(57)【要約】【課題】開口数が０．７５以上で、軸上収差、軸外収差と面間の偏芯収差にすぐれた、両面非球面の単レンズによる光ディスクの対物レンズを提供する。【解決手段】対物レンズ１１の第１面１の頂点の曲率半径Ｒ１が次の式を満足する。（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）ＡＡ＝Ｂ／ＣＢ＝０．８５ｆ（ｎ−１）Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）ここで、ＮＡは当該レンズの開口数、ｎは当該レンズの屈折率、ｆは当該レンズの焦点距離、ｔは当該レンズの中心厚さ、ｄは当該光ディスクの透過層の厚さである。Ｄは、正数であり、次の値の何れか一つである。Ｄ＝０．０３，０．０４又は０．０５【選択図】      図１
2005017531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面が非球面とされた開口数（ＮＡ）が０．７５以上の単レンズであって、第１面の頂点の曲率半径Ｒ１が次の式を満足することを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）Ａ
Ａ＝Ｂ／Ｃ
Ｂ＝０．８５ｆ（ｎ−１）
Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）
ここで、ｎは当該レンズの屈折率、ｆは当該レンズの焦点距離、ｔは当該レンズの中心厚さ、ｄは当該光ディスクの透過層の厚さである。Ｄは、正数であり、次の値の何れか一つである。
Ｄ＝０．０３，０．０４又は０．０５
【請求項２】
両面が非球面とされた開口数（ＮＡ）が０．７５以上の単レンズであって、レンズの内部における最大高さの光線の光軸と成す角度ｕ１´が、次の式を満足することを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
（１−Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）＜ｓｉｎ（ｕ１´）＜（１＋Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）
Ｋ＝（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）・ＮＡ／０．８５
ここで、ｆは当該レンズの焦点距離、ｔは当該レンズの焦点距離、ｄは当該光ディスクの透過層の厚さである。Ｄは、正数であり、次の値の何れか一つである。
Ｄ＝０．０４，０．０５又は０．０６
【請求項３】
結像倍率が０であることを特徴とする請求項１又は２記載の光ディスク用対物レンズ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のレンズと、レーザー光源と、フォトディテクタとを有することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記レンズは、前記レーザー光源から出射するレーザー光が照射されるべき光ディスクの径に応じて作動距離が次の関係を有する請求項４に記載の光ピックアップ装置。
作動距離＞０．００５×光ディスク半径
【請求項６】
請求項４又は５に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用いて光ディスクに情報を記録再生する記録再生手段とを有することを特徴とする光ディスク記録再生装置。
【請求項７】
請求項４又は５に記載の光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用いて光ディスクに記録されている情報を再生する再生手段とを有することを特徴とする光ディスク再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大容量光ディスクを実現する高い開口数（ＮＡ）を有する光ディスク用対物レンズ並びにそのレンズを用いた光ピックアップ装置、光ディスク記録再生装置及び光ディスク再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＤディスクは、開口数が０．４５〜０．５の対物レンズを用い、７８０ｎｍ程度の波長を有するレーザー光で読み取り又は書き込みされている。また、ＤＶＤディスクは、開口数が０．６程度の対物レンズを用い、６５０ｎｍ程度の波長を有するレーザー光で読み取り又は書き込みが行われている。
【０００３】
ところで、光ディスクの容量を上げるために、より短い波長の光源とより高い開口数を有するレンズを使用する次世代光ディスク・ピックアップシステムの開発が進められている。
【０００４】
そして、より短い波長を有するレーザーとしては、波長が約４００ｎｍのいわゆる青色レーザーが考えられている。
【０００５】
前記高い開口数を有する対物レンズとしては、例えば以下のシステムが報告されている。
【０００６】
（Ａ）  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ３９（２０００）  ｐｐ．  ９７８−９７９  Ｍ．  Ｉｔｏｎａｇａ  ｅｔ  ａｌ．  “Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｋ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ｈｉｇｈ−Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｓｉｎｇｌｅ  Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ  Ｌｅｎｓ  ａｎｄ  Ｂｌｕｅ  ＬＤ”．
【０００７】
（Ｂ）Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ３９（２０００）  ｐｐ．  ９３７−９４２  Ｉ．  Ｉｃｈｉｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ  Ｕｓｉｎｇ  ａ  ＧａＮ  Ｂｌｕｅ−Ｖｉｏｌｅｔ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ”．
【０００８】
ここで、（Ａ）は、開口数が０．７の単レンズを用いたシステムを報告し、（Ｂ）は、開口数が０．８５の２群レンズを用いたシステムを報告する。
【０００９】
これらは、高ＮＡ化によるシステム余裕の低下に対照するために、ディスクの再生透過層の厚さを、ＣＤの１．２ｍｍないし、ＤＶＤの０．６ｍｍから薄くしていることが別の特徴である。（Ａ）によれば、０．１２ｍｍで、（Ｂ）によれば０．１ｍｍになっている。システムの余裕度の分配の仕方にも依るが、概ね０．３ｍｍより薄い透過層であることが望まれている。
【００１０】
