JPH11202194A - High-numerical-aperture optical system and optical information recording and reproducing device using same - Google Patents

High-numerical-aperture optical system and optical information recording and reproducing device using same

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JPH11202194A
JPH11202194A JP10006409A JP640998A JPH11202194A JP H11202194 A JPH11202194 A JP H11202194A JP 10006409 A JP10006409 A JP 10006409A JP 640998 A JP640998 A JP 640998A JP H11202194 A JPH11202194 A JP H11202194A
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JP
Japan
Prior art keywords
optical system
optical
recording medium
protective substrate
transparent protective
Prior art date
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Pending
Application number
JP10006409A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Nishikawa
幸一郎 西川
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Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Publication of JPH11202194A publication Critical patent/JPH11202194A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-NA(numerical aperture) optical system with good image forming performance and the optical information recording and reproducing device using this optical system by suppressing small a spherical aberration generated owing to variation in the thickness of the transparent protection substrate part of a recording medium. SOLUTION: This high-numerical-aperture optical system converges the luminous flux from a light source on the information surface of the recording medium through the transparent protection substrate part 16 of the recording medium 6. The optical system has optical elements, such as a nearly hemispherical convex lens and an objective, arranged along the optical path, at a fine air interval on the transparent protection substrate part 16 and the respective optical elements of the optical system are so positioned that the spherical aberration generated by the optical system is less than a specific value against specific thickness variation of the transparent protection substrate part 15.

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、光源からの光束を
光学的情報記録媒体に集光する光学系、及び、それを用
いた光学的情報記録再生装置に関する。
The present invention relates to an optical system for condensing a light beam from a light source on an optical information recording medium, and an optical information recording / reproducing apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光源からの光束を光学的情報記録
媒体に集光し、情報の記録/再生を行う光学的情報記録
再生装置において、より高密度な装置を実現するための
研究が盛んに行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, researches for realizing a higher-density optical information recording / reproducing apparatus for recording / reproducing information by condensing a light beam from a light source onto an optical information recording medium have been actively conducted. It has been done.

【0003】例えば、高開口数(High Numerical Apert
ure:以下、高NAと称す)を達成した光学系に関する技
術が、特開平8−315404号公報に記述されてい
る。ここでは、凸球面レンズ、所謂、ソリッドイマージ
ョンレンズ( Solid ImmersionLens: SIL)を、対物
レンズと記録媒体との間に配置し、高NA光学系を形成
している。
For example, a high numerical aperture (High Numerical Apert)
ure: hereinafter referred to as high NA) is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-315404. Here, a convex spherical lens, a so-called solid immersion lens (SIL), is arranged between the objective lens and the recording medium to form a high NA optical system.

【0004】即ち、凸球面レンズの曲率半径と厚み、記
録媒体の透明保護基板部の厚み、さらに、凸球面レンズ
と透明保護基板部との間隔を、所望の値にして、対物レ
ンズ形状を最適化することで、高NA光学系を実現して
いる。
That is, the radius of curvature and thickness of the convex spherical lens, the thickness of the transparent protective substrate of the recording medium, and the distance between the convex spherical lens and the transparent protective substrate are set to desired values to optimize the shape of the objective lens. , A high NA optical system is realized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、一般に、光
学的情報記録再生装置では、記録/再生方式などの異な
る複数種の記録媒体を対象としていて、記録媒体自体
は、同一の仕様で製造されているとしても、その透明保
護基板部の厚さにバラツキがある。また、製造工程にお
ける誤差で、一つ種類の記録媒体の間でも、透明保護基
板部の厚さに、許容し難い程のバラツキがある場合もあ
る。
However, in general, an optical information recording / reproducing apparatus targets a plurality of types of recording media having different recording / reproducing methods, and the recording media themselves are manufactured with the same specifications. However, the thickness of the transparent protective substrate portion varies. Further, due to an error in the manufacturing process, the thickness of the transparent protective substrate may vary unacceptably even between one type of recording media.

