設計基準波長
の光を、軸外光線及び軸上光線を含めて同一の像面内に
最もシャープに収束せしめる。
It is preferable that the objective lens for an optical disk has an imaging magnification of 0 at a design reference wavelength. Here, the design reference wavelength is a wavelength adopted as a reference when designing the lens, and the lens emits light of the design reference wavelength in the same image plane including off-axis rays and on-axis rays. The sharpest convergence.

【0030】前記のように結像倍率を0倍とすることに
より、干渉計を用いて容易に性能をレンズ単品で測定す
ることが可能になり、高度な品質管理が可能になる。
By setting the imaging magnification to 0 times as described above, it is possible to easily measure the performance of a single lens using an interferometer, and to perform a high quality control.

【0031】前記光ディスク用対物レンズはまた、前記
設計基準波長が0.45μmよりも短いのが好ましい。
Preferably, the objective lens for an optical disc has the design reference wavelength shorter than 0.45 μm.

【0032】前記光ディスク用対物レンズはまた、焦点
距離が4.0mmよりも短く、次式で示されるt=d/
n+0.9(mm)より長いのが好ましい。ここにdは
光ディスクの厚さであり、nは光ディスクの屈折率であ
る。
The objective lens for an optical disk also has a focal length shorter than 4.0 mm and t = d /
It is preferably longer than n + 0.9 (mm). Here, d is the thickness of the optical disk, and n is the refractive index of the optical disk.

【0033】焦点距離をtより長くすることにより作動
距離(レンズ先端とディスク表面の距離)を0.3mm
以上確保することができる。より詳細には、作動距離を
0.25mm以上確保することにより、レンズとディス
クの衝突の可能性を低減することができる。すなわちプ
ラスチックで作られているディスクは反りを有する。こ
の反りの量はディスクの直径にも依存するが、例えば1
20mmの大きさの次世代システム用ディスクの面ぶれ
は±0.2mm程度と考えられる。従って0.25mm
以上の作動距離があれば、制御回路側での工夫(例えば
ディフェクトがある場合のレンズの回避制御等)と併せ
て、ディスクとレンズの衝突の危険性を必要十分な程度
に下げることができる。もちろんサーボ技術等の他の技
術を適用することでディスクとレンズが衝突しないこと
が保証されるか、あるいは衝突が許容されるディスクシ
ステムを用いる場合あるいはより小径のディスクを用い
る場合(例えばムービー)では、より短い焦点距離のレ
ンズを用いることもできる。
By making the focal length longer than t, the working distance (the distance between the lens tip and the disk surface) becomes 0.3 mm.
The above can be secured. More specifically, by securing the working distance of 0.25 mm or more, the possibility of collision between the lens and the disk can be reduced. That is, a disc made of plastic has warpage. The amount of this warpage also depends on the diameter of the disk.
The run-out of a next-generation system disk having a size of 20 mm is considered to be about ± 0.2 mm. Therefore 0.25mm
With the above working distance, it is possible to reduce the risk of collision between the disk and the lens to a necessary and sufficient degree, in addition to the device on the control circuit side (for example, control to avoid the lens when there is a defect). Of course, by applying other technologies such as servo technology, it is guaranteed that the disk does not collide with the lens, or when using a disk system that allows collision or when using a smaller-diameter disk (for example, a movie) Alternatively, a lens with a shorter focal length can be used.

【0034】また焦点距離を4.0mm以下に設計する
ことにより、開口数が0.7以上の場合でも光束直径を
5.6mm以下にすることができ、ピックアップの小型
化を保持することができる。またレンズ自体も小型化あ
るいは軽量化を保持することができ、フォーカスサーボ
あるいはトラッキングサーボに用いられるアクチュエー
タの広域特性を保持することが可能となり、広い帯域の
要求されるサーボ特性を得ることができる。
By designing the focal length to be 4.0 mm or less, the luminous flux diameter can be reduced to 5.6 mm or less even when the numerical aperture is 0.7 or more, and the miniaturization of the pickup can be maintained. . In addition, the lens itself can be reduced in size or weight, and the wide range characteristics of the actuator used for the focus servo or the tracking servo can be maintained, and the required servo characteristics in a wide range can be obtained.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】以下、図1乃至図7を参照してこ
の発明の実施の形態を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to FIGS.

【0036】図1は、この発明の光ディスク用対物レン
ズの第1実施形態21及びこの対物レンズと共に使用さ
れる光ディスク23を示す。
FIG. 1 shows an optical disc objective lens 21 according to a first embodiment 21 of the present invention and an optical disc 23 used with the objective lens.