前記（Ｂ）の２群レンズを用いたシステムは、開口数は（Ａ）に比べて大きいものの、組立工程が必要な上にレンズが２枚必要なことから、量産性に劣り且つコストも高くなる。
【００１１】
さらに、作動距離が文献（Ｂ）に示されているように、０．１３ｍｍ程度と従来のＤＶＤ等のように単レンズを用いた場合の約１ｍｍに比べて狭く、ディスクへの衝突の危険性が増し、システムの信頼性が低下するという欠点もある。
【００１２】
そこで、次世代システムには、開国数が０．７以上の単レンズによる光ディスク用対物レンズが望まれている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
高い開口数を有するレンズの設計が可能であることは、従来から知られている。たとえば、「特に口径比の大きい非球面アプラナート・レンズに関する研究」（吉田正太郎、東北大学科学計測研究所報告、１９５８年３月）には、高い開口数を有する両面非球面レンズの設計法が詳しく記されている。
【００１４】
また、特開平４−１６３５１０には、開口数が０．６〜０．８程度の単レンズを用いた対物レンズが記載されている。
【００１５】
しかしながら、単に設計が可能と言うだけでは、高い開口数を有するレンズを製作することが出来ない。このようなレンズを実際に製作するためには、製造公差が確保された設計である必要がある。
【００１６】
ここで両面非球面レンズの場合、最も厳しく、かつ重要な製造公差は、面と面の間の偏芯（面間偏芯）である。したがって、対物レンズへの垂直入射の場合の収差である軸上収差と、斜め入射の場合の収差である軸外収差に代表される対物レンズの設計性能と、製造公差を同時に満足する必要がある。
【００１７】
しかし、レンズの設計性能と製造公差は、とりわけ、開口数が０．７５より高いと、両立することが難しくなる。
【００１８】
実際、このような両面非球面のレンズでは、軸外収差は、前述の製造公差を考慮せずに設計した場合でも開口数が上がるにつれ劣化し、製造公差を考慮するとさらに悪くなる。すなわち、偏芯公差を大きく確保するためには、軸上収差と軸外収差特性を犠牲にする必要がある。
【００１９】
軸上収差は、偏芯公差を考慮してもわずかに劣化するだけであるが、軸外収差は、開口数が０．６を超えるような高い開口数を有するレンズにおいては、製造が可能になるミクロンオーダーの公差を確保するとかなり犠牲になる。
【００２０】
前述のような理由で、性能が良い両面非球面レンズの形状の探索が従来からなされ、種種の文献が報告されている。特開平５−２４１０６９、特開平４−１６３５１０は、その一例である。
【００２１】
特開平４−１６３５１０には、性能が良好なレンズの形状範囲が記載されている。しかしながら、この文献では、偏芯公差の確保について言及されていない。開口数が唯一０．７５を超える実施例２のレンズ（波長が５３２ｎｍで、開口数が０．８の仕様）では、僅かな偏芯でも大きな収差が発生するという問題点があった。
【００２２】
さらに、これらの先行文献の示す範囲は、かなり広く、これらの範囲において、良いレンズを実際に設計することが必ずしも出来ないという問題点があった。
【００２３】
また、前記したように、高ＮＡ化を図るために、２群レンズを採用した場合は、狭い作動距離のために、ディスクにレンズが衝突する危険性が著しく増大する問題点がある。光ディスクに用いられている、プラスチック製のディスクの場合、ディスクのそりは不可避である。このそりの量は、ＤＶＤの場合では、０．３ｍｍ程度ある。この値は、ＣＤの場合の０．６ｍｍに比べて半分に改善されているが、素材の特性に起因する量なので、これ以上の改善は厳しい。ここに対して、２群レンズの作動距離は前述のように、０．１３ｍｍである。この距離はレンズの設計により変わるが、レンズの焦点距離をピックアップの大型化を招かない範疇に設定した場合は、約０．２ｍｍ以上にすることは厳しい。すなわち、レンズがディスクへ焦点を合わせる位置、すなわち記録再生動作が行われる位置にある場合、フォーカスサーボが動作していない限り、ディスクに衝突する。すなわち、フォーカスサーボが、例えばディスクのディフェクトあるいは外乱振動等に起因するアクシデントではずれた場合は、ディスクに衝突する可能性がある。
【００２４】
また、別の論文（Ｃ）Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ４１（２００２）  ｐｐ．  １８０４−１８０７  Ｇ．  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ  ｅｔ  ａｌ．  “Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ  Ｔｗｏ−Ａｘｉｓ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ−Ｄａｔａ−Ｔｒａｎｓｆｅｒ−Ｒａｔｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｔｒｏｒａｇｅ  Ｓｙｔｅｍ”．  によれば、２群構成のＮＡ＝０．８５のレンズであって、焦点距離が０．８８ｍｍと小型なレンズが報告されている。このレンズを用いれば、アクチュエーター並びにピックアップの小型化と高速化を達成することが出来る。しかしながら、記載されたレンズの作動距離は０．１ｍｍとさらに狭くなっていて、上記した危険性がさらに上がるという問題点がある。
【００２５】
本発明は、前述の課題に鑑みて提案されるものであって、開口数が０．７５以上で、軸上収差、軸外収差と面間の偏芯収差にすぐれた、両面非球面の単レンズによる光ディスクの対物レンズ並びにそのレンズを用いた光ピックアップ装置、光ディスク記録再生装置及び光ディスク再生装置を提供することを目的とする。
【００２６】
【発明を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明に係る光ディスク用対物レンズは、両面が非球面とされた開口数（ＮＡ）が０．７５以上の単レンズであって、第１面の頂点の曲率半径Ｒ１が次の式を満足する。
【００２７】
（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）Ａ
Ａ＝Ｂ／Ｃ
Ｂ＝０．８５ｆ（ｎ−１）
Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）
【００２８】
ここで、ｎは当該レンズの屈折率、ｆは当該レンズの焦点距離、ｔは当該レンズの中心厚さ、ｄは当該光ディスクの透過層の厚さである。Ｄは正数であり、好ましくは０．０５、より好ましくは０．０４、さらにより好ましくは０．０３である。
【００２９】
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る光ディスク用対物レンズは、両面が非球面とされた開口数（ＮＡ）が０．７５以上の単レンズであって、レンズの内部における最大高さの光線の光軸と成す角度ｕ１´が、次の式を満足する。