【0006】図8に、従来例のような場合における記録
媒体の透明保護基板部の厚み変化と発生する球面収差の
関係を示す。通常、記録媒体の透明保護基板部の厚みに
対する規格は、中心値に対して±50μm程度である。
従って、従来例の場合、透明保護基板部の厚み変化のみ
で、|W40|=0.4〜0.5λp−v(ここで、W
40は3次の球面収差、λは使用波長を表す)程度の球
面収差が発生してしまうことになる。即ち、上述の従来
例の場合、記録媒体の透明保護基板部の厚み変化に伴
い、大きな球面収差が発生し、結像性能が著しく損なわ
れるという問題があった。
FIG. 8 shows the relationship between the change in thickness of the transparent protective substrate of the recording medium and the generated spherical aberration in the case of the conventional example. Usually, the standard for the thickness of the transparent protective substrate portion of the recording medium is about ± 50 μm with respect to the center value.
Therefore, in the case of the conventional example, | W40 | = 0.4 to 0.5λp−v (where W
40 indicates a third-order spherical aberration, and λ indicates a used wavelength). That is, in the case of the above-described conventional example, there is a problem that a large spherical aberration occurs with a change in the thickness of the transparent protective substrate portion of the recording medium, and the imaging performance is significantly impaired.

【0007】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、記録媒体の透
明保護基板部の厚み変化に伴って発生する球面収差を、
小さく抑えることで、結像性能のよい高NAの光学系、
および、この光学系を用いた光学的情報記録再生装置を
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to reduce spherical aberration caused by a change in thickness of a transparent protective substrate of a recording medium.
By keeping it small, high NA optical system with good imaging performance,
Another object of the present invention is to provide an optical information recording / reproducing apparatus using the optical system.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
光源からの光束を、記録媒体の透明保護基板部を通して
該記録媒体の情報面に集光する高開口数光学系であっ
て、前記光学系は、その光路上に、前記透明保護基板部
に対して微小な空気間隔を介して、略半球形状の凸球面
レンズ、対物レンズなどの光学要素を配置しており、前
記透明保護基板部の所定の厚み変動に対して、前記光学
系で発生する球面収差が所定値以内になるように、前記
光学系の各光学要素が位置決めされていることを特徴と
する。
Therefore, in the present invention,
A high-numerical-aperture optical system for condensing a light beam from a light source on an information surface of the recording medium through a transparent protective substrate portion of the recording medium. An optical element such as a substantially hemispherical convex spherical lens or an objective lens is arranged through a minute air gap, and a spherical surface generated in the optical system with respect to a predetermined thickness variation of the transparent protective substrate portion. Each optical element of the optical system is positioned so that aberration is within a predetermined value.

【0009】この場合、前記透明保護基板部の前記所定
の厚み変動が±50μmであり、これに対する前記光学
系の各光学要素で発生する球面収差の前記所定値が、±
0.2λp−v(ただし、λは前記光学系で使用される
光の波長)であること、前記光学系のNA(開口数)が
0.80以上0.96以下であること、前記光学系にお
ける凸球面レンズの球面の曲率半径をa、厚みをSd、
前記記録媒体の透明保護基板部の厚みをtとした時、
(Sd+t−a)/aの値がゼロより大きく、0.48
以下であること、更には、前記光学系における微小な空
気間隔が、0〜32μmの所定の値に設定されているこ
とが、本発明の実施の形態として、より有効である。
In this case, the predetermined thickness variation of the transparent protective substrate portion is ± 50 μm, and the predetermined value of the spherical aberration generated by each optical element of the optical system is ± 50 μm.
0.2λp−v (where λ is the wavelength of light used in the optical system), NA (numerical aperture) of the optical system is 0.80 or more and 0.96 or less, Is a, the radius of curvature of the spherical surface of the convex spherical lens is a, the thickness is Sd,
When the thickness of the transparent protective substrate portion of the recording medium is t,
The value of (Sd + ta) / a is greater than zero and 0.48
It is more effective as an embodiment of the present invention that the following is satisfied, and that the minute air gap in the optical system is set to a predetermined value of 0 to 32 μm.

【0010】また、本発明では、光源からの光束を、記
録媒体の透明保護基板部を通して該記録媒体の情報面に
集光し、情報の記録/再生を行う光学的情報記録再生装
置において、前述の高NA光学系を用いたことを特徴と
する。
According to the present invention, there is provided an optical information recording / reproducing apparatus for recording / reproducing information by condensing a light beam from a light source on an information surface of the recording medium through a transparent protective substrate portion of the recording medium. Characterized by using the high NA optical system described above.

