(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】両面が非球面とされた開口数が０．７５以上の単レンズであって、対物レンズ１１の中心厚さｔと焦点距離が次の式ｔ＞（１＋Ｅ）ｆを満たし、かつ、最大高さの光線Ｌ０が入射する点における第１面１の法線Ｎと光軸の成す角が５５度、５６度又は５７度の何れか一つの角度以下であり、Ｅは、０以上の数である。【選択図】      図１
2005017525.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、最大高さの光線が入射する点における第１面の法線と光軸の成す角が５７度以下であることを特徴とする光ディスク用対物レンズ。
【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、最大高さの光線が入射する点における第１面の法線と光軸の成す角θが次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。
θ＜α−（０．８５−ＮＡ）／０．１５×７．１（度）
ここで、αは５７度である。
【請求項３】
中心厚さｔと焦点距離ｆが次の式を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ディスク用対物レンズ。
ｔ＞（１＋Ｅ）ｆ
ここで、Ｅは０以上の数である。
【請求項４】
結像倍率が０であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の光ディスク用対物レンズ。
【請求項５】
前記光ディスク用対物レンズに入射される光源からの光の波長が４５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の光ディスク用対物レンズ。
【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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＤディスクは、開口数（ＮＡ）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”．
（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”．
ここに、（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。
【０００７】
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、ディスクの透過層の厚さを、ＣＤの１．２ｍｍ又はＤＶＤの０．６ｍｍから薄くしていることが別の特徴である。透過層の厚さは、（Ａ）によれば０．１２ｍｍで、（Ｂ）によれば０．１ｍｍである。システムの余裕度の分配の仕方にもよるが、概ね０．３ｍｍより薄い透過層であることが望まれている。
【０００８】
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。
【０００９】
そこで、次世代システムには、開口数が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。
【００１０】
特開平４−１６３５１０号公報には、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。
【００１１】
【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。
【００１２】
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。またさらに、光源の波長が変動した場合、あるいは波長に幅がある場合の影響を低減するために、色収差の影響が少ないレンズである必要がある。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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を犠牲にする必要がある。
【００１６】
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製造公差を確保するとかなり犠牲になる。
【００１７】
また色収差に関しては、レンズ自体が製造できることがまず優先されるため、製造公差を満足しつつ、出来るだけ色収差特性の良いレンズ形状とする必要がある。
【００１８】
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号公報、特開平４−１６３５１０号公報は、その一例である。
【００１９】
特開平４−１６３５１０号公報には、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。また、色収差に関しての記述はない。
【００２０】
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。
【００２１】
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、かつ色収差特性も優れた両面非球面の単レンズによる光ディスク用対物レンズを提供することを目的とする。
