KR0146110B1

KR0146110B1 - Objective lenz for optical pick-up

Info

Publication number: KR0146110B1
Application number: KR1019950013194A
Authority: KR
Inventors: 이만형
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1995-05-25
Publication date: 1998-10-15
Also published as: KR960042109A

Abstract

본 발명은 광픽업용 대물렌즈에 관한 것으로서, 이는 1매의 렌즈로 구성된 픽업용 대물렌즈의 설계에 있어서, 제1면의 기준곡률은 시스템에서 요구하는 동작거리를 확보하기 위한 조건에서 결정하고 제2면의 기준곡률은 전체 초점거리를 유지하기 위한 조건에서 결정하여 높은 개구수에 대해 충분한 결상성능을 발휘할 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to an objective lens for optical pickup, which, in the design of a pickup objective lens composed of one lens, determines the reference curvature of the first surface under conditions for securing an operating distance required by the system. The reference curvature of the two sides is determined under the conditions for maintaining the overall focal length so that sufficient imaging performance can be achieved for a high numerical aperture.

이와 같은 본 발명은 광원측의 제1, 제2면 볼록 표면이In the present invention, the first and second surface convex surfaces on the light source side are

으로 표현되는 조건식에서의 상기 광축근처의 제1면의 반경 역수와 렌즈 초점거리와의 관계가 │C1│f0.9인 조건을 만족하도록 기준구면을 구성하고 비구면 계수중 각면의 코닉상수와 기준구면에 의해 계산된 각면의 파워의 관계가 │ki│Ci Φi1.0인 조건을 만족하도록 비구면을 결정함으로서 이루어진다. The reference sphere is constructed so that the relation between the radius inverse of the first plane near the optical axis and the lens focal length in the conditional expression expressed by Is determined by determining the aspherical surface so as to satisfy the condition of the power of each surface calculated by

Description

Objective lens for optical pickup

제1도는 일반적인 광디스크의 광시스템 배열을 보인 개념도.1 is a conceptual diagram showing an optical system arrangement of a general optical disk.

제2도와 제3도는 일반적인 광픽업 시스템에서의 대물렌즈 사용에 따른 배열을 보인 개념도.2 and 3 are conceptual views showing the arrangement according to the use of the objective lens in a general optical pickup system.

제4도는 제2도 및 제3도에 따른 종래 1매 구성의 광픽업용 대물렌즈의 일실시예도.4 is an embodiment of the conventional optical pickup objective lens of FIG. 2 and FIG.

제5도 내지 제8도는 제4도에 따른 각각의 제1 내지 제4수차 만곡을 보인 일실시예도.5 to 8 illustrate one embodiment of each of the first to fourth aberration curves according to FIG.

제9도는 본 발명 광픽업 시스템의 개념도.9 is a conceptual diagram of the optical pickup system of the present invention.

제10도 제9도에 따른 대물렌즈의 광선수차도.Fig. 10 is a light aberration diagram of the objective lens according to Fig. 9;

제11도는 제9도에 따른 대물렌즈의 파면수차도.11 is a wavefront aberration diagram of the objective lens according to FIG.

제12도는 본 발명의 대물렌즈의 다른 실시예 구성도.12 is a configuration diagram of another embodiment of the objective lens of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

100 : 광원 101 : 대물렌즈100: light source 101: objective lens

102 : 정보기로개체 S1 : 제1면102: information group object S1: first page

S2 : 제2면S2: second page

본 발명은 광픽업 시스템에서의 대물렌즈에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 양면 비구면의 프라스틱으로 구성하고 고밀도 픽업 시스템에 적합하도록 높은 개구수(NA; Nummerical Aperture)를 가지며 그 개구수에 대하여 충분한 결상성능을 발휘할 수 있도록 하는 1매(枚) 구성의 렌즈로 이루어진 광픽업용 대물렌즈에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an objective lens in an optical pickup system. More particularly, the present invention relates to an objective lens in an optical pickup system. The present invention relates to an objective lens for optical pickup, which consists of a lens of a single sheet configuration.

최근 광디스크와 같은 정보기록매체와 관련한 기록 및 재생용으로 사용되는 일반적인 광학 시스템은 제1도에 도시된 바와 같이, 광원(4)으로부터 발광되는 빛은 콜리메이터렌즈(3)에서 평행광으로 되며, 그 평행광은 대물렌즈(2)에 의하여 정보기록매체(1)의 면에 집속된다.BACKGROUND OF THE INVENTION A general optical system used for recording and reproducing in relation to an information recording medium such as an optical disc in recent years, as shown in FIG. 1, light emitted from the light source 4 becomes parallel light in the collimator lens 3, and Parallel light is focused on the surface of the information recording medium 1 by the objective lens 2.

상기와 같은 종류의 광학 시스템에서는 광 디스크 또는 그와 유사한 표면 굴절에 있어서의 초점(focussing)은 대물렌즈(2)를 광축의 방향으로 이동시킴으로서 이루어진다.In this kind of optical system, focussing in optical disks or similar surface refractions is achieved by moving the objective lens 2 in the direction of the optical axis.