【0011】従って、このような発明の構成によって、
記録媒体の透明保護基板部の厚み変化に伴い発生する球
面収差を小さく抑えることによって、結像性能のよい高
NA光学系、及び、その光学系を用いた装置を提供する
ことが可能となる。
Therefore, according to the configuration of the present invention,
By suppressing the spherical aberration generated due to the change in the thickness of the transparent protective substrate portion of the recording medium, it is possible to provide a high NA optical system having good imaging performance and an apparatus using the optical system.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
1に示す光ディスク装置用光ヘッドに適用した事例を参
照して、具体的に説明する。ここでは、半導体レーザー
1からのビームをコリメーター2で平行ビームとし、ビ
ーム整形付きビームスプリッター3を通して、光学系1
1で記録媒体6内の情報記録面上にスポットを形成す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be specifically described below with reference to an example in which the present invention is applied to an optical head for an optical disk device shown in FIG. Here, the beam from the semiconductor laser 1 is converted into a parallel beam by the collimator 2 and passed through the beam splitter 3 with beam shaping to the optical system 1.
In step 1, a spot is formed on the information recording surface in the recording medium 6.

【0013】ここでの記録は、例えば、上記スポットを
高強度にし、磁気ヘッド12を変調することによりなさ
れる。記録媒体6からの反射光は、ビーム整形付きビー
ムスプリッター3で分離され、1/2波長板7で、偏光
面を略45度回転させられ、集光レンズ8にて、偏光ビ
ームスプリッター9を介して、センサー10に集光す
る。そして、センサー10からの出力は、演算により、
サーボ信号、情報データ信号となる。
The recording here is performed, for example, by increasing the intensity of the spot and modulating the magnetic head 12. The reflected light from the recording medium 6 is split by the beam splitter 3 with beam shaping, the polarization plane is rotated by approximately 45 degrees by the half-wave plate 7, and the condensing lens 8 passes through the polarization beam splitter 9 Then, the light is focused on the sensor 10. And the output from the sensor 10 is calculated by
Servo signals and information data signals.

【0014】光学系11は、図2に示すように、その光
路に、対物レンズ4、ソリッドイマージョンレンズ5、
記録媒体6の順序で配置された構成で、ソリッドイマー
ジョンレンズ5と記録媒体6の透明保護基板部16との
間には、微小な空気間隔(以下、エアーギャップと称
す)が形成されている。なお、ソリッドイマージョンレ
ンズ5と記録媒体6の透明保護基板部16とは、等しい
屈折率に設定されている。図2は、この実施の形態を示
している。
As shown in FIG. 2, the optical system 11 includes an objective lens 4, a solid immersion lens 5,
In the configuration arranged in the order of the recording medium 6, a minute air gap (hereinafter referred to as an air gap) is formed between the solid immersion lens 5 and the transparent protective substrate 16 of the recording medium 6. The solid immersion lens 5 and the transparent protective substrate 16 of the recording medium 6 have the same refractive index. FIG. 2 shows this embodiment.

【0015】図2から理解されるように、ソリッドイマ
ージョンレンズ5への光の入射が、略垂直、或いは、一
点斜線で示されている光軸との相対的角度が大きくなる
ように屈折するので、記録媒体6の透明保護基板部16
の屈折率をnとした時、光学系11の開口数(NA)
は、対物レンズ4単体での開口数のn倍強となり、高N
Aが達成される。
As can be understood from FIG. 2, the light incident on the solid immersion lens 5 is refracted so as to be substantially perpendicular or to increase the relative angle with respect to the optical axis indicated by the diagonal line. The transparent protective substrate 16 of the recording medium 6
Numerical aperture (NA) of the optical system 11, where n is the refractive index of
Is n times larger than the numerical aperture of the objective lens 4 alone, and a high N
A is achieved.

【0016】ところで、回折限界の性能が得られる波面
収差は、RMS値で0.072λrms以内である。そ
して、主な収差は、球面収差、コマ収差、非点収差であ
り、0.072λrmsを各収差に振り分けると、球面
収差は、0.6λp−v以内となる。
By the way, the wavefront aberration at which the performance of the diffraction limit can be obtained is within 0.072λrms in RMS value. The main aberrations are spherical aberration, coma, and astigmatism. When 0.072 λrms is allocated to each aberration, the spherical aberration is within 0.6 λp-v.

