JP2001004916A - 光ディスク用対物レンズ、並びにそれを用いた光ヘッド装置及び光学情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １枚のレンズで構成され、基板厚みの異なる
２種類の光ディスクの何れに対してもその光ディスクに
応じた良好な集光特性を満足させることのできる光ディ
スク用対物レンズを提供する。 【解決手段】 対物レンズ２を、両面非球面の単レンズ
により構成し、光源側の面３を回転対称非球面とする。
また、対物レンズ２の光ディスク６側の面を、内周領域
４と外周領域５とに分け、内周領域４と外周領域５との
境界に光軸にほぼ平行な（光軸方向の）０．３μｍ前後
の段差７を設ける。そして、対物レンズ２の内周領域４
と外周領域５で、基板厚みの異なる光ディスクに対応さ
せて球面収差を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタルビデオデ
ィスク、デジタルオーディオディスク、コンピュータ用
の光メモリディスク等の光ヘッドに用いられる対物レン
ズに関し、特に、１枚のレンズで構成され、基板厚みの
異なる２種類の光ディスクの何れ対してもその光ディス
クに応じた良好な集光特性を満足させることのできる光
ディスク用対物レンズ、並びにそれを用いた光ヘッド装
置及び光学情報記録再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光ディスク用の光ヘッド装置に
おいては、情報媒体面上に回折限界の点像を集光して情
報を記録し又は再生するための対物レンズとして、非球
面を有する単レンズが多く用いられている。しかし、最
近、厚みの異なる光ディスクを互換再生する必要性が増
加しており、例えば、ディスク厚みが１．２ｍｍのＣＤ
あるいはＣＤ−ＲＯＭとディスク厚みが０．６ｍｍのＤ
ＶＤあるいはＤＶＤ−ＲＯＭを１つの光ヘッドで読み取
ることが要求されている。この場合、２枚の対物レンズ
を使用する方法もあるが、光学系をより簡素化するため
には、１枚のレンズで厚みの異なる２種類の光ディスク
に対応できる方が有利である。また、その対物レンズも
なるべく簡素な構成であることが望まれる。

【０００３】例えば、特開平８−３３４６９０号、特開
平９−１８４９７５号、特開平１０−５５５６４号等の
各公報においては、このような目的を達成するためのレ
ンズが提案されている。以下、従来の対物レンズについ
て、図２０を参照しながら説明する。図２０は従来の対
物レンズと光ディスクとの関係を示す配置図である。

【０００４】図２０（ａ）は、厚み０．６ｍｍの光ディ
スク３２に集光したときの、両面非球面対物レンズ３３
の光路図を示したものである。対物レンズ３３の光源側
の面は外周領域３４と内周領域３５とに分けられてい
る。外周領域３４は厚み０．６ｍｍの光ディスク３２に
対して球面収差が補正されている。一方、内周領域３５
は厚み０．９ｍｍの光ディスクに対して球面収差が補正
されている。内周領域３５と外周領域３４の境界は、１
つの光源の波長６５５ｎｍに対して厚み１．２ｍｍのデ
ィスクを再生するのに必要なＮＡで決められる。例え
ば、厚み１．２ｍｍの光ディスクを波長７８０ｎｍ、Ｎ
Ａ０．４５で再生する場合、６５５ｎｍの光源ではＮＡ
０．３７程度となる。内周領域３５は厚み０．６ｍｍの
光ディスクに対して球面収差を持つことになるが、トー
タルの収差は回折限界といわれている０．０７λよりも
遙かに小さく、厚み０．６ｍｍの光ディスクを再生する
には十分な収差に収まる。

【０００５】図２０（ｂ）は、同じ対物レンズ３３を用
いて厚み１．２ｍｍの光ディスク３６に集光したときの
光路図を示したものである。同じ対物レンズ３３の内周
領域３５は厚み０．９ｍｍの光ディスクに対して最適化
されているため、厚み１．２ｍｍの光ディスク３６に対
しては収差が小さい。しかし、外周領域３４は厚み０．
６ｍｍの光ディスク３２に対して最適化されているた
め、厚み１．２ｍｍの光ディスク３６に対しては収差が
大きく、集光に寄与しなくなる。従って、外周領域３４
は開口に似た働きもする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】光源が１つの場合に
は、上記条件の下で厚み０．６ｍｍ、１．２ｍｍの２種
類の光ディスクに対して性能を満足させることができ
る。しかし、厚み１．２ｍｍの光ディスクをＣＤ−Ｒの
ように７８０ｎｍの光源で再生する必要が生じた場合に
は、波長が長くなるために相対的にＮＡを上げる必要が
生じ、内周領域と外周領域との境界をより大きくしなけ
ればならなくなる。このため、厚み０．６ｍｍの光ディ
スクに対して発生する収差が大きくなり、集光特性が劣
化してしまうという問題がある。

【０００７】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するためになされたものであり、１枚のレンズで構成
され、基板厚みの異なる２種類の光ディスクの何れに対
してもその光ディスクに応じた良好な集光特性を満足さ
せることのできる光ディスク用対物レンズ、並びにそれ
を用いた光ヘッド装置及び光学情報記録再生装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る光ディスク用対物レンズの第１の構成
は、両面非球面の単レンズからなり、厚みの異なる第１
及び第２の光ディスク基板を通して点像を集光する光デ
ィスク用対物レンズであって、少なくとも一方の非球面
が、光軸を中心とする円形開口の内側の内周領域と前記
内周領域よりも外側の外周領域の２つの領域からなり、
前記外周領域の非球面形状は、前記厚みの異なる第１及
び第２の光ディスク基板のうち厚みの小さい第１の光デ
ィスク基板に対して球面収差を補正し、前記内周領域の
非球面形状は、厚みの大きい第２の光ディスク基板に対
して球面収差を補正し、前記外周領域と内周領域との境
界は光軸方向に段差をもって接しており、下記式（１）
〜（４）の関係を満足することを特徴とする。

【０００９】 ｔ１＜ｔ２ （１） ０．０５＜ＴＷ＜０．１２ （２） ０．３８＜ＮＡ１＜０．４６ （３） ０．１＜ｐ（ｎ−１）／λ＜０．６ （４） 但し、 ｔ１ ：第１の光ディスク基板の厚み ｔ２ ：第２の光ディスク基板の厚み ＮＡ１：内周領域の開口における対物レンズのＮＡ ＴＷ ：第１の光ディスク基板を通して集光するときの
波面収差（単位はλ：ｒｍｓ） ｎ ：第１の光ディスクを再生するときの光源の波長
における対物レンズの屈折率 ｐ ：内周領域と外周領域の光軸方向の段差 λ ：第１の光ディスクを再生するときの光源の波長 この光ディスク用対物レンズの第１の構成によれば、１
枚のレンズで、第１の光ディスクに対しても、第２の光
ディスクに対しても良好な集光スポットを得ることがで
き、その結果、良好な記録再生特性を得ることができ
る。

【００１０】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第１の構成においては、第１の光ディスク基板を通
して集光するときの波面収差の３次の球面収差成分Ｓ３
が略０であるのが好ましい。この好ましい例によれば、
光ディスクの基板厚み誤差に対して性能の劣化を最小限
に抑えることができる。

【００１１】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第１の構成においては、第１の光ディスク基板を通
して集光するときの波面収差の５次の球面収差成分Ｓ５
（単位はλ：ｒｍｓ）が下記式（５）の関係を満足する
のが好ましい。