상기와 같은 시스템은 대물렌즈가 이동하는 구조에서 장점이 있으며, 이때 광학 시스템에서의 성능은 변하지 않는다.Such a system is advantageous in the structure in which the objective lens moves, and the performance in the optical system does not change.

그리고, 대물렌즈(2)와 콜리메이터렌즈(3) 두개의 렌즈를 사용하는 경우에는 비용이 비싸지는 단점이 있다.In addition, when two lenses of the objective lens 2 and the collimator lens 3 are used, there is a disadvantage in that the cost is high.

상기와 같은 비용을 감소시키기 위하여 여러가지 방법이 연구되어 오고 있으며, 그중 한가지 방법으로는 광원(4)으로부터의 빛이 제2도와 제3도에 도시한 바와 같이 콜리메이터렌즈를 사용하지 않고 대물렌즈(2)에 의하여 정보기록매체(1)의 면에 직접 기록하는 것이다.Various methods have been studied in order to reduce the above costs, and one of them is that the light from the light source 4 does not use the collimator lens as shown in FIG. 2 and FIG. Is directly recorded on the surface of the information recording medium (1).

제2도에 도시된 광학 시스템에서의 초점은 대물렌즈(2) 하나만을 움직여서 이루어지는 것이다.The focus in the optical system shown in FIG. 2 is achieved by moving only one objective lens 2.

렌즈에 있어 구경의 수와 대물렌즈(2)의 성능은 대물렌즈(2)의 이동에 따라 변화한다.In the lens, the number of apertures and the performance of the objective lens 2 change with the movement of the objective lens 2.

따라서, 초점의 배율은 크게 될 수 없다.Therefore, the magnification of the focus cannot be increased.

상기의 경우에 있어서의 기준 초점배율(m)은 -1/40에서 -i까지 이다.The reference focal magnification m in the above case is from -1/40 to -i.

최근에는 콤팩트 디스크 재생 광 시스템은 하기와 같은 이유로 이용이 고려되고 있다.In recent years, the compact disc reproduction optical system is considered to be used for the following reasons.

그 첫째로 최근에 광학 시스템의 콤팩트화가 요청되고 있으며, 그 두번째로는 콤팩트 디스크의 품질 개선으로 초점이 가능한 범위가 좁더라도 실제적인 문제가 발생하지 않는다.Firstly, the compactness of the optical system has recently been demanded, and secondly, even if the focusable range is narrow due to the improvement of the quality of the compact disc, practical problems do not occur.

상기의 결과로 상기와 같은 광학 시스템이 -1의 차수로 기준초점배율로 사용 가능한 것이다.As a result, such an optical system can be used at the reference focal magnification in the order of -1.

다른 한편으로는 제3도에 도시한 바와 같이, 초점은 광원(4)과 대물렌즈(2)를 포함하는 전체 광 시스템의 유니트(5)를 움직여서 실행가능하다.On the other hand, as shown in FIG. 3, the focus is feasible by moving the unit 5 of the entire optical system including the light source 4 and the objective lens 2.

상기와 같은 시스템에서, 초점에 따른 구경의 변화와 성능의 변화는 해당되지 않지만 유니트(5)의 무게가 가능한 감소할 수 있도록 작동거리를 확보하면서 광원(4)으로 부터 정보기록매체(1)의 면까지의 거리를 적게 하는 것이 중요하다.In such a system, a change in aperture and performance in accordance with the focus are not applicable, but the operation of the information recording medium 1 from the light source 4 while ensuring the working distance so that the weight of the unit 5 can be reduced as much as possible. It is important to keep the distance to the side small.

상기와 같은 이유로, 제2도에 도시된 광학 시스템에서의 배율로 비교하여 -1/6에서 -1로 비교적 초점 배율을 크게 할 필요가 있다.For the same reason as above, it is necessary to relatively increase the focal magnification from -1/6 to -1 as compared with the magnification in the optical system shown in FIG.

상기와 같은 광학 시스템에서 비용을 절감하는데 있어서는 제1도에 도시된 바와 같이 광학 시스템은 대물렌즈(2)와 콜레메이터렌즈(3) 각각이 단일렌즈로 구성되어야 한다는 점에 있어서 제한이 있다.In reducing the cost in such an optical system, as shown in FIG. 1, the optical system is limited in that each of the objective lens 2 and the collimator lens 3 should be composed of a single lens.

제2도와 제3도에 도시된 광학 시스템에서 있어서, 만약 대물렌즈(2)가 두개의 렌즈로 구성된다면 단계(step)의 수는 렌즈의 조정에 따라 증가하기 때문에 제1도에 도시된 렌즈는 다른 것과 비교하여 비용이 낮다.In the optical system shown in FIG. 2 and FIG. 3, if the objective lens 2 is composed of two lenses, the lens shown in FIG. 1 is increased because the number of steps increases with the adjustment of the lens. Lower cost compared to others

따라서, 단일렌즈가 사용되어야 한다.Therefore, a single lens should be used.