【００３０】
（１−Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）＜ｓｉｎ（ｕ１´）＜（１＋Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）
Ｋ＝（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）・ＮＡ／０．８５
【００３１】
ここで、ｆは当該レンズの焦点距離、ｔは当該レンズの中心厚さ、ｄは当該光ディスクの透過層の厚さである。Ｄは正数であり、好ましくは０．０６、より好ましくは０．０５、さらにより好ましくは０．０４である。
【００３２】
本発明に係る光ディスク用対物レンズにおいては、光ディスクの透過層の厚さは、ＣＤディスクやＤＶＤディスクより薄い、０．３ｍｍ以下であることが好ましい。また、本発明に係る光ディスク用対物レンズは、レーザーの波長が４５０ｎｍ以下のシステムに適用することが好ましい。
【００３３】
また、本発明に係る光ディスク用対物レンズは、結像倍率が０であることが好ましい。すなわち、この対物レンズは、少なくとも誤差なく製造されていて、かつ光源の波長が設計の基準波長と一致している場合、平行光を集光することが好ましい。
【００３４】
本発明に係る光ディスク用対物レンズは、上述のような構成を有し、レンズの両面の間の偏芯公差が製造可能な範囲にあるが、軸外収差特性の劣化は小さい。
【００３５】
また、上述の課題を解決するために、本発明に係る光ピックアップ装置は、前記特性の少なくとも一つを有するレンズと、レーザー光源と、フォトディテクタとを有することが好ましい。
【００３６】
前記レンズは、前記レーザー光源から出射するレーザー光が照射されるべき光ディスクの径に応じて作動距離が次の関係を有することが好ましい。
【００３７】
作動距離＞０．００５×光ディスク半径
【００３８】
本発明に係る光ディスク記録再生装置は、前記光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用いて光ディスクに情報を記録再生する記録再生手段とを有することが好ましい。
【００３９】
本発明に係る光ディスク再生装置は、前記光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用いて光ディスクに記録されている情報を再生する再生手段とを有することが好ましい。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ディスク用対物レンズ、光ピックアップ装置、光ディスク記録再生装置及び光ディスク再生装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
まず、本実施の形態の光ディスク用対物レンズが満たす各条件式の説明に先立ち、本実施の形態のレンズの設計に関して基本的な軸上収差特性、軸外収差特性、偏芯公差のバランスについて説明する。ここで、偏芯公差とは、偏芯がある場合の波面収差の増加で定義される。
【００４２】
本実施の形態では、軸上収差、軸外収差及び偏芯公差を確保するために、次の３つの条件のバランスを取ることが要請される。
【００４３】
（１）軸上収差を確保するため、レンズの球面収差が補正されていること。
【００４４】
（２）軸外収差を確保するため、レンズが正弦条件を満たしていること。
【００４５】
（３）偏芯公差を確保するため、第２面が単独で正弦条件を満たしていること。
【００４６】
両面非球面レンズは、軸上収差及び軸外収差を確保するための条件（１）と（２）の２つを同時に満たすことが出来る。条件（１）と（２）を同時に満たすレンズをアプラナートと呼ぶ。
【００４７】
しかし、一般に、条件（１）及び（２）を満たしていると、偏芯公差を確保するための条件（３）を満たすことは出来ない。
【００４８】
ところで、条件（２）が満足されていて、（３）がほぼ満たされると、レンズ全体が正弦条件を満たし、かつ第２面も正弦条件をほぼ満足することから、第１面においても光線高さと屈折角の関係において正弦条件がほぼ満足される。
【００４９】
さらに、本実施の形態においては、軸上収差及び軸外収差を確保するための条件（１）と（２）、偏芯公差を確保するための条件（３）のバランスを取り、ほぼ満足されている条件（３）の満足度を案分することで、軸上収差及び軸外収差を確保しつつ、レンズの製造が可能な偏芯公差を確保することが可能である。
【００５０】
前記した「特に口径比の大きい非球面アプラナート・レンズに関する研究」（吉田正太郎、東北大学科学計測研究所報告、１９５８年３月）によると、両面非球面レンズに関して、焦点距離を一定にして、レンズ半径をベンディングして変化させた場合、かなり広い頂点半径の組み合わせの範疇で、条件（１）と（２）を同時に満足するレンズが得られることが明らかにされている。
【００５１】
さらに、田中康宏「アプラナティック単レンズ設計とディスク光学系への応用」、光学  ２７，１２（１９９８）ｐ７２０によれば、面間の偏芯に強いレンズは、条件（３）を満足することが示されている。
【００５２】
ここで、条件（１）と（２）を満足する非球面レンズの設計の内で、条件（３）を満足するものがあれば、偏芯公差に強いレンズと言える。しかしながら、前記したようにこれらを同時に完全に満足することはできない。さらに、本願の発明者の解析に依れば、開口数が大きくなればなるほど、条件（１）〜（３）について完全性からの乖離が大きくなることが判明している。
【００５３】
実際、従来のＤＶＤディスク用の開口数が０．６のレンズ又はＣＤディスク用の開口数が０．４５のレンズの程度であれば、開口数が低いため、頂点半径の設定をかなり広い範囲で変化させても収差の増加は少なく、軸上収差と軸外収差の間のバランスを容易に取ることが出来る。すなわち、どの半径を出発点としても、軸外収差または軸上収差を僅かに犠牲にすれば偏芯公差を大きく出来る。
【００５４】
これに対して、開口数が上がり、波長が短くなると、収差は波長に反比例して大きくなるので、設計上の余裕がなくなる。そこで、このようなレンズに対してはより厳密に形状（近軸形状）を定める必要性があった。
【００５５】
ここにおいて、本願の発明者は、レンズの焦点距離、レンズの厚さ、及びディスクの厚さを定めた場合、偏芯公差の大きなレンズにおいては、同じ高さでレンズに入射する光線は、レンズの屈折率にほとんどよらず、レンズの内部で光軸に対してほぼ同じ角度を有することを見出した。また、前記角度は、ディスクの厚さとレンズに厚さに依存することを見出した。
【００５６】
本実施の形態では、このような性質を利用して、条件（１）〜（３）の間のバランスをとりつつ、各条件を相応に確保するようにする。
【００５７】
図１は、レンズの形態を説明する図である。
【００５８】
対物レンズ１１は、入射する光束Ｌ１を屈折し、光ディスク２１の信号記録面上に集光する。対物レンズ１１の第１面１の頂点における曲率半径はＲ１であり、第２面２の頂点における曲率半径はＲ２である。また、レンズ１１の中心厚さはｔ、光ディスク２１の透過層の厚さはｄである。