【0017】また、上述したような光学系の場合、球面
収差の発生要因は、対物レンズ4の固有エアーギャップ
(AIR GAP )の変動によるもの、記録媒体の透明保護基
板部の厚み変化によるものが考えられる。従って、各要
因に振り分けると、記録媒体の透明保護基板部の厚み変
化によるものは、0.2λp−v以下となる。
In the case of the above-described optical system, the spherical aberration is caused by a change in the specific air gap (AIR GAP) of the objective lens 4 or by a change in the thickness of the transparent protective substrate of the recording medium. Conceivable. Therefore, when the factors are divided into the factors, the change due to the change in the thickness of the transparent protective substrate portion of the recording medium is 0.2λp-v or less.

【0018】ここで、透明保護基板部16の厚み変動に
対して発生する球面収差を低く抑えるために検討した結
果を、図3、図4、図5に示す。光学系11の開口数を
NA、ソリッドイマージョンレンズ5の曲率半径をa
(完全半球ならば、その厚みはaとなる)、厚みの増分
をt(ソリッドイマージョンレンズが完全半球ならば、
tは透明保護基板部の厚みとなる)、t/a=rとす
る。ここでは、エアーギャップをa、また、透明保護基
板部16の厚み変動をΔt、透明保護基板部16の屈折
率をnとして表す。
Here, FIGS. 3, 4 and 5 show the results of a study for suppressing the spherical aberration generated due to the thickness variation of the transparent protective substrate portion 16 to be low. The numerical aperture of the optical system 11 is NA, and the radius of curvature of the solid immersion lens 5 is a.
(If the solid immersion lens is a perfect hemisphere, the thickness is a).
t is the thickness of the transparent protective substrate), and t / a = r. Here, the air gap is represented by a, the thickness variation of the transparent protective substrate 16 is represented by Δt, and the refractive index of the transparent protective substrate 16 is represented by n.

【0019】図3の(a)には、r=0.333、n=
1.58で、光学系11の開口数をNAの値とした場
合、透明保護基板部16の厚み変動ΔtがΔt=±50
μmの時に発生する球面収差が、最小の時(実線)のエ
アーギャップ値、発生する球面収差が±0.2λp−v
以内で許容されるエアーギャップの最大値(点線)、及
び、許容されるエアーギャップの最小値(一点斜線)の
相対関係を示している。
FIG. 3A shows that r = 0.333 and n =
When the numerical aperture of the optical system 11 is set to NA at 1.58, the thickness variation Δt of the transparent protective substrate 16 is Δt = ± 50.
The air gap value when the spherical aberration generated at μm is minimum (solid line), and the generated spherical aberration is ± 0.2λp-v
The relative relationship between the maximum value of the air gap allowed within the range (dotted line) and the minimum value of the allowable air gap (dotted line) is shown.

【0020】図3の(b)には、図3の(a)に基づい
て、光学系11の開口数、NAの値と公差(発生する球
面収差が最小の時のエアーギャップ値と、許容されるエ
アーギャップの最大値あるいは最小値との差異の内、小
さい方の値)との関係を示している。なお、この値は絶
対値で示してある。また、ここでは、対物レンズ4の形
状が、所定のNA、r、n、及び、任意のエアーギャッ
プで異なり、個々の条件下で、形状を最適化している。
更に、図4、図5も同様の条件下で得られた。
FIG. 3B shows the numerical aperture, NA value and tolerance of the optical system 11 based on FIG. 3A (the air gap value when the generated spherical aberration is minimum, (The smaller of the differences from the maximum value or the minimum value of the air gap). This value is shown as an absolute value. Here, the shape of the objective lens 4 differs depending on a predetermined NA, r, n, and an arbitrary air gap, and the shape is optimized under individual conditions.
4 and 5 were obtained under the same conditions.

【0021】図3の(a)、(b)により、NAが0.
96で、ほぼ公差が無くなることが解る。ここでは、公
差が無くなるNAが、r、nが大きくなると、若干、小
さい方へシフトし、r、nが小さくなると、若干、大き
い方へシフトする。しかし、概ね、0.96で代表でき
る。
According to FIGS. 3A and 3B, when the NA is 0.
At 96, it can be seen that there is almost no tolerance. Here, the NA at which the tolerance disappears is slightly shifted to a smaller value when r and n are increased, and slightly shifted to a larger value when r and n are decreased. However, it can be generally represented by 0.96.