【0037】この第1の実施形態の光ディスク用対物レ
ンズ21は、一般的には、設計基準波長が450nmよ
りも短く、開口数が0.7以上を有し、レンズの中心厚
さDが焦点距離よりも長い両面非球面単レンズである。
The optical disk objective lens 21 of the first embodiment generally has a design reference wavelength shorter than 450 nm, a numerical aperture of 0.7 or more, and a center thickness D of the lens. It is a double-sided aspheric single lens longer than the distance.

【0038】より詳細には、この対物レンズ21の設計
基準波長は405nmに設定されている。
More specifically, the design reference wavelength of the objective lens 21 is set to 405 nm.

【0039】またこの対物レンズの開口数(NA)は
0.75に設計されている。
The numerical aperture (NA) of this objective lens is designed to be 0.75.

【0040】またこの対物レンズの焦点距離は2.5m
mであり、前記設計基準波長405nmにおける結像倍
率は0倍である。
The focal length of this objective lens is 2.5 m
m, and the imaging magnification at the design reference wavelength of 405 nm is 0.

【0041】また、第1面S1と第2面S2との間の偏
芯δ(面S1の幾何学的中心軸a1と面S2の幾何学的
中心軸a2との間の距離)が5ミクロンのときの収差
(偏芯特性)は、0.03λ以下になるように設計され
ている。
The eccentricity δ between the first surface S1 and the second surface S2 (the distance between the geometric center axis a1 of the surface S1 and the geometric center axis a2 of the surface S2) is 5 μm. Is designed so that the aberration (eccentricity characteristic) at the time of is not more than 0.03λ.

【0042】また、レンズの硝種は次のようである。The glass types of the lenses are as follows.

【0043】NbF1(屈折率nd= 1.7433、
アッベ数νd= 49.22) また光ディスク23は次のように設計されている。
NbF1 (refractive index nd = 1.7433,
(Abbe number νd = 49.22) The optical disk 23 is designed as follows.

【0044】カバー硝子厚さ:0.11mm(ポリカー
ボネート0.1mm+アクリル0.01mm) またこのレンズ21は、軸に平行な光線に対する収差す
なわち軸上収差が0.003λ(rms)程度の大きさ
を有するように設計されている。ここにrmsは二乗平
均(root mean square)を意味する。またλは設計基準
波長であり、この実施形態では405nmである。
Cover glass thickness: 0.11 mm (polycarbonate 0.1 mm + acrylic 0.01 mm) This lens 21 has an aberration of about 0.003λ (rms) with respect to rays parallel to the axis, that is, on-axis aberration. Designed to have. Here, rms means root mean square. Λ is a design reference wavelength, which is 405 nm in this embodiment.

【0045】図2は、前記第1実施形態のレンズにおい
て、レンズの厚さDの変化に応じて軸外収差がどのよう
に変動するかを示す。
FIG. 2 shows how the off-axis aberration changes in the lens according to the first embodiment in accordance with the change in the thickness D of the lens.

【0046】ここに、軸外収差とは既に述べたように、
レンズの光軸に対して傾斜した角度で光線が入射する場
合に、焦点面で発生する収差を意味する。なお図2で
は、光軸に対して0.5度の角度で光線が入射すると仮
定される。図2は、前記対物レンズ21に対して光線追
跡法により計算された値である。
Here, the off-axis aberration is, as already described,
When a light beam enters at an angle inclined with respect to the optical axis of the lens, it means aberration that occurs on the focal plane. In FIG. 2, it is assumed that the light beam enters at an angle of 0.5 degrees with respect to the optical axis. FIG. 2 shows values calculated for the objective lens 21 by the ray tracing method.

【0047】図2から理解されるように、レンズ厚さD
が焦点距離(2.5mm)よりも大きくなると前記収差
は0.04λ(rms)よりも小さくなり良好な収束像
が得られる。
As understood from FIG. 2, the lens thickness D
Is larger than the focal length (2.5 mm), the aberration is smaller than 0.04λ (rms), and a good converged image is obtained.

【0048】図3は、第1実施形態のレンズにおいて、
レンズ厚さDの変化に応じて最良像面色収差がどのよう
に変化するかをしめす。
FIG. 3 shows a lens according to the first embodiment.
The following describes how the best image plane chromatic aberration changes according to the change in the lens thickness D.

【0049】より詳細には、設計基準波長405nmか
らずれた波長410nmを有する光線の球面収差(rm
s)がレンズ厚さDの変化に応じてどのように変化する
かを示す。
More specifically, the spherical aberration (rm) of a ray having a wavelength of 410 nm deviated from the design reference wavelength of 405 nm.
7 shows how s) changes according to the change in the lens thickness D.