상기에 설명한 바의 목적을 이루기 위하여 개발된 렌즈들은 일본 특허 12661/1985, 56314/1986, 118708/1986, 177409/1986, 248014/1986, 252518/1986, 261711/1986 및 10613/1987 등이 있다.Lenses developed to achieve the purpose described above include Japanese Patents 12661/1985, 56314/1986, 118708/1986, 177409/1986, 248014/1986, 252518/1986, 261711/1986, and 10613/1987.

상기에서 설명한 바와 같은 단일렌즈 구성으로서는 12661/1985 및 177409/1986이 광원측이 비구면인 렌즈를 공개하고 있다.As the single lens configuration as described above, 12661/1985 and 177409/1986 disclose lenses in which the light source side is aspheric.

상기와 같은 렌즈는 축을 벗어난 곳에서 그 성능이 우수하지 못하는 단점이 있으며, 제2도에 도시한 광학 시스템에서의 대물렌즈는 디스크에 평행하기 때문에 재생신호가 우수하지 못하는 단점이 있다.Such a lens has a disadvantage that its performance is not excellent in the off-axis, and the objective lens in the optical system shown in FIG. 2 has a disadvantage that the reproduction signal is not excellent because it is parallel to the disk.

제3도에 도시한 광학 시스템에서의 초점배율은 상기에 설명한 바와 같이 증가되어야 한다.The focal magnification in the optical system shown in FIG. 3 should be increased as described above.

그렇지만 상기와 같은 시스템을 설계하는데 있어서, 축을 벗어나는 곳에서의 성능이 저하한다.However, in designing such a system, performance deteriorates off the axis.

유니트(5)를 이동시켜 트랙킹(tracking)을 조정한다 할지라도 광원(4)과 대물렌즈(2)의 광축에서의 조정은 곤란하게 된다.Even if the tracking is adjusted by moving the unit 5, it is difficult to adjust the optical axis of the light source 4 and the objective lens 2.

따라서, 상기에서 설명한 바와 같이 한쪽면이 비구면인 렌즈에 있어서의 광학 시스템을 이용하는 것은 상기와 같은 연유로 제한이 따른다.Therefore, as described above, the use of the optical system in the lens of which one side is aspherical is limited due to the above reasons.

또 다른 한편으로 비구면 모양에 대하여는 다음과 같은 여러가지 방법으로 표현이 가능하다.On the other hand, the aspherical surface can be expressed in various ways as follows.

그중 가장 일반적인 방법은 광축에서부터 회전 대칭인 제2곡면 사이의 높이의 짝수 차항에 의하여 표시되는 변형항을 더하여 표현하는 방법이다.The most common method is a method of expressing by adding a deformation term represented by an even difference term of the height between the second curved surface which is rotationally symmetrical from the optical axis.

상기에 기술한 목적을 이루기 위하여 개발된 이중 비구면 방법중의 한 방법으로는 일본 특허 제56314/1986에 잘 기술되어 있다.One of the double aspherical methods developed to achieve the above-mentioned object is well described in Japanese Patent No. 56314/1986.

즉, 상기 공개 기술에는 각 렌즈면의 유효직경과 가장 가까운 위치에서의 곡율반경을 갖는 기준 구면으로부터 변형(deformation) 양은 코닉상수 및 비구면 계수로 표시된다.In other words, in the above-mentioned disclosure, the amount of deformation from the reference sphere having the radius of curvature at the position closest to the effective diameter of each lens surface is expressed by the conic constant and the aspherical coefficient.

상기 각각의 상수는 상호 독립적이며, 상기와 같은 조건이 이루어진다 해도 실제 실행에 있어 어려움이 있는 높은 비구면 조건 내에 포함되거나 광원측의 면과 광원과 반대되는 면 사이의 평행 중심에 대하여 그 감도가 크다.Each of the constants is independent of each other, and the sensitivity is high with respect to the parallel center between the surface on the light source side and the surface opposite to the light source, which are included in the high aspherical condition which is difficult in practical implementation even if such conditions are achieved.

일본특허 제118708/1986, 248014/1986, 252518/1986, 261711/1986 및 10613/1987에 공개된 렌즈는 광원측의 렌즈면에 있는 코닉상수를 정의하고 있다.The lenses disclosed in Japanese Patent Nos. 118708/1986, 248014/1986, 252518/1986, 261711/1986, and 10613/1987 define conic constants on the lens surface on the light source side.

제2곡면으로부터의 보상조건은 광축으로부터의 높이에 대하여 고차의 항으로 표현되어지는 변형항의 계수를 조절하여 얻어진다.The compensation condition from the second curved surface is obtained by adjusting the coefficient of the deformation term expressed in terms of higher order with respect to the height from the optical axis.

그렇지만 만약 배율이 증가한다면 비구면 양도 증가하고 그에 따라 높은 차수를 갖는 비구면 조건을 이용함이 없이 비구면을 얻을 수 있는 것이 바람직하다.However, if the magnification increases, it is desirable to obtain an aspherical surface without using an aspherical surface with a high degree of aspherical content.

