JPH11203711A - Optical system having large numerical aperture and optical information recording and reproducing device using same - Google Patents

Optical system having large numerical aperture and optical information recording and reproducing device using same

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JPH11203711A
JPH11203711A JP10002227A JP222798A JPH11203711A JP H11203711 A JPH11203711 A JP H11203711A JP 10002227 A JP10002227 A JP 10002227A JP 222798 A JP222798 A JP 222798A JP H11203711 A JPH11203711 A JP H11203711A
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optical system
lens
numerical aperture
objective lens
transparent protective
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JP10002227A
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Koichiro Nishikawa
幸一郎 西川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical system having a large numerical aperture and an optical information recording/reproducing device using the same capable of designing/manufacturing an objective lens and easily performing the performance inspection. SOLUTION: In an optical system converging a light beam emitted from a light source on the information surface of an information recording medium through a transparent protection substrate part 16, it is provided with an objective lens 4 individually having at least the image forming performance of a diffraction limit and an almost semispherical convex spherical lens 5 provided between the objective lens 4 and the transparent protection substrate part 16 of the recording medium and the planar part of the convex spherical lens 5 is arranged by separating it by a prescribed air gap from the transparent protection substrate part 16.

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高開口数光学系及びそれ
を用いた光学的情報記録再生装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high numerical aperture 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、光ディスク等の記録媒体を用いた
光学的情報記録再生装置においては、より高密度で情報
を記録することが要求されている。このような要求に応
えるために、例えば、特開平8−315404号公報で
高NAを達成した光学系に関する技術が提案されてい
る。同公報においては、凸球面レンズ、所謂ソリッドイ
マージョンレンズ(Solid Immersion Lens ; SIL) を対
物レンズと記録媒体の間に配置することで高NA光学系
を実現している。具体的には、対物レンズの形状、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、更には凸球面レンズと透明保護基板部の間隔を
最適化することによって高NA光学系を達成している。
2. Description of the Related Art In recent years, an optical information recording / reproducing apparatus using a recording medium such as an optical disk has been required to record information at a higher density. In order to respond to such a demand, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-315404 proposes a technique relating to an optical system achieving a high NA. In this publication, a high NA optical system is realized by disposing a convex spherical lens, a so-called solid immersion lens (SIL), between an objective lens and a recording medium. Specifically, by optimizing the shape of the objective lens, 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, high NA optical Achieved system.

【0003】ところで、完全半球の凸球面レンズのソリ
ッドイマージョンレンズに対し、対物レンズからの光線
は凸球面レンズの球面に垂直に入射し、凸球面レンズの
平面に結像している場合を基準として凸球面レンズの厚
みを変化させると、その厚みが大きくなるにつれて球面
収差(正の極性)が発生する。図9はこの場合の凸球面
レンズの厚みの変化値Δt(mm)と球面収差W40
(λp-v )の関係を示している。W40は3次の球面収
差を表わしている。図9から明らかなようにΔtが大き
くなるほど球面収差W40が大きくなっている。
By the way, with respect to a solid immersion lens of a full hemispherical convex spherical lens, a light beam from an objective lens is perpendicularly incident on the spherical surface of the convex spherical lens and is imaged on the plane of the convex spherical lens. When the thickness of the convex spherical lens is changed, spherical aberration (positive polarity) occurs as the thickness increases. FIG. 9 shows the change value Δt (mm) of the thickness of the convex spherical lens and the spherical aberration W40 in this case.
pv ). W40 represents a third-order spherical aberration. As is clear from FIG. 9, the spherical aberration W40 increases as Δt increases.