【0022】ところで、本発明においては、高NAの効
果を、従来のソリッドイマージョンレンズを使用しない
装置での記録容量に対して、少なくとも2倍以上の記録
容量を実現できることにあると考える。因みに、従来の
ソリッドイマージョンレンズを使用しない装置では、対
物レンズの開口数は0.50〜0.60程度である。従
って、2倍以上の記録容量を達成するためには、スポッ
トサイズが1/1.4以下に縮小されなければ、つま
り、NAを1.4倍以上にしなければならない。
According to the present invention, it is considered that the effect of the high NA is that the recording capacity can be realized at least twice as large as the recording capacity of a conventional apparatus not using a solid immersion lens. Incidentally, in a conventional apparatus that does not use a solid immersion lens, the numerical aperture of the objective lens is about 0.50 to 0.60. Therefore, in order to achieve a recording capacity of twice or more, the spot size must be reduced to 1 / 1.4 or less, that is, the NA must be 1.4 times or more.

【0023】即ち、ソリッドイマージョンレンズ5を使
用した光学系11では、そのNAを0.50〜0.60
の約1.4倍、換言すれば、およそ0.80以上としな
ければならない。これを式で表現すれば、 0.80≦NA≦0.96 ……(1) が望ましい。
That is, in the optical system 11 using the solid immersion lens 5, its NA is set to 0.50 to 0.60.
About 1.4 times, in other words, about 0.80 or more. If this is expressed by an equation, 0.80 ≦ NA ≦ 0.96 (1) is desirable.

【0024】図4の(a)は、NA=0.87、n=
1.58で、r(=t/a)の値と、透明保護基板部1
6の厚み変動ΔtがΔt=±50μmの時に発生する球
面収差が、最小の時(実線)のエアーギャップ値、発生
する球面収差が±0.2λp−v以内で許容されるエア
ーギャップの最大値(点線)、及び、許容されるエアー
ギャップの最小値(一点斜線)との関係を示している。
FIG. 4A shows that NA = 0.87 and n =
At 1.58, the value of r (= t / a) and the transparent protective substrate 1
6, when the thickness variation Δt is Δt = ± 50 μm, the air gap value when the spherical aberration is the minimum (solid line), and the maximum value of the air gap allowed when the generated spherical aberration is within ± 0.2λp-v (Dotted line) and the minimum value of the allowable air gap (dotted line).

【0025】図4の(b)は、図4の(a)に基づい
て、r(=t/a)の値と公差との関係を示している。
この値は絶対値で示してある。図4の(a)、(b)よ
り、rが0.48で、ほぼ公差が無くなることが、ま
た、rの値が小さくなれば、単調に公差が増えることが
解る。これを式で表現すれば 0<r≦0.48 ……(2) が望ましい。
FIG. 4B shows the relationship between the value of r (= t / a) and the tolerance based on FIG. 4A.
This value is shown as an absolute value. From FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the tolerance substantially disappears when r is 0.48, and that the tolerance increases monotonously as the value of r decreases. If this is expressed by an equation, 0 <r ≦ 0.48 (2) is desirable.

【0026】図5は、NA=0.87、r=0.333
で、透明保護基板部16の屈折率nと、透明保護基板部
16の厚み変動ΔtがΔt=±50μmの時に発生する
球面収差が、最小の時(実線)のエアーギャップ値、発
生する球面収差が±0.2λp−v以内で許容されるエ
アーギャップの最大値(点線)、及び、許容されるエア
ーギャップの最小値(一点斜線)との関係を示してい
る。
FIG. 5 shows that NA = 0.87 and r = 0.333.
The air gap value when the refractive index n of the transparent protective substrate section 16 and the thickness variation Δt of the transparent protective substrate section 16 are Δt = ± 50 μm is the minimum (solid line), the generated spherical aberration. Indicates the relationship between the maximum value of the air gap allowed within ± 0.2λp-v (dotted line) and the minimum value of the allowed air gap (dotted line).

【0027】通常、記録媒体の透明保護基板部の材質
は、ポリカーボネイトが採用されていて、屈折率は約
1.58である。また、その材質がガラスである場合
は、通常、1.5程度である。従って、1.58を中心
値として、下限が1.50程度、上限が1.66程度の
値を採用した。
Usually, the material of the transparent protective substrate portion of the recording medium is polycarbonate, and the refractive index is about 1.58. When the material is glass, it is usually about 1.5. Therefore, a value having a lower limit of about 1.50 and an upper limit of about 1.66 was adopted with 1.58 as the central value.