【００１２】 −０．０３＜Ｓ５＜０．０３ （５） この好ましい例によれば、第１の光ディスクを再生する
ときの集光特性、特に、エアリーリングのピーク強度を
抑えることができ、その結果、光ディスクの再生特性の
劣化を防止することができる。

【００１３】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第１の構成においては、内周領域の非球面形状を、
光ディスク基板の厚みｔ３に対して球面収差が補正され
るように最適化するとき、ｔ３が下記式（６）の関係を
満足するのが好ましい。

【００１４】 ０．８＜ｔ３＜１．２ （６） この好ましい例によれば、第１の光ディスクに対しては
集光スポットの劣化を抑え、第２の光ディスクに対して
は第１の光ディスクよりも低い記録密度とすることによ
り、第２の光ディスクでの光ディスク傾きによってコマ
収差の影響を低減して、球面収差以外のスポットの劣化
要因を抑えることができる。

【００１５】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第１の構成においては、内周領域と外周領域の段差
が断面円弧状であるのが好ましい。この好ましい例によ
れば、バイトや砥石等を用いて容易に加工することがで
きる。

【００１６】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第１の構成においては、ガラス成形又は樹脂成形に
よって作製されるのが好ましい。この好ましい例によれ
ば、非球面形状を型に加工しておくことにより、同一の
形状及び性能を有するレンズを、安価に量産することが
可能となる。

【００１７】また、本発明に係る光ディスク用対物レン
ズの第２の構成は、両面非球面の単レンズからなり、厚
みの異なる第１及び第２の光ディスク基板を通して点像
を集光する光ディスク用対物レンズであって、少なくと
も一方の非球面が、光軸を中心とする円形開口の内側の
内周領域と前記内周領域よりも外側で前記円形開口より
も外側の別の円形開口に囲まれた中間領域と前記中間領
域よりも外側の外周領域の３つの領域からなり、前記内
周領域と外周領域の非球面形状は、前記厚みの異なる第
１及び第２の光ディスク基板のうち厚みの小さい第１の
光ディスク基板に対して球面収差を補正し、前記中間領
域の非球面形状は、前記厚みの異なる第１及び第２の光
ディスク基板のいずれよりも厚みの大きい光ディスク基
板に対して球面収差を補正し、下記式（７）、（８）の
関係を満足することを特徴とする。

【００１８】 ０．３５＜ＮＡ２＜０．４３ （７） ０．０３＜ＮＡ３−ＮＡ２＜０．１ （８） 但し、 ＮＡ２：内周領域と中間領域との境界における対物レン
ズのＮＡ ＮＡ３：中間領域と外周領域との境界における対物レン
ズのＮＡ この光ディスク用対物レンズの第２の構成によれば、１
枚のレンズで、第１の光ディスクに対しても、第２の光
ディスクに対しても良好な集光スポットを得ることがで
き、その結果、良好な記録再生特性を得ることができ
る。

【００１９】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第２の構成においては、中間領域の非球面形状を、
光ディスク基板の厚みｔ４に対して球面収差が補正され
るように最適化するとき、ｔ４が下記式（９）の関係を
満足するのが好ましい。

【００２０】 １．４＜ｔ４＜２．０ （９） この好ましい例によれば、第２の光ディスクに対する収
差を良好に補正することができる。

【００２１】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第２の構成においては、内周領域と中間領域との境
界あるいは中間領域と外周領域との境界のいずれか一方
が段差なしに接続されているのが好ましい。この好まし
い例によれば、レンズの加工時に生じる無効部分を減ら
して光量を確保することができると共に、集光特性の劣
化を抑えることができる。

【００２２】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第２の構成においては、内周領域と中間領域の段差
あるいは中間領域と外周領域の段差が断面円弧状である
のが好ましい。

【００２３】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第２の構成においては、ガラス成形又は樹脂成形に
よって作製されているのが好ましい。

【００２４】また、本発明に係る光ディスク用対物レン
ズの第３の構成は、両面非球面の単レンズからなり、厚
みの異なる第１及び第２の光ディスク基板を通して点像
を集光する光ディスク用対物レンズであって、少なくと
も一方の非球面が、光軸を中心とする円形開口の内側の
内周領域と前記内周領域よりも外側で前記円形開口より
も外側の別の円形開口に囲まれた中間領域と前記中間領
域よりも外側の外周領域の３つの領域からなり、前記内
周領域と外周領域の非球面形状は、前記厚みの異なる第
１及び第２の光ディスク基板のうち厚みの小さい第１の
光ディスク基板に対して球面収差を補正し、前記中間領
域の非球面形状を、光ディスク基板の厚みｔ５に対して
球面収差が補正されるように最適化するとき、ｔ５が下
記式（１０）の関係を満足し、前記外周領域は前記内周
領域に対して光軸方向に波長の整数倍の光路長に相当す
る段差をもって形成されており、下記式（１１）〜（１
３）の関係を満足することを特徴とする。

【００２５】 １．０＜ｔ５＜１．４ （１０） ｔ１＜ｔ２ （１１） ０．３５＜ＮＡ２＜０．４３ （１２） ０．０３＜ＮＡ３−ＮＡ２＜０．１ （１３） 但し、 ｔ１ ：第１の光ディスク基板の厚み ｔ２ ：第２の光ディスク基板の厚み ＮＡ２：内周領域と中間領域との境界における対物レン
ズのＮＡ ＮＡ３：中間領域と外周領域との境界における対物レン
ズのＮＡ この光ディスク用対物レンズの第３の構成によれば、１
枚のレンズで、第１の光ディスクに対しても、第２の光
ディスクに対しても良好な集光スポットを得ることがで
き、その結果、良好な記録再生特性を得ることができ
る。

【００２６】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第３の構成においては、第２の光ディスク基板を通
して集光するときの内周領域と中間領域のそれぞれの波
面収差が最小になる焦点位置が等しいのが好ましい。こ
の好ましい例によれば、情報媒体面で反射した光が受光
素子に入射したとき、内周領域と中間領域で同じ位置に
戻ってくるので、正確な信号光を得ることができる。

【００２７】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第３の構成においては、第２の光ディスク基板を通
して集光するときの内周領域と中間領域の範囲における
波面収差の３次の球面収差成分Ｓ３が略０であるのが好
ましい。この好ましい例によれば、第２の光ディスクを
良好に記録再生することができる。

【００２８】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第３の構成においては、内周領域と中間領域との境
界が段差なしに接続されているのが好ましい。

【００２９】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第３の構成においては、中間領域と外周領域との境
界が前記中間領域と前記外周領域の形状の交点に設定さ
れているのが好ましい。また、前記本発明の光ディスク
用対物レンズの第３の構成においては、内周領域と中間
領域との境界及び中間領域と外周領域との境界のいずれ
も段差なしに接続されているのが好ましい。このように
中間領域と外周領域との境界が中間領域と外周領域の形
状の交点に設定され、内周領域と中間領域との境界及び
中間領域と外周領域との境界のいずれも段差なしに接続
されているという好ましい例によれば、非球面形状から
段差をなくして、加工を容易にすることができると共
に、面形状から無効部分をなくして、光量の損失を抑制
すことができる。