【0004】また、凸球面レンズ内に空気層(エアギャ
ップ)を設けた場合は、上記基準状態に対して、空気層
の厚みが大きくなるにつれて上記の場合とは逆極性の球
面収差(負の極性)が発生する。図10はこの場合の空
気層の厚みair gap(μm)と球面収差の関係を
示している。このようにソリッドイマージョンレンズを
使用する場合は、容易に球面収差が発生するので、大き
な障害となり、これをどう解決するかが課題であった。
In the case where an air layer (air gap) is provided in a convex spherical lens, as the air layer becomes thicker with respect to the above-described reference state, spherical aberration (negative negative polarity) having a polarity opposite to that of the above case is obtained. Polarity). FIG. 10 shows the relationship between the thickness of the air layer air gap (μm) and the spherical aberration in this case. In the case of using a solid immersion lens as described above, spherical aberration easily occurs, which is a major obstacle, and a problem has been solved how to solve the problem.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】先に挙げた特開平8−
315404号公報の場合は、光学系の形態として、凸
球面レンズの厚みを増して凸球面レンズをエアギャップ
を介して上下2つに分離し、一方が記録媒体の透明保護
基板部に相当する構成としている。従って、発生する球
面収差は課題である。ところが、上記従来例の場合、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、更に凸球面レンズと透明保護基板部の間隔に
対して、対物レンズの形状を最適化している。即ち、凸
球面レンズの厚みを増し、エアギャップを設けたことに
よって発生する球面収差を対物レンズの形状によって相
殺している。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-
In the case of Japanese Patent Publication No. 315404, the configuration of the optical system is such that the thickness of the convex spherical lens is increased and the convex spherical lens is divided into two upper and lower parts via an air gap, one of which corresponds to the transparent protective substrate portion of the recording medium. And Therefore, the generated spherical aberration is a problem. However, in the case of the above conventional example, the shape of the objective lens is optimized with respect to the radius of curvature and thickness of the convex spherical lens, the thickness of the transparent protective substrate portion of the recording medium, and the distance between the convex spherical lens and the transparent protective substrate portion. I have. That is, the spherical aberration generated by increasing the thickness of the convex spherical lens and providing the air gap is offset by the shape of the objective lens.

【0006】従って、対物レンズは単体で図11に示す
ように大きな正の球面収差を持っている。図11は対物
レンズ入射瞳上の入射高を縦軸に、球面収差を横軸にと
った球面収差曲線図である。一方、一般に球面の単レン
ズは負の球面収差を持っており、上記従来例の場合、対
物レンズの非球面の程度を非常に大きくすることによっ
て図11のような特性を得ている。しかしながら、この
ように対物レンズの非球面の程度を大きくすると、設
計、製造が難しく、コスト高になるという問題があっ
た。
Therefore, the objective lens alone has a large positive spherical aberration as shown in FIG. FIG. 11 is a spherical aberration curve diagram with the vertical axis indicating the height of incidence on the entrance pupil of the objective lens and the horizontal axis indicating spherical aberration. On the other hand, a spherical single lens generally has a negative spherical aberration, and in the case of the above-described conventional example, the characteristic shown in FIG. 11 is obtained by making the degree of the aspherical surface of the objective lens extremely large. However, when the degree of the aspherical surface of the objective lens is increased in this manner, there is a problem that designing and manufacturing are difficult and cost is increased.

【0007】また、従来の光ディスク用光ヘッド装置で
は、NAが0.5〜0.6の対物レンズが用いられ、こ
の場合の対物レンズ単体の性能は図12に示すように負
の球面収差を持っている。この負の球面収差は、光ディ
スクの透明保護基板部に相当する平板ガラスを挿入する
ことによって相殺することができる。よって、従来の光
ディスク用光ヘッド装置で対物レンズの性能検査を行う
場合は、前述のように平板ガラスを用いて球面収差を無
収差とすることにより、容易に性能検査を行うことが可
能である。
In the conventional optical head device for an optical disk, an objective lens having an NA of 0.5 to 0.6 is used. In this case, the performance of the objective lens alone has negative spherical aberration as shown in FIG. have. This negative spherical aberration can be offset by inserting a flat glass plate corresponding to the transparent protective substrate of the optical disk. Therefore, when the performance inspection of the objective lens is performed by the conventional optical head device for an optical disk, the performance inspection can be easily performed by using the flat glass as described above and making the spherical aberration to be aberration-free. .

【0008】しかしながら、上記従来例の場合は、所定
の凸球面レンズと記録媒体の透明基板部に相当する平板
ガラスを用意し、更に、所定のエアギャップを設けるこ
とによって初めて無収差となるので、対物レンズの検査
は決して容易ではなかった。また、実際に対物レンズを
検査する場合は、対物レンズは非常に大きなNAのまま
で検査することになるので、凸球面レンズや平板ガラス
などを配置する上でわずかな誤差が検査結果の誤差とな
って現われ、検査を精度よく行うことができなかった。
[0008] However, in the case of the above-mentioned conventional example, the aberration becomes astigmatism only by preparing a predetermined convex spherical lens and a plate glass corresponding to the transparent substrate portion of the recording medium and further providing a predetermined air gap. Inspection of the objective was never easy. Also, when actually inspecting the objective lens, the objective lens is inspected with a very large NA, so that a slight error in arranging a convex spherical lens, a flat glass, or the like is an error in the inspection result. As a result, the inspection could not be performed accurately.