또한, 일반적으로 광학 시스템에서의 요구하는 개구수(NA) 및 광학 성능을 만족시키기 위한 대물렌즈에 대한 기술은 일본 특개소 54-67445 및 54-76170에 잘 기술되어 있다.In addition, the technique for the objective lens for satisfying the required numerical aperture (NA) and optical performance in the optical system in general is well described in Japanese Patent Laid-Open Nos. 54-67445 and 54-76170.

상기 종래 기술에 있어서, 광픽업 시스템에 사용되는 대물렌즈는 시스템에서 요구하는 개구수(NA) 및 광학성능을 만족시키기 위하여 3매 및 4매의 구면 렌즈의 조합으로 구성되어 있고 특히 일본 특개소 54-67445는 대물렌즈이 개구수(NA)가 0.4인 3매의 구면렌즈의 조합으로 구성되고, 일본 특개소 54-76170은 대물렌즈의 개구수(NA)가 0.5인 4매의 구면렌즈의 조합으로 구성되어 있다.In the above prior art, the objective lens used in the optical pickup system is composed of a combination of three and four spherical lenses in order to satisfy the numerical aperture (NA) and optical performance required by the system. -67445 is a combination of three spherical lenses with an objective NA of 0.4 and Japanese Patent Laid-Open 54-76170 is a combination of four spherical lenses with a numerical aperture NA of 0.5 of an objective lens. Consists of.

또한, 비구면을 도입하여 플라스틱의 몰딩에 의한 1매 구성의 렌즈로 대물렌즈를 구성함에 있어 제1면 또는 제2면중 한면을 비구면으로 구성하여 시스템에서 요구하는 개구수(NA) 및 광학성능을 만족시키고 있으며, 이에 대한 기술은 미국특허 제4,828,383 및 제4,902,114에 잘 기술되어 있다.In addition, when aspherical surface is introduced and the objective lens is composed of a single lens formed by plastic molding, one of the first or second surface is composed of aspherical surface to satisfy the numerical aperture (NA) and optical performance required by the system. The technique is well described in US Pat. Nos. 4,828,383 and 4,902,114.

최근에 있어서는 제1면과 제2면을 동시에 비구면으로 구성하는 형태도 사용되고 있다.In recent years, the form which consists of an aspherical surface simultaneously with a 1st surface and a 2nd surface is also used.

제4도는 제2도 및 제3도에 따른 미국특허 제4,902,114의 한 일실시예도이다.4 is one embodiment of U.S. Patent Nos. 4,902,114 according to FIGS.

렌즈의 구성에서 대부분 프라스틱 비구면 렌즈를 사용하고 있고, 제5도 내지 제8에서 보는 바와 같이, 높은 개구수에 대하여 안정된 결상성능이 보정되어 있지 않다.Most plastic aspherical lenses are used in the lens configuration, and as shown in FIGS. 5 to 8, stable imaging performance is not corrected for a high numerical aperture.

상기 기술의 렌즈들은 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이, 보다 높은 차수의 비구면 보상을 할 필요없이 일반적인 광학 시스템에 있어서의 대물렌즈로서 이용 가능한 큰 양의 굴절력을 갖는 렌즈에 적합한 것이다.Lenses of the above technique are suitable for lenses with a large amount of refractive power available as objectives in general optical systems without the need for higher order aspherical compensation, as shown in FIGS. 2 and 3.

상기 기술에 따른 광디스크용 대물렌즈는 광원상의 양면이 볼록한 것을 특징으로 하며 이미지(image)측은 비구면이다.The objective lens for an optical disc according to the above technique is characterized in that both sides of the light source are convex, and the image side is an aspherical surface.

상기 비구면은 다음 식을 만족하는 것을 특징으로 한다.The aspherical surface is characterized by satisfying the following equation.

상기에서 C=1/R, R:곡면의 레디우스(Radius)이다.In the above, C = 1 / R, R: curved Radius.

상기 식(A)에서, X는 비구면의 정점(Vertex)으로부터 광축으로 부터 높이가 h인 인 비구면 상의 한 점까지의 거리이고, h는 광축으로부터의 높이며, k는 기준 회전 제2굴곡면이 코닉(conical) 상수이고, A2는 2i 순서의 비구면 상수(여기서 i는 1 또는 그 이상의 정수)이며, 상기 식에서, 다음의 조건을 만족한다.In Equation (A), X is the distance from the vertex of the aspherical surface to a point on the aspherical surface of height h from the optical axis, h is the height from the optical axis, and k is the reference rotation second curved surface is conic (conical) constant, A2 is an aspheric constant in the order of 2i (where i is an integer of 1 or more), where the following conditions are satisfied.

상기 식(1)에 있어서, f는 단일 렌즈의 초점 거리를 뜻한다.In Formula (1), f means the focal length of a single lens.

상기의 조건은 광원측에서 렌즈면의 기준회전 제2곡면의 곡률에 관한 것이다.The above condition relates to the curvature of the reference curved second curved surface of the lens surface on the light source side.

비구면을 표시하는 방정식 A의 제1조건이 짝수 굴절력으로 확대가능하며, 방적식 A는 다음 B 방정식에 의하여 표현된다.The first condition of equation A, which represents an aspherical surface, is extensible with even refractive power, and the spinning equation A is represented by the following B equation.