【００２２】
【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、最大高さの光線が入射する点における第１面の法線と光軸の成す角が所定の角度以下である。前記所定の角度は、５７度が好ましく、５６度がより好ましく、５５度がさらにより好ましい。
【００２３】
また、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、最大高さの光線が入射する点における第１面の法線と光軸の成す角θが次式を満足する。
【００２４】
θ＜α−（０．８５−ＮＡ）／０．１５×７．１（度）
ここで、αは、５７度が好ましく、５６度がより好ましく、５５度がさらにより好ましい。
【００２５】
また、好ましくは、レンズの軸上厚さｔと焦点距離ｆが次の式を満足する。
【００２６】
ｔ＞（１＋Ｅ）ｆ
ここで、Ｅは、０以上の数であり、好ましくは０、より好ましくは０．１、さらにより好ましくは０．２である。
【００２７】
さらに、好ましくは、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。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。
【００２８】
また、好ましくは、本発明に係る光ディスク用対物レンズは、波長４５０ｎｍ以下の光源に適合して設計される。
【００２９】
本発明は、ＤＶＤディスク、ＣＤディスクより薄い透過層、とりわけ、０．４ｍｍ以下の厚さを有する光ディスクに対して、良好な特性を有する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
φ＝２×ＮＡ×ｆ
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。
【００３３】
また、焦点距離は、好ましくは０以上であることが好ましく、さらに好ましくは０．２ｍｍ以上である。
【００３４】
すなわち、作動距離は、光ディスクの厚さに依存し、薄いディスクでは大きくなる。薄いディスクを用いて、焦点距離が短く超小型なレンズを非常に短い作動距離で使用するシステムが考えられる。例えば、ディスクを表読み構造とすれば、焦点距離が０．１ｍｍであっても、レンズの設計が可能である。したがって、焦点距離の下限としては、ｆ＞０であればよいことになる。ただし、実際には、あまりに小型なレンズを製造する手段は現時点では、確立されていない。この点を考えると、ｆ＞０．２ｍｍ程度が現状の下限ともいえる。
【００３５】
好ましくは、レンズ厚さｔの上限は、次の式によって規定される作動距離ｄｗを正にするように定める。
【００３６】
ｄｗ＝ｆｂ−ｄ／ｎ´
ここで、ｄは光ディスクの厚さであり、ｎ´は光ディスクの屈折率である。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。
【００３７】
ｆｂ＝ｆ（１−ｔ（ｎ−１）／ｎ／Ｒ１）
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。
【００３８】
レンズの厚さの範囲は、例えば１．５ｍｍ以上、３．５ｍｍ以下に設定することができる。
【００３９】
本発明は、前述の光ディスク用対物レンズを備える光ピックアップ装置に適用することができる。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。
【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】
さらに加えて、色収差特性の低下を防ぐために、次の条件を満たすことが求められる。
【００４７】
（４）波長誤差がある場合の各波長での最良像面の収差増加が小さいこと。
【００４８】
これを、波長誤差による球面収差と呼ぶ。
【００４９】
（５）光源に、波長拡がりがある場合の収差増加を押さえるために、波長変化による焦点位置の変化が小さいことが要請される。波長拡がりは、半導体レーザ−のノイズ特性の改善を図るために、レーザーに高周波重畳をかけてマルチモードとした場合に生じる。ここで波長変化で焦点距離の変化が小さいとは、軸上色収差を小さいことが要請されることを意味している。
【００５０】
以下、まず軸上収差と軸外収差を確保するレンズの基本形態を詳しく説明し、その後色収差特性の良いレンズ系対の説明を行う。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
一方、条件（２）と（３）が満たされると、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満足される。
【００５４】
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、レンズの製作が可能になる偏芯公差を確保することが可能である。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。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面しかないためで、２個の設計自由度であるためである。
【００５８】