【0009】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、対物
レンズの設計製造を容易とし、性能検査も容易に行うこ
とが可能な高開口数光学系及びそれを用いた光学的情報
記録再生装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned conventional problems, the present invention provides a high-numerical-aperture optical system and an optical information recording / reproducing apparatus using the same, which can easily design and manufacture an objective lens and can easily perform a performance test. The purpose is to provide.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、光源か
ら発した光束を情報記録媒体の情報面上に透明保護基板
部を通して集光する光学系において、少なくとも単独で
回折限界の結像性能を有する対物レンズと、前記対物レ
ンズと前記記録媒体の透明保護基板部との間に設けられ
た略半球形状の凸球面レンズとを備え、前記凸球面レン
ズをその平面部を前記透明保護基板部に対して所定のエ
アギャップを置いて配置したことを特徴とする高開口数
光学系によって達成される。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical system for condensing a light beam emitted from a light source on an information surface of an information recording medium through a transparent protective substrate, at least independently of a diffraction-limited imaging performance. And a substantially hemispherical convex spherical lens provided between the objective lens and the transparent protective substrate portion of the recording medium, and the planar portion of the convex spherical lens is This is achieved by a high numerical aperture optical system characterized by being arranged with a predetermined air gap with respect to.

【0011】また、上記高開口数光学系を有することを
特徴とする光学的情報記録再生装置によって達成され
る。
[0011] The present invention is also achieved by an optical information recording / reproducing apparatus having the above-mentioned high numerical aperture optical system.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の一実
施形態の構成を示す図である。図1において、1は記録
再生用光源として用いられる半導体レーザである。半導
体レーザ1から発したレーザビームはコリメータレンズ
2で平行化された後、ビーム整形付きビームスプリッタ
3を透過し、対物レンズ4に入射する。また、対物レン
ズ4と記録媒体(光ディスクなど)6の間にはソリッド
イマージョンレンズ5が設けられ、対物レンズ4に入射
したレーザビームは対物レンズ4、ソリッドイマージョ
ンレンズ5で絞られ、記録媒体6の記録層上に微小光ス
ポットとして集光される。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a semiconductor laser used as a recording / reproducing light source. A laser beam emitted from the semiconductor laser 1 is collimated by a collimator lens 2, passes through a beam splitter 3 with beam shaping, and enters an objective lens 4. Further, a solid immersion lens 5 is provided between the objective lens 4 and a recording medium (such as an optical disk) 6, and a laser beam incident on the objective lens 4 is focused by the objective lens 4 and the solid immersion lens 5, and The light is condensed as a minute light spot on the recording layer.

【0013】記録媒体6から反射したレーザビームはビ
ーム整形付きビームスプリッタ3で入射光束と分離さ
れ、1/2波長板7に導かれる。そして、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、偏
光ビームスプリッタ9を経由してセンサ10に入射す
る。このセンサ10の出力信号は図示しないサーボエラ
ー信号検出回路に送られ、所定の演算処理を行うことに
よってフォーカスエラー信号及びトラッキングエラー信
号が検出される。また、サーボ制御回路(図示せず)に
おいて得られたフォーカスエラー信号、トラッキング信
号に基づいてフォーカスアクチュエータ、トラッキング
アクチュエータ(図示せず)を制御し、回転している記
録媒体6の情報トラックに半導体レーザ1からの光スポ
ットが合焦するように、また、光スポットが追従して走
査するようにフォーカス制御とトラッキング制御を行
う。
The laser beam reflected from the recording medium 6 is separated from the incident light beam by the beam splitter 3 with beam shaping, and guided to the half-wave plate 7. Then, the polarization plane is rotated by approximately 45 degrees by the half-wave plate 7, and is incident on the sensor 10 via the condenser lens 8 and the polarization beam splitter 9. The output signal of the sensor 10 is sent to a servo error signal detection circuit (not shown), and a predetermined arithmetic process is performed to detect a focus error signal and a tracking error signal. Further, a focus actuator and a tracking actuator (not shown) are controlled based on a focus error signal and a tracking signal obtained by a servo control circuit (not shown), and a semiconductor laser is applied to an information track of the rotating recording medium 6. Focus control and tracking control are performed so that the light spot from No. 1 is focused and the light spot follows and scans.

