(57)【要約】ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生できる対物レンズを提供する。基準レンズ２ａと密着レンズ２ｂとが密着されて接合されており、密着レンズ２ｂの材質は基準レンズ２ａとは異なる材質であり、基準レンズのレンズ面と密着レンズのレンズ面とが非球面形状を有していて、かつ基準レンズは集光機能を有していて、密着レンズが正の屈折力を与える領域と負の屈折力を与える領域とを有する光情報記録媒体用の対物レンズとする。
2004053557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準レンズと、該基準レンズのレンズ面に密着又はほぼ密着して接合又は接着された密着レンズとを備え、密着レンズの材質は基準レンズとは異なる材質であり、基準レンズのレンズ面と密着レンズのレンズ面とが非球面形状を有する光情報記録媒体用の対物レンズにおいて、
基準レンズは集光機能を有しており、
密着レンズが正の屈折力を与える領域と負の屈折力を与える領域とを有することを特徴とする光情報記録媒体用の対物レンズ。
【請求項２】
基準レンズと、該基準レンズのレンズ面に密着又はほぼ密着して接合又は接着された密着レンズをと備え、密着レンズの材質は基準レンズとは異なる材質であり、基準レンズのレンズ面と密着レンズのレンズ面とが非球面形状を有する光情報記録媒体用の対物レンズにおいて、
基準レンズは集光機能を有しており、
密着レンズの、基準レンズ側とは反対側の面を密着レンズ外面というとき、密着レンズ外面が非球面形状を有し、光軸から遠ざかるほど密着レンズ外面の非球面形状が基準レンズ側とは反対側に変位している領域を密着レンズ外面が有することを特徴とする光情報記録媒体用の対物レンズ。
【請求項３】
基準レンズと、該基準レンズのレンズ面に密着又はほぼ密着して接合又は接着された密着レンズとを備え、密着レンズの材質は基準レンズとは異なる材質であり、基準レンズのレンズ面と密着レンズのレンズ面とが非球面形状を有する光情報記録媒体用の対物レンズにおいて、
基準レンズは集光機能を有しており、
密着レンズの両面が非球面形状を有し、
光軸に垂直な平面を基準平面とし、密着レンズの片面又は両面の有効径内の面上の任意の点に接する接平面が該基準平面となす角をθとするとき、密着レンズのそれぞれの面の頂点からそれぞれの面上を外周に向かって該任意の点を移動する場合に、基準レンズ側又は基準レンズとは反対側のうち、光軸から遠ざかるほど密着レンズの厚さが厚くなる方の側に該任意の点が移動するような形状を密着レンズの片面又は両面が有しており、
さらに、有効径の最外周まで該任意の点を移動する場合に、θの値と符号が変化し、かつ、頂点以外の点で、θが０°になるような点を一つ以上密着レンズの片面又は両面が有することを特徴とする光情報記録媒体用の対物レンズ。
【請求項４】
前記θが０°になるような前記点を極値というとき、
前記密着レンズの両面が該極値を一つ以上有しており、
前記密着レンズの、前記基準レンズ側の面を密着レンズ内面といい、密着レンズの、基準レンズ側とは反対側の面を密着レンズ外面というとき、
密着レンズ外面の極値のうち最も光軸に近い極値が密着レンズ内面の極値のうち最も光軸に近い極値よりも光軸に近い請求の範囲３に記載の対物レンズ。
【請求項５】
前記θが０°になるような前記点を極値というとき、
前記密着レンズの両面が該極値を一つ以上有しており、
前記密着レンズの、前記基準レンズ側の面を密着レンズ内面といい、密着レンズの、基準レンズ側とは反対側の面を密着レンズ外面というとき、
密着レンズ内面の極値のうち最も光軸に近い極値が密着レンズ外面の極値のうち最も光軸に近い極値よりも光軸に近い請求の範囲３に記載の対物レンズ。
【請求項６】
前記基準レンズの材質の、３８５〜８２５ｎｍの波長の光に対する屈折率が１．７５〜２．２０であり、
前記密着レンズの材質の、３８５〜８２５ｎｍの波長の光に対する屈折率が１．２０〜２．２０である請求の範囲１〜５のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項７】
前記対物レンズの外径が０．５〜５．０ｍｍφである請求の範囲１〜６のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項８】
前記基準レンズの、前記密着レンズ側とは反対側の面を基準レンズ外面というとき、
基準レンズ外面の頂点における曲率半径が０．２〜８．０ｍｍである請求の範囲１〜７のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項９】
前記基準レンズが光源側に配される場合に最適な光学性能を有するように、基準レンズの屈折率、基準レンズの非球面形状、前記密着レンズの屈折率及び密着レンズの非球面形状が設定されている請求の範囲１〜８のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１０】
前記基準レンズの、前記密着レンズ側とは反対側の面を基準レンズ外面というとき、
基準レンズ外面の頂点における曲率半径Ｒ１と入射光束径Ｅとの間に、
０．２≦Ｅ／Ｒ１≦８．０、
が成立する請求の範囲９に記載の対物レンズ。
【請求項１１】
光源からの光の波長が中心波長より±１ｎｍ変動するとき、波面収差の平方自乗平均値における最良像点位置の変動が±０．２μｍ以下となる請求の範囲９に記載の対物レンズ。
【請求項１２】
光源からの光の中心波長が３８５〜４２５ｎｍ、６１７〜６８３ｎｍ、又は７４５〜８２５ｎｍのいずれかの範囲にある場合、前記中心波長が±１ｎｍ変動するとき、波面収差の平方自乗平均値における最良像点位置の変動が±０．１μｍ以下となるように、前記基準レンズの屈折率が、前記密着レンズの屈折率よりも小さくされている請求の範囲１１に記載の対物レンズ。
【請求項１３】
前記密着レンズの中心厚が０．０１〜０．５０ｍｍである請求の範囲１〜１２のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１４】
前記基準レンズの中心厚が０．５〜３．０ｍｍである請求の範囲１〜１３のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１５】
前記θが０°になるような前記点を極値といい、該極値における前記密着レンズの厚さｔ１と密着レンズの中心厚ｔ０との間に、
ｔ０＋（ｔ０／２）＜ｔ１＜４・ｔ０、
が成立する請求の範囲２〜４のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１６】
前記基準レンズの、前記密着レンズとは反対側の面を基準レンズ外面というとき、基準レンズ外面の有効径の半径ｈ１ｍａｘと基準レンズ外面の有効径の最大深さｚ１ｍａｘとの間に、
ｚ１ｍａｘ＜ｈ１ｍａｘ、
が成立する請求の範囲１〜１５のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１７】
前記密着レンズの、前記基準レンズ側の面を密着レンズ内面というとき、密着レンズ内面の有効径の半径ｈ２ｍａｘ、と密着レンズ内面の有効径の最大深さｚ２ｍａｘとの間に、
０＜ｚ２ｍａｘ＜ｈ２ｍａｘ／２、
が成立する請求の範囲１〜１６のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１８】
密着レンズ内面の前記有効径の半径ｈ２ｍａｘ、と前記有効径の最大深さｚ２ｍａｘとの間に、
ｈ２ｍａｘ／１０≦ｚ２ｍａｘ＜ｈ２ｍａｘ／２、
が成立する請求の範囲１〜１７のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項１９】
前記密着レンズの、前記基準レンズ側とは反対側の面を密着レンズ外面というとき、
密着レンズ外面の有効径の半径をｈ３ｍａｘと密着レンズ外面の有効径の最大深さｚ３ｍａｘとの間に、
ｈ３ｍａｘ／１２≦ｚ３ｍａｘ＜ｈ３ｍａｘ／３、
が成立する請求の範囲１〜１８のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２０】
前記基準レンズの、前記密着レンズ側とは反対側の面を基準レンズ外面というとき、
基準レンズ外面の頂点における曲率半径Ｒ１（ｍｍ）と基準レンズの材質の屈折率ｎ１との間に、
０．１≦（ｎ１−１）／Ｒ１≦５．０、
が成立する請求の範囲１〜１９のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２１】
３８５ｎｍ〜８２５ｎｍの波長の光に対する前記基準レンズの屈折力ψ１と３８５ｎｍ〜８２５ｎｍの波長の光に対する前記密着レンズの材質の屈折力ψ２との間に、
０．３≦ψ１≦５．０、−５．０≦ψ２≦−０．２、かつ、｜ψ１＋ψ２｜≦４．０、
が成立する請求の範囲１〜２０のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２２】
前記密着レンズの有効径内において、密着レンズの中心厚が密着レンズの中心以外の部分の厚さより薄い請求の範囲１〜２１のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２３】
前記密着レンズの有効径の最外周部の厚さが前記極値の部分の密着レンズの厚さより薄い請求の範囲４、５又は１５に記載の対物レンズ。
【請求項２４】
前記基準レンズの、前記密着レンズとは反対側の面を基準レンズ外面といい、密着レンズの、基準レンズ側とは反対側の面を密着レンズ外面というとき、
光軸を通り光軸に平行な対物レンズの断面を光軸に対して垂直な方向から見た場合であって、光軸方向の距離（ＳＡＧ値）を縦軸とし、光軸からの距離を横軸とする座標平面において、基準レンズ外面の形状と密着レンズ外面の形状とをプロットする場合に、
基準レンズ外面の頂点の位置と密着レンズ外面の頂点の位置とを光軸方向にスライドさせて仮に一致するようにして表すと、基準レンズ外面を表す曲線と密着レンズ外面を表す曲線とが交差している請求の範囲１〜２３のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２５】
前記基準レンズの、前記密着レンズとは反対側の面を基準レンズ外面といい、
前記密着レンズの、前記基準レンズ側の面を密着レンズ内面というとき、
光軸を通り光軸に平行な対物レンズの断面を光軸に対して垂直な方向から見た場合であって、光軸方向の距離（ＳＡＧ値）を縦軸とし、光軸からの距離を横軸とする座標平面において、基準レンズ外面の形状と密着レンズ内面の形状とをプロットする場合に、
基準レンズ外面の頂点の位置と密着レンズ内面の頂点の位置とを光軸方向にスライドさせて仮に一致するようにして表すと、基準レンズ外面を表す曲線と密着レンズ内面を表す曲線とが平行又はほぼ平行になる領域が存在する請求の範囲１〜２４のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２６】
前記基準レンズの、前記密着レンズとは反対側の面を基準レンズ外面といい、密着レンズの、基準レンズ側とは反対側の面を密着レンズ外面というとき、
角度を縦軸とし、光軸からの距離を横軸とする座標平面において、
光軸に垂直な平面を基準平面とするとき、基準レンズ外面上の任意の点に接する接平面が該基準平面となす角と、密着レンズ外面上の任意の点に接する接平面が該基準平面となす角とを、それぞれの面の頂点から外周に向かってそれぞれの任意の点を移動させる場合についてプロットすると、
これらの２つの曲線が交差している請求の範囲１〜２５のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２７】
前記密着レンズの、基準レンズ側の面を密着レンズ内面といい、密着レンズの、基準レンズ側とは反対側の面を密着レンズ外面というとき、
角度を縦軸とし、光軸からの距離を横軸とする座標平面において、
光軸に垂直な平面を基準平面とするとき、密着レンズ内面上の任意の点に接する接平面が該基準平面となす角と、密着レンズ外面上の任意の点に接する接平面が該基準平面となす角とを、それぞれの面の頂点から外周に向かってそれぞれの任意の点を移動させる場合についてプロットすると、
これらの２つの曲線が交差している請求の範囲１〜２６のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２８】
前記基準レンズと前記密着レンズとは接着層を介して接着されており、接着層の厚さが０．０１〜２０μｍである請求の範囲１〜２７のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項２９】
前記対物レンズの外径が０．５〜５．０ｍｍφである場合、
光源からの光の入射光束径Ｅ、対物レンズと光情報記録媒体との間の作動距離Ｌとの間に、
光源からの光の波長が３８５〜４２５ｎｍである場合、Ｌ／Ｅ≧１／６、
光源からの光の波長が６１７〜６８３ｎｍである場合、Ｌ／Ｅ≧１／６、
光源からの光の波長が７４５〜８２５ｎｍである場合、Ｌ／Ｅ≧１／１０
が成立するように前記基準レンズの屈折率、基準レンズの非球面形状、前記密着レンズの屈折率及び密着レンズの非球面形状が設定されている請求の範囲１〜２８のいずれかに記載の対物レンズ。
【請求項３０】
青色レーザ光ディスクを記録又は再生する際には、光源からの波長３８５〜４２５ｎｍの光を請求の範囲１〜２９のいずれかの対物レンズを通して青色レーザ光ディスクの情報記録面に集光し、該情報記録面からの反射光を上記対物レンズを通して受光素子に照射して該情報記録面のデータを記録又は再生し、
デジタルビデオディスクを記録又は再生する際には、光源からの波長６１７〜６８３ｎｍの光を上記対物レンズを通してデジタルビデオディスクの情報記録面に集光し、該情報記録面からの反射光を上記対物レンズを通して受光素子に照射して該情報記録面のデータを記録又は再生し、
コンパクトディスクを記録又は再生する際には、光源からの波長７４５〜８２５ｎｍの光を上記対物レンズを通してコンパクトディスクの情報記録面に集光し、該情報記録面からの反射光を上記対物レンズを通して受光素子に照射して該情報記録面のデータを記録又は再生することを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項３１】
青色レーザ光ディスク又はデジタルビデオディスクを記録又は再生する際には、光源からの光を平行光にして請求の範囲１〜２９のいずれかに記載の対物レンズを透過させて青色レーザ光ディスクの情報記録画又はデジタルビデオディスクの情報記録面に集光させ、青色レーザ光ディスクの情報記録画又はデジタルビデオディスクの情報記録面からの反射光を上記対物レンズを透過させて受光素子に照射させ該情報記録面のデータを記録又は再生し、
コンパクトディスクを記録又は再生する際には、光源からの光を発散光として上記対物レンズに入射させ上記対物レンズを透過させてコンパクトディスクの情報記録面に集光させ、コンパクトディスクからの反射光を上記対物レンズを通して受光素子に照射させて該情報記録面のデータを記録又は再生することを特徴とする光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、青色レーザ光ディスク（ＨＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）及びコンパクトディスク（ＣＤ）の記録又は再生を行うのに適し、回折限界性能を有する光ピックアップ装置に用いられる対物レンズ及び光ピックアップ装置に関する。