【００３０】また、前記本発明の光ディスク用対物レン
ズの第３の構成においては、ガラス成形又は樹脂成形に
よって作製されているのが好ましい。

【００３１】以上のように、本発明の光ディスク用対物
レンズは、単レンズの収差補正を、２つの光ディスクの
基板厚みに対してそれぞれ必要な集光性能が得られるよ
うに設計したものである。光ディスクの基板厚みが小さ
く、ＮＡが高い方のレンズの収差において、トータルの
収差は基板厚みの大きい光ディスクでの収差を考慮する
必要があるために従来よりも大きい値となるが、外周領
域と内周領域で設計形状を変えると共に、外周領域と内
周領域との境界に光軸方向の段差を持たせることによ
り、高密度に記録された光ディスク側でのスポットの形
状を良好に保つことができる。また、光ディスクの基板
厚みが大きく、記録密度及びＮＡが低い方のレンズの収
差においては、必要な開口内の収差を十分小さく抑える
と共に、必要な開口の外側での収差を急激に悪化させる
ことにより、絞りを設けたのと同様の効果を持たせるこ
とができる。その結果、安定した性能で情報を記録し、
又は情報を再生することができる。

【００３２】また、本発明に係る光ヘッド装置の構成
は、２つの光源と、前記２つの光源から出射した光線を
それぞれの光源に対応した厚みの第１及び第２の光ディ
スク基板を通して情報媒体面上に集光する集光手段と、
前記情報媒体で変調された光束を分離するための光束分
離手段と、前記情報媒体で変調された光を受光する受光
手段とを備えた光ヘッド装置であって、前記集光手段が
前記本発明の光ディスク用対物レンズであることを特徴
とする。

【００３３】また、本発明に係る光学情報記録再生装置
の構成は、光ヘッド装置を用いて、厚さの異なる第１及
び第２の光ディスク基板の情報媒体面上に情報を記録
し、あるいは前記情報媒体面上に記録された情報を再生
する光学情報記録再生装置であって、前記光ヘッド装置
として前記本発明の光ヘッド装置を用いることを特徴と
する。

【００３４】この光ヘッド装置及び光学情報記録再生装
置の構成によれば、異なる基板厚さの２種類の光ディス
クに対し、１つの対物レンズで記録再生を行うことがで
きるので、安価な光ヘッド装置及び光学情報記録再生装
置を実現することができる。また、いずれの光ディスク
に対してもそれぞれの光ディスクの状態に適した収差内
容を対物レンズの開口に応じて持たせることにより、１
つの対物レンズで、異なる２種類の光ディスクに対し、
良好な記録、再生、消去性能を得ることができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。

【００３６】〈第１の実施の形態〉図１は本発明の第１
の実施の形態における光ディスク用対物レンズを用いて
光ディスクに集光したときの光路図を示している。

【００３７】図１に示すように、本実施の形態の対物レ
ンズ２は、両面非球面の単レンズからなり、光源側の面
３は回転対称非球面である。また、対物レンズ２の光デ
ィスク６側の面は、内周領域４と外周領域５とに分けら
れている。そして、入射光線１は対物レンズ２に入射し
た後、対物レンズ２によって光ディスク６の情報媒体面
６ａに集光される。

【００３８】再生あるいは記録すべき光ディスク６とし
ては、基材の厚みが０．６ｍｍの第１の光ディスクと、
基材の厚みが１．２ｍｍの第２の光ディスクとが用意さ
れている。

【００３９】第１の光ディスク基板を通して集光すると
きの波面収差（単位はｍλ：ｒｍｓ）をＴＷとしたと
き、ＴＷは下記式（２）の関係を満足するのが望まし
い。

【００４０】 ０．０５＜ＴＷ＜０．１２ （２） ＴＷが０．０５以下の場合には、第２の光ディスクを再
生するときの所望の開口内での収差が悪くなりすぎるた
めに、満足な集光特性が得られなくなる。一方、ＴＷが
０．１２以上の場合には、第１の光ディスクでの収差が
悪くなりすぎて、同様に満足な集光特性が得られなくな
る。

【００４１】また、内周領域４の開口における対物レン
ズ６のＮＡをＮＡ１としたとき、ＮＡ１は下記式（３）
の関係を満足するのが望ましい。

【００４２】 ０．３８＜ＮＡ１＜０．４６ （３） ＮＡ１が０．３８以下の場合には、第２の光ディスクを
再生するときの開口が小さくなりすぎて、スポット径が
大きくなりすぎてしまう。一方、ＮＡ１が０．４６以上
の場合には、第１の光ディスクでの収差が上記式（２）
の上限を越えないと、第２の光ディスクでの収差を満足
することができず、その結果、第１の光ディスクでの収
差が悪化してしまう。

【００４３】また、第１の光ディスクを再生するときの
光源の波長における対物レンズ２の屈折率をｎ、内周領
域４と外周領域５の光軸方向の段差をｐ、第１の光ディ
スクを再生するときの光源の波長をλとしたとき、ｐ
（ｎ−１）／λは下記式（４）の関係を満足するのが望
ましい。

【００４４】 ０．１＜ｐ（ｎ−１）／λ＜０．６ （４） ｐ（ｎ−１）／λが０．１以下の場合あるいは０．６以
上の場合には、第１の光ディスクを再生するときの集光
特性、特に、エアリーリングのピーク強度が高くなりす
ぎて、光ディスク６の再生特性が劣化してしまう。

【００４５】また、第１の光ディスク基板を通して集光
するときの波面収差の５次の球面収差成分をＳ５（単位
はλ：ｒｍｓ）としたとき、Ｓ５は下記式（５）の関係
を満足するのが望ましい。

【００４６】 −０．０３＜Ｓ５＜０．０３ （５） Ｓ５が−０．０３以下の場合あるいは０．０３以上の場
合には、上記式（４）の場合と同様に、第１の光ディス
クを再生するときの集光特性、特に、エアリーリングの
ピーク強度が高くなりすぎて、光ディスク６の再生特性
が劣化してしまう。

【００４７】また、内周領域４の非球面形状を、光ディ
スク６の厚みｔ３に対して球面収差が補正されるように
最適化するとき、ｔ３は下記式（６）の関係を満足する
のが望ましい。

【００４８】 ０．８＜ｔ３＜１．２ （６） ｔ３が０．８以下の場合には、第２の光ディスクに対す
る収差補正が不足してしまう。一方、ｔ３が１．２以上
の場合には、第１の光ディスクに対する収差が悪化して
しまう。

【００４９】図２は本発明の第１の実施の形態における
対物レンズの光ディスク側の面の形状を示す構成図であ
る。図２に示すように、対物レンズ２の光ディスク６側
の面には、内周領域４と外周領域５との境界に光軸にほ
ぼ平行な（光軸方向の）段差７が設けられている。図２
においては、分かり易くするために、段差７が実際より
も強調して描かれているが、実際の段差７は０．３μｍ
前後である。このような形状は理想的であるが、例え
ば、対物レンズ２をガラス成形で作製する場合、その型
は超硬のような非常に硬い物であり、砥石による研削加
工が必要となる。従って、内周領域４と外周領域５との
境界における段差７は、例えば、円弧形状のような形状
８になってしまう。しかし、実際の形状８と理想的な形
状５とが異なる領域は、例えば、砥石の半径が２ｍｍの
場合、半径方向でせいぜい３５μｍ程度であり、レンズ
の全有効径（約４ｍｍ）に対して十分に小さく、レンズ
性能にはほとんど影響を与えない。

【００５０】次に、本実施の形態における光ディスク用
対物レンズ２の具体的な数値例を示す。尚、以下の各実
施例において、以下に示す符号は共通とする。但し、対
物レンズ２の第１面は光源側の面、第２面は光ディスク
６側の面とする。また、光ディスク６は平行平板とす
る。さらに、第１の光ディスクに集光する第１の光源の
波長を６５５ｎｍ、第２の光ディスクに集光する第２の
光源の波長を８００ｎｍとした。また、第１の光ディス
クの第１の光源における屈折率を１．５７８３５３、第
２の光ディスクの第２の光源における屈折率を１．５７
１５３とした。