【0014】記録媒体6に情報を記録する場合は、例え
ば半導体レーザ1の光強度を記録用の高強度として記録
媒体6のトラックに走査する。一方、光ビームの照射部
位に磁気ヘッド12から記録信号に応じて変調された磁
界を印加する。このように一定強度の光ビームを照射し
ながら変調磁界を印加することにより、記録媒体6のト
ラック上に情報を記録することができる。また、記録媒
体6の記録情報を再生する場合は、半導体レーザ1の光
強度を再生用の低強度として光ディスク6のトラックに
走査する。このとき、センサ10で記録媒体6からの反
射光を検出し、図示しない再生回路においてセンサ10
の出力信号から得られた再生信号を用いて所定の信号処
理を行うことによって再生データを生成する。
When recording information on the recording medium 6, for example, the light intensity of the semiconductor laser 1 is set to a high intensity for recording, and scanning is performed on a track of the recording medium 6. On the other hand, a magnetic field modulated according to a recording signal is applied from the magnetic head 12 to the light beam irradiation site. By applying a modulating magnetic field while irradiating a light beam with a constant intensity in this manner, information can be recorded on the track of the recording medium 6. When reproducing the information recorded on the recording medium 6, the light intensity of the semiconductor laser 1 is set to a low intensity for reproduction and scanning is performed on the track of the optical disk 6. At this time, the reflected light from the recording medium 6 is detected by the sensor 10, and the sensor 10
The reproduction data is generated by performing a predetermined signal processing using the reproduction signal obtained from the output signal of FIG.

【0015】ここで、本実施形態では、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の透明保護
基板部16からなる構成を光学系11と称し、この光学
系11を図2に詳細に示している。図2において、16
は記録媒体6の透明保護基板部であり、対物レンズ4と
透明保護基板部16の間に略半球形状のソリッドイマー
ジョンレンズ5を設けている。ソリッドイマージョンレ
ンズ5は下方の平面部を透明保護基板部16に対向して
配置し、その間に所定間隔のエアギャップを設けてい
る。ソリッドイマージョンレンズ5と透明保護基板部1
6の屈折率は等しく設定している。
Here, in the present embodiment, the objective lens 4,
The structure including the solid immersion lens 5 and the transparent protective substrate 16 of the recording medium 6 is called an optical system 11, and the optical system 11 is shown in detail in FIG. In FIG.
Reference numeral denotes a transparent protective substrate portion of the recording medium 6, and a substantially hemispherical solid immersion lens 5 is provided between the objective lens 4 and the transparent protective substrate portion 16. The solid immersion lens 5 has a lower planar portion facing the transparent protective substrate portion 16 and an air gap at a predetermined interval therebetween. Solid immersion lens 5 and transparent protective substrate 1
The refractive indexes of 6 are set to be equal.

【0016】また、図2から明らかなようにソリッドイ
マージョンレンズ5への入射光は略垂直あるいは一点鎖
線で示す光軸との相対的角度が大きくなるように屈折す
るので、透明保護基板部16の屈折率をnとすると、光
学系11の開口数NAは対物レンズ4単体の場合の開口
数のn倍強となり、高NAを達成することができる。ま
た、対物レンズ4は単体の場合、即ちソリッドイマージ
ョンレンズ5、透明保護基板部16がない場合、回折限
界の結像性能を有するレンズである。図3(a)は対物
レンズ4の単体の場合の球面収差特性を示している。縦
軸は対物レンズ入射瞳上の入射高、横軸は球面収差であ
る。図3(a)から明らかなように非常に良く球面収差
が抑えられていることがわかる。
Further, as is apparent from FIG. 2, the light incident on the solid immersion lens 5 is refracted so that the relative angle with respect to the optical axis indicated by a substantially vertical or dashed line becomes large. Assuming that the refractive index is n, the numerical aperture NA of the optical system 11 is n times as large as the numerical aperture of the objective lens 4 alone, and a high NA can be achieved. When the objective lens 4 is a single unit, that is, when the solid immersion lens 5 and the transparent protective substrate 16 are not provided, the objective lens 4 has a diffraction-limited imaging performance. FIG. 3A shows the spherical aberration characteristics when the objective lens 4 is used alone. The vertical axis represents the height of incidence on the objective lens entrance pupil, and the horizontal axis represents spherical aberration. As is clear from FIG. 3A, it is understood that the spherical aberration is very well suppressed.

【0017】ところで、図9、図10で説明したように
ソリッドイマージョンレンズ5の厚みの変化値(完全な
半球形状の場合に対するずれ量)Δtとエアギャップの
値によって発生する球面収差の極性は逆極性である。本
実施形態では、ソリッドイマージョンレンズ5の厚みの
変化値Δtとエアギャップの値を適当に選ぶことによ
り、発生する球面収差を相殺している。ソリッドイマー
ジョンレンズ5を完全半球とすると、Δtは透明保護基
板部16の厚みに相当する。
As described with reference to FIGS. 9 and 10, the polarity of the spherical aberration generated by the change value of the thickness of the solid immersion lens 5 (the amount of deviation from the case of a perfect hemispherical shape) Δt and the value of the air gap is opposite. Polarity. In the present embodiment, the generated spherical aberration is canceled by appropriately selecting the change value Δt of the thickness of the solid immersion lens 5 and the value of the air gap. If the solid immersion lens 5 is a perfect hemisphere, Δt corresponds to the thickness of the transparent protective substrate 16.