상기의 방정식으로부터 h²ⁱ에 대한 기준회전 제2곡면은 (1+k)^i-iC2i+1에 비례한다는 것을 알 수 있다.From the above equation, it can be seen that the second reference surface for h ²ⁱ is proportional to (1 + k) ^{i-iC 2 i + 1} .

따라서, G가 크고, k가 -1이 아닌 상태에서 (1+k)^i-1C2i+1h2i가 크게 된다.Therefore, in the state where G is large and k is not -1, (1 + k) ^{i-1C2i + 1h2i} becomes large.

즉, c와 k가 주어지지 않은 상태에서 고차 조건은 기준회전 제2곡면으로부터 보상 가능한 조건으로 성립되는 것이다.That is, in the state where c and k are not given, the higher order condition is a condition that can be compensated from the second reference surface.

조건식(1)은 기준회전 제2곡면으로부터 보상 조건으로서의 고차적인 조건을 필요로 하지 않는다.Conditional expression (1) does not require a higher order condition as a compensation condition from the reference second curved surface.

상기의 조건을 만족하고 방정식 B에서와 같이, 전개(展開)하는 경우에, 고차적인 조건은 비교적 적은 사이즈로 만들어지며, 그럼으로써 비구면을 쉽게 이룰 수 있다는 것이다.In the case of satisfying the above conditions and expanding, as in equation B, higher order conditions are made relatively small, thereby making it easier to achieve aspherical surfaces.

상기와 같은 렌즈의 종류에 있어서, 광원특성에서의 반사력은 크며, 비구면을 구성하는 정도가 높은 편이다.In the type of lens as described above, the reflectivity in light source characteristics is large, and the degree of constituting the aspherical surface is high.

따라서, 광원측에서 표면의 모양이 조건식(1)에 따라 만들어진다.Therefore, the shape of the surface on the light source side is made according to the conditional formula (1).

광원측에서의 면 A의 코닉상수 ka는 다음의 조건식을 만족한다.The conic constant ka of the surface A on the light source side satisfies the following conditional expression.

상기 조건을 초과하는 경우는 고차 보상조건이 필요하게 되며 비구면을 이루기 위하여는 조건식 B를 적용하여야 한다.If the above conditions are exceeded, higher order compensation conditions are required and condition B should be applied to achieve aspherical surface.

그리고, 상기 제2도 및 제3도에 대한 대물렌즈의 실시예는 제4도와 같고, 상기 조건식(A)을 이용한 한 예는 하기와 같다.The embodiment of the objective lens of FIGS. 2 and 3 is the same as that of FIG. 4, and an example using the conditional expression (A) is as follows.

상기 조건식(A)에 있어서, ri는 광원측으루부터 i^th렌즈면의 기준 화전 곡률면의 반경을 말한다.In the conditional expression (A), ri refers to the radius of the reference picture curvature surface of the i ^th lens surface from the light source side.

di는 광원으로부터의 i번째 렌즈면의 공간이다.di is the space of the i-th lens surface from the light source.

ni는 광원으로부터 i번째 렌즈의 반사율이고, vi는 라인 d에 대한 광원측으로부터의 i번째 렌즈의 분산(Abbe) 상수이다.ni is the reflectance of the i-th lens from the light source, and vi is the variance (Abbe) constant of the i-th lens from the light source side for line d.

그리고 비구면의 상부 곡률반경 R은 다음식(C)로 표현된다.And the upper curvature radius R of the aspherical surface is expressed by the following formula (C).

그리고, 하기의 테이블은 제4도에서의 광원과 대물렌즈 사이의 반도체 레이져용 커버 유리의 조합에 있어서, 평행면판(G1)의 값과 빔 스플리트와, 대물렌즈(L)와 초점 사이에 형성된 광 디스크의 보호막에 대한 평행면판(G2)를 나타낸 것이다.The table below is formed between the value of the parallel plane plate G1 and the beam split, and the objective lens L and the focal point in the combination of the cover glass for semiconductor laser between the light source and the objective lens in FIG. The parallel plane plate G2 with respect to the protective film of an optical disk is shown.

상기에 의한 대물렌즈(L)가 광원측에서의 제2곡면으로부터 보상조건, 광축으로부터의 저차원 조건으로써 이용되기는 하나, 여러 가지 수차가 제5도에서부터 제8도에 도시한 바와 같이 보정된다.Although the objective lens L described above is used as a compensation condition from the second curved surface on the light source side and a low dimensional condition from the optical axis, various aberrations are corrected as shown in Figs.

상기 시스템에 있어서, 가능한 에러에 대하여는 큰 직경의 렌즈와 비구면과 가능한 낮은 차원의 비구면 조건을 갖는 샤프한 면을 구성함으로써 보정이 가능하다.In the system, possible errors can be corrected by constructing a large diameter lens and a sharp surface with an aspherical surface and aspheric conditions of the lowest dimension possible.