さらに、本願の発明者の解析によれば、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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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、この場合は、軸上収差または軸外収差の劣化が避けられないが、製造公差が充分大きい実用的なレンズを得るためには重要な点である。
【００６２】
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ることで、偏芯公差を確保するためのバランスを取って設計を行うと言える。さらに別の言い方をすると、前記の３つの条件（１）〜（３）の満足度合いを、案分する作業とも言える。
【００６３】
そして、このように非球面形状を探索する際には、第１面の最大光線高さでの面の法線と光軸と成す角（以下、単に入射角と言う。）が、所定の条件式を満足していなければ、偏芯公差、軸外収差または、軸上収差の増大を招き、収差間のバランスをとった設計が出来ない。このことについて、以下に詳細に説明する。
【００６４】
本願の発明者は、条件（１）と（２）を略完全に満足するアプラナートであって、条件（３）の満足度が出来るだけ高くなるようなレンズを多数設計し、レンズの焦点距離、レンズの厚さ、レンズの硝材の屈折率を様々に変化させて検討した。この結果、最大高さの光線のレンズの第１面への入射角度が、軸上収差、軸外収差および偏芯時の収差の関係を支配していることを見出した。なお、レンズの設計波長は、４５０ｎｍ以下が好ましく、具体的には４０５ｎｍである。
【００６５】
図１は、レンズにおける幾何的な関係を示す図である。
【００６６】
光軸に平行に対物レンズ１１の第１面１に入射した最大高さの光線Ｌ０と、この光線が入射する点における第１面の法線Ｎは、入射角θをなしている。
【００６７】
図２は、最大高さの光線の第１面への入射角と収差特性の関係を示す図である。図２のＡは、０．５度の斜め入射光線に対する軸外収差であり、第１面の入射角が増加すると増大する。図中において、符号◆は１．５５、符号◇は１．６５、符号△は１．７５、符号○は１．８、符号□は１．８５の硝材の屈折率を表している。
【００６８】
図中のＢは、面間の偏芯が３μｍの場合の収差である。図中において、符号■は１．５５、符号×は１．６５、符号△は１．７５、符号□は１．８、符号◆は１．８５の硝材の屈折率を表している。
【００６９】
図によると、収差の増加は、レンズの焦点距離、レンズの厚さ、レンズの硝材の屈折率などのレンズの設計仕様と、非球面係数の近似方法など設計の個体差によって多少の幅があるが、第１面の入射角に対して略リニアであると言える。なお、軸上収差は、どの場合も良好に補正されていて、収差は０．００６λ以下である。
【００７０】
この関係は、一般的な関係である。すなわち、ガラスの屈折率やレンズの厚さが異なっていても、あるいはそのために第１面の頂点における半径が異なっていても、前記した角度が等しければ同等の収差特性になる。
【００７１】
ここで、偏芯公差と軸外収差が良好なレンズを得るために、３μｍ偏芯時の収差が０．０４λ以下であり、０．５度の斜め入射に対する軸外収差が０．０３λ以下のレンズ形状を基に、前記した条件（１）〜（３）を案分して設計する必要がある。
【００７２】
ここでいう案分とは、前述のように、例えば偏芯公差を確保する代わりに、軸外収差又は軸上収差を多少犠牲にするように、条件（１）〜（３）のバランスをとることである。
【００７３】
前述したように、本実施の形態のレンズは条件（１）と（２）を略完全に満足したアプラナートであり、軸上収差と軸外収差はほぼ理想的に補正されているが、偏芯時の収差補正がやや不十分なためにこのような案分を行う。
【００７４】
このような基準によると、開口数ＮＡが０．８５のレンズにおいて、最大高さの光線の第１面への入射角が、好ましくは５７度、より好ましくは５６度、さらにより好ましくは５５度より小さいことが必要である。なお、前記した条件（１）〜（３）の案分による形状の変化は僅かである。
【００７５】
開口数が０．８５より低い場合は、誤差に対する収差の増加が小さくなるため、同様に、好ましくは５７度、より好ましくは５６度、さらにより好ましくは５５度以下であれば、十分良好なレンズ、すなわち前記条件（１）〜（３）について良好なレンズを提供することできる。
【００７６】
ところで、本実施の形態のレンズを金型により成型して製作する場合、入射角は、金型の加工の難易度に直結している。したがって、入射角は、できるだけ小さいことが望ましい。
【００７７】
さらに、このような成型レンズでは、金型と成型品の間で高温化での成型プロセスに起因する成型収縮があり、成型品の形状は金型と微妙に異なる。したがって、開口数が０．８５より低い場合は、開口数に応じて入射角を小さくした方が、製造する上で好都合である。
【００７８】
そこで、多数のレンズの設計を比較したところ、開口数が下がると、第１面の入射角θは、開口数が０．８５の時の角度αに対して、ほぼ次の関係が有ることを見出した。なお、αは、実際に設計して得られた値である。
【００７９】
θ＝α−（０．８５−ＮＡ）／０．１５×７．１（度）  ・・・（６）