【0018】図4〜図6は光学系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)、レンズ5の厚みの変化分をΔ
t(完全半球ならばΔtは透明保護基板部16の厚みと
なる)、r=Δt/a、レンズ5の平面部と透明保護基
板部16とのエアギャップをair gapとした場合
の特性を示している。ここで、ソリッドイマージョンレ
ンズ5が不完全な半球である場合も含めて、レンズ5の
厚みをSd、透明保護基板部16の厚みをtとすると、 Δt=(Sd+t)−a …(1) r=(Sd+t−a)/a …(2) となる。
4 to 6 show the numerical aperture of the optical system 11 as NA,
Let the radius of curvature of the solid immersion lens 5 be a (the thickness is a if it is a full hemisphere) and the change in the thickness of the lens 5 be Δ
t (Δt is the thickness of the transparent protective substrate portion 16 in the case of a full hemisphere), r = Δt / a, and shows characteristics when the air gap between the plane portion of the lens 5 and the transparent protective substrate portion 16 is air gap. ing. Here, assuming that the thickness of the lens 5 is Sd and the thickness of the transparent protective substrate 16 is t, including the case where the solid immersion lens 5 is an incomplete hemisphere, Δt = (Sd + t) −a (1) r = (Sd + ta) / a (2)

【0019】まず、図4は発生する球面収差を最も良く
相殺するように、エアギャップairgapとrを設定
した場合の光学系11の開口数NAと波面収差W.A.
(λrms)の関係を示すグラフである。Aはr=0.
9、Bはr=0.5、Cはr=0.25とした場合のグ
ラフである。一般に、光ディスク装置においては、波面
収差のW.A.のrms値の許容限界は1/14λrm
sである。従って、光学系11の劣化成分と他の光学素
子の初期状態や光ヘッド全体で動的に発生する成分とで
2分されるので、光学系11の劣化成分は1/20λr
msまで許容されることになる。このように1/20λ
rmsまで許容可能とすると、図4に示すようにAのr
=0.9の場合の光学系11の開口数NAは0.92程
度まで許容されることがわかる。
First, FIG. 4 shows the numerical aperture NA and the wavefront aberration W. of the optical system 11 when the air gaps airgap and r are set so as to best offset the generated spherical aberration. A.
6 is a graph showing the relationship of (λrms). A is r = 0.
9 and B are graphs when r = 0.5 and C is r = 0.25. Generally, in an optical disc device, the W.F. A. The allowable limit of the rms value is 1 / 14λrm
s. Therefore, since the deterioration component of the optical system 11 is divided into two components by the initial state of the other optical elements and the component dynamically generated in the entire optical head, the deterioration component of the optical system 11 is 1 / 20λr.
ms. Thus 1 / 20λ
Assuming that it is allowable up to rms, as shown in FIG.
It can be seen that the numerical aperture NA of the optical system 11 when = 0.9 is allowed up to about 0.92.

【0020】また、本実施形態では、高NAであるの
で、従来のソリッドイマージョンレンズを使用しない装
置に比べて2倍以上の記録容量を実現できる。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
ンズ開口数は0.5〜0.6程度であるので、2倍以上
の記録容量を達成するためには、スポットサイズを1/
1.4以下(NAは1.4倍以上)に縮小する必要があ
る。よって、ソリッドイマージョンレンズを用いた光学
系11のNAは0.5〜0.6の約1.4倍のおよそ
0.8以上としなければならない。また、光学系11の
開口数NAの許容値は前述のように0.92程度である
ので光学系11のNAは、 0.80≦NA≦0.92 …(3) を満足する必要がある。
In this embodiment, since the numerical aperture is high, a recording capacity twice or more as compared with a conventional apparatus not using a solid immersion lens can be realized. In a conventional apparatus that does not use a solid immersion lens, the numerical aperture of the objective lens is about 0.5 to 0.6.
It is necessary to reduce it to 1.4 or less (NA is 1.4 times or more). Therefore, the NA of the optical system 11 using the solid immersion lens must be about 0.8 or more, which is about 1.4 times 0.5 to 0.6. Since the allowable value of the numerical aperture NA of the optical system 11 is about 0.92 as described above, it is necessary that the NA of the optical system 11 satisfies 0.80 ≦ NA ≦ 0.92 (3) .