【００５１】 ｆ１：第１の光源における対物レンズの焦点距離 ＷＤ１：第１の光ディスクに対する対物レンズの作動距
離 ｎ１：第１の光源における対物レンズの屈折率 ｄ：対物レンズのレンズ厚み ｔ１：第１の光ディスク基板の厚み ｔ２：第２の光ディスク基板の厚み ｔ３：内周領域の非球面形状を球面収差が０となるよう
に最適化するときの光ディスク基板の厚み ＮＡ：対物レンズのＮＡ ＮＡ１：内周領域の開口における対物レンズのＮＡ ｆ２：第２の光源における対物レンズの焦点距離 ＷＤ２：第２の光ディスクに対する対物レンズの作動距
離 ｎ２：第２の光源における対物レンズの屈折率 ＴＷ：第１の光源によって第１の光ディスクに集光した
場合の波面収差（単位はλ（波長）：ｒｍｓ） ｐ：内周領域と外周領域の光軸方向の段差 Ｓ３：第１の光源によって第１の光ディスクに集光した
場合の波面収差の３次の球面収差成分（単位はλ（波
長）：ｒｍｓ） Ｓ５：第１の光源によって第１の光ディスクに集光した
場合の波面収差の５次の球面収差成分（単位はλ（波
長）：ｒｍｓ） また、非球面形状は、下記（数１）によって与えられ
る。

【００５２】

【数１】

【００５３】但し、上記（数１）における各符号の意味
は以下の通りである。

【００５４】 ｈ：光軸からの高さ Ｘ：光軸からの高さがｈの非球面上の点の非球面頂点の
接平面からの距離 Ｃ_j：対物レンズの第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃ_j＝１
／Ｒ_j） Ｋ_j：対物レンズの第ｊ面の円錐定数 Ａ_j,n：対物レンズの第ｊ面のｎ次の非球面係数 但し、 ｊ＝１、２ （実施例１）以下に、実施例１の具体的数値を示す。

【００５５】ｆ１＝３．３１４２ ＷＤ１＝１．８９１ ｎ１＝１．６０２８９２ ｄ＝１．８ ｔ１＝０．６ ｔ２＝１．２ ｔ３＝１．１ ＮＡ＝０．６ ＮＡ１＝０．４２ ｆ２＝３．３３８４ ＷＤ２＝１．５２１ ｎ２＝１．５９８４２ 第１面のレンズ形状パラメータは以下の通りである。

【００５６】Ｒ₁＝２．１７００ Ｋ₁＝−６．７２９９３×１０^-1 Ａ_1,4＝２．０８５３０×１０^-3 Ａ_1,6＝７．９９２６２×１０^-5 Ａ_1,8＝−７．７９７４１×１０^-7 Ａ_1,10＝−７．００３４１×１０^-6 第２面の内周領域におけるレンズ形状パラメータは以下
の通りである。

【００５７】Ｒ₂＝−１７．３５３７ Ｋ₂＝−３．６１２７７×１０ Ａ_2,4＝４．０６６０５×１０^-3 Ａ_2,6＝−１．０６７９４×１０^-3 Ａ_2,8＝９．７５６８８×１０^-5 Ａ_2,10＝−２．０１５６８×１０^-6 第２面の外周領域におけるレンズ形状パラメータは以下
の通りである。

【００５８】Ｒ₂＝−１６．４６００１ Ｋ₂＝−７．９０８０７×１０ Ａ_2,4＝４．５７２０７×１０^-3 Ａ_2,6＝−１．３５９８７×１０^-3 Ａ_2,8＝１．７２６４７×１０^-4 Ａ_2,10＝−８．８０５７３×１０^-6 その他のレンズパラメータは以下の通りである。

【００５９】ＴＷ＝０．１１２ ｐ＝０．０００５９２７４ ｐ（ｎ１−１）／λ＝０．５４５ Ｓ３＝０．０１２５ Ｓ５＝０．０２３１ 図３に、本実施例の収差図を示す。図３（ａ）には第１
の光源と第１の光ディスクに対する光路長収差を示して
おり、図３（ｂ）には第２の光源と第２の光ディスクに
対する光路長収差を示している。また、図４に、第１の
光ディスクに集光されたスポットの断面強度分布を示
す。他のスポットの断面強度分布の計算においても同様
に、入射光線の光量分布は一様であるとした。尚、図４
中の破線は波面収差が０の波面における理想的な点像強
度分布を示している。また、計算された点像の最大ピー
クを１に正規化して示している。図４においては、特に
光ディスクの性能に大きな影響を及ぼすエアリーリング
付近の点像強度分布を拡大して示している。以上のこと
は、以下の実施例２〜６についても同様である。

【００６０】第１の光ディスク基板の厚みは０．６ｍｍ
であり、第１の光ディスクは、ＮＡ０．６の対物レンズ
２を用いて再生するのが望ましい。図３（ａ）から分か
るように、第１の光源と第１の光ディスクに対する光路
長収差は±０．２５λ程度であり、波面収差は０．１１
２λ：ｒｍｓにも達している。しかし、図４に示したス
ポットの断面強度分布から明らかなように、収差のない
理想的なスポットの形状とほとんど差がなく、光ディス
ク６の性能上問題なく再生あるいは記録が可能となる。

【００６１】また、第２の光ディスクは、ＮＡが０．４
５前後の対物レンズ２を用いて再生するのが望ましい
が、図３（ｂ）に示すように、第２の光源と第２の光デ
ィスクに対する光路長収差は、ＮＡ０．４２以内では非
常に小さく、それ以上のＮＡでは急激に大きくなってい
くことが分かる。光路長収差が非常に大きい場合には、
光ディスク６の情報媒体面上で反射した光線が受光素子
上に戻ってこないため、結果として対物レンズ２に開口
を設けたことと同じになり、厚みが１．２ｍｍの光ディ
スク６に対しても、対物レンズ２に新たに開口を設けこ
となく良好に再生あるいは記録を行うことが可能とな
る。

【００６２】（実施例２）以下に、実施例２の具体的数
値を示す。

【００６３】ｆ１＝３．３１４２ ＷＤ１＝１．８９０ ｎ１＝１．６０２８９２ ｄ＝１．８ ｔ１＝０．６ ｔ２＝１．２ ｔ３＝１．０ ＮＡ＝０．６ ＮＡ１＝０．４２ ｆ２＝３．３３８４ ＷＤ２＝１．５４０ ｎ２＝１．５９８４２ 第１面のレンズ形状パラメータ、並びに第２面の内周領
域及び外周領域におけるレンズ形状パラメータは、上記
実施例１と同じである。

【００６４】その他のレンズパラメータは以下の通りで
ある。

【００６５】ＴＷ＝０．０７４３ ｐ＝０．０００３０２６６ ｐ（ｎ１−１）／λ＝０．２７９ Ｓ３＝０．００２５ Ｓ５＝−０．０１１ 図５に、本実施例の収差図を示す。図５（ａ）には第１
の光源と第１の光ディスクに対する光路長収差を示して
おり、図５（ｂ）には第２の光源と第２の光ディスクに
対する光路長収差を示している。また、図６に、第１の
光ディスクに集光されたスポットの断面強度分布を示
す。