表１には、一例として、後述する実施例１の仕様を有するレンズに対する開口数と入射角の関係を示す。前記式（６）は、表１を用いて計算した回帰式である。
【００８０】
【表１】
2005017525.tif 000003
【００８１】
図３には、開口数と入射角の関係を図示して示す。αは５３．２５１６度である。図中の符号◆は実際の設計値を示し、実線は回帰式による値を示す。
【００８２】
また、図には、レンズの厚さが１．５ｍｍで、硝材の屈折率が１．７５のレンズに関する他の例のデータを示す。図中の符号▲は、他の例に対する実際の設計値を示し、破線は回帰式による値を示す。
【００８３】
いずれの場合も、回帰式は、実際の設計値を良く反映していることが見て取れる。なお、他の多数のレンズ設計データでも同様な結果が得られており、前記回帰式（６）は、一般的な式として十分な精度を有している。
【００８４】
ここで、開口数が０．８５より低い場合に対する角度の条件を求める。まず、開口数が下がると、当然レンズ最外周での面の傾き（第１面への入射角）は緩くなる。さらに、このために前記条件（１）〜（３）に対する制限も緩くなるので、例えば製造公差も厳しくなくなる。
【００８５】
しかしながら、開口数が０．８５より低い場合も、開口数が０．８５の場合と同様に、第１面への入射角が増加するとともに収差特性が劣化するという一般的な特性を有する。
【００８６】
したがって、開口数が０．８５より小さいレンズを開口数が０．８５と同様に、好ましくは５７度、より好ましくは５６度、さらにより好ましくは５５度以下の条件で設計すれば良好なレンズが出来る。さらに、開口数が低いことによる上記した有利さを加味して、回帰式が示す角度だけ設計の目標値を小さくすれば公差と性能を向上させることが出来る。
【００８７】
このことにより、開口数が０．８５より低い場合は、次の条件式で決まる範囲に、第１面への入射角θを設定することで、さらによい結果が得られる。
【００８８】
θ＜α−（０．８５−ＮＡ）／０．１５×７．１（度）    ・・・（７）
ここに、角度αは、好ましくは５７度、より好ましくは５６度、さらにより好ましくは５５度である。
【００８９】
ところで、上記したレンズは、偏芯公差は確保されたもの、条件（４）と（５）を未考慮であるため、色収差特性が確保できる十分条件を満たしていない。次に、色収差特性に関して詳しい説明をする。
【００９０】
ここで、レンズの中心厚さ（軸上厚さともいう）と焦点距離が、次の式を満たす。
【００９１】
ｔ＞（１＋Ｅ）ｆ
ここで、ｆは焦点距離、ｔはレンズの中心厚さであり、Ｅは、０以上の数であり、好ましくは０、より好ましくは０．１、さらにより好ましくは０．２である。
【００９２】
上記関係を持つ場合、条件（４）と条件（５）の満足度が高まる。
【００９３】
まず条件（４）の波長誤差がある場合の各波長での最良像面の収差増加が小さいことに関しては、レンズの中心厚さが厚いほうがレンズ第１面（入射面）の半径を比較的大きくできるからである。より詳細には、第１面の曲率半径が大きくなると、レンズの外側の端部を通る光線の、レンズへの入射角θ（レンズ面の法線と光線のなす角度）が小さくなり、これにより非線形現象としての屈折の効果が小さくなり、その結果として波長が変化した場合の球面収差の増加が少なくなるからである。
【００９４】
図４は、レンズの中心厚さと、波長誤差（５ｎｍ）による残留収差の関係である。残留収差は球面収差である。この図は、ＮＡが０．８５で、焦点距離が２．５ｍｍのレンズを多数設計して描いた。硝材は、オハラ製のＬＡＭ７０である。またレンズ設計では、偏芯公差を比較的大きめに取る設計を採用している。
【００９５】
図４によれば、レンズの厚さが、焦点距離より薄くなると、０．０４λ以上と、大きな収差が発生することがわかる。また、厚さが焦点距離の１．２倍の３ｍｍ以下で収差の増加が大きいこともわかる。
【００９６】
次に、条件（５）の波長拡がりがある場合の収差増加に関しては、波長拡がりがある場合は、その拡がりに中心波長の最良像面を観測面とした場合、他の波長では、前述の球面収差に加えて、焦点誤差が発生する。実際には、球面収差に比べて焦点誤差の影響の方が大きいが、特に、波長が０．４５μｍ以下の場合は、ガラスの屈折率の分散が大きくなるため、焦点誤差の影響が非常に大きくなる。
【００９７】
この焦点誤差は、波長が変化した場合の、レンズのバックフォーカス距離の変化に起因する。レンズのバックフォーカス距離ｆｂは、近軸近似による光線追跡式で求めることが出来る。それが、Ｒ１、ｔ、ｎと次の関係式である。
【００９８】
ｆｂ＝ｆ（１−ｔ（ｎー１）／ｎ／Ｒ１）
ガラスの分散に応じて、ｎを変化させた場合の、ｆｂの値の差が、焦点誤差となる。
【００９９】
図５は、焦点距離が２ｍｍで屈折率が１．７５のレンズにおいて、ガラスの屈折率が１．７４８６に変化した場合の、ｆｂの変化量を示している。ｆｂの変化量は、軸上色収差である。また、この屈折率の変化は、アッベ数が４５程度のガラスを、４００ｎｍ付近の波長で用いた場合の、約５ｎｍの波長変化時の屈折率変化に相当する。レンズ形状は平凸レンズであり、Ｒ１は１．５ｍｍである。現実のレンズは、平凸レンズではなく両面が球面とされている。より正確には非球面であるが、ｆ、ｆｂ等の近軸諸量は、頂点の半径で決まるので球面レンズとして問題はない。しかし、ｆｂの変化は、焦点距離を保ってＲ１とＲ２を変化させる、レンズのベンディングにあまり影響されず平凸レンズの場合と非常に近い結果になるので、図５により判断することで問題ない。図によれば、軸上色収差は、レンズの厚さに比例して小さくなる。したがって、レンズの厚さは出来るだけ厚いことが望まれる。