【0028】図5から、n=1.50〜1.58〜1.
66で、許容されるエアーギャップの値にして、±15
%程度の変化があることが解る。また、図3、図4、図
5より、NAが小さい時にrの値は0.2〜0.3の
間、あるいは、屈折率nが小さい時ほど、許容されるエ
アーギャップが大きいことが解る。即ち、(1)式にお
いて、NA=0.80、r=0.2〜0.3、n=1.
50で、最大値近傍となる。
From FIG. 5, n = 1.50 to 1.58-1.
At 66, the allowable air gap value is ± 15
It can be seen that there is a change of about%. 3, 4, and 5 that the value of r is between 0.2 and 0.3 when the NA is small, or that the smaller the refractive index n, the larger the allowable air gap. . That is, in the equation (1), NA = 0.80, r = 0.2-0.3, n = 1.
At 50, it is near the maximum value.

【0029】実際、NA=0.80、r≒0.26、n
=1.50の時、記録媒体の透明保護基板部16の厚み
変動ΔtがΔt=±50μmの時に発生する球面収差が
最小の時、エアーギャップは18μmである。そこに公
差を加味すると、NA=0.80、r=0.22、n=
1.50で、最大のエアーギャップの値は、32μmで
ある。従って、許容されるエアーギャップは、下はゼロ
より大きく、32μm程度までである。これを式で表現
すれば 0<a≦32μm ……(3) 図6は、上記検討より得られた数値を基にして、近似関
数的に得られたグラフを示す。ここで、X軸はr(=t
/a)の値を、Y軸は光学系11の開口数NA、Z軸は
エアーギャップ値aを表している。なお、図中、αはn
=1.58の時の曲面を、βはn=1.50時の曲面を
示している。各曲面は、エアーギャップ値が大きくなる
方向に公差を載せてある。従って、図6からも、許容さ
れるエアーギャップが、下はゼロより大きく、32μm
程度であることが確認される。
Actually, NA = 0.80, r ≒ 0.26, n
When = 1.50, the air gap is 18 μm when the spherical aberration generated when the thickness variation Δt of the transparent protective substrate 16 of the recording medium is Δt = ± 50 μm is minimum. Taking tolerance into account, NA = 0.80, r = 0.22, n =
At 1.50, the maximum air gap value is 32 μm. Therefore, the allowable air gap is below zero and up to about 32 μm. If this is expressed by an equation, 0 <a ≦ 32 μm (3) FIG. 6 shows a graph obtained as an approximate function based on the numerical values obtained from the above study. Here, the X axis is r (= t
/ A), the Y axis represents the numerical aperture NA of the optical system 11, and the Z axis represents the air gap value a. In the figure, α is n
= 1.58, β indicates a curved surface when n = 1.50. Each curved surface has a tolerance in a direction in which the air gap value increases. Therefore, also from FIG. 6, the allowable air gap is larger than zero at the bottom and 32 μm
Is confirmed.

【0030】[0030]

【実施例】次に、実施例の具体的数値について述べる。
表1には、式(1)〜式(3)を満した条件が示されて
おり、ここでは、光学系11の開口数NAが0.87、
ソリッドイマージョンレンズ5が完全半球で、曲率半径
a=1.2mm、透明保護基板部厚0.4mmであり、
これに対してエアーギャップは12μmである。なお、
基板はポリカーボネイトであり、n=1.58である。
また、対物レンズ4は、非球面レンズで、非球面係数は
表2に示すもので、その形状は、光線高さをhとして、
下式で表される。
Next, specific numerical values of the embodiment will be described.
Table 1 shows conditions satisfying the expressions (1) to (3). Here, the numerical aperture NA of the optical system 11 is 0.87,
The solid immersion lens 5 is a perfect hemisphere, the radius of curvature a = 1.2 mm, the thickness of the transparent protective substrate portion is 0.4 mm,
On the other hand, the air gap is 12 μm. In addition,
The substrate is polycarbonate and n = 1.58.
The objective lens 4 is an aspherical lens, and the aspherical coefficient is as shown in Table 2. The shape of the objective lens 4 is represented by a light ray height h.
It is expressed by the following equation.

【0031】[0031]

【数1】 (Equation 1)

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】[0033]

【表2】 図7に、表3に示される組み合わせでの、記録媒体の透
明保護基板部の厚み変化Δtと発生する球面収差ΔW4
0の関係を示す。上記数値例は、表3のA(図7中の
A)に相当する。
[Table 2] FIG. 7 shows the thickness change Δt of the transparent protective substrate portion of the recording medium and the generated spherical aberration ΔW4 in the combinations shown in Table 3.
0 is shown. The above numerical examples correspond to A in Table 3 (A in FIG. 7).