【0021】図5はr=0.3の場合の光学系11の開
口数NAとエアギャップair gapとの関係を示す
グラフである。図5のグラフより開口数NAが小さいほ
どエアギャップが大きくなることがわかる。図5で得ら
れた知見により(3)式の範囲では光学系11のNAが
0.8の場合がエアギャップの値は大きいので、光学系
11のNAが0.8の場合のrとエアギャップの関係を
表わすと図6のグラフとなる。図6のグラフではエアギ
ャップの値はr=0.9程度で飽和しているので、rを
これ以上大きくすることはエアギャップでの球面収差の
相殺を期待できないことを意味している。従って、rの
範囲としては、 0.1<r≦0.9 …(4) であることが望ましい。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the numerical aperture NA of the optical system 11 and the air gap air gap when r = 0.3. It can be seen from the graph of FIG. 5 that the smaller the numerical aperture NA, the larger the air gap. According to the knowledge obtained in FIG. 5, since the value of the air gap is large when the NA of the optical system 11 is 0.8 in the range of Expression (3), r and air when the NA of the optical system 11 is 0.8 are large. The relationship of the gap is shown in the graph of FIG. In the graph of FIG. 6, since the value of the air gap is saturated at about r = 0.9, increasing r further than this means that cancellation of spherical aberration in the air gap cannot be expected. Therefore, it is desirable that the range of r is 0.1 <r ≦ 0.9 (4).

【0022】また、図6のグラフにおいては、r=0.
9のところで示すαは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の屈折率nが約1.5
の場合のエアギャップの値、βはその屈折率nが約1.
66の場合のエアギャップの値を示している。通常、記
録媒体6の透明保護基板部16の材質としてはポリカー
ボネートが用いられ、屈折率は約1.58である。ま
た、ガラスを用いた場合は、通常屈折率は約1.5程度
である。従って、屈折率としては、1.58を中心値と
して下限は1.5程度と考えてよい。なお、上限である
ところの屈折率が1.66の場合のβの値は参考値とし
て示している。
In the graph of FIG. 6, r = 0.
9 indicates that the refractive index n of the solid immersion lens 5 and the transparent protective substrate 16 of the recording medium 6 is about 1.5.
Is the value of the air gap, and β is the refractive index n of about 1.
66 shows the value of the air gap in the case of 66. Usually, polycarbonate is used as the material of the transparent protective substrate portion 16 of the recording medium 6, and the refractive index is about 1.58. When glass is used, the refractive index is usually about 1.5. Therefore, the lower limit of the refractive index may be considered to be about 1.5 with 1.58 as the center value. The value of β when the upper limit of the refractive index is 1.66 is shown as a reference value.

【0023】ここで、図6において、αの値は20μm
弱である。また、エアギャップの値はr=0.9で飽和
するのであるから、エアギャップの範囲としては、 0<air gap≦20μm …(5) が望ましい。以上は対物レンズ4が単体で回折限界の結
像性能を有するレンズである場合の説明であり、逆に
(3)〜(5)式は光学系11の構成要素である対物レ
ンズ4が回折限界の結像性能を有するレンズであること
を許容する条件となる。
Here, in FIG. 6, the value of α is 20 μm
It is weak. Since the value of the air gap saturates at r = 0.9, the range of the air gap is desirably 0 <air gap ≦ 20 μm (5). The above description is for the case where the objective lens 4 is a lens having a diffraction-limited imaging performance by itself. Conversely, the expressions (3) to (5) indicate that the objective lens 4 which is a component of the optical system 11 has the diffraction limit. This is a condition that allows the lens to have the imaging performance of

【0024】表1は本実施形態による光学系11の具体
的な数値を示している。まず、半導体レーザ1の波長は
650nm、入射瞳径はφ3.48mm、光学系11の
開口数NAは0.87としている。また、ソリッドイマ
ージョンレンズ5は完全半球で、透明保護基板部16の
厚み(r5)0.4mmに対し、エアギャップ(r4)
は10μmとしている。対物レンズ4は非球面レンズ
で、非球面係数を表2に示している。
Table 1 shows specific numerical values of the optical system 11 according to the present embodiment. First, the wavelength of the semiconductor laser 1 is 650 nm, the diameter of the entrance pupil is 3.48 mm, and the numerical aperture NA of the optical system 11 is 0.87. The solid immersion lens 5 is a perfect hemisphere, and the thickness (r5) of the transparent protective substrate 16 is 0.4 mm, and the air gap (r4)
Is 10 μm. The objective lens 4 is an aspheric lens, and the aspheric coefficients are shown in Table 2.