技術背景
従来、図２に示すとおり、ＨＤ又はＤＶＤの記録又は再生を行うのに適する光ピックアップ装置に用いられる対物レンズとして、合成樹脂又はガラス材料からなる集光レンズを有する基準レンズ６２ａと、この基準レンズ６２ａに密着した紫外線硬化樹脂材料からなる密着レンズ６２ｂとにより構成される複合レンズを対物レンズ６２として用いた光ピックアップが報告されている（特開２０００−９０４７７号公報参照。以下特許文献１という）。
なお、図２において、６２ｅは基準レンズ６２ａの光源側の面（対物レンズ６２の光源側の面）、６２ｆは基準レンズ６２ａの光ディスク側の面（密着レンズ６２ｂの光源側の面）、６２ｇは密着レンズ６２ｂの光ディスク側の面である。
この従来例によれば、波長６５０ｎｍ程度の赤色レーザ光と波長４３０ｎｍ程度の青色レーザ光との２つの波長のレーザ光に対して色収差を補償することが可能であるとされている。
この従来例では、複数の保護層を有するＨＤ及び複数の保護層を有するＤＶＤの光ディスクに対して互換性能が得られるとされている。しかし、これらの光ディスクの保護層の厚さや、対物レンズの開口数に関する具体的な記述がなく、この従来例の実施例においても、青色レーザ光に対する波面収差と赤色レーザ光に対する波面収差のみが記載されているに留まっており、実際にどの程度の保護層厚の差異に対する球面収差の補正効果を有しているかが不明である。
さらに、特許文献１には波長７８０ｎｍ程度の赤色レーザ光を用いるＣＤの記録又は再生について、何等記載されてない。したがって、この従来例では、ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生について、互換性能を有するものではないと考えられ、ＣＤの記録又は再生することができない問題があった。
【発明の開示】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、波長４０５ｎｍ程度、波長６５０ｎｍ程度及び波長７８０ｎｍ程度の光、例えばレーザ光に対して、回折限界性能を有する高い光学性能を有する光ピックアップ用の対物レンズ及び光ピックアップ装置の提供を目的とする。
本発明は、基準レンズと、該基準レンズのレンズ面に密着又はほぼ密着して接合又は接着された密着レンズを備え、密着レンズの材質は基準レンズとは異なる材質であり、基準レンズのレンズ面と密着レンズのレンズ面とが非球面形状を有する光情報記録媒体用の対物レンズにおいて、
基準レンズは集光機能を有しており、
密着レンズが正の屈折力を与える領域と負の屈折力を与える領域とを有することを特徴とする光情報記録媒体用の対物レンズを提供する。
また、本発明は、基準レンズと、該基準レンズのレンズ面に密着又はほぼ密着して接合又は接着された密着レンズを備え、密着レンズの材質は基準レンズとは異なる材質であり、基準レンズのレンズ面と密着レンズのレンズ面とが非球面形状を有する光情報記録媒体用の対物レンズにおいて、
基準レンズは集光機能を有しており、
密着レンズの、基準レンズ側とは反対側の面を密着レンズ外面というとき、密着レンズ外面が非球面形状を有し、光軸から遠ざかるほど密着レンズ外面の非球面形状が基準レンズ側とは反対側に変位している領域を密着レンズ外面が有することを特徴とする光情報記録媒体用の対物レンズを提供する。
また、本発明は、基準レンズと、該基準レンズのレンズ面に密着又はほぼ密着して接合又は接着された密着レンズとを備え、密着レンズの材質は基準レンズとは異なる材質であり、基準レンズのレンズ面と密着レンズのレンズ面とが非球面形状を有する光情報記録媒体用の対物レンズにおいて、
基準レンズは集光機能を有しており、
密着レンズの両面が非球面形状を有し、
光軸に垂直な平面を基準平面とし、密着レンズの片面又は両面の有効径内の面上の任意の点に接する接平面が該基準平面となす角をθというとき、密着レンズのそれぞれの面の頂点からそれぞれの面上を外周に向かって該任意の点を移動する場合に、基準レンズ側又は基準レンズとは反対側のうち、光軸から遠ざかるほど密着レンズの厚さが厚くなる方の側に該任意の点が移動するような形状を密着レンズの片面又は両面が有しており、
さらに、有効径の最外周まで該任意の点を移動する場合に、θの値と符号が変化し、かつ、頂点以外の点で、θが０°になるような点を一つ以上密着レンズの片面又は両面が有することを特徴とする光情報記録媒体用の対物レンズを提供する。
また、本発明は、青色レーザ光ディスクを記録又は再生する際には、光源からの波長３８５〜４２５ｎｍの光を上記対物レンズを通して青色レーザ光ディスクの情報記録面に集光し、該情報記録面からの反射光を上記対物レンズを通して受光素子に照射して該情報記録面のデータを記録又は再生し、
デジタルビデオディスクを記録又は再生する際には、光源からの波長６１７〜６８３ｎｍの光を上記対物レンズを通してデジタルビデオディスクの情報記録面に集光し、該情報記録面からの反射光を上記対物レンズを通して受光素子に照射して該情報記録面のデータを記録又は再生し、
コンパクトディスクを記録又は再生する際には、光源からの波長７４５〜８２５ｎｍの光を上記対物レンズを通してコンパクトディスクの情報記録面に集光し、該情報記録面からの反射光を上記対物レンズを通して受光素子に照射して該情報記録面のデータを記録又は再生することを特徴とする光ピックアップ装置を提供する。
また、本発明は、青色レーザ光ディスク又はデジタルビデオディスクを記録又は再生する際には、光源からの光を平行光にして上記対物レンズを透過させて青色レーザ光ディスクの情報記録画又はデジタルビデオディスクの情報記録面に集光させ、青色レーザ光ディスクの情報記録画又はデジタルビデオディスクの情報記録面からの反射光を上記対物レンズを透過させて受光素子に照射させ該情報記録面のデータを記録又は再生し、
コンパクトディスクを記録又は再生する際には、光源からの光を発散光として上記対物レンズに入射させ上記対物レンズを透過させてコンパクトディスクの情報記録面に集光させ、コンパクトディスクからの反射光を上記対物レンズを通して受光素子に照射させて該情報記録面のデータを記録又は再生することを特徴とする光ピックアップ装置を提供する。
【図面の簡単な説明】図１は、本発明の対物レンズの一実施例の構成図である。
図２は、従来例の対物レンズの構成図である。
図３は、本発明の光ピックアップ装置の一実施例の構成図である。
図４は、例１の対物レンズ２の断面の形状についての、ＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。
図５は、例１の対物レンズ２について、基準平面と接平面とがなす角θと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図６は、例１の対物レンズ２を用いて、波長４０５ｎｍの入射光角度を変えてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図７は、例１の対物レンズ２を用いて、波長６５５ｎｍの入射光角度を変えてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図８は、例１の対物レンズ２を用いて、波長７８５ｎｍの入射光角度を変えてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図９は、例１の対物レンズ２についての、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図である。
図１０は、例２の対物レンズ６２の断面の形状をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。
図１１は、例２の対物レンズ２について、基準平面と接平面とがなす角θと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図１２は、例２の対物レンズ２を用いて、波長４０５ｎｍの入射光角度を変えてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図１３は、例２の対物レンズ２を用いて、波長６５５ｎｍの入射光角度を変えてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図１４は、例２の対物レンズ２を用いて、波長７８５ｎｍの入射光角度を変えてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図１５は、例２の対物レンズ２についての、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図である。
図１６は、例３の対物レンズ２の断面の形状をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。
図１７は、例３の対物レンズ２について、基準平面と接平面とがなす角θと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図１８は、例３の対物レンズ２を用いて、波長４０５ｎｍの入射光角度を変えてＨＤ３０を記録又は再生した場合の波面収差図である。
図１９は、例３の対物レンズ２を用いて、波長６５５ｎｍの入射光角度を変えてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図２０は、例３の対物レンズ２を用いて、波長７８５ｎｍの入射光角度を変えてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図２１は、例３の対物レンズ２についての、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図である。
図２２は、例４の対物レンズ２の断面の形状をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。
図２３は、例４の対物レンズ２について、基準平面と接平面とがなす角θと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図２４は、例４の対物レンズ２を用いて、波長４０５ｎｍの入射光角度ωを変えてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図２５は、例４の対物レンズ２を用いて、波長６５５ｎｍの入射光角度ωを変えてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図２６は、例４の対物レンズ２を用いて、波長７８５ｎｍの入射光角度ωを変えてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図２７は、例４の対物レンズ２についての、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図である。
図２８は、例５の対物レンズ２の断面の形状をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。
図２９は、例５の対物レンズ２について、基準平面と接平面とがなす角θと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図３０は、例５の対物レンズ２を用いて、波長４０５ｎｍの入射光角度ωを変えてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図３１は、例５の対物レンズ２を用いて、波長６５５ｎｍの入射光角度ωを変えてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図３２は、例５の対物レンズ２を用いて、波長７８５ｎｍの入射光角度ωを変えてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図３３は、例５の対物レンズ２についての、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図である。
図３４は、例２の対物レンズの構成図である。
図３５は、例６の対物レンズ２の断面の形状をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。
図３６は、例６の対物レンズ２について、基準平面と接平面とがなす角θと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図３７は、例６の対物レンズ２を用いて、波長４０５ｎｍの入射光角度ωを変えてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図３８は、例６の対物レンズ２を用いて、波長６６０ｎｍの入射光角度ωを変えてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図３９は、例６の対物レンズ２を用いて、波長７８５ｎｍの入射光角度ωを変えてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図４０は、例６の対物レンズ２についての、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図である。
図４１は、例６の対物レンズ２について、波長４０５ｎｍ、及び４０５±１ｎｍの光に対し、ＨＤ３０を記録又は再生する場合において、波長４０５ｎｍの光に対する波面収差の最良像点位置を中心として表した波面収差図である。
図４２は、例６の対物レンズ２について、６６０ｎｍ、及び６６０±１ｎｍの光に対し、ＤＶＤ４０を記録又は再生する場合において、波長６６０ｎｍの光に対する波面収差の最良像点位置を中心として表した波面収差図である。
図４３は、例６の対物レンズ２について、波長７８５ｎｍ、及び７８５±１ｎｍの光に対し、ＣＤ５０を記録又は再生する場合において、波長７８５ｎｍの光に対する波面収差の最良像点位置を中心として表した波面収差図である。
図４４は、例７の対物レンズ２の断面の形状をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。
図４５は、例７の対物レンズ２について、基準平面と接平面とがなす角θと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図４６は、例７の対物レンズ２を用いて、波長４０５ｎｍの入射光角度ωを変えてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図４７は、例７の対物レンズ２を用いて、波長６５５ｎｍの入射光角度ωを変えてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図４８は、例７の対物レンズ２を用いて、波長７８５ｎｍの入射光角度ωを変えてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図である。