그러나, 이와 같은 종래의 기술에 있어 다수의 구면 렌즈의 조합에 의하여 구성되는 대물렌즈의 경우 조립상 오차발생의 가능성이 높아 매우 정밀한 조립, 조정이 필요하며 중량이 무거워 초점 및 트랙 서보를 담당하는 액츄에이터(ACTUATOR)에 많은 구동력이 필요하므로 광픽업 시스템이 커지는 단점이 있다.However, in the related art, an objective lens composed of a combination of a plurality of spherical lenses has a high possibility of generating an error in assembly, requiring very precise assembly and adjustment, and having a heavy weight. Since a lot of driving force is required in the actuator, the optical pickup system has a disadvantage in that it becomes large.

또한 제1면 또는 제2면중 한면만을 비구면으로 구성하는 1매 구성의 플라스틱 대물렌즈의 경우 중량이 가벼워 시스템 소형화에는 유리하나 시스템에서 필요로 하는 동작거리(WORKING DISTANCE)와 이미지 필드가 클때 일반적인 프라스틱의 굴절율 영역인 1.5 내지 1.6 사이의 재질에 대하여 요구 스팩(SPEC)을 만족시키기 어려운 단점이 있다.In addition, the single-piece plastic objective lens, which consists of only one surface of the first or second surface, is light in weight, which is advantageous for miniaturization of the system, but when the working distance and image field required by the system are large, There is a disadvantage in that it is difficult to satisfy the required specification (SPEC) for the material in the refractive index region of 1.5 to 1.6.

또한 단(單)면 비구면의 경우 높은 개구수(NA)에 대하여 안정된 결상성능을 얻기 어려운 단점이 있다.In addition, the single-sided aspherical surface has a disadvantage in that it is difficult to obtain stable imaging performance with respect to high numerical aperture (NA).

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 1매의 렌즈로 구성된 픽업용 대물렌즈의 설계에 있어서, 제1면의 기준곡률은 시스템에서 요구하는 동작거리는 확보하기 위한 조건 및 대물렌즈의 수차보정을 만족시키기 위한 조건에서 결정하여 높은 개구수에 대해 충분한 결상성능을 발휘할 수 있도록 하는 1매(枚) 구성의 렌즈의 이루어진 광픽업용 대물렌즈를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to design a pickup objective lens composed of a single lens in view of such a conventional problem, wherein the reference curvature of the first surface is a condition and an objective lens to ensure an operating distance required by the system. The present invention provides an objective lens for optical pickup, which is composed of a single-piece lens that can be determined under conditions for satisfying aberration correction, so that sufficient imaging performance can be exerted for a high numerical aperture.

본 발명의 또 다른 목적은 양면 비구면의 대물렌즈를 1매의 프라스틱 렌즈로 구성하여 조립성의 향상과 경량화에 따른 엑츄에이터를 소형화할 수 있도록 하는데 있다.Still another object of the present invention is to configure the objective lens of the double-sided aspherical surface with one plastic lens so that the actuator can be miniaturized due to the improvement of the assembly and the weight reduction.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 광픽업용 대물렌즈는 광원측의 제1, 제2비구면 블록 표면이The objective lens for the optical pickup of the present invention for achieving the above object has a surface of the first and second aspherical blocks on the light source side.

으로 표현되는 조건식하에서 상기 광축근처의 제1면의 반경의 역수와 렌즈 초점거리와의 관계가 │Cl│f0.9인 조건을 만족하도록 기준구면을 구성하고 비구면 계수중 각면의 코닉상수와 기준구면에 의해 계산된 각면의 파워의 관계가 │ki│ciΦi1.0인 조건을 만족하도록 비구면을 결정하는 것을 특징으로 한다.Under the conditional expression expressed by, the reference sphere is constructed so that the relation between the inverse of the radius of the first plane near the optical axis and the lens focal length is │Cl│f0.9, and the conic constant and reference sphere of each face among the aspherical coefficients It is characterized in that the aspherical surface is determined so as to satisfy the condition that the power relationship of each surface calculated by ki│ciΦ i1.0 is satisfied.

상기 조건식에서 Cl은 제1기준면의 반경의 역수이고, f는 렌즈의 초점거리이며, ki는 코닉상수이고, Φi는 각면의 파워이다.In the above condition, Cl is the inverse of the radius of the first reference plane, f is the focal length of the lens, ki is the conic constant, Φ i is the power of each surface.

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings of the present invention.

제9도는 본 발명 광픽업 시스템의 개념도로서, 이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 대물렌즈(101)는 제1면(S1)을 비구면으로 구성하고 제2면(S2)도 비구면으로 구성하여 콤팩트하고 가벼우면서도 높은 개구수(NA)에 대하여 높은 결상성능을 가질 수 있도록 한다.9 is a conceptual diagram of the optical pickup system of the present invention. As shown in the drawing, the objective lens 101 of the present invention comprises a first surface S1 aspherical and a second surface S2 aspherical. In addition, it is possible to have a high imaging performance for light and high numerical aperture (NA).