【００６６】第１の光ディスク基板の厚みは０．６ｍｍ
であり、第１の光ディスクは、ＮＡ０．６の対物レンズ
２を用いて再生するのが望ましい。図５（ａ）から分か
るように、第１の光源と第１の光ディスクに対する光路
長収差は最大で約−０．４λ程度であり、波面収差は
０．０７４λ：ｒｍｓである。しかし、図６に示したス
ポットの断面強度分布から明らかなように、収差のない
理想的なスポットの形状とほとんど差がなく、光ディス
ク６の性能上問題なく再生あるいは記録が可能となる。

【００６７】また、第２の光ディスクは、ＮＡが０．４
５前後の対物レンズ２を用いて再生するのが望ましい
が、図５（ｂ）に示すように、第２の光源と第２の光デ
ィスクに対する光路長収差は、ＮＡ０．４２以内では非
常に小さく、それ以上のＮＡでは急激に大きくなってい
くことが分かる。従って、上記実施例１と同様に、対物
レンズ２に開口を設けたことと同じになり、厚みが１．
２ｍｍの光ディスク６に対しても、対物レンズ２に新た
に開口を設けことなく良好に再生あるいは記録を行うこ
とが可能となる。

【００６８】（実施例３）以下に、実施例３の具体的数
値を示す。

【００６９】ｆ１＝３．３１２８ ＷＤ１＝１．８９０ ｎ１＝１．６０２８９２ ｄ＝１．８ ｔ１＝０．６ ｔ２＝１．２ ｔ３＝１．０ ＮＡ＝０．６ ＮＡ１＝０．４４ ｆ２＝３．３３７０ ＷＤ２＝１．５４１ ｎ２＝１．５９８４２ 第１面のレンズ形状パラメータは以下の通りである。

【００７０】Ｒ₁＝２．１７００ Ｋ₁＝−６．７２９９３×１０^-1 Ａ_1,4＝２．０８５３０×１０^-3 Ａ_1,6＝７．９９２６２×１０^-5 Ａ_1,8＝−７．７９７４１×１０^-7 Ａ_1,10＝−７．００３４１×１０^-6 第２面の内周領域におけるレンズ形状パラメータは以下
の通りである。

【００７１】Ｒ₂＝−１７．２６２６６ Ｋ₂＝−４．５５６８９×１０ Ａ_2,4＝４．１３４８６×１０^-3 Ａ_2,6＝−１．１１９４９×１０^-3 Ａ_2,8＝１．０４４２３×１０^-4 Ａ_2,10＝−５．６１５０８×１０^-7 第２面の外周領域におけるレンズ形状パラメータは以下
の通りである。

【００７２】Ｒ₂＝−１６．４６００１ Ｋ₂＝−７．９０８０７×１０ Ａ_2,4＝４．５７２０７×１０^-3 Ａ_2,6＝−１．３５９８７×１０^-3 Ａ_2,8＝１．７２６４７×１０^-4 Ａ_2,10＝−８．８０５７３×１０^-6 その他のレンズパラメータは以下の通りである。

【００７３】ＴＷ＝０．０７２ ｐ＝０．０００１５１３５ ｐ（ｎ１−１）／λ＝０．１３９ Ｓ３＝０．００３１ Ｓ５＝−０．０２８ 図７に、本実施例の収差図を示す。図７（ａ）には第１
の光源と第１の光ディスクに対する光路長収差を示して
おり、図７（ｂ）には第２の光源と第２の光ディスクに
対する光路長収差を示している。また、図８に、第１の
光ディスクに集光されたスポットの断面強度分布を示
す。

【００７４】第１の光ディスク基板の厚みは０．６ｍｍ
であり、第１の光ディスクは、ＮＡ０．６の対物レンズ
２を用いて再生するのが望ましい。図７（ａ）から分か
るように、第１の光源と第１の光ディスクに対する光路
長収差は最大で約−０．５λ程度であり、波面収差は
０．０７２λ：ｒｍｓである。しかし、図８に示したス
ポットの断面強度分布から明らかなように、収差のない
理想的なスポットの形状とほとんど差がなく、光ディス
ク６の性能上問題なく再生あるいは記録が可能となる。

【００７５】また、第２の光ディスクは、ＮＡが０．４
５前後の対物レンズ２を用いて再生するのが望ましい
が、図７（ｂ）に示すように、第２の光源と第２の光デ
ィスクに対する光路長収差は、ＮＡ０．４４以内では非
常に小さく、それ以上のＮＡでは急激に大きくなってい
くことが分かる。従って、上記実施例１と同様に、対物
レンズ２に開口を設けたことと同じになり、厚みが１．
２ｍｍの光ディスク６に対しても、対物レンズ２に新た
に開口を設けことなく良好に再生あるいは記録を行うこ
とが可能となる。

【００７６】（実施例４）以下に、実施例４の具体的数
値を示す。

【００７７】ｆ１＝３．３１０６ ＷＤ１＝１．８８９ ｎ１＝１．６０２７７３ ｄ＝１．８０５ ｔ１＝０．６ ｔ２＝１．２ ｔ３＝０．９ ＮＡ＝０．６ ＮＡ１＝０．４４ ｆ２＝３．３３４１ ＷＤ２＝１．５３８ ｎ２＝１．５９８４２ 第１面のレンズ形状パラメータは以下の通りである。

【００７８】Ｒ₁＝２．１７００ Ｋ₁＝−６．７２９９３×１０^-1 Ａ_1,4＝２．０８５３０×１０^-3 Ａ_1,6＝７．９９２６２×１０^-5 Ａ_1,8＝−７．７９７４１×１０^-7 Ａ_1,10＝−７．００３４１×１０^-6 第２面の内周領域におけるレンズ形状パラメータは以下
の通りである。

【００７９】Ｒ₂＝−１７．０５７４ Ｋ₂＝−５．３３８３８×１０ Ａ_2,4＝４．２５４８５×１０^-3 Ａ_2,6＝−１．１８５１４×１０^-3 Ａ_2,8＝１．２２９９７×１０^-4 Ａ_2,10＝−３．４６２０１×１０^-6 第２面の外周領域におけるレンズ形状パラメータは以下
の通りである。

【００８０】Ｒ₂＝−１６．４６５７５ Ｋ₂＝０．０ Ａ_2,4＝６．７２７２７×１０^-3 Ａ_2,6＝−１．６１１２２×１０^-3 Ａ_2,8＝１．９６５６０×１０^-4 Ａ_2,10＝−９．９０９７０×１０^-6 その他のレンズパラメータは以下の通りである。

【００８１】ＴＷ＝０．０５８９ ｐ＝０．０００３０２６６ ｐ（ｎ１−１）／λ＝０．２７４ Ｓ３＝０．００１８ Ｓ５＝−０．００３ 図９に、本実施例の収差図を示す。図９（ａ）には第１
の光源と第１の光ディスクに対する光路長収差を示して
おり、図９（ｂ）には第２の光源と第２の光ディスクに
対する光路長収差を示している。また、図１０に、第１
の光ディスクに集光されたスポットの断面強度分布を示
す。

【００８２】第１の光ディスク基板の厚みは０．６ｍｍ
であり、第１の光ディスクは、ＮＡ０．６の対物レンズ
２を用いて再生するのが望ましい。図９（ａ）から分か
るように、第１の光源と第１の光ディスクに対する光路
長収差は最大で約−０．３λ程度であり、波面収差は
０．０５９λ：ｒｍｓである。しかし、図１０に示した
スポットの断面強度分布から明らかなように、収差のな
い理想的なスポットの形状とほとんど差がなく、特に、
エアリーリングのピーク強度は理想的な点像強度分布よ
りもさらに低く、光ディスク６の性能上問題なく再生あ
るいは記録が可能となる。