図４９は、例７の対物レンズ２についての、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図である。
図５０は、例７の対物レンズ２について、波長４０５ｎｍ、及び４０５±１ｎｍの光に対し、ＨＤ３０を記録又は再生する場合において、波長４０５ｎｍの光に対する波面収差の最良像点位置を中心として表した波面収差図である。
図５１は、例７の対物レンズ２について、６５５ｎｍ、及び６５５±１ｎｍの光に対し、ＤＶＤ４０を記録又は再生する場合において、波長６５５ｎｍの光に対する波面収差の最良像点位置を中心として表した波面収差図である。
図５２は、例７の対物レンズ２について、波長７８５ｎｍ、及び７８５±１ｎｍの光に対し、ＣＤ５０を記録又は再生する場合において、波長７８５ｎｍの光に対する波面収差の最良像点位置を中心として表した波面収差図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明を図面に従って詳細に説明する。図１は本発明の対物レンズの一実施例の構成図であり、図３は本発明の光ピックアップ装置の一実施例の構成図であり、図１、２はともに光軸を通り光軸に平行な断面を光軸に対して垂直な方向から見た断面図である。以下の説明において、特記しない場合には、寸法、距離及び間隔の単位はｍｍとし、方向は図面上での方向をいうものとする。
図１において、２は本発明の対物レンズ、２ａは基準レンズ、２ｂは密着レンズ、２ｄは保持枠、２ｅは基準レンズ２ａの光源側の面（対物レンズ２の光源側の面）、２ｆは密着レンズ２ｂの光源側の面（基準レンズ２ａの光ディスク側の面）、２ｇは密着レンズ２ｂの光ディスク側の面、２ｈは密着レンズ２ｂの光ディスク側に最も近い面（密着レンズ２ｂの外周に近い面であって光軸６に垂直な面（作動距離の基準面））、Ｓ０は光軸に垂直な平面を基準平面、Ｐ１は第２面２ｆ上の任意の点、Ｖ１は第２面２ｆの頂点又はＶ２は第３面２ｇの頂点、Ｓ１は点Ｐ１に接する接平面、θは基準平面Ｓ０と接平面Ｓ１がなす角である。
ここで本発明における密着レンズは、図１にも示されているように、光軸からレンズ周辺に向かってその屈折力が負、ゼロおよび正へと徐々に変化している。
なお、第１面２ｅは基準レンズ２ａの、密着レンズ２ｂ側とは反対側の面であり、面２ｅを基準レンズ外面又は第１面というときもある。また、第２面２ｆは密着レンズの、基準レンズ側の面であり、面２ｆを密着レンズ内面又は第２面というときもある。さらに、面２ｇは密着レンズの、基準レンズ側とは反対側の面であり、２ｇを密着レンズ外面又は第３面というときもある。第１面２ｅ、第２面２ｆ及び第３面２ｇは、全て有効径内の面とする。
基準レンズ２ａと密着レンズ２ｂとは、第２面２ｆにて密着又はほぼ密着して接合又は接着されているため、基準レンズ２ａの密着レンズ２ｂ側の面のうち密着レンズ２ｂと接合又は接着している面も第２面２ｆと同じ又はほぼ同じ非球面形状を有しているものとする。
本発明の対物レンズ２は、光情報記録媒体の情報記録面に集光して、情報の記録又は再生を行う光学系に用いられる対物レンズである。光情報記録媒体は、例えば、光ディスクＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤが挙げられるが、これに限定されない。以下、光情報記録媒体としてＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤを例に挙げて説明する。
本発明において、ＨＤを記録又は再生する際には、波長３８５〜４２５ｎｍ（以下、ＨＤ波長という）の光を用いる。ＤＶＤを記録又は再生する際には、波長６１７〜６８３ｎｍの光（以下、ＤＶＤ波長という）を用いる。ＣＤを記録又は再生する際には、波長７４５〜８２５ｎｍ（以下、ＣＤ波長という）の光を用いる。
図１、３に示すとおり、本発明の対物レンズ２は、光源からの光を集光する基準レンズ２ａと、該光の光路上において基準レンズ２ａに密着又はほぼ密着した密着レンズ２ｂとを備えている。
本願発明において、対物レンズ２の光学特性を向上させるために、密着レンズ２ｂは正の屈折力の領域と負の屈折力の領域とを有する。密着レンズ２ｂが有する正の屈折力と負の屈折力とはともに共通の光軸を有する。
また、頂点Ｖ１を含みかつ頂点Ｖ１近傍の第２面２ｆの非球面と、頂点Ｖ２を含みかつ頂点Ｖ２近傍の第３面２ｇとで構成される密着レンズ２ｂの部分（領域Ｆ）が負の屈折力とを有することが好ましい。さらに、密着レンズ２ｂの領域Ｆの周囲の密着レンズ２ｂの領域が正の屈折力を有することが好ましい。
密着レンズ２ｂの材質は基準レンズ２ａとは異なる材質である。図１、３に示す例において、光軸６から遠ざかるほど第２面２ｆの非球面形状が基準レンズ２ａ側に変位している領域を第２面２ｆが有しており、かつ、光軸６から遠ざかるほど第３面２ｇの非球面形状が基準レンズ２ａとは反対側に変位している領域を第３面２ｇが有している。
しかし、これに限定されず、光軸６から遠ざかるほど第２面２ｆの非球面形状が基準レンズ２ａ側に変位している領域を第２面２ｆが有しており、又は、光軸６から遠ざかるほど第３面２ｇの非球面形状が基準レンズ２ａ側に変位している領域を第３面２ｇが有していてもよい。
図１に示すとおり、密着レンズのそれぞれの面の頂点（Ｖ１又はＶ２）からそれぞれの面上を外周に向かって任意の点Ｐ１を移動する場合に、基準レンズ２ａ側又は基準レンズ２ａとは反対側のうち、光軸６から遠ざかるほど密着レンズ２ｂの厚さが厚くなる方の側に該任意の点が移動するような形状を密着レンズ２ｂの両面が有しており、さらに、有効径の最外周まで任意の点Ｐ１を移動する場合に、θの値と符号が変化し、かつ、頂点以外の点で、θが０°になるような点を密着レンズ２ｂの両面が有している。
上記したように、θが０°になるような点を極値というとき、図１に示す例では、密着レンズ２ｂの両面が極値を有しており好ましいが、これに限定されず、密着レンズ２ｂの片面が極値を有していても使用できる。また、図１に示す例では、各面に極値はそれぞれ１つであるが、複数設けられていてもよい。
図１に示す例では、基準平面Ｓ０は、第１面２ｅの頂点に接しているが、基準平面Ｓ０をθの基準とする場合には、基準平面Ｓ０は、第１面２ｅの頂点に接していなくともよい。
光源４側に最も近い極値における密着レンズ２ｂの厚さが密着レンズ２ｂの中心厚より厚く、かつ、波面収差が最も小さくなるような厚さであることが光学特性が向上するので好ましい。なお、本発明の対物レンズは、光軸を中心とする回転対称である。
保持枠２ｄは、光軸６を通り光軸６に平行な断面形状が略四角形である輪帯形状からなる。保持枠２ｄは基準レンズ２ａの材質と同じ材質であり、基準レンズ２ａと一体となっている。保持枠２ｄの、光軸６を通り光軸６に平行な断面形状は略四角形に限定されない。また、保持枠２ｄは必要に応じて設けられるものであり、保持枠２ｄを設けずに、図１に示す例のように、基準レンズ２ａの周縁部分を保持枠として利用してもよい。
本発明の対物レンズ２が本発明の光ピックアップ装置に用いられる場合には、基準レンズ２ａは光源側に配されることが好ましい。基準レンズ２ａの両側は非球面形状を有し、密着レンズ２ｂの両面も非球面形状を有する。
対物レンズ２の外径は０．５〜５．０ｍｍφである。この場合、最大の入射光束径が４．４ｍｍφ以下とすることが好ましい。なお、最大の入射光束径は、光源からの光束を絞りで絞らない限り、対物レンズの光源側の有効径と一致する。
本発明の対物レンズ２の外径を５．０ｍｍφ以下とするのは、小型化、軽量化の観点からである。本発明の対物レンズ２の外径の好ましい範囲は４．５ｍｍφ以下であり、この場合の光源側の有効径は３．８ｍｍφ以下が好ましい。さらに、本発明の対物レンズ２の外径のより好ましい範囲は４．０ｍｍφ以下であり、この場合の光源側の有効径は３．２ｍｍφ以下が好ましい。
本発明の対物レンズ２の外径を０．５ｍｍφ以上としたのは、０．５ｍｍφ未満であると、第１面２ｅの面形状の曲率が小さくなり、曲率半径が０．５ｍｍＲ以上となる可能性が高くなるため、金型加工が容易であり、加工精度が低下しないからである。
なお、本発明の対物レンズ２の外径とは、基準レンズ２ａの外径が密着レンズ２ｂの外径より大きい場合には基準レンズ２ａの外径をいい、基準レンズ２ａの外径が密着レンズ２ｂの外径より小さい場合には、密着レンズ２ｂの外径をいうものとする。
基準レンズ２ａの厚さと密着レンズ２ｂの厚さとは、対物レンズ２の外径によっても影響を受けるが、基準レンズ２ａは大きな屈折力を必要とするので、基準レンズ２ａの入射面側の頂点曲率及び形状の深さは大きくなり、かつ、基準レンズ２ａの周縁厚もある程度の厚さを確保する必要があるため、基準レンズ２ａの中心厚は密着レンズ２ｂの厚さよりも厚くなる傾向がある。
しかし、対物レンズの作動距離をできるだけ長くするためには、基準レンズ２ａの中心厚はできるだけ薄いことが好ましい。外径０．５〜５．０ｍｍφの対物レンズにおいては、基準レンズ２ａの中心厚は約０．５ｍｍ〜３．０ｍｍが好ましい。
密着レンズ２ｂの厚さ（中心厚に限定されない）は、製造しやすくするため、かつ、光の透過損失を少なくするため０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍ、特には０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。また、同様の理由により、密着レンズ２ｂの中心厚は、０．０１〜０．５０ｍｍが好ましい。
基準レンズ２ａの材質及び密着レンズ２ｂの材質は、鉛のような環境に有害な材料を含まないものを用いることが好ましい。さらに、成形時の金型寿命を長くして、安価で製作しやすくするためにも、基準レンズ２ａの材質及び密着レンズ２ｂの材質にガラスを用いる場合には、このガラスのガラス転移温度は５５０℃以下とすることが好ましい。
本発明において、作動距離をできるだけ長くするために、基準レンズ２ａの材質の、３８５ｎｍ〜８２５ｎｍの波長の光に対する屈折率は１．７５〜２．２０が好ましい。より好ましくは１．８０〜２．２０、特に好ましくは、１．９０〜２．２０である。基準レンズ２ａの材質としては、光学用のガラスが好ましい。
屈折率の大きい光学用のガラス材料としては、ＴｅＯ２、Ｌａ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５等の高屈折率に寄与する成分を多く含有するガラス材料が好ましい。このガラス材料はＨＤ波長の光の吸収率が小さく、ＨＤ波長の光の透過率に優れているためである。
また、このガラス材料は５５０℃以下のガラス転移温度を有するものが多いため、このガラス材料を本発明の基準レンズ２ａに用いた場合に、ガラスプレス成形により基準レンズ２ａを製作する際、容易に加工できるためである。
しかし、これに限定されず、ＨＤ波長の光、ＤＶＤ波長の光及びＣＤ波長の光の吸収率が小さく、ＨＤ波長の光の透過率に優れているガラス材料であれば、使用できる。また、屈折率の大きい光学用のガラス材料としては、できるだけ鉛を含有しないガラス材料がより好ましい。鉛を含有しないガラス材料は、鉛がＨＤ波長の光の吸収率が大きいため、ＨＤ波長の光の透過率に優れているためである。したがって、本発明の基準レンズ２ａに用いるガラス材料としては、ＴｅＯ２、Ｌａ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５等の高屈折率に寄与する成分を多く含有するガラス材料であって鉛を含有しないガラス材料がより好ましい。
密着レンズ２ｂの材質の、３８５ｎｍ〜８２５ｎｍの波長の光に対する屈折率は１．２０〜２．２０が好ましい。より好ましくは１．３０〜１．７０、特に好ましくは１．４０〜１．６０である。基準レンズ２ａと組合せを考慮する場合、密着レンズ２ｂの非球面形状を緩やかにして加工しやすくするためである。
密着レンズ２ｂの材質としては、３８５ｎｍ〜８２５ｎｍの波長の光に対し高透過率を有し、かつ、基準レンズ２ａに対し密着性に優れる、光学ガラス材料又は合成樹脂材料が好ましい。また、この合成樹脂材料の中でも、低分散性、高透過率、耐元性、耐水性などの良好な材料であることが好ましい。光ピックアップ装置用の対物レンズとして備えることが好ましい条件だからである。
密着レンズ２ｂの材質に用いる合成樹脂材料の例として、ポリオレフィン系合成樹脂、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリル、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、オレフィン系樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。
これらの合成樹脂材料の中で、ポリオレフィン系合成樹脂が好ましい。ポリオレフィン系合成樹脂の中には、ポリオレフィン系合成樹脂の２ｍｍ厚の板状体を透過する４００ｎｍ以上の波長の光透過率も約９０％と高いものもあるからである。このポリオレフィン系合成樹脂にはＨＤ波長の光での屈折率が１．５５９７のものもあり、密着レンズ２ｂの材質として適している。
フッ素樹脂である旭硝子社製サイトップ（商標）は、低屈折率であるため、設計する上で、密着レンズ２ｂに低屈折率が求められる場合には、蜜着レンズ２ｂの材質として用いることが好ましい。
基準レンズ２ａに蜜着レンズ２ｂを接着する際、接着剤を用いる場合には、基準レンズ２ａと蜜着レンズ２ｂとの間に接着剤からなる接着層が介在するため、光学設計をする際には、この接着層の厚さ及び屈折率を考慮することが好ましい。この接着剤からなる接着層の厚さは、できるだけ対物レンズ２の光学特性に影響を与えないために０．０１〜２０μｍ、特には０．０１〜１０μｍが好ましい。
本発明の対物レンズ２の最外周部（図１に示す例では、保持枠２ｄ）は、強度を高めるためにガラス材料からなることが好ましい。さらに、対物レンズの外径は小型化するため、５．０ｍｍφ以下、特には４．０ｍｍφ以下が好ましい。
しかし、光ピックアップ装置に本発明の対物レンズ２を取付ける場合には、対物レンズ２を固定する際、偏芯が生じるので、光源からの光束を確保し、用いる対物レンズ２の非球面を有効に活用することが好ましい。
そのため、対物レンズ２の外径を５．０ｍｍφ以下とする場合、入射光束径は４．２ｍｍφ以下と小さくすることが好ましく、作動距離が小さくなる傾向がある。また、対物レンズ２の外径を４．０ｍｍφ以下とする場合、入射光束径は３．２ｍｍφ以下と小さくすることが好ましく、作動距離がより小さくなる傾向がある。
特に、ＣＤ波長の光を用いてＣＤを記録又は再生する際には、ＣＤ保護層の厚さは１．２ｍｍと厚いため、作動距離は０．３ｍｍ未満になることがあり、オートフォーカス装置が作動する際に対物レンズと該記録保護層とが接触するおそれがある。
したがって、本発明において、対物レンズ２の外径が０．５〜５．０ｍｍφである場合、光源からの光の入射光束径Ｅ、前記対物レンズと光情報記録媒体との間の作動距離Ｌとの間に、光源からの光の波長がＨＤ波長である場合、Ｌ／Ｅ≧１／６、光源からの光の波長がＤＶＤ波長である場合、Ｌ／Ｅ≧１／６、光源からの光の波長がＣＤ波長である場合、Ｌ／Ｅ≧１／１０が成立するように基準レンズ２ａの屈折率、基準レンズ２ａの非球面形状、密着レンズ２ｂの屈折率及び密着レンズ２ｂの非球面形状が設定されていることが好ましい。