상기 본 발명의 대물렌즈(101)에 있어서 제1면(S1)과 제2면(S2)을 하기 식으로 표현되는 비구면으로 구성한다.In the objective lens 101 of the present invention, the first surface S1 and the second surface S2 are composed of aspherical surfaces represented by the following formula.

상기 조건식에서의 제1면(S1)을 구성하는 비구면에 있어서, 광원(100)의 근처의 제1면(S1)의 반경(R)의 역수를 C1, 렌즈의 초점거리를 f라고 할 때 │C1│f0.9인 조건을 만족하도록 기준구면을 구성한다.In the aspherical surface constituting the first surface S1 in the conditional expression, when the inverse of the radius R of the first surface S1 near the light source 100 is C1 and the focal length of the lens is f. The reference sphere is constructed to satisfy the condition C1 | f0.9.

상기 반경(R)의 역수 C1=1/R1으로 구해진다.The inverse C1 = 1 / R1 of the radius R is obtained.

그리고 비구면 계수중 각면의 코닉상수를 ki로 표시하고 기준구면에 의하여 계산된 각면의 파워를 Φi로 할 때 │ki│CiΦi1.0인 조건을 만족하도록 비구면의 형상을 결정하는 것이 중요하다.In addition, it is important to determine the shape of the aspherical surface so as to satisfy the condition of │ki│CiΦi1.0 when the conic constant of each face is expressed as ki and the power of each face calculated by the reference sphere is Φi.

상기 광원(100)측의 제1비구면(S1)과 정보기록매체(102)측의 제2비구면(S2)을 갖는 대물렌즈(101)의 데이터는 하기 표와 같다.The data of the objective lens 101 having the first aspherical surface S1 on the light source 100 side and the second aspherical surface S2 on the information recording medium 102 side are shown in the following table.

상기에서 비구면 식(式)에 대해 살펴보면,Looking at the above aspherical equation (式),

일반적으로 비구면을 표현하는 식에는 2차곡면 식(式)에 변형항을 가한 형태 및 전체 곡면을 구획하여 그 구간에 곡률로 표현하는 방법이 있다.In general, there are a method of expressing an aspherical surface and a method in which a deformation term is added to a quadratic surface equation and a method of dividing the entire curved surface and expressing the curvature in the section.

2차 곡면 식에 변형항을 가하는 형태는 상기 조건식(1)과The form of applying the deformation term to the quadratic surface equation is the condition

과 같이 나타낼 수 있는데, 이때 동일한 K값에 대하여 식(式)이 나타내는 곡면의 형태는 달라지게 되어 렌즈 데이터를 표현할 때 사용한 식을 반드시 명기해야 한다.In this case, the shape of the curved surface represented by the equation for the same K value is different, so the equation used to express the lens data must be specified.

또한, 상기 1장의 렌즈로 구성된 픽업용 대물렌즈(101)의 설계에 있어 제1면(S1)의 기준곡률은 시스템에서 요구하는 동작거리(Working Distance)를 확보하기 위한 조건 및 수차보정 조건에서 결정되며 제2면(S2)의 기준곡률은 전체 초점거리를 유지하기 위한 조건에서 결정된다. 이때 식은 하기와 같다.In addition, in the design of the pick-up objective lens 101 composed of the one lens, the reference curvature of the first surface S1 is determined under conditions for securing a working distance required by the system and aberration correction conditions. The reference curvature of the second surface S2 is determined under conditions for maintaining the overall focal length. The equation is as follows.

상기 조건식에서 n은 굴절률이고, t는 렌즈의 두께이며, BFL은 대물렌즈(101)의 제2면(S2)의 정점에서 초점까지의 거리이고, C1은 반경(R)의 역수이다.Where n is the refractive index, t is the thickness of the lens, BFL is the distance from the vertex of the second surface S2 of the objective lens 101 to the focal point, and C1 is the inverse of the radius R.

따라서, 상기 반경(R)의 역수가 된다.Thus, the inverse of the radius R Becomes

그러므로, 제1면(S1)에 대해서인 조건은를 나타나게 되어 전체 초점거리와 동작 거리와의 차의 범위를 표현한다.Therefore, with respect to the first surface S1 Condition Appears to represent the range of difference between the overall focal length and the working distance.

이때 예로써, n=1.5, t=0.77를 대입하여 계산하여 보면 다음과 같다.At this time, as an example, n = 1.5, t = 0.177 by calculating as follows.

│f-BFL│0.39로 되어 전체 초점거리가 동작거리 보다 0.39 이상 크게 설정된 광학적 구성을 갖는다는 특징을 나타낸다.F-BFL is 0.39, indicating that the overall focal length has an optical configuration that is set at least 0.39 larger than the operating distance.

이는 렌즈 구성에 있어 주면의 위치가 지나치게 렌즈의 뒤쪽에 위치하면 1매의 비구면 렌즈로 만족할 만한 수차성능을 구현할 수 없기 때문에 이를 제한하여 수차성능을 만족시키기 위한 범위를 규정한 것이다.This is because in the lens configuration, if the position of the main surface is located too far behind the lens, since a single aspherical lens cannot realize satisfactory aberration performance, this limits the range for satisfying the aberration performance.