【0034】[0034]

【表3】 表3の各組み合わせは、式(1)〜式(3)を満してお
り、また、基板はポリカーボネイトで、n≒1.58で
ある。図7から解るように、表3の各組み合わせにおい
ては、記録媒体の透明保護基板部の厚み変化Δtが±5
0μm以内であるのに対して、発生する球面収差ΔW4
0は±0.2λp−vである。従って、各組み合わせと
も、十分に球面収差の発生が抑えられている。
[Table 3] Each combination in Table 3 satisfies Expressions (1) to (3), and the substrate is polycarbonate, and n ≒ 1.58. As can be seen from FIG. 7, in each of the combinations in Table 3, the thickness change Δt of the transparent protective substrate portion of the recording medium is ± 5.
0 μm or less, the generated spherical aberration ΔW4
0 is ± 0.2λp−v. Therefore, in each combination, the occurrence of spherical aberration is sufficiently suppressed.

【0035】以上のようにして、記録媒体の透明保護基
板部の厚み変化に伴い発生する球面収差を小さく抑えた
高NA光学系が構成された。
As described above, a high NA optical system in which the spherical aberration generated due to the change in the thickness of the transparent protective substrate portion of the recording medium was suppressed was constituted.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
光源からの光束を、記録媒体の透明保護基板部を通して
該記録媒体の情報面に集光する光学系を、対物レンズ、
略半球形状の凸球面レンズ、微小な空気間隔を挟んで位
置する前記透明保護基板部から構成し、前記透明保護基
板部の所定の厚み変動に対して、前記光学系で発生する
球面収差が所定値以内になるように、光学系を配置した
ので、記録媒体の透明保護基板部の厚み変化に伴い発生
する球面収差を小さく抑えた高NA光学系を提供するこ
とができる。
As described above, in the present invention,
An optical system for condensing a light beam from the light source on the information surface of the recording medium through the transparent protective substrate portion of the recording medium, an objective lens;
A convex spherical lens having a substantially hemispherical shape, the transparent protective substrate portion being positioned with a small air gap therebetween, and a spherical aberration generated by the optical system with respect to a predetermined thickness variation of the transparent protective substrate portion is predetermined. Since the optical system is arranged so as to be within the range, it is possible to provide a high NA optical system in which spherical aberration generated due to a change in the thickness of the transparent protective substrate of the recording medium is suppressed.

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

【図1】本発明の光学系を適用した光ディスク装置用光
ヘッドを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an optical head for an optical disk device to which an optical system according to the present invention is applied.

【図2】本発明の光学系の実施例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the optical system of the present invention.

【図3】本発明に関する光学系の開口数と、透明保護基
板部の厚み変動がΔt=±50μmの時に発生する球面
収差が±0.2λp−v以内であるエアーギャップの値
との関係を表すグラフである。
FIG. 3 shows the relationship between the numerical aperture of the optical system according to the present invention and the value of the air gap in which the spherical aberration generated when the thickness variation of the transparent protective substrate is Δt = ± 50 μm is within ± 0.2λp-v. FIG.

【図4】本発明に関するr(t=t/a)の値と、透明
保護基板部の厚み変動がΔt=±50μmの時に発生す
る球面収差が±0.2λp−v以内であるエアーギャッ
プの値との関係を表すグラフである。
FIG. 4 shows the value of r (t = t / a) according to the present invention and the value of the air gap where the spherical aberration generated when the thickness variation of the transparent protective substrate portion is Δt = ± 50 μm is within ± 0.2λp-v. It is a graph showing the relationship with a value.

【図5】本発明に関する透明保護基板部の屈折率と、透
明保護基板部の厚み変動がΔt=±50μmの時に発生
する球面収差が±0.2λp−v以内であるエアーギャ
ップの値との関係を表すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the refractive index of the transparent protective substrate according to the present invention and the value of an air gap in which the spherical aberration generated when the thickness variation of the transparent protective substrate is Δt = ± 50 μm is within ± 0.2λp-v. It is a graph showing a relationship.

【図6】本発明に関する、光学系の開口数、r(=t/
a)の値、及び、透明保護基板部の屈折率と、透明保護
基板部の厚み変動Δt=±50μmの時に発生する球面
収差が±0.2λp−v以内であるエアーギャップの値
との関係を近似的に表すグラフである。
FIG. 6 relates to the present invention, the numerical aperture of the optical system, r (= t /
Relationship between the value of a), the refractive index of the transparent protective substrate portion, and the value of the air gap in which the spherical aberration generated when the thickness variation Δt of the transparent protective substrate portion is ± 50 μm is within ± 0.2λp-v. Is a graph that approximately represents.