本発明において、上記Ｌ／Ｅの範囲を得るために、対物レンズ２の外径が０．５〜５．０ｍｍφである場合には、ＨＤ波長での基準レンズ２ａの屈折率が１．８０〜２．２０、特には１．９０〜２．２０が好ましい。
前述したとおり、本発明において、対物レンズ２の外径が５．０ｍｍφ以下であっても、設計上、対物レンズ２に入射する光束のサイズを外径に近づくように大きくすれば、長い作動距離を得ることは可能である。
しかし、対物レンズ２を光ピックアップ装置に確実に取付け、固定するためには、対物レンズ２の有効径外の周辺部又は保持枠２ｄの大きさ及び面積を十分にとることが好ましい。
対物レンズ２の入射側の有効径としては、外径４．５〜５．０ｍｍφの対物レンズ２では、入射光束径は３．２〜４．２ｍｍφ、対物レンズ２の入射側の面径は３．５〜４．５ｍｍφが好ましい。
また、外径４．０ｍｍφ以上、かつ、外径４．５ｍｍφ未満の対物レンズ２では、入射光束径は２．８〜３．４ｍｍφ、対物レンズの入射側の面径は３．０〜３．６ｍｍφが好ましい。
さらに、これより有効径を大きくし、対物レンズ２のレンズ面径を大きくして長い作動距離を得ようとすると、保持枠２ｄの形状が小さくなり過ぎて、光ピックアップ装置に取付け固定した場合に、サーボ駆動信頼性が低下する問題が生じるおそれがある。
本発明の対物レンズの光ディスク側の開口数（ＮＡ）については、ＨＤ波長の光を用いてＨＤを記録又は再生する際には、ＮＡは０．８０〜０．８７、特には０．８３〜０．８７が好ましい。また、ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤを記録又は再生する際には、ＮＡは０．６０〜０．６７、特には０．６３〜０．６７が好ましい。また、ＣＤ波長の光を用いてＣＤを記録又は再生する際には、ＮＡは０．４０〜０．５３、特には０．４５〜０．５３が好ましい。
対物レンズ２の光学特性を向上させるために、第１面２ｅの頂点における曲率半径は０．２〜８．０ｍｍであることが好ましい。また、対物レンズ２の光学特性を向上させるために、第１面２ｅの頂点における曲率半径Ｒ１と入射光束径Ｅとの間に、
０．２≦Ｅ／Ｒ１≦８．０、
が成立することが好ましい。より好ましい範囲は、０．５≦Ｅ／Ｒ１≦５．０、であり、特に好ましい範囲は、０．８≦Ｅ／Ｒ１≦２．０、である。
光源から出射して前記対物レンズへ入射する光の波長が中心波長、例えば青色レーザーの波長４０５ｎｍから±１ｎｍ変動するとき、波面収差の平方自乗平均値における最良像点位置の変動が±０．２μｍ以下であるような対物レンズとすることが波長分散性能が優れていて好ましい。最良像点位置の変動が±０．１μｍ以下であることが、さらに好ましい。また、最良像点位置の変動が±０．０５μｍ以下であることが、波長分散性能がさらに優れていて特に好ましい。
また、光源からの光の中心波長がＨＤの記録又は再生する場合の３８５〜４２５ｎｍ、ＤＶＤの記録又は再生する場合の６１７〜６８３ｎｍ、又はＣＤの記録又は再生する場合の７４５〜８２５ｎｍのいずれかの範囲にある場合、前記中心波長が±１ｎｍ変動するとき、波面収差の平方自乗平均値における最良像点位置の変動が±０．１μｍ以下となるように、前記基準レンズの屈折率が、前記密着レンズの屈折率よりも小さくされている対物レンズとすることが好ましい。
また、対物レンズ２の光学特性を向上させるために、前記極値における密着レンズ２ｂの厚さｔ１と密着レンズの中心厚ｔ０との間に、
ｔ０＋（ｔ０／２）＜ｔ１＜４・ｔ０、
が成立することが好ましい。
また、対物レンズ２の光学特性を向上させるために、第１面２ｅの有効径の半径ｈ１ｍａｘと第１面２ｅの有効径の最大深さｚ１ｍａｘとの間に、
ｚ１ｍａｘ＜ｈ１ｍａｘ、
が成立することが好ましい。より好ましい範囲は、
ｚ１ｍａｘ≦（４／５）・ｈ１ｍａｘ、
であり、特に好ましい範囲は、
ｚ１ｍａｘ≦（２／３）・ｈ１ｍａｘ、である。
また、対物レンズ２の光学特性を向上させるために、第２面２ｆの有効径の半径ｈ２ｍａｘ、と第２面２ｆの有効径の最大深さｚ２ｍａｘとの間に、
０＜ｚ２ｍａｘ＜ｈ２ｍａｘ／２、
が成立することが好ましい。
この場合は、基準レンズの屈折率が密着レンズの屈折率より小さいという条件が成り立っている。
さらに、第２面２ｆの有効径の半径ｈ２ｍａｘ、と第２面２ｆの有効径の最大深さｚ２ｍａｘとの間に、
ｈ２ｍａｘ／１０≦ｚ２ｍａｘ＜ｈ２ｍａｘ／２、
が成立することが好ましい。より好ましい範囲は、ｈ２ｍａｘ／８≦ｚ２ｍａｘ≦ｈ２ｍａｘ／３、であり、特に好ましい範囲は、ｈ２ｍａｘ／６≦ｚ２ｍａｘ≦ｈ２ｍａｘ／４、である。
また、対物レンズ２の光学特性を向上させるために、第３面２ｇの有効径の半径をｈ３ｍａｘと第３面２ｇの有効径の最大深さｚ３ｍａｘとの間に、
ｈ３ｍａｘ／１２≦ｚ３ｍａｘ＜ｈ３ｍａｘ／３、
が成立することが好ましい。より好ましい範囲は、ｈ３ｍａｘ／１０≦ｚ３ｍａｘ≦ｈ３ｍａｘ／４、であり、特に好ましい範囲は、ｈ３ｍａｘ／８≦ｚ３ｍａｘ≦ｈ３ｍａｘ／５、である。
また、対物レンズ２の光学特性を向上させるために、第１面２ｅの頂点における曲率半径Ｒ１（ｍｍ）と基準レンズの材質の屈折率ｎ１との間に、
０．１≦（ｎ１−１）／Ｒ１≦５．０、
が成立することが好ましい。より好ましい範囲は、０．２≦（ｎ１−１）／Ｒ１≦３．０、であり、特に好ましい範囲は、０．３≦（ｎ１−１）／Ｒ１≦１．０、である。
また、対物レンズ２の光学特性を向上させるために、３８５ｎｍ〜８２５ｎｍの波長の光に対する基準レンズ２ａの屈折力ψ１と３８５ｎｍ〜８２５ｎｍの波長の光に対する密着レンズ２ｂの屈折力ψ２との間に、
０．３≦ψ１≦５．０、−５．０≦ψ２≦−０．２、かつ、｜ψ１＋ψ２｜≦４．０、が成立することが好ましい。より好ましい範囲は、０．４≦ψ１≦４．０、−４．０≦ψ２≦−０．３、かつ、｜ψ１＋ψ２｜≦３．０、であり、特に好ましい範囲は、０．５≦ψ１≦３．０、−３．０≦ψ２≦−０．４、かつ、｜ψ１＋ψ２｜≦２．０、である。
また、対物レンズ２の光学特性を向上させるために、密着レンズ２ｂの有効径内において、密着レンズ２ｂの中心厚が密着レンズ２ｂの中心以外の部分の厚さより薄く、かつ、波面収差が最も小さくなるような厚さであることが好ましい。
また、対物レンズ２の光学特性を向上させるために、密着レンズ２ｂの有効径の最外周部の厚さが前記極値の部分の密着レンズ２ｂの厚さより薄く、かつ、波面収差が最も小さくなるような厚さであることが好ましい。
図３に示す、本発明の対物レンズ２を用いた光ピックアップ装置について説明する。図３において、４は光源、５は補助レンズ、６は光軸、８は入射瞳面、９は絞り、１４は受光素子、３０はＨＤ、３０ａはＨＤ３０の情報記録面（以下、ＨＤ情報記録面という）、３０ｂはＨＤ３０の保護層（以下、ＨＤ保護層という）、４０はＤＶＤ、４０ａはＤＶＤ４０の情報記録面（以下、ＤＶＤ情報記録面という）、４０ｂはＤＶＤ４０の保護層（以下、ＤＶＤ保護層という）、５０はＣＤ、５０ａはＣＤ５０の情報記録面（以下、ＣＤ情報記録面という）、５０ｂはＣＤ５０の保護層（以下、ＣＤ保護層という）、ＷＤＨはＨＤ３０を記録又は再生する場合の作動距離、ＷＤＤはＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の作動距離、ＷＤＣはＣＤ５０を記録又は再生する場合の作動距離である。作動距離は対物レンズ２と光ディスクとの最短間隔であり、前述したＬに相当する。入射瞳面８は第１面２ｅの頂点に接する。
なお、作動距離ＷＤＨ、作動距離ＷＤＤ及び作動距離ＷＤＣは、光ディスク側の密着レンズ２ｂの面（有効径に限定されない）で光ディスク側に最も近い部分（図３に示す例では面２ｈ）と光ディスクとの間隔となる。したがって、密着レンズ２ｂの光ディスク側の面のうちで頂点が光ディスク側に最も近い部分である場合には、この頂点と光ディスクとの間隔となる。図３に示す例では、密着レンズの光ディスク側の面のうち密着レンズの周縁部に近い部分（有効径以外の面）が光ディスク側に最も近い部分であるので、各作動距離はこの部分と光ディスクとの間隔になる。
図３に示す例では、基準レンズ２ａが光源４側に配されており、密着レンズ２ｂが光ディスク側に配されている。このような向きに対物レンズ２が配されていることが対物レンズ２の光学特性を向上させる点で好ましいが、これに限定されず、基準レンズ２ａが光ディスク側に配されており、密着レンズ２ｂが光源４側に配されていても使用できる。
また、図３において、３１はＨＤ３０を記録又は再生する場合の有効径内の、光軸６以外の光路を通過する任意の光線、３２は入射瞳面８と光線３１との交点、３３は第１面２ｅと光線３１との交点、３４は第２面２ｆと光線３１との交点、３５は第３面２ｇと光線３１との交点、３６は保護層３０ａの光源側の面と光線３１との交点、３７はＨＤ情報記録面３０ａと光線３１との交点である。
また、図３において、４１はＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の有効径内の、光軸６以外の光路を通過する任意の光線、４２は入射瞳面８と光線４１との交点、４３は第１面２ｅと光線４１との交点、４４は第２面２ｆと光線４１との交点、４５は第３面２ｇと光線４１との交点、４６は保護層４０ａの光源側の面と光線４１との交点、４７はＤＶＤ情報記録面３０ａと光線４１との交点である。
また、図３において、５１はＣＤ５０を記録又は再生する場合の有効径内の、光軸６以外の光路を通過する任意の光線、５２は入射瞳面８と光線５１との交点、５３は第１面２ｅと光線５１との交点、５４は第２面２ｆと光線５１との交点、５５は第３面２ｇと光線５１との交点、５６は保護層５０ａの光源側の面と光線５１との交点、５７はＣＤ情報記録面５０ａと光線５１との交点である。
以下、本発明の対物レンズ２を図３に示す光ピックアップ装置に用いた場合について生じる光学現象を以下に説明し、本発明の対物レンズ２と従来の対物レンズ（例えば図２に示す対物レンズ６２）とで生じる光学現象の差異について説明する。以下の説明において、特記しない場合には、基準レンズとは基準レンズ２ａ又は基準レンズ６２ａをいうものとし、密着レンズとは密着レンズ２ｂ又は密着レンズ６２ｂをいうものという。
ＨＤ３０を記録又は再生する場合、光源４からのＨＤ波長の光は、補助レンズ５、対物レンズ２、ＨＤ保護層３０ｂの順に透過してＨＤ情報記録面３０ａに集光されビームスポットが形成される。ＨＤ情報記録面３０ａにより反射された光は、ＨＤ保護層３０ｂ、対物レンズ２、補助レンズ５の順に透過して受光素子１４に集光される。この場合、補助レンズ５を透過した後の光線３１は、交点３２、交点３３、交点３４、交点３５、交点３６、交点３７の順に通過してＨＤ情報記録面３０ａに集光され、ＨＤ情報記録面３０ａにより反射された光は通過して来た光路を戻ることとなる。
ＤＶＤ４０を記録又は再生する場合、光源４からのＤＶＤ波長の光は、補助レンズ５、対物レンズ２、ＤＶＤ保護層４０ｂの順に透過してＤＶＤ情報記録面４０ａに集光されてビームスポットが形成される。ＤＶＤ情報記録面４０ａにより反射された光は、ＤＶＤ保護層４０ｂ、対物レンズ２、補助レンズ５の順に透過して受光素子１４に集光される。この場合、補助レンズ５を透過した後の光線４１は、交点４２、交点４３、交点４４、交点４５、交点４６、交点４７の順に通過してＤＶＤ情報記録面３０ａに集光され、ＤＶＤ情報記録面３０ａにより反射された光は通過して来た光路を戻ることとなる。
ＣＤ５０を記録又は再生する場合、光源４からのＣＤ波長の光は、補助レンズ５、対物レンズ２、ＣＤ保護層５０ｂの順に透過してＣＤ情報記録面５０ａに集光されてビームスポットが形成される。ＣＤ情報記録面５０ａにより反射された光は、ＣＤ保護層５０ｂ、対物レンズ２、補助レンズ５の順に透過して受光素子１４に集光される。この場合、補助レンズ５を透過した後の光線５１は、交点５２、交点５３、交点５４、交点５５、交点５６、交点５７の順に通過してＣＤ情報記録面５０ａに集光され、ＣＤ情報記録面５０ａにより反射された光は通過して来た光路を戻ることとなる。
本発明の対物レンズ２及び本発明の光ピックアップ装置は、図３の実施例に限定されず、例えば、光源４及び受光素子１４は図３に示すの位置に配されていなくともよい。また、ハーフミラー及びビームスプリッタ等の光学媒体が光軸６上に配されていてもよい。
図３に示す例では、１つの光源４が、ＨＤ波長、ＤＶＤ波長、ＣＤ波長のそれぞれの光を発光しているが、これに限定されず、ＨＤ波長、ＤＶＤ波長、ＣＤ波長のそれぞれの光を別々の光源により発光させてもよい。また、ＨＤ波長、ＤＶＤ波長、ＣＤ波長のそれぞれの光を別々の光源により発光させた場合には、それぞれの光源が光源４と同じ位置に配されていなくともよい。光源４とは別の光源が光軸６以外の位置に配されている場合には、別の光源からの光を光軸６上に配されているハーフミラー等の光学媒体によって補助レンズ５に照射するようにしてもよい。
ＨＤ波長の光としては青色レーザ光が通常用いられる。ＤＶＤ波長の光としては赤色レーザ光が通常用いられる。ＣＤ波長の光としては赤色レーザ光が通常用いられる。
図３に示す例では、受光素子１４が光源４と同じ位置に配設されている。しかし、これに限定されず、光軸６上にハーフミラー等の光学媒体を配し、この光学媒体により光情報記録媒体からの反射光を、光軸６上以外の位置に配されている受光素子１４に集光させるようにしてもよい。すなわち、図１３に示す例では、光源４の位置と受光素子１４の位置とが同位置に示されている。しかし、これに限定されず、ハーフミラー等の光学媒体を用いて、光源４の位置と受光素子１４の位置とを別々の位置に配してもよい。
また、１つの受光素子１４が、ＨＤ波長、ＤＶＤ波長、ＣＤ波長のそれぞれの光を受光しているが、これに限定されず、ＨＤ波長、ＤＶＤ波長、ＣＤ波長のそれぞれの光を別々の受光素子１４により受光させてもよい。
図３に示す例では、ＨＤ３０又はＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、光源４からの光を補助レンズ５により平行光にして対物レンズ２を透過させてＨＤ３０の情報記録画又はＤＶＤ４０の情報記録面に集光させ、ＨＤ情報記録面３０ａ又はＤＶＤ情報記録面４０ａからの反射光を対物レンズ２を透過させて受光素子１４に照射させＨＤ情報記録面３０ａ又はＤＶＤ情報記録面４０ａのデータを記録又は再生している。
さらに、図３に示す例では、ＣＤを記録又は再生する際には、光源４からの光を発散光として対物レンズ２に入射させ、対物レンズ２を透過させてＣＤ情報記録面５０ａに集光させ、ＣＤ５０からの反射光を対物レンズ２を通して受光素子１４に照射させてＣＤ情報記録面５０ａのデータを記録又は再生する。
すなわち、図３に示す例では、ＨＤ３０又はＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、補助レンズ５はコリメータレンズとして機能しており、ＣＤを記録又は再生する際には、補助レンズ５はコリメータレンズとして機能せず、光源４からの光が補助レンズ５に入射すると補助レンズ５を透過して光は発散光となるように補助レンズ５の仕様が設定されている。この場合、ＨＤ３０又はＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、対物レンズ２は無限系レンズとして機能しており、ＣＤを記録又は再生する際には、対物レンズ２は有限系レンズとして機能している。