【0025】[0025]

【表1】 [Table 1]

【0026】[0026]

【表2】 図3(b)は光学系11の球面収差曲線図であり、球面
収差が良く相殺されていることがわかる。このようにし
て設計製造、性能検査が容易で、単体で回折限界の結像
性能を有する対物レンズを用いた光学系で高NAを実現
できる。なお、この光学系11は記録媒体6の透明保護
基板部16の厚みが増減するときはその厚みに応じてソ
リッドイマージョンレンズ5の厚みを変化させることに
よって対応可能である。更に、単体で回折限界の結像性
能を有する対物レンズを使用して高NA光学系を構成す
ることの利点として、そのような対物レンズを別の高N
A光学系に容易に転用が可能であることが挙げられる。
即ち、エアギャップや透明保護基板部の厚みを変えるこ
とによって容易に対物レンズを他の光学系に用いること
が可能である。
[Table 2] FIG. 3B is a spherical aberration curve diagram of the optical system 11, and it can be seen that the spherical aberration is well canceled. In this manner, design, manufacture, and performance inspection are easy, and a high NA can be realized by an optical system using an objective lens having a diffraction-limited imaging performance by itself. The optical system 11 can cope with a change in the thickness of the transparent protective substrate 16 of the recording medium 6 by changing the thickness of the solid immersion lens 5 according to the thickness. Further, the advantage of constructing a high NA optical system by using an objective lens having a diffraction-limited imaging performance by itself is that such an objective lens has another high N
It can be easily diverted to the A optical system.
That is, it is possible to easily use the objective lens for another optical system by changing the thickness of the air gap and the thickness of the transparent protective substrate.

【0027】図7はこのように図1の実施形態で用いた
対物レンズ4を別の光学系に用いた場合の例を示してい
る。15はソリッドイマージョンレンズである。また、
図7の実施形態の場合の具体的数値を表3に示してい
る。
FIG. 7 shows an example in which the objective lens 4 used in the embodiment of FIG. 1 is used in another optical system. Reference numeral 15 denotes a solid immersion lens. Also,
Table 3 shows specific numerical values in the case of the embodiment of FIG.

【0028】[0028]

【表3】 本実施形態では、半導体レーザ1の波長は650nm、
入射瞳径はφ3.70mm、光学系11の開口数NAは
0.87としている。また、ソリッドイマージョンレン
ズ15は曲率半径(r3)が1.6の完全半球、透明保
護基板部の厚み(r5)は0.4mm、これに対しエア
ギャップ(r4)は9μmとしている。なお、開口数N
Aを揃えるために入射瞳径をφ3.7mmとし、この点
が表1と異なっている。因みに、入射瞳径を変えない場
合は、エアギャップ10μmで、光学系の開口数NAは
0.82程度である。ここで、本実施形態では、入射瞳
径が変わっているので,その場合の対物レンズ4の単体
での球面収差曲線図を図8(a)に示している。問題な
く単体で回折限界の結像性能を有するレンズとなってい
る。また、図8(b)は表3の光学系の球面収差曲線図
である。図8(b)から球面収差が良く相殺されている
ことがわかる。
[Table 3] In the present embodiment, the wavelength of the semiconductor laser 1 is 650 nm,
The entrance pupil diameter is 3.70 mm, and the numerical aperture NA of the optical system 11 is 0.87. The solid immersion lens 15 is a perfect hemisphere having a radius of curvature (r3) of 1.6, the thickness (r5) of the transparent protective substrate is 0.4 mm, and the air gap (r4) is 9 μm. The numerical aperture N
In order to make A uniform, the diameter of the entrance pupil is set to 3.7 mm, which is different from Table 1. When the entrance pupil diameter is not changed, the air gap is 10 μm and the numerical aperture NA of the optical system is about 0.82. Here, in this embodiment, since the entrance pupil diameter changes, a spherical aberration curve diagram of the objective lens 4 alone in that case is shown in FIG. 8A. The lens alone has a diffraction-limited imaging performance without any problem. FIG. 8B is a spherical aberration curve diagram of the optical system of Table 3. FIG. 8B shows that the spherical aberration is well canceled.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、単
体で回折限界の結像性能を有する対物レンズを用い、略
半球形状の凸球面レンズを対物レンズと記録媒体の透明
保護基板部の間にこの基板部に対してエアギャップを介
して配置する構成としているので、対物レンズの設計、
製造が容易で安価に作製することができ、また,対物レ
ンズの性能検査も容易に精度よく行うことができる。
As described above, according to the present invention, an objective lens having a diffraction-limited imaging performance by itself is used, and a substantially hemispherical convex spherical lens is formed between the objective lens and the transparent protective substrate of the recording medium. Since it is configured to be arranged with an air gap with respect to this substrate part, the design of the objective lens,
It is easy to manufacture and can be manufactured at low cost, and performance inspection of the objective lens can be easily and accurately performed.

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

【図1】本発明の一実施形態の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施形態の光学系11を詳細に示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing an optical system 11 of the embodiment of FIG. 1 in detail.