【0050】図3から理解されるように、前記410n
mでの球面収差(rms)も、レンズ厚さDが焦点距離
2.5mmよりも大きくなると十分小さな値に(図3で
は0.02λよりも小さく)なることが理解される。
As can be understood from FIG.
It is understood that the spherical aberration (rms) at m also becomes a sufficiently small value (less than 0.02λ in FIG. 3) when the lens thickness D is larger than the focal length of 2.5 mm.

【0051】従って、前記第1実施形態によれば、レン
ズの中心厚さDを焦点距離よりも長くすることにより良
好な最良像面色収差特性及び軸外収差特性を得ることが
できる。従ってまた、第1実施形態のレンズによれば、
レンズ厚さDを焦点距離2.5mmよりも大きくするこ
とにより、使用可能なレーザ波長範囲を広げることがで
きる。
Therefore, according to the first embodiment, by setting the center thickness D of the lens to be longer than the focal length, it is possible to obtain excellent best image plane chromatic aberration characteristics and off-axis aberration characteristics. Therefore, according to the lens of the first embodiment,
By making the lens thickness D larger than the focal length of 2.5 mm, the usable laser wavelength range can be widened.

【0052】なお、図2及び図3の軸外収差及び最良像
面色収差の値は、前記レンズの開口数あるいはレンズを
作るガラスの種類あるいはその他の設計の違いにより異
なる。またレンズの仕様によっても異なる。例えば焦点
距離が短くなれば当然の結果として収差に関する特性は
向上する。しかし、光の波長が450nmよりも短く、
かつ、開口数が0.7以上の両面非対称単レンズにおい
て、レンズの中心厚さを焦点距離よりも長くすれば良好
な色収差特性と軸外収差特性を有する光ディスク用対物
レンズを作ることができる点は一般化して考えることが
できる。
The values of the off-axis aberration and the best image plane chromatic aberration shown in FIGS. 2 and 3 differ depending on the numerical aperture of the lens, the type of glass forming the lens, and other design differences. It also depends on the specifications of the lens. For example, if the focal length is shortened, the characteristic relating to aberration is naturally improved. However, the wavelength of light is shorter than 450 nm,
Further, in a double-sided asymmetric single lens having a numerical aperture of 0.7 or more, if the center thickness of the lens is longer than the focal length, an objective lens for an optical disc having good chromatic aberration characteristics and off-axis aberration characteristics can be manufactured. Can be generalized.

【0053】従って、設計基準波長が0.45μmより
も短く、かつ、開口数が0.7以上の場合において、レ
ンズの中心厚さDを焦点距離よりも長くすることにより
良好な最良像面色収差特性及び軸外収差特性を得ること
ができる。
Therefore, when the design reference wavelength is shorter than 0.45 μm and the numerical aperture is 0.7 or more, the best image plane chromatic aberration can be obtained by making the center thickness D of the lens longer than the focal length. Characteristics and off-axis aberration characteristics can be obtained.

【0054】また前記第1実施形態においては、設計基
準波長における結像倍率を0倍にすることにより、干渉
計を用いて容易に性能をレンズ単品で測定することが可
能となり、高度な品質管理が可能になる。
In the first embodiment, by setting the imaging magnification at the design reference wavelength to 0, it is possible to easily measure the performance of a single lens using an interferometer, and to perform advanced quality control. Becomes possible.

【0055】なおレンズの製造誤差あるいはディスクの
厚さ誤差あるいは温度変化等による球面収差の増加があ
る場合には、対物レンズに入射する光の平行度を変化さ
せて逆方向の球面収差を発生させこの逆方向球面収差に
より前記発生する球面収差を補償することもできる。な
お前記レンズ製造誤差による球面収差が発生する場合
は、結像倍率が0倍からずれることに他ならない。
If there is an increase in spherical aberration due to a lens manufacturing error, a disc thickness error, a temperature change, or the like, the parallelism of light incident on the objective lens is changed to generate a spherical aberration in the opposite direction. The generated spherical aberration can be compensated by the reverse spherical aberration. In the case where the spherical aberration occurs due to the lens manufacturing error, the imaging magnification is deviated from 0 times.

【0056】図4は、この発明の光ディスク用対物レン
ズの第2実施形態31とこの対物レンズと共に使用され
る光ディスク33を示す。
FIG. 4 shows a second embodiment 31 of the optical disk objective lens of the present invention and an optical disk 33 used with this objective lens.