補助レンズ５が１つのレンズで、ＨＤ３０又はＤＶＤ４０を記録又は再生する際コリメータレンズとして機能し、かつ、ＣＤを記録又は再生する際発散光を出射する機能を有するものであれば、この補助レンズ５を用いればよい。しかし、これに限定されず、ＨＤ３０を記録又は再生する際には、補助レンズ５としてＨＤ用のものを用い、ＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、補助レンズ５としてＤＶＤ用のものを用い、ＣＤ５０を記録又は再生する際には、ＣＤ用のものを用いてもよい。すなわち、異なる種類の光ディスクごとに補助レンズ５を交換してもよい。
図３には記載されていないが、ＨＤ３０又はＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、光源４からの光をコリメータレンズにより平行光にして対物レンズ２に照射させ、かつ、ＣＤ５０を記録又は再生する際には、光源（光源４以外の光源も含む）からの光をコリメータレンズを介さずに直接又はハーフミラー、ビームスプリッタ等の光学媒体を介して対物レンズ２に照射させてもよい。
絞り９は開口数を変化させる機能を有する。絞り９を設ける理由は、記録又は再生の際、ＨＤ３０、ＤＶＤ４０又はＣＤ５０それぞれに使用される開口数が異なる場合、絞り９により開口数を調整するためである。
絞り９には、機械的絞り、光学的絞りがあり、特に限定されない。機械的絞りの例として、開口数に対応する直径の孔を有する板状体を複数枚用意し交換する手段等が挙げられる。
本発明における密着レンズ２ｂは、極値を一つ以上有することが好ましい。これに対して、図２に示す対物レンズ６２の密着レンズ２ｂは、極値を有していない。
以下、図３に示す例にしたがって、本発明における光学現象を説明する。基準レンズの中心厚（光軸上間隔）をｔ２、密着レンズの中心厚（光軸上の間隔）をｔ３、基準レンズの材質のＨＤ波長の光に対する屈折率をｎａ２、基準レンズの材質のＤＶＤ波長の光に対する屈折率をｎｂ２、基準レンズの材質のＣＤ波長の光に対する屈折率をｎｃ２とする。さらに、密着レンズの材質のＨＤ波長の光に対する屈折率をｎａ３、密着レンズの材質のＤＶＤ波長の光に対する屈折率をｎｂ３、密着レンズの材質のＣＤ波長の光に対する屈折率をｎｃ３とする。
対物レンズ（密着レンズ）とＨＤ３０との光軸上の間隔をｔａ４、ＨＤ保護層３０ｂの厚さをｔａ５、屈折率をｎａ５とし、対物レンズの前後の媒体は空気であって、空気の屈折率は１．０とするとき、ＨＤ波長の光を用いてＨＤを記録又は再生する際には、光軸６上で入射瞳面８からＨＤ情報記録面３０ａまでの光路長ＡＰ０は、以下の（１）式で表される。
2004053557.tif 000003
ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、対物レンズとＤＶＤ４０との光軸上の間隔をｔｂ４、ＤＶＤ保護層４０ｂの厚さをｔｂ５、屈折率をｎｂ５とするとき、光軸６上で入射瞳面８からＤＶＤ情報記録面４０ａまでの光路長ＢＰ０は、以下の（２）式で表される。
2004053557.tif 000004
ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する際には、対物レンズとＣＤ５０との光軸上の間隔をｔｃ４、ＣＤ保護層５０ｂの厚さをｔｃ５、屈折率をｎｃ５とするとき、光軸６上で入射臆面８からＣＤ情報記録面５０ａまでの光路長ＣＰ０は、式（３）で表される。
2004053557.tif 000005
ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際には、交点３２から交点３３までの距離をｔｉ１、交点３３から交点３４までの距離をｔｉ２、交点３４から交点３５までの距離をｔｉ３、交点３５から交点３６までの距離をｔｉ４、交点３６から交点３７までの距離をｔｉ５とするとき、前述の媒体の屈折率の定義を用いて、光線３１の入射瞳面８からＨＤ情報記録面３０ａまでの光路長ＡＰｉは、式（４）で表される。
2004053557.tif 000006
ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、交点４２から交点４３までの距離をｔｊ１、交点４３から交点４４までの距離をｔｊ２、交点４４から交点４５までの距離をｔｊ３、交点４５から交点４６までの距離をｔｊ４、交点４６から交点４７までの距離をｔｊ５とするとき、前述の媒体の屈折率の定義を用いて、光線４１の入射瞳面８からＤＶＤ情報記録面４０ａまでの光路長ＢＰｊは、次式で表される。
2004053557.tif 000007
ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する際には、交点５２から交点５３までの距離をｔｋ１、交点５３から交点５４までの距離をｔｋ２、交点５４から交点５５までの距離をｔｋ３、交点５５から交点５６までの距離をｔｋ４、交点５６から交点５７までの距離をｔｋ５とするとき、前述の媒体の屈折率の定義を用いて、光線５１の入射瞳面８からＣＤ情報記録面５０ａまでの光路長ＣＰｋは式（６）で表される。
2004053557.tif 000008
光軸６とＨＤ情報記録面３０ａとの交点を３０ｐとするとき、ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際に、補助レンズ５、対物レンズ２及びＨＤ保護層３０ｂを含む光学系が無収差であれば、交点３７は交点３０ｐに一致し、光路長ＡＰｉは光路長ＡＰ０に等しくなる。しかし、実際には、収差が存在するため、式（７）で示す光路長差Ｗａｉが生じる。
2004053557.tif 000009
光路長差Ｗａｉは、補助レンズ５、対物レンズ２及びＨＤ保護層３０ｂを含む光学系の波面収差と見なすことができる。さらに、補助レンズ５で生じる波面収差は無視できるほど対物レンズとは独立に小さくすることができるので、省略することとしてこの光学系の波面収差は以下のようになる。
光路長差Ｗｂｉは、補助レンズ５、対物レンズ２及びＨＤ保護層３０ｂを含む光学系において、近似的に対物レンズ２で生じる波面収差とＨＤ保護層３０ｂで生じる波面収差との和の波面収差とみなすことができる。
ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際のＲＭＳ波面収差については、式（８）のような波面収差の平方自乗平均値ＷａをＲＭＳ波面収差として、用いられるＨＤ波長λＨを単位として表される。
2004053557.tif 000010
式（８）において、＜Ｗａｉ＞は、ｉ本の光線の波面収差（計算値）の平均値、＜（Ｗａｉ）２＞は、ｉ本の光線の波面収差（計算値）の平方自乗平均値である。
光学系のマレシヤルの条件より、Ｗａの値が０．０７λＨ以下であれば、回折限界の良好な波面収差が得られる対物レンズである。すなわち、良好な性能の対物レンズ得るためには、多数であるｉ本の光線の光路長差Ｗａｉを小さくし、各光路長差Ｗａｉのバラツキをできるだけ小さくすることが好ましい。
図３の例において、光軸６とＤＶＤ情報記録面４０ａとの交点を４０ｐとするとき、ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、補助レンズ５、対物レンズ２及びＤＶＤ保護層４０ｂを含む光学系が無収差であれば、交点４７は交点４０ｐに一致し、光路長ＢＰｊは光路長ＢＰ０に等しくなる。しかし、実際には、収差が存在するため、式（９）で示す光路長差Ｗｂｊが生じる。
2004053557.tif 000011
光路長差Ｗｂｊは、補助レンズ５、対物レンズ２及びＤＶＤ保護層４０ｂを含む光学系の波面収差と見なすことができる。さらに、補助レンズ５で生じる波面収差は無視できるほど小さくすることができるので、省略することとしてこの光学系の波面収差は以下のようになる。
光路長差Ｗｂｊは、補助レンズ５、対物レンズ２及びＤＶＤ保護層４０ｂを含む光学系において、近似的に対物レンズ２で生じる波面収差とＤＶＤ保護層４０ｂで生じる波面収差との和の波面収差とみなすことができる。
光路長差Ｗｂｊが生じるために、ある大きさのスポット像がＤＶＤ情報記録面４０ａに形成される。このスポット像の寸法が小さければ小さいほど、波面収差が少ない理想的な対物レンズとなる。
すなわち、ＤＶＤ波長λＤを用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する際のＲＭＳ波面収差Ｗｂについては、ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際のＲＭＳ波面収差を求めた手法と同様の手法で、式（１０）が成立する。
2004053557.tif 000012
式（１０）において、＜Ｗｂｊ＞は、ｊ本の光線の波面収差（計算値）の平均値、＜（Ｗｂｊ）２＞は、ｉ本の光線の波面収差（計算値）の平方自乗平均値である。光学系のマレシヤルの条件より、Ｗｂの値が０．０７λＤ以下であれば、回折限界の良好な波面収差が得られる対物レンズである。すなわち、良好な性能の対物レンズ得るためには、多数であるｊ本の光線の光路長差Ｗｂｊを小さくし、各光路長差Ｗｂｊのバラツキをできるだけ小さくすることが好ましい。
図３の例において、光軸６とＣＤ情報記録面５０ａとの交点を５０ｐとするとき、ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する際には、補助レンズ５、対物レンズ２及びＣＤ保護層５０ｂを含む光学系が無収差であれば、交点５７は交点５０ｐに一致し、光路長ＣＰｋは光路長ＣＰ０に等しくなる。しかし、実際には、収差が存在するため、式（１１）で示す光路長差Ｗｃｋが生じる。
2004053557.tif 000013
光路長差Ｗｃｋは、補助レンズ５、対物レンズ２及びＣＤ保護層５０ｂを含む光学系の波面収差と見なすことができる。さらに、補助レンズ５で生じる波面収差は無視できるほど小さくすることができるので、省略することとしてこの光学系の波面収差は以下のようになる。
光路長差Ｗｃｋは、補助レンズ５、対物レンズ２及びＣＤ保護層５０ｂを含む光学系において、近似的に対物レンズ２で生じる波面収差とＣＤ保護層５０ｂで生じる波面収差との和の波面収差とみなすことができる。
光路長差Ｗｃｋが生じるために、ある大きさのスポット像がＣＤ情報記録面５０ａに形成される。このスポット像の寸法が小さければ小さいほど、波面収差が少ない理想的な対物レンズとなる。
すなわち、ＣＤ波長λｃを用いてＣＤ５０を記録又は再生する際のＲＭＳ波面収差Ｗｃについては、ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際のＲＭＳ波面収差を求めた手法と同様の手法で、式（１２）が成立する。
2004053557.tif 000014
式（１２）において、＜Ｗｃｋ＞は、ｋ本の光線の波面収差（計算値）の平均値、＜（Ｗｃｋ）２＞は、ｋ本の光線の波面収差（計算値）の平方自乗平均値である。
光学系のマレシャルの条件より、Ｗｃの値が０．０７λｃ以下であれば、回折限界の良好な波面収差が得られる対物レンズである。すなわち、良好な性能の対物レンズを得るためには、多数であるｋ本の光線の光路長差Ｗｃｋを小さくし、各光路長差Ｗｃｋのバラツキをできるだけ小さくすることが好ましい。
以上のように、ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤを記録又は再生する光学系に使用できる対物レンズを得るためには、ＲＭＳ波面収差Ｗａ、ＲＭＳ波面収差Ｗｂ、ＲＭＳ波面収差Ｗｃについて、それぞれ、式（１３）、式（１４）、式（１５）を満足することを要する。すなわち、式（１３）、式（１４）及び式（１５）がすべて満足されることが必要とされる。
2004053557.tif 000015
また、式（１３）、式（１４）及び式（１５）がすべて満足されるには、光路長差ＷａｉがλＨに対して小さいことが好ましく、光路長差ＷｂｊがλＤに対して小さいことが好ましく、かつ、光路長差ＷｃｋがλＣに対して小さいことが好ましい。以下にこれらの条件について説明する。
ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際には、対物レンズについて、式（１）、式（４）及び式（７）から式（１６）が成立する。
2004053557.tif 000016
式（１６）において、第２項「ｎａ２・（ｔｉ２−ｔ２）」の値は基準レンズの形状及び基準レンズの材質の屈折率に影響され、第３項「ｎａ３・（ｔｉ３−ｔ３）」の値は密着レンズの形状及び密着レンズの材質の屈折率に影響される。
前述したとおり、ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際には、補助レンズ５は、コリメータレンズとして機能しているため、ｔｉ１は光軸６に平行な、基準レンズの光源側の面と入射瞳面８との距離となる。したがって、（１６）式において、小型な対物レンズ２がＮＡ０．８０〜０．８７のような高開口数を得るためには、基準レンズの光源側の面は光源側に対して、曲率半径を小さし、大きい曲率の凸面にすることが好ましい。このため、（１６）式の第１項（ｔｉ１）の値は、光軸から離れる光線ほど正の大きな値となることが好ましい。
対物レンズとＨＤ３０との衝突をさけるため、作動距離ＷＨＤは、大きいことが好ましく、対物レンズの有効径が２．０〜４．５ｍｍである場合には、０．３ｍｍ以上であることが好ましい。また、０．５ｍｍ以上にすることがより好ましく、０．７ｍｍ以上であることが特に好ましい。また、対物レンズの有効径が２．０ｍｍ未満である場合には、作動距離ＷＨＤは、０．１５ｍｍ以上であることが好ましい。したがって、（１６）式の第４項（ｔｉ４−ｔａ４）の値も負になりにくく、大きな正の値にもなりにくい。
さらに、ＨＤ保護層３０ｂの両面はほぼ平面であるから、（１６）式の第５項における（ｔｉ５−ｔａ５）も光軸から離れる光線ほど正の値になる。また、基準レンズ２ａの屈折率ｎａ２、密着レンズ２ｂの屈折率ｎａ３及びＨＤ保護層３０ｂの屈折率ｎａ５も正の大きな値である。
すなわち、（１６）式において、Ｗａｉの第１項の値、第４項の値及び第５項の値は、光軸から離れる光線ほど正の大きな値となり、第１項の値、第４項の値及び第５項の値の和はかなり大きな値となる傾向がある。
しかし、（１６）式において、第２項における（ｔｉ２−ｔ２）の値、第３項における（ｔｉ３−ｔ３）の値の少なくともいずれかの値が負の大きな値になれば、（１６）式のＷａｉの値を小さくできる。
対物レンズの有効径内を通る任意の光線について、対物レンズが回折限界性能を有するようになる確率を高めるためには、光路長差Ｗａｉの絶対値が１波長以下（以下、単にＨＤ回折限界予備条件という）になることが好ましく、そのためには、（１６）式において、右辺の計算結果の絶対値が１波長以下になるように第２項の値と第３項の値とを調整すればよいこととなる。本発明では、この条件を満足するように対物レンズの形状を設定し、かつ、屈折率を設定するため対物レンズの材質を決定する。
前述した、ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合と同様の手順で、ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、式（２）、式（５）、式（９）から、式（１７）が成立する。