【００５９】
図２は、レンズ内部の光線の角度と、第２面の結像倍率を説明する図である。
【００６０】
光軸に平行に対物レンズ１１に入射した光束Ｌ１について、最大高さの光線は、対物レンズ１１の第１面１で屈折して光軸とｕ１の角度をなし、さらに対物レンズ１１の第２面２で屈折して光軸とｕ２の角度をなす。
【００６１】
ここで、開口数が０．８５の場合の式を示す。ｕ１は、第１面１で屈折された最大高さの光線が光軸となす角であるが、条件（１）と（２）を満たしたアプラナートによって非球面化した場合に、開口数が０．８５の光線が作る角度でもある。前述のように、この角度は、特性の良いレンズにおいて、レンズの焦点距離ｆに対するレンズの中心厚さｔと光ディスク厚さｄで決まり、レンズの屈折率によらない。この式を、次に示す。
【００６２】
ｓｉｎ（ｕ１）＝０．６０８６６−０．１１ｔ／ｆ−０．１２７２ｄ／ｆ・・・（４）
【００６３】
図３は、レンズ厚さに関して、ｕ１を求める回帰式と回帰式を求めるのに用いたデータの関係を示した図である。図中の符号◆は実設計値を、図中の直線は回帰式による値を表している。
【００６４】
実設計値は、焦点距離ｆが２ｍｍ、レンズの硝材の屈折率ｎが１．７５、光ディスクの透過層の厚さｄが０．１ｍｍの場合について、レンズの厚さｔを変化させて設計したものの値である。実設計値と回帰式による値は、良く一致しており、回帰式の正当性が示されている。
【００６５】
図４は、ディスク厚さに関して、ｕ１を求める回帰式と回帰式を求めるのに用いたデータの関係を示した図である。図中の符号◆は実設計値を、図中の直線は回帰式による値を表している。
【００６６】
実設計値は、焦点距離ｆが２ｍｍ、硝材の屈折率ｎが１．７５、レンズの透過層の厚さｔが３ｍｍの場合について、ディスクの厚さｄを変化させて設計した値である。実設計値と回帰式による値は良く一致しており、回帰式の正当性が示されている。
【００６７】
さて、前記式（４）を用いて、レンズの諸定数を定めるには、近軸の公式を使うのが簡単である。
【００６８】
ところで、このレンズは、第１面と第２面が単独で、ほぼ正弦条件を満足している。ここで、ｕ１とｕ２の関係は、第２面での結像作用で決まる。ところで、面が単独で正弦条件を満足するとは、面における実光線の結像倍率が、光線の高さによらず、近軸倍率と同一の一定値を取ると言うことである。
【００６９】
すなわち、第２面の近軸結像倍率をβとすると、次の関係が成り立つ。ここで、ｕｐ１，ｕｐ２は近軸光線の傾き、ｕ１，ｕ２は実光線の傾きである。
【００７０】
β＝ｎ・ｕｐ１／ｕｐ２＝ｎ・ｓｉｎ（ｕ１）／ｓｉｎ（ｕ２）
【００７１】
ここで、最大高さの光線の開口数、すなわちｓｉｎ（ｕ２）が０．８５であるから、次式が得られる。
【００７２】
β＝ｎ・ｓｉｎ（ｕ１）／０．８５
【００７３】
さらに、本願の発明者は、ｕ１（とｕｐ１とβ）が、開口数に応じて変化することを見出した。
【００７４】
これは、条件（１）と（２）を満たすと、条件（３）には僅かに誤差が残るが、光線の屈折角が最も大きくなるレンズの最外周で条件（３）を満たすようにすると、最も偏芯に強くなるからである。このため、βは開口数に依存する。
【００７５】
開口数を考慮したβを一般化したβ´は、次の式で与えられる。第２面の結像倍率β´は、開口数（ＮＡ）を加味したものである。
【００７６】
β´＝β（０．８３＋０．２・ＮＡ）
【００７７】
図５は、開口数による結像倍率β´の変化を求めるために用いたデータと回帰式の関係を示す図である。図中の符号◆は実設計値を、図中の直線は回帰式による値を表している。
【００７８】
実設計値は、焦点距離ｆが２ｍｍで、硝材の屈折率ｎが１．７５で、レンズの厚さｔが２ｍｍの場合について、開口数を変化させて設計したものの値である。実設計値と回帰式による値は良く一致しており、回帰式の正当性が示されている。
【００７９】
ここで、Ｒ１と倍率β´の間は、次のような関係がある。
【００８０】
Ｒ１＝ｆ（ｎ−１）／β´
【００８１】
図６は、この式の導出を説明する図である。
【００８２】
図６のＡに示すレンズは、屈折率ｎであり、曲率Ｒ１０１の第１面１０１と曲率Ｒ１０２が無限大の第２面１０２を有し、光軸に平行な光線Ｌ１０１が入射している。第２面は、曲率Ｒ１０２が無限大なので平面である。この場合、焦点距離ｆ´、第１面１０１の曲率Ｒ１０１、屈折率ｎの間には、次の関係がある。
【００８３】
ｆ´＝Ｒ／（ｎ−１）
【００８４】
図６のＢは、像界１１２が屈折率ｎの場合を示す。曲率Ｒ１０１の第１面１０１に入射した光軸に平行な光線Ｌ１０１は、第１面１０１の頂点から距離Ｌの位置で光軸と交わっている。この場合、次の関係式が成り立つ。
【００８５】
ｆ´＝Ｌ／ｎ
【００８６】
したがって、第１面１０１の曲率Ｒ１０１は、次のように表すことができる。
【００８７】
Ｒ１０１＝（ｎ−１）ｆ´＝（ｎ−１）／ｎ・Ｌ
【００８８】
図６のＣは、両凸レンズへの拡張を説明する図である。両面凸のレンズ１１３に最大高さｈの光軸に平行な光線が入射している。図中のＬは、図６のＢで示したＬに相当している。倍率の定義により、次の式が得られる。
【００８９】
β＝ｎ・ｕ１／ｕ２＝ｎ・ｆ／Ｌ
【００９０】
すなわち、次のようになる。
【００９１】
Ｌ＝ｎ・ｆ／β
【００９２】
この式を用いると、第１面１０１の曲率半径Ｒ１０１を、屈折率ｎ、焦点距離ｆ、結像倍率βで表すことができる。
【００９３】
Ｒ１０１＝（ｎ−１）・ｆ／β
【００９４】
このようにして、上述のＲ１とβ´の関係式が得られる。上述の式を基に、Ｒ１を求めると次式が得られる。
【００９５】
Ｒ１＝Ｂ／Ｃ
Ｂ＝０．８５ｆ（ｎ−１）
Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）
【００９６】
開口数が０．７５以上のレンズの場合、偏芯公差を充分に満足したレンズを設計するためには、前記曲率半径Ｒ１から、好ましくは０．０５、より好ましくは０．０４、さらにより好ましくは０．０３以内であることが好ましい。
【００９７】
ここで、ｓｉｎ（ｕ１）は、Ｒ１と反比例している。ｓｉｎ関数の特性として、ｕ１に比べるとｓｉｎ（ｕ１）の変化は小さいので、ｕ１の変化は大きくなる。すなわち、Ｒ１に許容される範囲と比べてｕ１に許容される範囲は広くなる。
【００９８】
このような関係を整理すると、第１面の曲率半径Ｒ１に対する次のような条件として表すことが出来る。
【００９９】
（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）Ａ      ・・・（５）
Ａ＝Ｂ／Ｃ
Ｂ＝０．８５ｆ（ｎ−１）
Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）
【０１００】