【0057】このレンズ31のレンズ仕様は、表1に示
す通りである。
The lens specifications of the lens 31 are as shown in Table 1.

【0058】[0058]

【表1】 またこのレンズのレンズ設計値は表2に示す通りであ
る。
[Table 1] The lens design values of this lens are as shown in Table 2.

【0059】[0059]

【表2】 ここに、第3面、第4面は光ディスク33の設計値を示
す。また表2の中のガラスの屈折率は、表3に示す通り
である。
[Table 2] Here, the third and fourth surfaces indicate design values of the optical disc 33. The refractive indexes of the glasses in Table 2 are as shown in Table 3.

【0060】[0060]

【表3】 またレンズ31の第1面、第2面の非球面係数は表4、
表5に示す通りである。なお、光軸の高さがYとなる非
球面上の座標点の非球面頂点の接平面からの距離Xは、
非球面頂点の曲率(1/r)をC、円錐係数(コーニッ
ク定数)をK、4次から12次の非球面係数をA4か
ら、A12として、次に示す式で表される。
[Table 3] Table 4 shows the aspheric coefficients of the first surface and the second surface of the lens 31.
It is as shown in Table 5. Note that the distance X from the tangent plane of the aspherical vertex of the coordinate point on the aspheric surface where the height of the optical axis is Y is:
The curvature (1 / r) at the vertex of the aspheric surface is represented by C, the conic coefficient (conic constant) is represented by K, and the fourth to twelfth aspherical coefficients are represented by A4 to A12.

【0061】[0061]

【数1】X=CY/〔1+√{1−(1+K)C
}〕+A4Y+A6Y+A8Y+A10Y10
+A12Y12
X = CY 2 / [1 + √ {1- (1 + K) C 2 Y
2 }] + A4Y 4 + A6Y 6 + A8Y 8 + A10Y 10
+ A12Y 12

【表4】 [Table 4]

【表5】 図5は、前記第2実施形態の対物レンズに於ける、40
0、405、410nmの3波長での縦収差図である。
[Table 5] FIG. 5 is a view showing the structure of the objective lens according to the second embodiment.
It is a longitudinal aberration figure in three wavelengths of 0, 405, and 410 nm.

【0062】このレンズの最良像面収差(rms)は、
表6に示す通りである。
The best field aberration (rms) of this lens is:
It is as shown in Table 6.

【0063】[0063]

【表6】 従って、この第2実施形態によれば、最良像面色収差特
性に優れた光ディスク用対物レンズを実現することがで
きる。
[Table 6] Therefore, according to the second embodiment, it is possible to realize an objective lens for an optical disk having an excellent image plane chromatic aberration characteristic.

【0064】また、このレンズにおいては、面間偏芯が
5μmの時の収差は、0.025λ(rms)である。
また、このレンズに於いて、作動距離は、0.60mm
である。
In this lens, when the inter-plane eccentricity is 5 μm, the aberration is 0.025λ (rms).
In this lens, the working distance is 0.60 mm
It is.

【0065】図6は、この発明の光ディスク用対物レン
ズの第3実施形態41とこの対物レンズと共に使用され
る光ディスク43を示す。
FIG. 6 shows a third embodiment 41 of the objective lens for an optical disk of the present invention and an optical disk 43 used with this objective lens.

【0066】このレンズ41のレンズ仕様は、表7に示
す通りである
The lens specifications of the lens 41 are as shown in Table 7.

【表7】 またこのレンズのレンズ設計値は表8に示す通りであ
る。
[Table 7] Table 8 shows the lens design values of this lens.

【0067】[0067]

【表8】 ここに、第3面、第4面は光ディスク43の設計値を示
す。また表8の中のガラスの屈折率は、表3に示す通り
である。またレンズ31の第1面、第2面の非球面係数
は表9、表10に示す通りである。
[Table 8] Here, the third and fourth surfaces indicate design values of the optical disk 43. The refractive indexes of the glasses in Table 8 are as shown in Table 3. The aspherical coefficients of the first surface and the second surface of the lens 31 are as shown in Tables 9 and 10.

【0068】[0068]

【表9】 [Table 9]

【表10】 図7は、前記第3実施形態の対物レンズに於ける、40
0、405、410nmの3波長での縦収差図である。
[Table 10] FIG. 7 shows the structure of the objective lens of the third embodiment.
It is a longitudinal aberration figure in three wavelengths of 0, 405, and 410 nm.