2004053557.tif 000017
（１７）式においても（１６）式と、同様の考え方にしたがえば、第１項の値、第４項の値及び第５項の値は、光軸から離れる光線ほど正の大きな値となり、第１項の値、第４項の値及び第５項の値の和はかなり大きな値となる傾向がある。
しかし、（１７）式においても第２項における（ｔｊ２−ｔ２）の値、第３項における（ｔｊ３−ｔ３）の値の少なくともいずれかの値が負の大きな値になれば、（１７）式のＷｂｊの値を小さくできる。
対物レンズの有効径内を通る任意の光線について、対物レンズが回折限界性能を有するようになる確率を高めるためには、光路長差Ｗｂｊの絶対値が１波長以下（以下、単にＤＶＤ回折限界予備条件という）になることが好ましく、そのためには、（１７）式において、右辺の計算結果の絶対値が１波長以下になるように第２項の値と第３項の値とを調整すればよいこととなる。本発明では、この条件を満足するように対物レンズの形状を設定し、かつ、屈折率を設定するため対物レンズの材質を決定する。
前述した、ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合と同様の手順で、ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する際には、式（３）、式（６）、式（１１）から、式（１８）が成立する。
2004053557.tif 000018
（１８）式においても、（１６）式と、同様の考え方にしたがえば、第１項の値、第４項の値及び第５項の値は、光軸から離れる光線ほど正の大きな値となり、第１項の値、第４項の値及び第５項の値の和はかなり大きな値となる傾向がある。
しかし、（１８）式において、第２項における（ｔｋ２−ｔ２）の値、第３項における（ｔｋ３−ｔ３）の値の少なくともいずれかの値が負の大きな値になれば、（１８）式のＷｃｋの値を小さくできる。
対物レンズの有効径内を通る任意の光線について、対物レンズが回折限界性能を有するように確率を高めるためには、光路長差Ｗｃｋの絶対値が１波長以下になることが好ましく、そのためには、（１８）式において、右辺の計算結果の絶対値が１波長以下（以下、単にＣＤ回折限界予備条件という）になるように第２項の値と第３項の値とを調整すればよいこととなる。本発明では、この条件を満足するように対物レンズの形状を設定し、かつ、屈折率を設定するため対物レンズの材質を決定する。
以上述べたとおり、１つの対物レンズにより、ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生でき、ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生でき、かつ、ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生できるようにするには、ＨＤ回折限界予備条件、ＤＶＤ回折限界予備条件及びＣＤ回折限界予備条件の３つの条件を満たすことが好ましい。以下、この３つの条件を併せて、単に、３種回折限界予備条件ということとする。
特許文献１に記載されているような対物レンズ６２（従来例）は、ＨＤ波長の光を用いるＨＤ３０の記録又は再生については、可能としていることから、ＨＤ３０に対して非球面が最適化されており、ＨＤ回折限界予備条件を満足している確率が高いと仮定して、対物レンズ６２について、ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生できるかについて検討すると、前述したとおり、ＤＶＤ回折限界予備条件を満足していればＤＶＤ４０を記録又は再生できる確率が高くなるので、これについて検討する。
ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際の任意の光線が対物レンズ６２の面６２ｅに入射する箇所と同箇所のＤＶＤ波長の任意の光線について考えてみると（ＤＶＤ波長の任意の光線は対物レンズ６２に入射した後はＨＤ波長の光線とは別の経路を透過する）、対物レンズ６２の形状は変わらず、固定されていることから、（１７）式において、第１項の値は同じであり、第４項の値はやや小さくなるものの、ＤＶＤ保護層４０ｂの屈折率は、任意の光線がＨＤ波長である場合に比べてやや小さくなる。
しかし、ＤＶＤ保護層４０ｂの厚さはＨＤ保護層３０ｂの６倍もの厚さになるため、（１７）式の第１項の値と第４項の値と第５項の値との和の値（正の値）は、任意の光線がＨＤ波長である場合に比べてかなり大きくなる。
ところで、式（１７）の説明をした箇所で前述したとおり、式（１７）において、第２項の値は基準レンズの形状及び基準レンズの材質の屈折率に影響され、第３項の値は密着レンズの形状及び密着レンズの材質の屈折率に影響されるので、ＤＶＤ波長の光線に対しては、対物レンズ６２の屈折率が小さくなり、その結果、式（１７）における、負の値を示す可能性ある第２項と第３項とで表される光路長差が小さくなる。
すなわち、対物レンズ６２の内を透過する光線の光路長は、基準レンズ６２ａの屈折率及び密着レンズ６２ｂの屈折率がともに小さくなるため、（１７）式第２項の値と第３項の値との和の値は、第１項の値と第４項の値と第５項の値との和の値を減らして、（１７）式の計算結果の絶対値が１波長以下になるようにはなりにくく（光路長差Ｗｂｊの絶対値が１波長以下になりにくく）、ＤＶＤ回折限界予備条件を満足しにくい。
さらに、対物レンズの形状的な観点から検討すると、従来例の対物レンズ６２については、ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生できると仮定していることから、ＨＤ波長の光線に対して光路長差Ｗｂｊが最小になるように最適化された非球面が対物レンズ６２の両面に採用されていることがわかる。
さらに、図２に示すとおり、対物レンズ６２では、基準レンズ６２ａは凸レンズであり、基準レンズ６２ａが有する非球面及び密着レンズ６２ｂが有する非球面とは、ともに、前述した極値を有さない。このような形状の対物レンズ６２において、ＤＶＤ波長がＨＤ波長より長いため、対物レンズ６２の屈折率が小さくなり、（１７）式の光路長差Ｗｂｊの絶対値が１波長よりはるかに大きくなって、ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生することが全く不可能なことになる。
また、対物レンズ６２について、ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生できるかについて検討すると、前述したとおり、ＣＤ回折限界予備条件を満足していればＣＤ５０を記録又は再生できる確率が高くなるので、これについて検討する。
この場合、ＨＤ３０とＤＶＤとを記録又は再生する場合と比較すると、ＣＤ５０を記録又は再生する際には、開口数が小さくなるので、式（１８）の第１項の値が小さくなる有利さはあるものの、対物レンズ６２の材質の屈折率はさらに小さくなり、かつ、ＣＤ保護層５０ｂの厚さはＤＶＤ保護層４０ｂの厚さの２倍の厚さとなるため、式（１８）の第５項の値が大きくなって、（１８）式の光路長差Ｗｂｊの絶対値が１波長よりはるかに大きくなって、ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生することが全く不可能なことになる。
次に、特許文献１に記載されている対物レンズ６２が、ＤＶＤ波長の光を用いるＤＶＤ４０の記録又は再生については、可能としていることから、ＤＶＤ４０に対して非球面が最適化されており、ＤＶＤ回折限界予備条件を満足している確率が高いと仮定して、対物レンズ６２について、ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生できるかについて検討すると、前述したとおり、ＨＤ回折限界予備条件を満足していればＨＤ３０を記録又は再生できる確率が高くなるので、これについて検討する。
ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際には、（１６）式の第２項の値と第３項の値の和の値の絶対値が大きくなりすぎ、（１６）式の計算結果の絶対値が１波長以下になるようにはなりにくく、ＨＤ回折限界予備条件を満足しにくい。
また、ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する際には、（１８）式の第１項の値と第４項の値と第５項の値との和の値が大きくなりすぎ、（１８）式の計算結果の絶対値が１波長以下になるようにはなりにくく、ＣＤ回折限界予備条件を満足しにくい。
次に、本発明の対物レンズ２を図３に示す光ピックアップ装置に用いた場合について生じる光学現象を以下に説明する。なお、本発明の対物レンズ２の中心厚（基準レンズ２ａの中心厚と密着レンズ２ｂの中心厚との和の厚さ）と有効径とは、対物レンズ６２のそれらと同様であり、基準レンズ２ａの材質の屈折率と密着レンズ２ｂの材質の屈折率とが対物レンズ６２のそれらと同様であると仮定して説明する。
前述の（１６）式の説明に従えば、通常、開口数が大きく、作動距離の大きい対物レンズを得ようとすれば、（１６）式の第１項、第４項、第５項は、正の大きな値になる傾向を有する。
図１に示す対物レンズ２では、図１に示すとおり、第２面２ｆの極値が頂点Ｖ１より、光源４側に近い。また、この極値における密着レンズ２ｂの厚さが密着レンズ２ｂの中心厚より厚い。
したがって、第２面２ｆの極値を通過する光線又はこの極値付近を通過する光線に着目すれば、対物レンズ２を用いる場合には、対物レンズ６２を用いる場合より、基準レンズ２ａを通る光線の光路長が短くなるため、（１６）式の第２項の値を負の大きい値にすることができる。
ただし、基準レンズ２ａを通る光線の光路長が短くなった結果、（１６）式の第２項の値が負の大きい値になりすぎる場合には、第２面２ｆの極値付近の厚さを厚くすることによって密着レンズ２ｂを通る光線の光路長を長くすることにより、（１６）式の第３項の値を正の値にして、負の大きい値になりすぎた（１６）式の第２項の値を相殺することができる。
なお、第２面２ｆの非球面形状及び第３面２ｇの非球面形状をともに適当に設定することにより、（１６）式の第２項の値を調整してもよい。さらに、必要に応じて、第３面２ｇの非球面形状を適当に設定することにより、（１６）式の第４項の値を調整することができる。
以上のとおり、（１６）式の計算結果の絶対値が１波長以下になるようにして（１６）式のＷａｉの値を１波長以下にできる。第２面２ｆの非球面形状と第３面２ｇの非球面形状とを適当に設定することにより、本発明の対物レンズ２により、ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生することができる。
ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際の任意の光線が対物レンズ２の第１面２ｅに入射する箇所と同箇所のＤＶＤ波長の任意の光線について考えてみると（ＤＶＤ波長の任意の光線は対物レンズ２に入射した後はＨＤ波長の光線とは別の経路を透過する）、対物レンズ２の形状は変わらず、固定されていることから、前述の（１７）式の説明に従えば、通常、開口数が大きく、作動距離の大きい対物レンズを得ようとすれば、（１７）式の第１項、第４項、第５項は、正の大きな値になる傾向を有する。
図１に示す対物レンズ２では、図１に示すとおり、第２面２ｆの極値が頂点Ｖ１より、光源４側に近い。また、この極値における密着レンズ２ｂの厚さが密着レンズ２ｂの中心厚より厚い。したがって、第２面２ｆの極値を通過する光線又はこの極値付近を通過する光線に着目すれば、対物レンズ２を用いる場合には、対物レンズ６２を用いる場合より、基準レンズ２ａを通る光線の光路長が短くなるため、（１７）式の第２項の値を負の大きい値にすることができる。
ただし、基準レンズ２ａを通る光線の光路長が短くなった結果、（１７）式の第２項の値が負の大きい値になりすぎる場合には、第２面２ｆの極値付近の厚さを厚くすることによって密着レンズ２ｂを通る光線の光路長を長くすることにより、（１７）式の第３項の値を正の値にして、負の大きい値になりすぎた（１７）式の第２項の値を相殺することができる。
なお、第２面２ｆの非球面形状及び第３面２ｇの非球面形状をともに適当に設定することにより、（１７）式の第２項の値を調整してもよい。さらに、必要に応じて、第３面２ｇの非球面形状を適当に設定することにより、（１７）式の第４項の値を調整することができる。以上のようにして、（７）式の計算結果の絶対値が１波長以下になるようにして（１７）式のＷｂｉの値を１波長以下にできる。
以上のとおり、第２面２ｆの非球面形状と第３面２ｇの非球面形状とを適当に設定することにより、本発明の対物レンズ２により、ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生することができる。
以上、述べたとおり、本発明では、（１６）式における第２項の値と第３項のの値と、（１７）式における第２項の値と第３項の値とを、最適化することにより、ＨＤ波長、ＤＶＤ波長のそれぞれの波長において、（１６）式の右辺と（１７）式の右辺とを１波長以内にすることが可能となり、ＨＤ３０の記録又は再生、及び、ＤＶＤ４０の記録又は再生を達成できる。
本発明において、対物レンズ２により、ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する際には、（１８）式の第２項の値及び第３項の値を最適化して（１８）式のＷｃｋの値をＣＤ波長以内にすることが好ましい。
しかし、今まで述べたとおり、本発明の対物レンズ２では、ＨＤ３０及びＤＶＤ４０の記録又は再生を達成しなければならないための対物レンズの仕様の限定を受ける。また、（１８）式における屈折率ｎｃ２、ｎｃ３は、ほとんど固定化されて自由度がない。
さらに、ＣＤの記録又は再生用の開口数はＮＡ０．４０〜０．５３と小さいので、この開口数内の対物レンズ２の径では、ＨＤ波長の光及びＤＶＤ波長の光も透過するため、この開口数内の、対物レンズ２の形状をＣＤ用として独立に設計することは許されず、（１８）式の第２項の値及び第３項の値を最適化を行うことが困難である。
また、ＣＤ保護層５０ｂの厚さは１．２ｍｍと厚いので、（１８）式の第５項は正の大きな値となるため、（１８）式のＷｃｋの値をＣＤ波長以内にすることが困難であり、かつ、作動距離もＨＤ、ＤＶＤの記録又は再生する場合に比べて最も小さくなってしまう傾向があり好ましくない。
したがって、本発明の対物レンズ２により、ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する際には、補助レンズ５をコリメータレンズとして機能させて、本発明の対物レンズ２に平行光を入射させても、回折限界性能を有する光学系を得ることは困難である。
本発明においては、ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する際に、対物レンズ２に発散光として入射させて、対物レンズ２を有限系として機能させることとした。
この場合、発散光の光軸６との角度を調整することにより、入射瞳面８から対物レンズ２を透過してＣＤ情報記録面５０ｂまで達する光線の光路長を変えて調整することができ、（１８）式のＷｃｋの値をＣＤ波長以内にすることができる。さらに、ＣＤ波長を用いる場合、発散光を対物レンズ２に入射させることになるため、出射光が集束する位置も対物レンズ２から遠ざかることになり、その結果、作動距離ＷＤＣも大きくすることができる。