【図3】対物レンズ4と光学系11の球面収差を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing the spherical aberration of the objective lens 4 and the optical system 11;

【図4】光学系11の開口数NAと波面収差の関係を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a numerical aperture NA of the optical system 11 and a wavefront aberration.

【図5】r=0.3の場合の光学系11の開口数NAと
エアギャップの関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the numerical aperture NA of the optical system 11 and the air gap when r = 0.3.

【図6】光学系11の開口数NAが0.8の場合のrと
エアギャップの関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between r and the air gap when the numerical aperture NA of the optical system 11 is 0.8.

【図7】本発明の他の実施形態を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

【図8】図7の実施形態の対物レンズと光学系の球面収
差を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating spherical aberration of the objective lens and the optical system according to the embodiment of FIG. 7;

【図9】凸球面レンズの厚みの変化値Δtと球面収差の
関係を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a change value Δt in thickness of a convex spherical lens and spherical aberration.

【図10】凸球面レンズ内にエアギャップを設けた場合
のエアギャップと球面収差の関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between an air gap and a spherical aberration when an air gap is provided in a convex spherical lens.

【図11】従来の対物レンズ単体での球面収差曲線図で
ある。
FIG. 11 is a spherical aberration curve diagram of a conventional objective lens alone.

【図12】一般的な光ディスク装置に用いられる対物レ
ンズ単体での球面収差曲線図である。
FIG. 12 is a spherical aberration curve diagram of a single objective lens used in a general optical disk device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体レーザ 4 対物レンズ 5,15 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 Reference Signs List 1 semiconductor laser 4 objective lens 5, 15 solid immersion lens 6 recording medium 11 optical system 16 transparent protective substrate

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源から発した光束を情報記録媒体の情
報面上に透明保護基板部を通して集光する光学系におい
て、少なくとも単独で回折限界の結像性能を有する対物
レンズと、前記対物レンズと前記記録媒体の透明保護基
板部との間に設けられた略半球形状の凸球面レンズとを
備え、前記凸球面レンズをその平面部を前記透明保護基
板部に対して所定のエアギャップを置いて配置したこと
を特徴とする高開口数光学系。
In an optical system for condensing a light beam emitted from a light source on an information surface of an information recording medium through a transparent protective substrate, at least one objective lens having diffraction-limited imaging performance alone, and the objective lens A substantially hemispherical convex spherical lens provided between the transparent protective substrate portion of the recording medium and the convex spherical lens with a predetermined air gap between the planar portion and the transparent protective substrate portion. A high numerical aperture optical system characterized by being arranged.
【請求項2】 前記対物レンズ、凸球面レンズ及び前記
記録媒体の透明保護基板部を含む光学系の開口数は、
0.8以上、0.92以下であることを特徴とする請求
項1に記載の高開口数光学系。
2. A numerical aperture of an optical system including the objective lens, the convex spherical lens, and a transparent protective substrate of the recording medium has a numerical aperture of:
2. The high numerical aperture optical system according to claim 1, wherein the value is 0.8 or more and 0.92 or less.
【請求項3】 前記凸球面レンズの球面の曲率半径を
a,凸球面レンズの厚みをSd、前記記録媒体の透明保
護基板部の厚みをtとした場合、(Sd+t−a)/a
の値は、0よりも大きく、0.9以下であることを特徴
とする請求項1に記載の高開口数光学系。
3. When the radius of curvature of the spherical surface of the convex spherical lens is a, the thickness of the convex spherical lens is Sd, and the thickness of the transparent protective substrate portion of the recording medium is t, (Sd + ta) / a.
The high numerical aperture optical system according to claim 1, wherein the value of is larger than 0 and equal to or smaller than 0.9.
【請求項4】 前記凸球面レンズの平面部と前記透明保
護基板部との間隔は0〜20μmに設定されていること
を特徴とする請求項1に記載の高開口数光学系。
4. The high numerical aperture optical system according to claim 1, wherein an interval between a plane portion of the convex spherical lens and the transparent protective substrate portion is set to 0 to 20 μm.
【請求項5】 光源から発した光束を情報記録媒体の情
報面上に透明保護基板部を通して集光することにより情
報を記録し、あるいは記録情報を再生する光学的情報記
録再生装置において、請求項1の高開口数光学系を有す
ることを特徴とする光学的情報記録再生装置。
5. An optical information recording / reproducing apparatus for recording information or reproducing recorded information by condensing a light beam emitted from a light source on an information surface of an information recording medium through a transparent protective substrate. An optical information recording / reproducing apparatus, comprising: a high numerical aperture optical system.
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