【0069】このレンズの最良像面収差(rms)は、
表11に示す通りである。
The best field aberration (rms) of this lens is
It is as shown in Table 11.

【0070】[0070]

【表11】 従って、この第3実施形態によれば、最良像面色収差特
性に優れた光ディスク用対物レンズを実現することがで
きる。
[Table 11] Therefore, according to the third embodiment, it is possible to realize an objective lens for an optical disk which is excellent in the best image plane chromatic aberration characteristics.

【0071】また、このレンズにおいては、面間偏芯が
5μmの時の収差は、0.027λ(rms)である。
また、このレンズに於いて、作動距離は、0.50mm
である。
In this lens, when the inter-plane eccentricity is 5 μm, the aberration is 0.027λ (rms).
In this lens, the working distance is 0.50 mm
It is.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、最良像面色収差特性に優れかつ軸外収差特性に優れ
た光ディスク用対物レンズを実現することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize an objective lens for an optical disk having excellent chromatic aberration characteristics of the best image plane and excellent off-axis aberration characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、この発明の光ディスク用対物レンズの
第1実施形態の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a first embodiment of an objective lens for an optical disk of the present invention.

【図2】図2は、前記第1実施形態の対物レンズの光軸
に対して0.5度の傾斜角度を有する光線が入射する場
合のレンズ厚さDと収差との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a lens thickness D and an aberration when a light beam having an inclination angle of 0.5 degrees with respect to the optical axis of the objective lens according to the first embodiment is incident. is there.

【図3】図3は、前記第1実施形態の対物レンズへ41
0nmの波長を有するレーザ光が入射する場合のレンズ
厚さDと最良像面収差(rms)との関係を示す図であ
る。
FIG. 3 is a view showing a structure of the objective lens according to the first embodiment;
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a lens thickness D and a best image surface aberration (rms) when a laser beam having a wavelength of 0 nm is incident.

【図4】図4は、この発明の対物レンズの第2実施形態
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the objective lens of the present invention.

【図5】図5は、第2実施形態の対物レンズの400n
m、405nm、410nmのレーザ光に対する縦方向
収差を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating 400n of an objective lens according to a second embodiment.
It is a figure which shows the longitudinal aberration with respect to the laser beam of m, 405 nm, and 410 nm.

【図6】図6は、この発明の光ディスク用対物レンズの
第3実施形態を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of the objective lens for an optical disk of the present invention.

【図7】図7は、前記第3実施形態の対物レンズへ40
0nm、405nm、410nmのレーザ光が入射した
場合のそれぞれの入射光の縦方向収差を示す図である。
FIG. 7 is a perspective view showing an objective lens according to the third embodiment;
It is a figure which shows the longitudinal aberration of each incident light in case laser light of 0 nm, 405 nm, and 410 nm enters.

【図8】図8は、最良像面色収差を説明するための説明
図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the best image plane chromatic aberration.

【図9】図9は、設計基準波長からずれた波長を有する
レーザ光がレンズへ入射する場合の最良像面色収差の変
動を示すと共に、最良像面色収差との関係でのレンズの
使用可能範囲を説明するための説明図である。
FIG. 9 shows the variation of the best image plane chromatic aberration when laser light having a wavelength deviated from the design reference wavelength is incident on the lens, and also shows the usable range of the lens in relation to the best image plane chromatic aberration. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the method.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 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ことを
特徴とする光ディスク用対物レンズ。
1. An objective lens for an optical disk, comprising: a double-sided aspheric single lens having a numerical aperture of 0.7 or more, wherein a center thickness of the lens is longer than a focal length.
【請求項2】 設計基準波長における結像倍率が0倍で
ある請求項1に記載の光ディスク用対物レンズ。
2. The objective lens for an optical disk according to claim 1, wherein an imaging magnification at a design reference wavelength is 0.
【請求項3】 設計基準波長が0.45μmよりも短い
ことを特徴とする請求項1に記載の光ディスク用対物レ
ンズ。
3. The objective lens for an optical disk according to claim 1, wherein the design reference wavelength is shorter than 0.45 μm.
【請求項4】 焦点距離が、4.0mmより短く次式で
示されるtより長いことを特徴とする請求項1に記載の
光ディスク用対物レンズ。 t=d/n+0.9(mm) ここに、dは光ディスクの厚さであり、nは光ディスク
の屈折率である。
4. The objective lens for an optical disk according to claim 1, wherein the focal length is shorter than 4.0 mm and longer than t represented by the following equation. t = d / n + 0.9 (mm) Here, d is the thickness of the optical disk, and n is the refractive index of the optical disk.
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