ただし、Ｄは正数であり、好ましくは０．０５、より好ましくは０．０４、さらにより好ましくは０．０３である。なお、Ｄは、０．０３〜０．０５の範囲のいずれの値であってもよいことはいうまでもない。
【０１０１】
なお、ディスクの透過層の影響は比較的少なく、屈折率が１．４５〜１．６５の範囲で、大きな変化はない。
【０１０２】
前記した０．０３〜０．０５の幅は、このディスクの屈折率の違い、厳密にはレンズの屈折率により生じる僅かな違いを含んでの値である。
【０１０３】
なお、レンズの屈折率が低く、開口数が０．７５より低い値の時は余裕が増えるため、この値から５％以内で概ね良好な設計を得ることが出来る。
【０１０４】
上記をまとめると、レンズの第１面の曲率半径Ｒ１に関する条件（５）を満たすと、軸上収差特性、軸外収差特性、及び偏芯公差（による収差増加）を同時に満足することが出来る。
【０１０５】
さらに補足すると、本実施の形態の非球面レンズは、光軸に対して回転対称なレンズ（共軸光学系）であっても、方向により僅かに非球面形状を変化させたトーリックレンズ（ｔｏｒｉｃ  ｌｅｎｓ）のような形状であっても良い。トーリックレンズのような形状の場合も、各々の方向における第１面の曲率半径Ｒ１が前記した範囲に入っている必要があるのは言うまでもない。
【０１０６】
条件（５）の示す範囲に第１面の曲率半径Ｒ１を設定すると、第２面の曲率半径Ｒ２は、次の式により、設定された焦点距離ｆから自動的に決まる。なお、この式は、両面の半径と厚さが与えられた場合の、単レンズの近軸焦点距離を計算する基本的な式から容易に導ける。
【０１０７】
Ｒ２＝Ｇ／Ｈ
Ｇ＝ｆ（ｎ−１）（ｔ（ｎ−１）／ｎ−Ｒ１）      Ｈ＝（Ｒ１−ｆ（ｎ−１））
【０１０８】
このようにして第１面の頂点における曲率半径Ｒ１と第２面の頂点における曲率半径Ｒ２が決まる。これらの曲率半径に基づいて、条件（１）と（２）を同時に満足するように、両面を非球面化すると、非球面の形状は一義的に決まる。このとき、条件（３）の正弦条件の満足度が高くなり、偏芯公差の大きいレンズを得ることが出来る。
【０１０９】
前述したように、条件（１）と条件（２）を完全に満足しながら、条件（３）を満足することは出来ない。これは、３個の条件に対して、レンズの設計自由度が非球面２面しかなく、設計自由度が２であるためである。したがって、前記したようにして得られた非球面形状を僅かに変更して、偏芯公差を増加させることも可能である。この場合は、軸上収差又は軸外収差の劣化が避けられないが、実用的なレンズを得るために重要な製造公差を確保することが出来る。
【０１１０】
これは別の言い方をすると、軸上収差と軸外収差を適切に劣化させて、偏芯公差を確保できるバランスを取った設計を行うと言える。さらに別の言い方をすると、前記の三つの条件（１）〜（３）の満足度合いを案分する作業とも言える。
【０１１１】
そして、このように非球面形状の探索をする際には、出発点となる球面の半径は、条件（５）又は（６）を満足していなければ、偏芯公差、軸外収差又は軸上収差の増大を招き、収差間のバランスを採った設計が出来ない。
【０１１２】
ところで、本明細書の式の範囲内に、完全アプラナートレンズにおいて、偏芯による収差増加が最小になる第１面半径がある。ここで、上記した、収差のバランスを取る場合には、必ずしも偏芯収差が最小になる半径を用いる必要はなく、条件式を超えることがない範疇で、その近傍の僅かに異なる半径を非球面形状の頂点の半径として用いて、軸上収差と軸外収差とのバランスを取ることが可能である。
【０１１３】
収差のバランスを取るとは、完全アプラナートレンズに不完全性を（設計自由度と言える）を導入することに他ならず、レンズの半径自体も、自由度を追加してバランスを取ることが可能になる。
【０１１４】
もちろん、条件式を超えて変化させた場合には、収差間のバランスを取ることは難しくなるため、条件式は守る必要がある。
【０１１５】
上記では、開口数による特性の変化を、結像倍率βの変化に着目して記述したが、さらにここで、レンズ内部における最高高さの光線が光軸となす角度ｕ１の開口数による変化に注目して説明する。
【０１１６】
まず、開口数が変化すると、ｕ１は概ね開口数に比例して変化する。更に、これに加えて、βの変化で記述したことと同様な理由により、比例的変化から少しずれる。正確には、βの変化は、ｕ１の変化に起因している。
【０１１７】
このこと考慮した、ＮＡが０．８５以外の場合の内部角度をｕ１´とする。
【０１１８】
ｕ１´は次の式で表される。
【０１１９】
Ｋ＝（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）・ＮＡ／０．８５
【０１２０】
ここで、ｆは焦点距離、ｔはディスクの中心厚さ、ｄは光ディスクの透過層の厚さ、ＮＡはレンズの開口数である。
【０１２１】
そして、開口数が０．７５以上のレンズの場合、偏芯公差を充分に確保したレンズを設計するためには、内部角度ｕ１´から、好ましくは０．０６、より好ましくは０．０５、さらにより好ましくは０．０４の範囲にあることが好ましい。
【０１２２】
このような関係を整理すると、内部角度ｕ１´に対する次のような条件として整理することが出来る。
【０１２３】
（１−Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）＜ｓｉｎ（ｕ１´）＜（１＋Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）・・・（６）
Ｋ＝（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０８３＋０．２・ＮＡ）・ＮＡ／０．８５
【０１２４】
ただし、Ｄは正数であり、好ましくは０．０６、より好ましくは０．０５、さらにより好ましくは０．０４である。なお、Ｄは、０．０４〜０．０６の範囲のいずれの値であってもよいことはいうまでもない。
【０１２５】
なお、ディスクの透過層の影響は比較的少なく、屈折率が１．４５〜１．６５の範囲で、大きな変化はない。
【０１２６】
前記した０．０４〜０．０６の幅は、このディスクの屈折率の違い、厳密にはレンズの屈折率により生じるわずかな違いを含んでの値である。
【０１２７】
また、レンズの屈折率が低くて、開口数が０．７５より低い時は、余裕が増えるため、この値から６％以内の角度で概ね良好な値を得ることが出来る。
【０１２８】
上記をまとめると、レンズ内部での最大高さの光線の光軸と成す角ｕ１´に対して、条件（６）を満たすと、軸上収差特性、軸外収差特性及び偏芯公差（による収差増大）を同時に満足することが出来る。
【０１２９】
さらに補足すると、この非球面レンズは、光軸に対して回転対称なレンズ（共軸光学系）であっても、方向により僅かに非球面形状を変化させた、トオーイックレンズのような形状であっても良い。後者の場合も、各々の方向における第１面の曲率半径が前記した範囲に入っている必要があるのは言うまでもない。
【０１３０】
次に、上記したレンズを用いた光ピックアップ、記録装置、再生装置に関する事項の詳細な説明を記載する。