【０１００】
上記をまとめると、レンズの第１面での最大光線の入射角とレンズの厚さがこれらの条件を満たすと、前記条件（１）〜（３）、すなわち、軸上収差特性、軸外収差特性、偏芯公差による収差増加、さらに前記条件（４）、（５）、すなわち波長誤差による面収差と色収差が小さいレンズの条件を同時に満足することが出来る。
【０１０１】
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ーリックレンズ（ｔｏｒｉｃ  ｌｅｎｓ）のような形状であっても良い。後者の場合も、最大高さの光線が通る各点で、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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
実施例では、次のような多項式を用いて非球面を表す。
【０１０４】
Ｚ＝Ｃｈ２／（１＋（１−（１＋Ｋ）Ｃ２ｈ２）０．５）＋Ａ４ｈ４＋Ａ６ｈ６＋Ａ８ｈ８＋Ａ１０ｈ１０＋Ａ１２ｈ１２＋Ａ１４ｈ１４
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。
【０１０５】
＜実施例１＞
図６は、実施例１の対物レンズの断面図である。
【０１０６】
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。
【０１０７】
レンズ仕様は、表２の通りである。
【０１０８】
【表２】
2005017525.tif 000004
【０１０９】
レンズの設計値は、表３の通りである。なお、半径及び厚さの単位はｍｍである。以下でも同様である。
【０１１０】
【表３】
2005017525.tif 000005
【０１１１】
第１面の非球面係数は、表４の通りである。
【０１１２】
【表４】
2005017525.tif 000006
【０１１３】
第２面の非球面係数は、表５の通りである。
【０１１４】
【表５】
2005017525.tif 000007
【０１１５】
このレンズの第１面での最大高さの光線の入射角は５３．２５度である。このレンズは、条件（１）と（２）を略満足するアプラナートであり、条件（３）に僅かに誤差が残る。
【０１１６】
波面収差については、軸上の波面収差は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、良好な特性を有している。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、波面収差０．０３６μｍと非常に良好な値を有している。
【０１１７】
図７は縦収差図であり、図８は正弦条件不満足量を示す図であり、図９は非点収差図である。
【０１１８】
レンズの厚さは焦点距離の１．３７５倍である。このレンズの硝材は屈折率を固定して設計してあるが、波長が５ｎｍ変化した場合に相当する屈折率変化として、屈折率が１．８４８６となった場合の、最良像面における収差は０．０１λと小さな値に押さえられている。また、軸上色収差の量は、２．１７μｍであり低く押さえられている。
【０１１９】
＜実施例２＞
図１０は、実施例２の対物レンズの断面図である。
【０１２０】
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。
【０１２１】
レンズ仕様は、表６の通りである。
【０１２２】
【表６】
2005017525.tif 000008
【０１２３】
レンズの設計値は、表７の通りである。
【０１２４】
【表７】
2005017525.tif 000009
【０１２５】
第１面の非球面係数は、表８の通りである。
【０１２６】
【表８】
2005017525.tif 000010
【０１２７】
第２面の非球面係数は、表９の通りである。
【０１２８】
【表９】
2005017525.tif 000011
【０１２９】
このレンズの第１面での最高高さの光線の入射角は、５１．４１度である。開口数０．８に対する条件（７）による角度は５２．６３度であるので、この条件を満足している。
【０１３０】
このレンズは、条件（１）と（２）を略満足したアプラナートであり、条件（３）に僅かに誤差が残るが、軸上での波面収差は、０．００１λと非常に小さく、実用上は無収差と言える。
【０１３１】
入射角が０．５度の軸外収差は、波面収差が０．０１３λと良好な特性を有している。また、製造公差で重要となる面間の偏芯に関しては、偏芯が３μｍの時、波面収差が０．０２３λと非常に良好な特性を有している。
【０１３２】
図１１は縦収差図であり、図１２は正弦条件不満足量を示す図であり、図１３は非点収差図である。
【０１３３】
レンズの厚さは焦点距離の１．４２９倍である。このレンズの硝材は屈折率を固定して設計してあるが、波長が５ｎｍ変化した場合に相当する屈折率変化として、屈折率が１．７４８６となった場合の、最良像面における収差は０．０１λと小さな値に押さえられている。また、軸上色収差の量は、２．１０μｍであり低く押さえられている。
【０１３４】
＜実施例３＞