또한, 상기에서 제2의 조건 │Ki│CiΦi1.0인 조건은 광픽업 시스템의 대물렌즈에서 요구되는 수차특성인 에펄랜틱(Aplanatic)조건(구면 수차와 코마가 최소이며 이 최소값이 전체계가 마첼(marechal) 조건을 만족할 수 있도록 충분히 작을 것)을 만족시키기 위해 제1면의 곡률과 아울러 가장 큰 영향을 주는 코닉상수 Ki의 범위를 규정하는 내용이다.In addition, the second condition │Ki│CiΦi1.0 is an Aplanatic condition (spherical aberration and coma is the minimum, which is required for the objective lens of the optical pickup system. To satisfy the marechal condition, it is necessary to define the curvature of the first surface and the range of the conic constant Ki that has the greatest influence.

또한, 제12도는 본 발명의 대물렌즈의 다른 실시예 구성도이다.12 is a configuration diagram of another embodiment of the objective lens of the present invention.

여기서도 대물렌즈(201)의 제1면(S11)과 제2면(S12)을 비구면으로 구성하고 형상의 구성 조건은 제9도의 대물렌즈(101)와 동일 형상의 구성 조건으로 한다.Here, the first surface S11 and the second surface S12 of the objective lens 201 are composed of aspherical surfaces, and the configuration conditions of the shape are the same as those of the objective lens 101 of FIG.

즉, 광축근처의 제1면(S11)의 반경(R)의 역수를 C1, 렌즈의 초점거리를 f라고 할 때 │C1│f0.9인 조건을 만족하도록 기준구면을 구성한다.That is, the reference spherical surface is configured to satisfy the condition of | C1 | f0.9 when the inverse of the radius R of the first surface S11 near the optical axis is C1 and the focal length of the lens is f.

그리고 비구면 계수중 각면의 코닉상수를 ki로 표시하고 기준구면에 의하여 계산된 각면의 파워를 Φi로 할 때 │ki│Ci Φi1.0인 조건을 만족하도록 비구면의 형상을 결정하는 것이 중요하다.In addition, it is important to determine the shape of the aspherical surface so as to satisfy the condition of ki i Ci i 1.0 when the conic constant of each face is expressed as ki and the power of each face calculated by the reference sphere is Φ i.

상기 광축근처의 제1비구면(S11)과 정보기록매체(202)측의 제2비구면(S12)을 갖는 대물렌즈(201)의 데이터는 하기 표와 같다.The data of the objective lens 201 having the first aspherical surface S11 near the optical axis and the second aspherical surface S12 on the information recording medium 202 side are shown in the following table.

본 발명에 의한 대물렌즈가 광원측에서 제2면으로부터 보상조건, 광축으로부터의 저차원 조건으로써 이용되기는 하나 여러 가지 수차가 제10도 내지 제11도에 도시한 바와 같이, 결상성능이 보정된다.Although the objective lens according to the present invention is used as a compensation condition from the second surface and a low dimensional condition from the optical axis on the light source side, the imaging performance is corrected as shown in FIGS. 10 to 11.

상기 시스템에 있어서, 가능한 에러에 대하여는 큰 직경의 렌즈의 비구면과 가능한 낮은 차원의 조건을 갖는 (샤프한) 면을 구성함으로써 보정이 가능하다.In the above system, possible errors can be corrected by constructing an aspherical surface of a lens of a large diameter and a (sharp) surface having a condition of as low a dimension as possible.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 양면 비구면의 프라스틱 대물렌즈로 구성되어 고밀도 픽업 시스템에 적합하도록 높은 개구수(NA)에 대하여 충분한 결상성능을 발휘할 수 있으며 1매의 렌즈로 구성되어 조립이 용이하고 가벼워 엑츄에이터를 소형화할 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, according to the present invention, it is composed of a double-sided aspherical plastic objective lens and can exhibit sufficient imaging performance for a high numerical aperture (NA) to be suitable for a high density pickup system. It is easy and light and has the effect of miniaturizing the actuator.

Claims

In a single-lens double-sided, aspherical single lens, the first and second surfaces from the light source axis

In the above condition under the condition expressed by X, the distance from the optical axis to the point on the aspherical surface with height y at the aspherical vertex, K: the conic constant of the rotationally symmetric curved surface. AD-AG: Aspheric modulus. C: In the conditional expression given by the inverse of the radius R of the aspherical surface near the optical axis, the reference sphere is constructed so that the inverse of the radius R of the first surface near the optical axis and the lens focal length satisfy the following conditions. The objective lens for optical pickup characterized in that C1: f0.9 under the above conditions, C1: the inverse of the radius R of the first surface near the optical axis, f: the focal length of the single lens.

The objective lens for optical pickup according to claim 1, wherein the aspherical surface is determined so that the relationship between the conic constant of each surface among the aspherical coefficients and the power of each surface calculated by the reference sphere meets the following conditions. Phi i1.0 Under the above conditions, phi i: power of each face, Ki: conic constant, Ci: reciprocal of the radius R of the i-th surface near the optical axis.