【００８３】また、第２の光ディスクは、ＮＡが０．４
５前後の対物レンズ２を用いて再生するのが望ましい
が、図９（ｂ）に示すように、第２の光源と第２の光デ
ィスクに対する光路長収差は、ＮＡ０．４４以内では非
常に小さく、それ以上のＮＡでは急激に大きくなってい
くことが分かる。従って、上記実施例１と同様に、対物
レンズ２に開口を設けたことと同じになり、厚みが１．
２ｍｍの光ディスク６に対しても、対物レンズ２に新た
に開口を設けことなく良好に再生あるいは記録を行うこ
とが可能となる。

【００８４】〈第２の実施の形態〉図１１は本発明の第
２の実施の形態における光ディスク用対物レンズを用い
て光ディスクに集光したときの光路図を示している。

【００８５】図１１に示すように、本実施の形態の対物
レンズ２は、両面非球面の単レンズからなり、光源側の
面３は回転対称非球面である。また、対物レンズ２の光
ディスク６側の面は、内周領域９と中間領域１０と外周
領域１１とに分けられている。そして、入射光線１は対
物レンズ２に入射した後、対物レンズ２によって光ディ
スク６の情報媒体面６ａに集光される。

【００８６】ここで、内周領域９と中間領域１０との境
界における対物レンズ２のＮＡをＮＡ２、中間領域１０
と外周領域１１との境界における対物レンズ２のＮＡを
ＮＡ３としたとき、ＮＡ２、ＮＡ３は下記式（７）、
（８）の関係を満足するのが望ましい。

【００８７】 ０．３５＜ＮＡ２＜０．４３ （７） ０．０３＜ＮＡ３−ＮＡ２＜０．１ （８） ＮＡ２が０．３５以下の場合あるいは０．４３以上の場
合には、第２の光ディスクに対して望ましいスポット径
が得られない。また、ＮＡ３−ＮＡ２が０．０３以下の
場合には、中間領域１０の幅が狭くなりすぎて、第２の
光ディスクに対する収差の補正が困難となる。一方、Ｎ
Ａ３−ＮＡ２が０．１以上の場合には、逆に中間領域１
０の幅が広くなりすぎて、第１の光ディスクに対する収
差が劣化してしまう。

【００８８】また、中間領域１０の非球面形状を、光デ
ィスク６の厚みｔ４に対して球面収差が補正されるよう
に最適化するとき、ｔ４は下記式（９）の関係を満足す
るのが望ましい。

【００８９】 １．４＜ｔ４＜２．０ （９） ｔ４が１．４以下の場合あるいは２．０以上の場合に
は、第２の光ディスクに対する収差が悪化してしまう。

【００９０】図１２は本発明の第２の実施の形態におけ
る対物レンズの光ディスク側の面の形状を示す構成図で
ある。図１２に示すように、対物レンズ２の光ディスク
６側の面には、内周領域９と中間領域１０との境界に光
軸にほぼ平行な段差１２が設けられている。図１２にお
いては、分かり易くするために、段差１２が実際よりも
強調して描かれているが、実際の段差１２は０．３μｍ
前後である。このような形状は理想的であるが、実際の
加工において砥石による研削加工を行うと、内周領域９
と中間領域１０との境界における段差１２は、例えば、
円弧形状のような形状１３になってしまう。しかし、実
際の形状１３と理想的な形状１０とが異なる領域は、例
えば、砥石の半径が２ｍｍの場合、半径方向でせいぜい
３５μｍ程度であり、レンズの全有効径（約４ｍｍ）に
対して十分に小さく、レンズ性能にはほとんど影響を与
えない。一方、中間領域１０と外周領域１１との境界に
おいては段差が生じないように、中間領域１０の形状が
決定されている。

【００９１】次に、本実施の形態における光ディスク用
対物レンズ２の具体的な数値例を示す。尚、上記第１の
実施の形態において示した共通の符号以外に下記の符号
を追加する。

【００９２】ＮＡ２：内周領域と中間領域との境界にお
ける対物レンズのＮＡ ＮＡ３：中間領域と外周領域との境界における対物レン
ズのＮＡ ｔ４：中間領域の非球面形状を球面収差が０となるよう
に最適化するときの光ディスク基板の厚み （実施例５）以下に、実施例５の具体的数値を示す。

【００９３】ｆ１＝３．３００ ＷＤ１＝１．８９０ ｎ１＝１．６０２９７２ ｄ＝１．８ ｔ１＝０．６ ｔ２＝１．２ ｔ４＝１．８ ＮＡ２＝０．３９ ＮＡ３＝０．４４ ｆ２＝３．３２４１ ＷＤ２＝１．５３８ ｎ２＝１．５９８４２ 第１面のレンズ形状パラメータは以下の通りである。

【００９４】Ｒ₁＝２．１７００ Ｋ₁＝−６．７２９９３×１０^-1 Ａ_1,4＝２．０８５３０×１０^-3 Ａ_1,6＝７．９９２６２×１０^-5 Ａ_1,8＝−７．７９７４１×１０^-7 Ａ_1,10＝−７．００３４１×１０^-6 第２面の内周領域及び外周領域におけるレンズ形状パラ
メータは以下の通りである。

【００９５】Ｒ₂＝−１６．４６００１ Ｋ₂＝−７．９０８０７×１０ Ａ_2,4＝４．５７２０７×１０^-3 Ａ_2,6＝−１．３５９８７×１０^-3 Ａ_2,8＝１．７２６４７×１０^-4 Ａ_2,10＝−８．８０５７３×１０^-6 第２面の中間領域におけるレンズ形状パラメータは以下
の通りである。

【００９６】Ｒ₂＝−１８．９３１８ Ｋ₂＝１．６５８０３×１０ Ａ_2,4＝２．８１９７３×１０^-3 Ａ_2,6＝−４．８３２４１×１０^-4 Ａ_2,8＝−３．２３３７４×１０^-5 Ａ_2,10＝１．７５２５１×１０^-5 図１３に、本実施例の収差図を示す。図１３（ａ）には
第１の光源と第１の光ディスクに対する光路長収差を示
しており、図１３（ｂ）には第２の光源と第２の光ディ
スクに対する光路長収差を示している。また、図１４
に、第１の光ディスクに集光されたスポットの断面強度
分布を示す。

【００９７】第１の光ディスク基板の厚みは０．６ｍｍ
であり、第１の光ディスクは、ＮＡ０．６の対物レンズ
２を用いて再生するのが望ましい。図１３（ａ）から分
かるように、第１の光源と第１の光ディスクに対する光
路長収差はＮＡ０．４付近で−０．５λ程度となる。し
かし、図１４に示したスポットの断面強度分布から明ら
かなように、収差のない理想的なスポットの形状とほと
んど差がなく、光ディスク６の性能上問題なく再生ある
いは記録が可能となる。

【００９８】また、第２の光ディスクは、ＮＡが０．４
５前後の対物レンズ２を用いて再生するのが望ましい
が、図１３（ｂ）に示すように、第２の光源と第２の光
ディスクに対する光路長収差は、ＮＡ０．４４以内では
小さく、それ以上のＮＡでは急激に大きくなっていくこ
とが分かる。光路長収差が非常に大きい場合には、光デ
ィスク６の情報媒体面上で反射した光線が受光素子上に
戻ってこないため、結果として対物レンズ２に開口を設
けたことと同じになり、厚みが１．２ｍｍの光ディスク
６に対しても、対物レンズ２に新たに開口を設けことな
く良好に再生あるいは記録を行うことが可能となる。