本発明において、ＨＤ保護層３０ｂの厚さは０．１ｍｍと薄いのに対し、ＤＶＤ保護層４０ｂの厚さは０．６ｍｍ、ＣＤ保護層５０ｂの厚さは１．２ｍｍと厚くなるので、ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤについて、記録又は再生可能な互換性を有するようにし、かつ、長い作動距離を得ようとする場合には、基準レンズ２ａの材質は高屈折率の光学材料を用いることが好ましい。
以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されず、本発明の要旨を損なわない限り、各種の改良や変更も本発明に含まれる。
［例１（実施例）］
図１に示すような対物レンズ２を製作し、この対物レンズ２を用いて図３に示すような光ピックアップ装置を製作する。基準レンズ２ａの材質として、ＴｅＯ２、ＺｎＯ及びＮａ２Ｏを主成分とする高屈折率の光学ガラス材料（以下、仮にＴＳ３２という）を用いる。密着レンズ２ｂの材質として、三井石油化学社製のオレフィン系材料「アペル（登録商標）」を用いる。
ＨＤ波長の光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際、又は、ＤＶＤ波長の光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、補助レンズ５はそれぞれ別のレンズを用い、それぞれコリメータレンズとして機能するようにする。ＣＤ波長の光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する際には、補助レンズ５は用いずに、光源４の光を直接対物レンズ２に入射させる。
以下に示す実施例において、第１面２ｅの非球面形状、第２面２ｆの非球面形状及び第３面２ｇの非球面形状は、下記の（１９）式で表される非球面形状によって決定される。なお、以下に示す比較例においても、対物レンズの各非球面形状は下記の（１９）式で決定される。
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ただし、ｈは第ｎ面の光軸上の頂点から光軸と垂直方向の距離（光軸６からの高さ）、Ｒｎは表１の第ｎ面の曲率半径、ｋｎは同じく表１の第ｎ面の円錐定数、Ａｎｉは表１の第ｎ面のｉ＝１〜８項までの非球面係数である。Ｚｎは、以上のｈ、Ｒｎ、ｋｎ、Ａｎｉによって決まる第ｎ面の頂点の接平面からの光軸６方向の距離であり、このＺｎの値で決まる曲線が第ｎ面の非球面断面形状を与える。
表１〜４に対物レンズ２の仕様を示す。Ｒｎ、ｋｎ、Ａｎｉの値を表２及び表３に示す。なお、以下の表における面番号については、面番号０が光源４、面番号１が第１面２ｅ、面番号２が第２面２ｆ（基準レンズ２ａの光ディスク側の面及び密着レンズ２ｂの光源４側の面）、面番号３が第３面２ｇ、面番号４が面２ｈ、面番号５が光ディスクの光源４側の面（光ディスクの保護層の光源４側の面）、面番号６が光ディスクの情報記録面である。
また、以下の全ての表における面間隔及び材料名については、該当する面番号と次の面番号との間の面間隔及び材料名を示す。以下の表において特に指定されていない場合には、間隔、距離の単位はｍｍとし、「Ｅ−０１」〜「Ｅ−０４」はそれぞれ１０−１〜１０−４を表す。
図４は対物レンズ２の断面の形状（図１に示す形状に相当）を、ＳＡＧ値（光軸６方向の距離（Ｓａｇｉｔｔａｌ  Ｆｉｇｕｒｅ値））と光軸６からの距離とで表したグラフである。図４では、光軸６からの距離が０「ゼロ」における、第１面２ｅの頂点、第２面２ｆの頂点及び第３面２ｇの頂点の位置が、これらの頂点の位置をスライドさせて仮に一致するように表示させている。なお、以下に示す、ＳＡＧ値と光軸６からの距離との関係を示す全てのグラフは同様の表示とする。
図５はθと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。図６は波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図であり、入射光角度ωを０．０°（図６（ａ））から０．４°（図６（ｂ））に変えた場合を分けて示している。なお、図６において、ＰＸ軸、ＰＹ軸は、ともに入射瞳面８上で光軸６に対して垂直な軸であり、ＰＸ軸はＰＹ軸に対して垂直である。
入射光角度ωを０．０°から０．４°に変えた場合を分けて示していることは、以下に示す、ＰＸ、ＰＹが記載されている全ての波面収差図でも同様とする。
図７は波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図（図７（ａ）はω：０．０°、図７（ｂ）はω：０．４°）、図８は波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図（図８（ａ）はω：０．０°、図８（ｂ）はω：０．４°）である。なお、図６〜８は全て計算値であり、以下に挙げる収差特性を示す全ての図面（ＲＭＳ波面収差図を含む）は実施例、比較例を問わず全て計算値である。
ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生の際の波面収差の値は、図６〜８で示すとおり、レーザ光の入射光角度ωを０．０°から０．４°に変えた場合であっても、それぞれ±１λ以内の値をとる（λは１λを、−λは−１λを意味する。他の同種類の波面収差のグラフにおいても同様とする。）。
図９は、入射光角度（図６等におけるω）を横軸としたＲＭＳ波面収差図であり、波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合、波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合、及び、波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合を示す。なお、以下の全てのＲＭＳ波面収差図では、図９と同様に入射光角度を横軸とする。
図９に示すように、ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生する場合のＲＭＳ波面収差の値も全て、０〜０．４°の入射光角度ωに対して０．０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。
表４に記載されている開口絞り径は入射光束径Ｅを意味するので、表４に記載されている作動距離Ｌを用いれば、波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する際には、Ｌ／Ｅ＝０．６４９／３．００≒１／４．６２２となり、波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する際には、Ｌ／Ｅ＝０．５２２／２．５０≒１／４．７８９となり、波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する際には、Ｌ／Ｅ＝０．２６０／２．０８＝１／８．０００となる。これらより、入射光束径Ｅに対して長い作動距離が得られることがわかる。
一般的にＨＤ記録又は再生用の対物レンズは、ＮＡ＝０．８５という高開口数の対物レンズであるため、光源側の面の曲率が大きくなり、加工しにくい形状になる傾向がある。しかし、例１の対物レンズ２では、第１面２ｅの面上の任意の点に接する接平面が基準平面Ｓ０となす角の最大値は、５３．５°であり、この任意の点は、有効径周辺部付近に存在する。
また、第２面２ｆにおけるθは最大２０．０°、第３面２ｇにおけるθは最大１３．０°であり、対物レンズの非球面を製作する金型も容易に製作できる。
製作する対物レンズ２及び光ピックアップ装置について、波長４０５ｎｍの青色レーザ光学干渉計を用いて、光軸６にほぼ平行な３．０ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズ２の波面収差を測定する。また、波長６５５ｎｍのレーザ干渉計を用いて、光軸６にほぼ平行な２．５ｍｍφの平行光束を入射して対物レンズ２の波面収差を測定する。さらに、波長７８５ｎｍのレーザ干渉計と透過球面原器を用いて有限光束とし、設計最適倍率の光源配置とした後、開口絞り位置で約２．０８ｍｍφとした光束を対物レンズ２に入射して対物レンズ２の波面収差を測定する。
その結果、波長４０５ｎｍ、６５５ｎｍ、７８５ｎｍのいずれの波長においても、波面収差のＲＭＳはそれぞれの波長をλとすると、０．０２λ〜０．０４λという良好な値を示す。この収差値には測定光学系の設計波長との波長ずれ等による残留収差も含んでいる。すなわち、対物レンズのＲＭＳ波面収差値は０．０４λ以下であり、優れた光学性能を示す。また、作動距離もほぼそれぞれ設計値に近い値である。この光ピックアップ装置により、ＨＤ３０、ＤＶＤ４０及びＣＤ５０記録又は再生を行うと、忠実に記録又は再生できる。
［例２（比較例）］
図３４に示すような対物レンズ９２を製作し、この対物レンズ９２を用いて図３に示すような光ピックアップ装置を製作する。基準レンズ９２ａの材質及び密着レンズ９２ｂの材質は例１と同様とする。表５〜８に対物レンズ９２の仕様を示す。
図１０は対物レンズ９２の断面の形状（図２に示す形状に相当）をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。図１１はθと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図１２は波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図（図１２（ａ）はω：０．０°、図１２（ｂ）はω：０．４°）である。図１３は波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図（図１３（ａ）はω：０．０°、図１３（ｂ）はω：０．４°）、図１４は波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図（図１４（ａ）はω：０．０°、図１４（ｂ）はω：０．４°）である。
ＨＤの記録又は再生の際の波面収差の値は、図１２で示すように、レーザ光の入射光角度ωを０．０°から０．４°に変える場合であっても、それぞれ±１λ以内の値をとる。さらに、図１５に示すように、ＨＤの記録又は再生の際のＲＭＳ波面収差の値も０．０７λ以下の回折限界以下の値をとる。
ＤＶＤ又はＣＤの記録又は再生の際のＲＭＳ波面収差の値は、スケールオーバーするほど悪いため、図１５に示さない。入射光角度ωが０．０°〜０．４°の範囲で、ＤＶＤの記録又は再生の際のＲＭＳ波面収差の値は約０．６８λ、ＣＤの記録又は再生の際のＲＭＳ波面収差の値は約０．４２λである。
ＤＶＤ又はＣＤの記録又は再生の際の波面収差の値は、それぞれ図１３、図１４で示すように、ωが０．０°におけるベスト像点においても２λ超の値をとり、好ましくない。さらに、上記のとおり、ＤＶＤ又はＣＤの記録又は再生の際のＲＭＳ波面収差の値も０．０７λ超となり、回折限界性能を達成できていない。
以上により、例２の対物レンズ６２ではＤＶＤ又はＣＤを記録又は再生することはできない。この光ピックアップ装置により、ＨＤ３０、ＤＶＤ４０及びＣＤ５０記録又は再生を行なうと、ＨＤ３０は忠実に記録又は再生できるが、ＤＶＤ４０及びＣＤ５０は記録又は再生できない。
［例３（実施例）］
図１に示すような対物レンズ２を製作し、この対物レンズ２を用いて図３に示すような光ピックアップ装置を製作する。基準レンズ２ａの材質は例１と同様とし、密着レンズ２ｂの材質はポリカーボネイトとする。表９〜１２に対物レンズ２の仕様を示す。
図１６は対物レンズ２の断面の形状（図１に示す形状に相当）をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。図１７はθと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図１８は波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図（図１８（ａ）はω：０．０°、図１８（ｂ）はω：０．３°）である。図１９は波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図（図１９（ａ）はω：０．０°、図１９（ｂ）はω：０．３°）である。図２０は波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図（図２０（ａ）はω：０．０°、図２０（ｂ）はω：０．３°）である。
ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生の際の波面収差の値は、図１８〜２０で示すように、レーザ光の入射光角度ωを０．０°から０．３°に変える場合であっても、それぞれ±１λ以内の値をとる。
図２１は、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図であり、波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合、波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合、及び、波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合を示す。
図２１に示すように、ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生する場合のＲＭＳ波面収差の値も全て０．０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。この光ピックアップ装置により、ＨＤ３０、ＤＶＤ４０及びＣＤ５０記録又は再生を行うと、忠実に記録又は再生できる。
「例４（実施例）」
図１に示すような対物レンズ２を製作し、この対物レンズ２を用いて図３に示すような光ピックアップ装置を製作する。基準レンズ２ａの材質は例１と同様とし、密着レンズ２ｂの材質はサイトップとする。表１３〜１６に対物レンズ２の仕様を示す。
図２２は対物レンズ２の断面の形状（図１に示す形状に相当）をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。図２３はθと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図２４は波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図（図２４（ａ）はω：０．０°、図２４（ｂ）はω：０．４°）である。図２５は波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図（図２５（ａ）はω：０．０°、図２５（ｂ）はω：０．４°）である。図２６は波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図（図２６（ａ）はω：０．０°、図２６（ｂ）はω：０．４°）である。
ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生の際の波面収差の値は、図２４〜２６で示すように、レーザ光の入射光角度ωを０．０°から０．４°に変える場合であっても、それぞれ±１λ以内の値をとる。
図２７は、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図であり、波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合、波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合、及び、波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合を示す。
図２７に示すように、ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生する場合のＲＭＳ波面収差の値も全て０．０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。この光ピックアップ装置により、ＨＤ３０、ＤＶＤ４０及びＣＤ５０記録又は再生を行ったところ、忠実に記録又は再生できた。
［例５（実施例）］
図１に示すような対物レンズ２を製作し、この対物レンズ２を用いて図３に示すような光ピックアップ装置を製作する。基準レンズ２ａの材質は住田光学社製商品名Ｋ−ＶＣ８９を用い、密着レンズ２ｂの材質は例１と同様とする。表１７〜２０に対物レンズ２の仕様を示す。
図２８は対物レンズ２の断面の形状（図１に示す形状に相当）をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。図２９はθと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図３０は波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図（図３０（ａ）はω：０．０°、図３０（ｂ）はω：０．４°）である。図３１は波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図（図３１（ａ）はω：０．０°、図３１（ｂ）はω：０．４°）である。図３２は波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図（図３２（ａ）はω：０．０°、図３２（ｂ）はω：０．４°）である。
ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生の際の波面収差の値は、図３０〜３２で示すように、レーザ光の入射光角度ωを０．０°から０．４°に変えた場合であっても、それぞれほとんど±１λ以内の値をとる。
図３３は、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図であり、波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合、波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合、及び、波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合を示す。図３３に示すように、ＨＤの記録又は再生する際、入射光角度ωが０．０〜０．２５°までは０．０７λ以下の回折限界以下の値をとる。
また、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生する場合のＲＭＳ波面収差の値は、全て０．０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。この光ピックアップ装置により、ＨＤ３０、ＤＶＤ４０及びＣＤ５０記録又は再生を行なうと、忠実に記録又は再生できる。
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［例６（実施例）］
図１に示すような対物レンズ２を製作し、この対物レンズ２を用いて図３に示すような光ピックアップ装置を製作する。基準レンズ２ａの材質は住田光学社製商品名Ｋ−ＶＣ８９を用い、密着レンズ２ｂの材質は、表２１に示す旭硝子製硝材ＴＳ２を使用し、基準レンズ２ａと密着レンズ２ｂは表２１に示す薄い樹脂接着剤層を用いて接合される。表２１〜２４に対物レンズ２の仕様を示す。
本実施例においては、基準レンズ２ａの密着レンズ２ｂ側のレンズ面を第２面、密着レンズ２ｂの基準レンズ２ａ側のレンズ面を第３面、光ディスク側のレンズ面を第４面とする。第２面と第３面の非球面形状は、設計の自由度を増やす点からは別形状の非球面のほうが望ましいが、本実施例においては、同じ形状の非球面形状とする。こうすることにより、接合面の間隔を一定に保ちやすく、製作する対物レンズの偏芯特性を良好にすることが容易となる効果がある。
また、本実施例においては、表２４に示すように、使用レーザーの波長はそれぞれ、４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍを中心波長とする３種類のレーザー光源を使用し、対応する記録再生用ディスクの保護層の厚さは、それぞれ０．６ｍｍ、０．６ｍｍ、１．２ｍｍとなっており、開口数ＮＡはそれぞれ０．６５、０．６５、０．５０となっている。
図３５は対物レンズ２の断面の形状（図１に示す形状に相当）をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。図３６はθと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図３７は波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図（図３７（ａ）はω：０．０°、図３７（ｂ）はω：０．５°）である。図３８は波長６６０ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図（図３８（ａ）はω：０．０°、図３８（ｂ）はω：０．５°）である。図３９は波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図（図３９（ａ）はω：０．０°、図３９（ｂ）はω：０．５°）である。
ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生の際の波面収差の値は、図３７〜３９で示すように、レーザ光の入射光角度ωを０．０°から０．５°に変える場合であっても、それぞれ±１λ以内の値をとる。
図４０は、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図であり、波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合、波長６６０ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合、及び、波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合を示す。図４０に示すように、ＨＤの記録又は再生する際、入射光角度ωが０．０〜０．５°まで０．０７λ以下の回折限界以下の値をとる。また、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生する場合のＲＭＳ波面収差の値は、全て０．０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。
更に、レーザー光源の波長は、記録と再生の切り替えや、温度変動などにより変動するため、短波長のレーザーの波長変動ほど対物レンズのガラス材料の屈折率変動が大きくなり、その結果、最良像点位置の変動やＲＭＳ波面収差が大きくなる傾向がある。図４１は、波長４０５ｎｍの青色レーザーの波長が±１ｎｍ変化するときの波面収差を、４０５ｎｍの最良像点の位置を基準位置（０μｍ）として表した図である。これから分かるように、４０５ｎｍの最良（最小）波面収差の位置に対して、波長４０６ｍ、４０４ｎｍに対するＲＭＳ波面収差の最良（最小）波面収差の位置は、約±０．１μｍしか変動しておらず、良好な波長分散補償性能を有していることが分かる。
同様に、図４２に波長６６０ｎｍにおける波長分散補償性能を示す。これから分かるように、６６０ｎｍの最良（最小）波面収差の位置に対して、波長６６１ｍ、６５９ｎｍに対するＲＭＳ波面収差の最良（最小）波面収差の位置は、約±０．１μｍしか変動しておらず、良好な波長分散補償性能を有していることが分かる。
更に同様に、図４３に波長７８５ｎｍにおける波長分散補償性能を示す。これから分かるように、７８５ｎｍの最良（最小）波面収差の位置に対して、波長７８６ｍ、７８４ｎｍに対するＲＭＳ波面収差の最良（最小）波面収差の位置は、±０．１μｍの変動であり、良好な波長分散補償性能を有していることが分かる。
以上のことから、本実施例の対物レンズは、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍの３種の光源とそれらに対応する光ディスクの記録再生に対して、それぞれ、良好な光学性能を有しており、この対物レンズを使用する光ピックアップ装置により、ＨＤ３０、ＤＶＤ４０及びＣＤ５０記録又は再生を行なうと、忠実に記録又は再生できる。
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［例７（実施例）］
図１に示すような対物レンズ２を製作し、この対物レンズ２を用いて図３に示すような光ピックアップ装置を製作する。基準レンズ２ａの材質は住田光学社製商品名Ｋ−ＶＣ８９を用い、密着レンズ２ｂの材質は、表２５に示す旭硝子製硝材ＴＳ３２Ａを使用し、基準レンズ２ａと密着レンズ２ｂは表２５に示す薄いＵＶ硬化接着剤層を用いて接合される。表２５〜２８に対物レンズ２の仕様を示す。
本実施例においても、基準レンズ２ａの密着レンズ２ｂ側のレンズ面を第２面、密着レンズ２ｂの基準レンズ２ａ側のレンズ面を第３面、光ディスク側のレンズ面を第４面とした。
また、本実施例においては、表２８に示すように、使用レーザーの波長はそれぞれ、４０５ｎｍ、６５５ｎｍ、７８５ｎｍを中心波長とする３種類のレーザー光源を使用し、対応する記録再生用ディスクの保護層の厚さは、それぞれ０．０８７５ｍｍ、０．６ｍｍ、１．２ｍｍとなっており、開口数ＮＡはそれぞれ０．８５、０．６５、０．５１となっている。
図４４は対物レンズ２の断面の形状（図１に示す形状に相当）をＳＡＧ値と光軸６からの距離とで表したグラフである。図４５はθと光軸６からの距離との関係を表したグラフである。
図４６は波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合の波面収差図（図４６（ａ）はω：０．０°、図４６（ｂ）はω：０．５°）である。図４７は波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合の波面収差図（図４７（ａ）はω：０．０°、図４７（ｂ）はω：０．５°）である。図４８は波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合の波面収差図（図４８（ａ）はω：０．０°、図４８（ｂ）はω：０．５°）である。
ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生の際の波面収差の値は、図４６〜４８で示すように、レーザ光の入射光角度ωを０．０°から０．５°に変えた場合であっても、それぞれ±１λ以内の値をとる。
図４９は、入射光角度ωを横軸としたＲＭＳ波面収差図であり、波長４０５ｎｍの光を用いてＨＤ３０を記録又は再生する場合、波長６５５ｎｍの光を用いてＤＶＤ４０を記録又は再生する場合、及び、波長７８５ｎｍの光を用いてＣＤ５０を記録又は再生する場合を示す。図４９に示すように、ＨＤの記録又は再生する際、入射光角度ωが０．０〜０．５°まで０．０７λ以下の回折限界以下の値をとる。また、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生する場合のＲＭＳ波面収差の値は、殆ど全て０．０７λ以下の回折限界以下の値をとり、良好な性能を実現している。
更に、レーザー光源の波長は、記録と再生の切り替えや、温度変動などにより変動するため、短波長のレーザーの波長変動ほど対物レンズのガラス材料の屈折率変動が大きくなり、その結果、最良像点位置の変動やＲＭＳ波面収差が大きくなる傾向がある。図５０は、波長４０５ｎｍの青色レーザーの波長が±１ｎｍ変化するときの波面収差を、４０５ｎｍの最良像点の位置を基準位置（０μｍ）として表した図である。これから分かるように、４０５ｎｍの最良（最小）波面収差の位置に対して、波長４０６ｍ、４０４ｎｍに対するＲＭＳ波面収差の最良（最小）波面収差の位置は、約±０．１μｍしか変動しておらず、良好な波長分散補償性能を有していることが分かる。
同様に、図５１に波長６５５ｎｍにおける波長分散補償性能を示す。これから分かるように、６５５ｎｍの最良（最小）波面収差の位置に対して、波長６５６ｍ、６５４ｎｍに対するＲＭＳ波面収差の最良（最小）波面収差の位置は、±０．１μｍ未満の変動であり、十分良好な波長分散補償性能を有していることが分かる。
更に同様に、図５２に波長７８５ｎｍにおける波長分散補償性能を示す。これから分かるように、７８５ｎｍの最良（最小）波面収差の位置に対して、波長７８６ｍ、７８４ｎｍに対するＲＭＳ波面収差の最良（最小）波面収差の位置は、約±０．０５μｍ以下の変動で殆ど変化なく、良好な波長分散補償性能を有していることが分かる。
以上のことから、本実施例の対物レンズは、波長４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、７８５ｎｍの３種の光源とそれらに対応する光ディスクの記録再生に対して、それぞれ、良好な光学性能を有しており、この対物レンズを使用する光ピックアップ装置により、ＨＤ３０、ＤＶＤ４０及びＣＤ５０記録又は再生を行なうと、忠実に記録又は再生できる。
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【産業上の利用可能性】  本発明では、本発明の対物レンズを用いて、ＨＤ、ＤＶＤ及びＣＤの記録又は再生できるために、光ピックアップ装置の構成が簡単化され、生産性向上が達成されるとともに、光ピックアップ装置の小型化、軽量化及び高精度化ができる。
本発明の対物レンズ及び光ピックアップ装置は、波面収差を良好に補正できる。また、対物レンズの形状が複雑になりすぎないため、加工が困難にならず、生産性の向上が図れる。また、対物レンズ周縁部付近の厚みが確保され、小型化が容易である。
本発明の対物レンズ及び光ピックアップ装置により、保護層の厚み及び／又は屈折率が異なる複数の光情報記録媒体の記録又は再生も可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【国際調査報告】
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