【図7】本発明の実施例における透明保護基板部の厚み
変動と発生する球面収差の関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a variation in thickness of a transparent protective substrate and a generated spherical aberration in an example of the present invention.

【図8】従来例における透明保護基板部の厚み変動と、
発生する球面収差との関係を示すグラフである。
FIG. 8 shows a variation in thickness of a transparent protective substrate in a conventional example,
6 is a graph showing a relationship with generated spherical aberration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザー 4 対物レンズ 5 ソリッドイマージョンレンズ 6 記録媒体 11 光学系 16 透明保護基板部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser 4 Objective lens 5 Solid immersion lens 6 Recording medium 11 Optical system 16 Transparent protective substrate part

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からの光束を、記録媒体の透明保護
基板部を通して該記録媒体の情報面に集光する高開口数
光学系であって、 前記光学系は、その光路上に、前記透明保護基板部に対
して微小な空気間隔を介して、略半球形状の凸球面レン
ズ、対物レンズなどの光学要素を配置しており、 前記透明保護基板部の所定の厚み変動に対して、前記光
学系で発生する球面収差が所定値以内になるように、前
記光学系の各光学要素が位置決めされていることを特徴
とする光学系。
1. A high-numerical-aperture optical system for condensing a light beam from a light source on an information surface of a recording medium through a transparent protective substrate portion of the recording medium, wherein the optical system includes the transparent optical system on its optical path. Optical elements such as a substantially hemispherical convex spherical lens and an objective lens are arranged via a minute air gap with respect to the protective substrate portion. An optical system, wherein each optical element of the optical system is positioned so that spherical aberration generated in the system is within a predetermined value.
【請求項2】 前記透明保護基板部の前記所定の厚み変
動が±50μmであり、これに対する前記光学系の各光
学要素で発生する球面収差の前記所定値が、±0.2λ
p−v(ただし、λは前記光学系で使用される光の波
長)であることを特徴とする請求項1に記載の光学系。
2. The method according to claim 1, wherein the predetermined thickness variation of the transparent protective substrate is ± 50 μm, and the predetermined value of the spherical aberration generated by each optical element of the optical system is ± 0.2λ.
2. The optical system according to claim 1, wherein pv (where λ is the wavelength of light used in the optical system).
【請求項3】 前記光学系のNA(開口数)が0.80
以上0.96以下であることを特徴とする請求項1また
は請求項2に記載の光学系。
3. An optical system having an NA (numerical aperture) of 0.80.
The optical system according to claim 1, wherein the optical system is at least 0.96.
【請求項4】 前記光学系における凸球面レンズの球面
の曲率半径をa、厚みをSd、前記記録媒体の透明保護
基板部の厚みをtとした時、(Sd+t−a)/aの値
がゼロより大きく、0.48以下であることを特徴とす
る請求項1ないし3の何れかに記載の光学系。
4. When the radius of curvature of the spherical surface of the convex spherical lens in the optical system is a, the thickness is Sd, and the thickness of the transparent protective substrate portion of the recording medium is t, the value of (Sd + ta) / a is The optical system according to claim 1, wherein the optical system is larger than zero and equal to or smaller than 0.48.
【請求項5】 前記光学系における微小な空気間隔が、
0〜32μmの所定の値に設定されていることを特徴と
する請求項1ないし4の何れかに記載の光学系。
5. A minute air gap in the optical system,
5. The optical system according to claim 1, wherein the optical system is set to a predetermined value of 0 to 32 [mu] m.
【請求項6】 光源からの光束を、記録媒体の透明保護
基板部を通して該記録媒体の情報面に集光し、情報の記
録/再生を行う光学的情報記録再生装置において、 請求項1ないし5の何れかに記載の光学系を用いたこと
を特徴とする光学的情報記録再生装置。
6. An optical information recording / reproducing apparatus for recording / reproducing information by condensing a light beam from a light source onto an information surface of the recording medium through a transparent protective substrate portion of the recording medium. An optical information recording / reproducing apparatus using the optical system according to any one of the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2001194581A (en) * 2000-01-14 2001-07-19 Konica Corp Objective lens and optical pickup device
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