【００９９】〈第３の実施の形態〉図１５は本発明の第
３の実施の形態における光ディスク用対物レンズを用い
て光ディスクに集光したときの光路図を示している。

【０１００】図１５に示すように、本実施の形態の対物
レンズ２は、両面非球面の単レンズからなり、光源側の
面３は回転対称非球面である。また、対物レンズ２の光
ディスク６側の面は、内周領域１４と中間領域１５と外
周領域１６とに分けられている。そして、入射光線１は
対物レンズ２に入射した後、対物レンズ２によって光デ
ィスク６の情報媒体面６ａに集光される。

【０１０１】ここで、中間領域１５の非球面形状を、光
ディスク６の基板厚みｔ５に対して球面収差が補正され
るように最適化するとき、ｔ５は下記式（１０）の関係
を満足するのが望ましい。

【０１０２】 １．０＜ｔ５＜１．４ （１０） ｔ５が１．０以下の場合あるいは１．４以上の場合に
は、第２の光ディスクに対する内周領域１４と外周領域
１６との境界よりも内側での開口における球面収差が劣
化する。

【０１０３】また、内周領域１４と中間領域１５との境
界における対物レンズ２のＮＡをＮＡ２、中間領域１５
と外周領域１６との境界における対物レンズ２のＮＡを
ＮＡ３としたとき、ＮＡ２、ＮＡ３は下記式（１２）、
（１３）の関係を満足するのが望ましい。

【０１０４】 ０．３５＜ＮＡ２＜０．４３ （１２） ０．０３＜ＮＡ３−ＮＡ２＜０．１ （１３） ＮＡ２が０．３５以下の場合あるいは０．４３以上の場
合には、第２の光ディスクに対して望ましいスポット径
が得られない。また、ＮＡ３−ＮＡ２が０．０３以下の
場合には、中間領域１５の幅が狭くなりすぎて、第２の
光ディスクに対する収差の補正が困難となる。一方、Ｎ
Ａ３−ＮＡ２が０．１以上の場合には、逆に中間領域１
５の幅が広くなりすぎて、第１の光ディスクに対する収
差が劣化してしまう。

【０１０５】図１６は本発明の第３の実施の形態におけ
る対物レンズの光ディスク側の面の形状を示す構成図で
ある。図１６に示すように、対物レンズ２の光ディスク
６側の面において、内周領域１４と中間領域１５との境
界は段差なしに接続されている。また、外周領域１６の
形状は、内周領域１４と光路長が１波長分ずれた形状１
７に等しい。また、中間領域１５と外周領域１６との境
界にも段差が生じないように、中間領域１５と外周領域
１６との境界が定められている。

【０１０６】以上のように、本実施の形態の対物レンズ
２においては、内周、中間、外周の各領域間に段差を設
けない構成としたので、加工が容易となる。

【０１０７】（実施例６）以下に、実施例６の具体的数
値を示す。

【０１０８】ｆ１＝３．３００ ＷＤ１＝１．８９０ ｎ１＝１．６０２９７２ ｄ＝１．８ ｔ１＝０．６ ｔ２＝１．２ ｔ４＝１．２ ＮＡ２＝０．３９ ＮＡ３＝０．４６ ｆ２＝３．３２４１ ＷＤ２＝１．５３９ ｎ２＝１．５９８４２ 第１面のレンズ形状パラメータは以下の通りである。

【０１０９】Ｒ₁＝２．１７００ Ｋ₁＝−６．７２９９３×１０^-1 Ａ_1,4＝２．０８５３０×１０^-3 Ａ_1,6＝７．９９２６２×１０^-5 Ａ_1,8＝−７．７９７４１×１０^-7 Ａ_1,10＝−７．００３４１×１０^-6 第２面の内周領域及び外周領域におけるレンズ形状パラ
メータは以下の通りである。但し、外周領域の形状の光
軸との交点は内周領域のそれに対して０．００１０９だ
け第１面側へ平行移動している。

【０１１０】Ｒ₂＝−１６．４６００１ Ｋ₂＝−７．９０８０７×１０ Ａ_2,4＝４．５７２０７×１０^-3 Ａ_2,6＝−１．３５９８７×１０^-3 Ａ_2,8＝１．７２６４７×１０^-4 Ａ_2,10＝−８．８０５７３×１０^-6 第２面の中間領域におけるレンズ形状パラメータは以下
の通りである。但し、中間領域の形状の光軸との交点は
内周領域のそれに対して０．０００３４１９だけ第１面
側へ平行移動している。

【０１１１】Ｒ₂＝−１７．３８７０ Ｋ₂＝−２．７１７６０×１０ Ａ_2,4＝３．９８８１９×１０^-3 Ａ_2,6＝−９．９３３９０×１０^-4 Ａ_2,8＝６．６４０３２×１０^-5 Ａ_2,10＝６．１１７７２×１０^-6 図１７に、本実施例の収差図を示す。図１７（ａ）には
第１の光源と第１の光ディスクに対する光路長収差を示
しており、図１７（ｂ）には第２の光源と第２の光ディ
スクに対する光路長収差を示している。また、図１８
に、第１の光ディスクに集光されたスポットの断面強度
分布を示す。図１７（ａ）から分かるように、第１の光
源と第１の光ディスクに対する光路長収差はＮＡが０．
４６以上で１波長ずれているが、図１８に示したスポッ
トの断面強度分布から明らかなように、収差のない理想
的なスポットの形状とほとんど差がなく、光ディスク６
の性能上問題なく再生あるいは記録が可能となる。

【０１１２】また、第２の光ディスクは、ＮＡが０．４
５前後の対物レンズ２を用いて再生するのが望ましい
が、図１７（ｂ）に示すように、第２の光源と第２の光
ディスクに対する光路長収差は、ＮＡ０．４６以内では
小さく、それ以上のＮＡでは急激に大きくなっていくこ
とが分かる。光路長収差が非常に大きい場合には、光デ
ィスク６の情報媒体面上で反射した光線が受光素子上に
戻ってこないため、結果として対物レンズ２に開口を設
けたことと同じになり、厚みが１．２ｍｍの光ディスク
６に対しても、対物レンズ２に新たに開口を設けること
なく良好に再生あるいは記録を行うことが可能となる。

【０１１３】また、第２の光ディスクに集光した場合
に、内周領域１４と中間領域１５のそれぞれの波面収差
が最小となる焦点位置が等しくなるように、中間領域１
５の形状が設計されている。このため、光ディスク６の
情報媒体面で反射した光線が受光素子に入射したとき、
内周領域１４と中間領域１５で同じ位置に戻ってくるの
で、正確な信号光が得られる。

【０１１４】さらに、本実施例では、第２の光ディスク
に集光した場合の内周領域１４と中間領域１５の範囲に
おける波面収差の３次の球面収差成分が−０．００１９
λと非常に小さいため、第２の光ディスクを良好に再生
あるいは記録することができる。

【０１１５】尚、上記各実施例１〜６で示した対物レン
ズ２は、ガラス成形あるいは樹脂成形によって作製する
のが望ましい。非球面形状を型に加工しておくことによ
り、同一の形状及び性能を有するレンズを、安価に量産
することが可能となるからである。