図１４は、実施例３の対物レンズの断面図である。
【０１３５】
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。
【０１３６】
レンズ仕様は、表１０の通りである。
【０１３７】
【表１０】
2005017525.tif 000012
【０１３８】
レンズの設計値は、表１１の通りである。
【０１３９】
【表１１】
2005017525.tif 000013
【０１４０】
第１面の非球面係数は、表１２の通りである。
【０１４１】
【表１２】
2005017525.tif 000014
【０１４２】
第２面の非球面係数は、表１３の通りである。
【０１４３】
【表１３】
2005017525.tif 000015
【０１４４】
各硝材の屈折率は表１４の通りである。
【０１４５】
【表１４】
2005017525.tif 000016
【０１４６】
このレンズの第１面での最高高さの光線の入射角は、５５．０度である。
【０１４７】
このレンズの特性は、ほぼ条件（１）を満足していて、（２）は多少の不満足を残し、その分実施例１のレンズよりも、偏芯時の収差増加を抑えたレンズとなっている、そして、条件（３）には、僅かに誤差の残るアプラナートに非常に近いレンズである。
【０１４８】
軸上での波面収差は、０．００６λ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、０．０６９λ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５μｍの時に波面収差０．０３４λと、非常に良好な値を有している。
【０１４９】
図１５は縦収差図であり、図１６は正弦条件不満足量を示す図であり、図１７は非点収差図である。
【０１５０】
レンズの厚さは焦点距離の１．４１１倍である。波長が５ｎｍ変化して４１０ｎｍになった場合の、最良像面における収差は０．０２９λと小さな値に押さえられている。また、軸上色収差の量は、２．２１μｍであり低く押さえられている。
【０１５１】
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。
【０１５２】
あえて数値の具体例を挙げると、本実施の形態においては、光ディスクには、例えば範囲０．０１〜０．３ｍｍの厚さの透過層を有するものを用いることができる。また、対物レンズには、例えばＮＢＦ１のような光学ガラスを用い、例えば１．５〜２．０の範囲の屈折率を有するものを用いることができる。
【０１５３】
【発明の効果】
上述のように、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を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レンズの幾何学的な関係を示す図である。
【図２】最大高さの光線の第１面への入射角度と収差特性の関係を示す図である。
【図３】実際の設計値と回帰式による値を比較して示す図である。
【図４】レンズの中心厚さと、波長誤差（５ｎｍ）による残留収差の関係を示す図である。
【図５】焦点距離が２ｍｍで屈折率が１．７５のレンズにおいて、ガラスの屈折率が１．７４８６に変化した場合の、ｆｂの変化量を示している。
【図６】実施例１の対物レンズの断面図である。
【図７】実施例１の対物レンズの縦収差図である。
【図８】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９】実施例１の対物レンズの非点収差図である。
【図１０】実施例２の対物レンズの断面図である。
【図１１】実施例２の対物レンズの縦収差図である。
【図１２】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１３】実施例２の対物レンズの非点収差図である。
【図１４】実施例３の対物レンズの断面図である。
【図１５】実施例３の対物レンズの縦収差図である。
【図１６】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１７】実施例３の対物レンズの非点収差図である。
【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】
2005017525.tif 000017
【図２】
2005017525.tif 000018
【図３】
2005017525.tif 000019
【図４】
2005017525.tif 000020
【図５】
2005017525.tif 000021
【図６】
2005017525.tif 000022
【図７】
2005017525.tif 000023
【図８】
2005017525.tif 000024
【図９】
2005017525.tif 000025
【図１０】
2005017525.tif 000026
【図１１】
2005017525.tif 000027
【図１２】
2005017525.tif 000028
【図１３】
2005017525.tif 000029
【図１４】
2005017525.tif 000030
【図１５】
2005017525.tif 000031
【図１６】
2005017525.tif 000032
【図１７】
2005017525.tif 000033