【０１３１】
まず、レンズに求められる作動距離に関して、少なくともその作動距離がディスクの面ぶれの最大値より大きいことが望まれる。
【０１３２】
理由は、フォーカスサーボが、例えばディスクのディフェクトあるいは外乱振動等に起因するアクシデントではずれた場合であっても、ディスクに衝突する可能性を低く押さえることが出来るためである。なおフォーカスサーボが動作していない状態においては、例えばレンズをディスクから遠ざける方向に待避しておく等の衝突回避策を取ることが出来るので、フォーカスサーボ動作時の上記アクシデントが最も危険が高い状態と言える。
【０１３３】
このとき、ディスクのそりの角度をαとして、ディスクが単純なお椀型にそっていると考えると、ディスクの面ぶれ量Ｌは、半径Ｒにおいて、Ｌ＝Ｒ・ｔａｎ（α）となる。
【０１３４】
ディスクのそり角は、ディスクの規格で定義されているが、ＣＤにおいて０．６度、ＤＶＤにおいて、０．３度とされている。ディスクの面ぶれは、前述のそり形状の場合最外周で最大になるから、直径１２０ｍｍのディスクにおいて、各々、０．３ｍｍあるいは、０．６ｍｍの面ぶれが生じうる。
【０１３５】
ところで、より高密度化を図ったシステムにおいても、ディスク素材はプラスチックであり、ＤＶＤの場合のディスクのそり角をこれ以上改善することは難しい。また、ディスクの最大の面ぶれは、半径に比例する。これより、光ピックアップ、あるいは記録再生装置で用いるディスクの最大の半径をＲとした場合、ディスクの面ぶれＬはＬ＝０．００５・Ｒとなる。
【０１３６】
ここで、レンズの作動距離ｄｗは、次の式で求めることが出来る。
【０１３７】
ｄｗ＝ｆｂ−ｄ／ｎｄ
【０１３８】
ここで、ｄは光ディスクの厚さであり、ｎｄは光ディスクの屈折率である。ｆｂは、次の式で規定される。Ｒ１は、前述の式によって規定されている。
【０１３９】
ｆｂ＝ｆ（１−ｔ（ｎ−１）／ｎ／Ｒ１）
【０１４０】
すなわち、レンズが厚くなると、作動距離が短くなるが、レンズとして成立するためには、作動距離が有限である必要がある。したがって、レンズ厚さの上限は、作動距離が有限な値である範囲になる。この範囲は、レンズの焦点距離と、厚さと、ディスクの厚さで決まる。
【０１４１】
レンズの厚さの範囲は、例えば２ｍｍ以上、３．５ｍｍ以下に設定することができる。
【０１４２】
ここにおいて、好ましくは、作動距離ｄＷは、前述したディスクの最大の面ぶれ量Ｌより大きく定める。
【０１４３】
ｄｗ  ＞  Ｌ
＞  ０．００５・Ｒ
【０１４４】
したがって、例えば記録再生機で扱うディスクの最大半径が６０ｍｍの時は、作動距離が０．３ｍｍ以上、２５ｍｍの時は、作動距離が０．１２５ｍｍ以上、４０ｍｍの時は、作動距離が０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１４５】
ところで、作動距離を広くするためには、焦点距離を長くすればよいことが、上記の式より明らかである。しかしながら、焦点距離を長くすることは、レンズの大型化を引き起こし、結果としてピックアップないしは、記録再生装置の大型化を招く。さらには、大きなレンズは、レンズアクチュエーターの周波数特性の向上に不利なため、高転送レートを実現することが困難となる。
【０１４６】
したがって、レンズの焦点距離には好ましい範囲がある。本発明において、焦点距離ｆは、好ましくは１０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３．５ｍｍ以下である。
【０１４７】
すなわち、光束の大きさ（直径）φは、次の式によって与えられ、開口数（ＮＡ）と焦点距離ｆに依存する。
【０１４８】
φ＝２×ＮＡ×ｆ
【０１４９】
焦点距離が１０ｍｍでＮＡが０．７５のとき、φ＝１５ｍｍとなる。この直径は、多くの光ピックアップ装置がφ＜５ｍｍ程度の光束を用いていることから比べると、大きいといえる。従って、焦点距離は１０ｍｍ以下であることが望まれる。さらに、φ＝５ｍｍとすると、ＮＡ＝０．７５でｆ＝３．３３ｍｍであることから、焦点距離が３．５ｍｍ以下であることがさらに望ましい。
【０１５０】
本発明に係る光ピックアップ装置は、前述の光ディスク用対物レンズを備えるものである。好ましくは、光ピックアップ装置は、前記光ディスク用対物レンズを用いて、光ディスクのトラックに沿って光束を集光して照射し、情報信号の記録又は再生を行う。好ましくは、光ピックアップ装置の結像倍率は０である。
【０１５１】
本発明に係る光ディスクの記録再生装置ないし再生装置は、前述の光ディスク用対物レンズを備えるものである。好ましくは、光ピックアップ装置は、前記光ディスク用対物レンズを用いて、光ディスクのトラックに沿って光束を集光して照射し、情報信号の記録又は再生を行う。好ましくは、光ピックアップ装置の結像倍率は０である。
【０１５２】
以下、本発明に係る光ディスク用対物レンズの実施例を示す。
【０１５３】
実施例では、次のような多項式を用いて非球面を表す。
【０１５４】
Ｚ＝Ｃｈ２／（１＋（１−（１＋Ｋ）Ｃ２ｈ２）０．５）＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋Ａ８ｈ８＋Ａ１０ｈ１０＋Ａ１２ｈ１２＋Ａ１４ｈ１４
【０１５５】
ここで、Ｚは面の頂点からの距離、ｈは光軸からの高さ、Ｋはコーニック定数、Ｃは曲率（＝１／Ｒ）、Ａ４〜Ａ１４は４次から１４次の非球面係数である。たとえば、Ａ４は、ｈの４乗の係数に相当する。
【０１５６】
＜実施例１＞
図７は、実施例１の対物レンズの断面図である。
【０１５７】
対物レンズ１１に入射した光束Ｌは、第１面１と第２面２で屈折し、光ディスク２１の第３面３と透過層を透過して信号記録面に集光される。
【０１５８】
レンズ仕様は、表１の通りである。
【０１５９】
【表１】
2005017531.tif 000003
【０１６０】
レンズの設計値は、表２の通りである。
【０１６１】
【表２】
2005017531.tif 000004
【０１６２】
第１面の非球面係数は、表３の通りである。
【０１６３】
【表３】
2005017531.tif 000005
【０１６４】
第２面の非球面係数は、表４の通りである。
【０１６５】
【表４】
2005017531.tif 000006
【０１６６】
このレンズ仕様から、計算されるＲ１の推奨値、すなわち式（５）におけるＡの値は、１．７３１６９５ｍｍである。この推奨値と実設計値との乖離は、１．２５％である。
【０１６７】
このレンズの特性は、ほぼ条件（１）と（２）を満足し、僅かに条件（３）に誤差の残るアプラナートである。
【０１６８】
このレンズにおいては、軸上での波面収差は、０．００２λと小さく、実用上は無収差と言える値である。軸外０．５度の入射光線に対する波面収差は、０．０２３λと良好な特性を示している。さらに、製造工程で重要な面間の偏芯に関しては、偏芯が３μｍの時、波面収差０．０３６λと非常に良好な値を有している。
【０１６９】
また、作動距離は、０．４６０５ｍｍであり、半径６０ｍｍのディスクを用いた場合の好ましい作動距離である、０．３ｍｍより充分広くなっている。
【０１７０】
このレンズの最も高い光線のレンズ内部における角度の正弦は、ｓｉｎ（ｕ１´）＝０．４６である。一方、このレンズ仕様から計算されるｓｉｎ（ｕ１´）の推奨値、すなわち式（６）におけるｓｉｎ（Ｋ）は、０．４５１１である。この推奨値の実設計値からの乖離は１．９７％である。
【０１７１】
図８は縦収差図であり、図９は正弦条件不満足量を示す図であり、図１０は非点収差図である。
【０１７２】
図１１は、実施例１のレンズと同じ屈折率と厚さを保ちながら、第１面の曲率半径Ｒ１を僅かに変化させて設計したレンズにおいて、偏芯が３μｍある場合の収差の増加の様子を示す図である。
【０１７３】
収差の増加は、符号□で示す開口数が０．７５の場合と、符号◆で示す０．８５の場合とが示されている。
【０１７４】
各々の開口数における、式（５）のＡの値は、開口数０．７５で１．７６７ｍｍ、開口数が０．８５で１．７３２ｍｍである。
【０１７５】
図より、偏芯時の収差の限界を０．０４λと設定すると、第１面の曲率半径Ｒ１を、推奨値となるＡの値の少なくとも５％以内に設定することが望まれることがわかる。さらに、望ましくは、４％以内にあれば、確実に０．０４λ以下に設定できる。
【０１７６】
また、開口数が高くなると、Ｒ１が変化した場合の収差増加が大きくなることを考慮すると、３％以内であることがさらに推奨される。
【０１７７】
ところで、開口数が０．８５の場合に、収差最良点とＡから理論的に与えられる値が１％程度ずれているが、これは、回帰式の誤差によるもので、前記した範囲は、これを考慮しての値である。
【０１７８】
なお、このレンズ仕様の場合は、３μｍの偏芯で、０．０４λの収差が実現されているが、仕様によってはかなり大きい値しか実現できない場合もある。このような場合においても、収差を小さく抑えるためには、上記した範囲に抑える必要があるのは言うまでもない。
【０１７９】
＜実施例２＞
図１２は、実施例２の対物レンズの断面図である。
【０１８０】
レンズ仕様は、表５の通りである。
【０１８１】
【表５】
2005017531.tif 000007
【０１８２】
レンズの設計値は、表６の通りである。
【０１８３】
【表６】
2005017531.tif 000008
【０１８４】
第１面の非球面係数は、表７の通りである。
【０１８５】
【表７】
2005017531.tif 000009
【０１８６】
第２面の非球面係数は、表８の通りである。
【０１８７】
【表８】
2005017531.tif 000010
【０１８８】
このレンズ仕様から、計算されるＲ１の推奨値、すなわち式（５）のＡの値は、１．４４９５ｍｍである。この推奨値と実設計値との乖離は、０．３％である。このレンズの特性は、ほぼ条件（１）と（２）を満足した僅かに条件（３）に誤差の残るアプラナートである。
【０１８９】
軸上での波面収差は、０．００１λと非常に小さく、実用は無収差と言える値である。軸外０．５度の入射光線に対する波面収差は、０．０１３λと良好な特性を示している。さらに、製造公差で重要な面間の偏芯に関しては、偏芯が３μｍの時に波面収差０．０２３λと、非常に良好な値を有している。
【０１９０】
また、作動距離は、０．３９５ｍｍであり、半径６０ｍｍのディスクを用いた場合の好ましい作動距離である、０．３ｍｍより充分広くなっている。
【０１９１】
このレンズの、最も高い光線のレンズ内部の角度ｕ１´の正弦は、ｓｉｎ（ｕ１´）＝０．４２１である。一方、このレンズ仕様から、計算される、ｓｉｎ（ｕ１´）の推奨値、すなわち、式（５）におけるｓｉｎ（Ｋ）は、０．４４である。この推奨値の実設計値との乖離は、１．７％である。
【０１９２】
図１３は縦収差図であり、図１４は正弦条件不満足量を示す図であり、図１５は非点収差図である。
【０１９３】
＜実施例３＞
図１６は、実施例３の対物レンズの断面図である。
【０１９４】
対物レンズ１１に入射した光束Ｌは、第１面１と第２面２で屈折し、光ディスク２１の第３面３と透過層を透過して信号記録面に集光される。
【０１９５】
レンズ仕様は、表９の通りである。
【０１９６】
【表９】
2005017531.tif 000011
【０１９７】
レンズの設計値は、表１０の通りである。
【０１９８】
【表１０】
2005017531.tif 000012
【０１９９】
第１面の非球面係数は、表１１の通りである。
【０２００】
【表１１】
2005017531.tif 000013
【０２０１】
第２面の非球面係数は、表１２の通りである。
【０２０２】
【表１２】
2005017531.tif 000014
【０２０３】
このレンズ仕様から、計算されるＲ１の推奨値、すなわち式（５）におけるＡの値は、０．７３４ｍｍである。この推奨値と実設計値との乖離は、０．５％である。
【０２０４】
このレンズの特性は、ほぼ条件（１）と（２）を満足し、僅かに条件（３）に誤差の残るアプラナートである。
【０２０５】
このレンズにおいては、軸上での波面収差は、０．００２λと小さく、実用上は無収差と言える値である。軸外０．５度の入射光線に対する波面収差は、０．００８λと良好な特性を示している。さらに、製造工程で重要な面間の偏芯に関しては、偏芯が３μｍの時、波面収差０．０３７λと非常に良好な値を有している。
【０２０６】
このレンズの最も高い光線のレンズ内部における角度の正弦は、ｓｉｎ（ｕ１´）＝０．４５である。一方、このレンズ仕様から計算されるｓｉｎ（ｕ１´）の推奨値、すなわち式（６）におけるｓｉｎ（Ｋ）は、０．４３６７である。この推奨値の実設計値からの乖離は３．０％である。
【０２０７】
図１７は縦収差図であり、図１８は非点収差図であり、図１９は正弦条件不満足量を示す図である。
【０２０８】
また、作動距離は、０．１７３５ｍｍであり、半径２５ｍｍのディスクを用いた場合の好ましい作動距離である、０．１２５ｍｍより充分広くなっている。
【０２０９】
次に、光ピックアップ装置の実施例を図２０をもって説明する。光ピックアップ装置３０は、レーザー光源である青色レーザーダイオード（ＬＤ）３１と、ビームスプリッタ３２と、対物レンズ３３と、フォトディテクタ（ＰＤ）及び電流電圧変換器（Ｉ−Ｖ）３４とを有している。
【０２１０】
青色ＬＤ３１は、例えば約４０５ｎｍの青色光（レーザー光）を発する。ビームスプリッタ３２は、青色ＬＤ３２から光ディスク３５に向かう光と、光ディスク３５からＰＤ及びＩ−Ｖ３４に向かう光を分離する。対物レンズ３３は、前述の実施例に示したものを用いる。ＰＤ及びＩ−Ｖ３４は、入射した光を電流に変換し、さらにこの電流を電圧に変換して出力する。
【０２１１】
光ピックアップ装置３０は、光ディスク３５に信号（情報）を記録することができる。すなわち、青色ＬＤ３１は、入力される記録信号によって変調された青色光を発する。この青色光は、ビームスプリッタ３２と対物レンズ３３を介して光ディスク３５に集光される。光ディスク３５においては、光ピックアップ装置３０から照射されたレーザー光の強さによって信号記録面に情報信号が記録される。例えば、光ディスク３５のランド又はグループに、ピット又は相変化によって信号を記録する。
【０２１２】
また、光ピックアップ装置３０は、光ディスク３５から信号を再生することができる。すなわち、青色ＬＤ３１から発した所定の強さの光は、ビームスプリッタ３２と対物レンズ３３を介して光ディスク３５の信号記録面に集光される。光ディスク３５からの反射光は、対物レンズ３３とビームスプリッタ３２を介してＰＤ及びＩ−Ｖ３４に入力され、電圧に変換される。このように、例えば光ディスク３５の信号記録面のランド又はグルーブにピットとして記録された信号は、電圧として出力される。
【０２１３】
次に、光ディスク記録再生装置又は光ディスク再生装置の実施例を図２１をもって説明する。
【０２１４】
光ディスク記録再生装置は、ＰＲＭＬ（Ｐａｒｔｉａｌ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ  Ｍａｘｉｍ  ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ）ブロック５０と、コントローラブロック６０と、記録補償ブロック７０とを有している。また、光ディスク記録再生装置は、前述の光ピックアップ装置３０を有している。さらにこの例では、信号変調方式に１−７ＲＬＬ（Ｒｕｎ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｌｉｍｉｔ）を用いている。
【０２１５】
ＰＲＭＬブロック５０は、Ａ／Ｄ変換器５１と、ディジタル等化器５２と、タップ係数制御器５３と、フェーズシフタ５４と、ＰＬＬ５５と、ビタビ検出器５６とを有している。コントローラブロック６０は、１−７ＲＬＬ（Ｒｕｎ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｌｉｍｉｔｅｄ）処理部６１を有している。
【０２１６】
ＰＲＭＬブロック５０は、光ピックアップ３０から前置増幅器を介して信号が入力され、ＰＲＭＬ信号処理を施す。コントローラブロック６０は、ＰＲＭＬブロック５０のビタビ復号器５６から信号が入力され、１−７ＲＬＬ処理部６１によって処理を行う。記録補償ブロック７０は、コントローラブロック６０から信号が入力され、この信号に応じてＬＤ駆動部を介して光ピックアップ装置３０の青色ＬＤ３１を駆動制御する。
【０２１７】
このように、光ディスク記録再生装置は、光ディスク３５から光ピックアップ装置３０で読み出した信号に対して所定の復号を施して復調して出力することによって再生する。また、入力された信号に所定の符号化を施して変調し、光ピックアップ３０を介して光ディスク３５に書き込むことによって記録する。なお、光ディスク記録再生装置の有する記録ブロックを設けない光ディスク再生装置として構成することもできる。
【０２１８】
なお、本実施の形態では、光ディスク用対物レンズについて具体的数値を用い説明したが、本発明はこれらの数値に限定されない。本発明は、本発明を逸脱しない範囲で種種の光ディスク用対物レンズに対して適用できる。また、上記したビームスプリッタの一例として、偏光ビームスプリッタを用いることができる。
【０２１９】
【発明の効果】
前述のように、本発明によると、開口数が０．７５以上で、軸上収差、軸外収差と面間の偏芯収差にすぐれた、両面非球面の単レンズによる光ディスクの対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアップ装置、この光ピックアップ装置を用いた光ディスク記録再生装置、光ディスク再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】対物レンズの形態を説明する図である。
【図２】対物レンズ内部の光線の角度と、第２面の結像倍率を説明する図である。
【図３】レンズ厚さに関して、ｕ１を求める回帰式と回帰式を求めるのに用いたデータの関係を示した図である。
【図４】ディスク厚さに関して、ｕ１を求める回帰式と回帰式を求めるのに用いたデータの関係を示した図である。
【図５】開口数による結合倍率βの変化を求めるために用いたデータと回帰式の関係を示す図である。
【図６】Ｒ１とβ´との関係式の導出を説明する図である。
【図７】実施例１の対物レンズの断面図である。
【図８】実施例１の対物レンズの縦収差図である。
【図９】実施例１の対物レンズの正弦条件不満足量を示す図である。
【図１０】実施例１の対物レンズの非点収差図である。
【図１１】実施例１のレンズと同じ屈折率と、厚さを保ちながら、Ｒ１を僅かに変化させて設計したレンズにおける、収差の増加の様子を示す図である。
【図１２】実施例２の対物レンズの断面図である。
【図１３】実施例２の対物レンズの縦収差図である。
【図１４】実施例２の対物レンズの正弦条件不満足量を示す図である。
【図１５】実施例２の対物レンズの非点収差図である。
【図１６】実施例３の対物レンズの断面図である。
【図１７】実施例３の対物レンズの縦収差図である。
【図１８】実施例３の対物レンズの正弦条件不満足量を示す図である。
【図１９】実施例３の対物レンズの非点収差図である。
【図２０】光ピックアップ装置の実施例を示す図である。
【図２１】光ディスク記録再生装置の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１  第１面、２  第２面、１１  対物レンズ、２１  光ディスク
【図１】
2005017531.tif 000015
【図２】
2005017531.tif 000016
【図３】
2005017531.tif 000017
【図４】
2005017531.tif 000018
【図５】
2005017531.tif 000019
【図６】
2005017531.tif 000020
【図７】
2005017531.tif 000021
【図８】
2005017531.tif 000022
【図９】
2005017531.tif 000023
【図１０】
2005017531.tif 000024
【図１１】
2005017531.tif 000025
【図１２】
2005017531.tif 000026
【図１３】
2005017531.tif 000027
【図１４】
2005017531.tif 000028
【図１５】
2005017531.tif 000029
【図１６】
2005017531.tif 000030
【図１７】
2005017531.tif 000031
【図１８】
2005017531.tif 000032
【図１９】
2005017531.tif 000033
【図２０】
2005017531.tif 000034
【図２１】
2005017531.tif 000035