【０１１６】〈第４の実施の形態〉次に、上記第１〜第
３の実施の形態における光ディスク用対物レンズ２を用
いた光ヘッド装置及び光学情報記録再生装置について、
図１９を用いて説明する。図１９は本発明の第４の実施
の形態における光ヘッド装置及び光学情報記録再生装置
を示す構成図である。

【０１１７】図１９に示すように、第１の光源である波
長６５５ｎｍの半導体レーザ１８から出射した光束１９
は、コリメートレンズ２０によって略平行光となる。コ
リメートレンズ２０によって略平行光となった光束１９
は、ビームスプリッター２１を透過し、上記第１〜第３
の実施の形態で示した対物レンズ２によって厚み０．６
ｍｍの第１の光ディスク２３の情報媒体面２３ａ上に集
光される。また、第２の光源である波長が８００ｎｍの
半導体レーザ２４から出射した光束２５は、コリメート
レンズ２６によって略平行光となる。コリメートレンズ
２６によって略平行光となった光束２５は、ビームスプ
リッター２１で反射し、同じ対物レンズ２によって厚み
１．２ｍｍの第２の光ディスク２７の情報媒体面２７ａ
上に集光される。ここで、対物レンズ２は、可動式のホ
ルダー２８に装着されており、光ディスクの面ぶれ等に
追随してその焦点を常に情報媒体面上に合わせると共
に、対物レンズ２の開口を制限する働きもする。集光ス
ポットは情報媒体面２３ａあるいは２７ａに形成された
凹凸によって回折される。情報媒体面２３ａあるいは２
７ａで回折し、反射されたレーザ光（光束１９あるいは
２５）は、ビームスプリッター２１で反射し、凸レンズ
２９及びシリンドリカルレンズ３０で屈折して受光素子
３１上に集光される。そして、受光素子３１の電気信号
により、情報媒体面２３ａあるいは２７ａで変調された
光量変化が検出され、データが読み取られる。

【０１１８】上記のように波長６５５ｎｍの第１の光源
を用いて基板厚み０．６ｍｍの第１の光ディスク２３に
集光した場合、対物レンズ２は波面収差の値そのものは
大きいものの、集光されたスポットは、特に第１の光デ
ィスク２３の記録再生に大きな影響を与えるエアリーリ
ングの強度が相対的に低いため、良好な記録再生特性を
得ることができる。

【０１１９】また、上記のように波長８００ｎｍの第２
の光源を用いて基板厚み１．２ｍｍの第２の光ディスク
２７に集光した場合には、レンズホルダー２８の開口は
ＮＡ０．６に相当したままであるが、対物レンズ２のＮ
Ａが０．４ないし０．４５以上では光路長収差が急激に
大きくなっており、対物レンズ２に開口を設けたことと
同じになる。また、受光側においても、ＮＡが０．４な
いし０．４５以上では、その大きな光路長収差のため
に、受光素子３１の外側に光線が来るので、結果として
対物レンズ２にマスクしたことと（開口を設けたこと
と）同じになる。もちろん、ＮＡが０．４ないし０．４
５以内では第２の光源に対して光路長収差が十分に補正
されているため、厚み１．２ｍｍの第２の光ディスク２
７に対して良好な記録再生特性を得ることができる。

【０１２０】以上のように、それぞれの光ディスクの状
態に適した収差内容を対物レンズ２に持たせることによ
り、異なる２種類の光ディスクに対して、１つのレンズ
で良好な記録再生を行うことができる。

【０１２１】尚、上記実施の形態においては、光源の波
長を６５５ｎｍと８００ｎｍに設定しているが、他の波
長、例えば、４００ｎｍと６５０ｎｍ等の組み合わせで
あってもよい。

【０１２２】また、上記実施の形態においては、２種類
の光ディスクの基板厚みを０．６ｍｍと１．２ｍｍに設
定しているが、他の厚み、例えば、０．３ｍｍと０．６
ｍｍ等の組み合わせであってもよい。

【０１２３】また、上記実施の形態においては、対物レ
ンズ２の屈折率をほぼ１．６近辺に設定しているが、使
用可能なガラス材料、樹脂材料の範囲で、例えば、１．
４５から２．０等の範囲のものを用いてもよい。

【０１２４】また、上記実施の形態においては、第１の
光ディスクに対するＮＡを０．６に設定しているが、こ
れよりも高い、あるいは低いＮＡであってもよい。

【０１２５】また、上記実施の形態においては、対物レ
ンズ２の光ディスク側の面（第２面）に段差等を形成し
ているが、対物レンズ２の光源側の面（第１面）に段差
等を形成してもよい。また、上記実施の形態で示したよ
うな機能を、従来の単レンズとは別の例えば平行平板等
の光学素子に付加するようにしてもよい。

【０１２６】また、上記実施の形態においては、対物レ
ンズ２に対して光ディスクの基板厚みによって開口制限
を変えなかったが、異なる基板厚みに応じて開口制限を
付加するようにしてもよい。

【０１２７】また、上記実施の形態においては、光ディ
スク用対物レンズ２に対して略平行光を入射させる場合
を例に挙げて説明したが、半導体レーザから出射された
光を直接１つのレンズで集光したり、又はコリメートレ
ンズによって略平行光とせずに発散光又は集束光とする
有限倍率のレンズを用いてもよい。

【０１２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１枚のレンズで構成され、基板厚みの異なる２種類の光
ディスクの何れに対してもその光ディスクに応じた良好
な集光特性を満足させることのできる光ディスク用対物
レンズ、並びにそれを用いた光ヘッド装置及び光学情報
記録再生装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における光ディスク
用対物レンズを用いて光ディスクに集光したときの光路
図

【図２】本発明の第１の実施の形態における光ディスク
用対物レンズの光ディスク側の面の形状を示す構成図

【図３】本発明の第１の実施の形態における光ディスク
用対物レンズの実施例１の収差図

【図４】本発明の第１の実施の形態における光ディスク
用対物レンズの実施例１の点像強度分布を示すグラフ

【図５】本発明の第１の実施の形態における光ディスク
用対物レンズの実施例２の収差図

【図６】本発明の第１の実施の形態における光ディスク
用対物レンズの実施例２の点像強度分布を示すグラフ

【図７】本発明の第１の実施の形態における光ディスク
用対物レンズの実施例３の収差図

【図８】本発明の第１の実施の形態における光ディスク
用対物レンズの実施例３の点像強度分布を示すグラフ

【図９】本発明の第１の実施の形態における光ディスク
用対物レンズの実施例４の収差図

【図１０】本発明の第１の実施の形態における光ディス
ク用対物レンズの実施例４の点像強度分布を示すグラフ

【図１１】本発明の第２の実施の形態における光ディス
ク用対物レンズを用いて光ディスクに集光したときの光
路図

【図１２】本発明の第２の実施の形態における光ディス
ク用対物レンズの光ディスク側の面の形状を示す構成図

【図１３】本発明の第２の実施の形態における光ディス
ク用対物レンズの実施例５の収差図

【図１４】本発明の第２の実施の形態における光ディス
ク用対物レンズの実施例５の点像強度分布を示すグラフ

【図１５】本発明の第３の実施の形態における光ディス
ク用対物レンズを用いて光ディスクに集光したときの光
路図

【図１６】本発明の第３の実施の形態における光ディス
ク用対物レンズの光ディスク側の面の形状を示す構成図

【図１７】本発明の第３の実施の形態における光ディス
ク用対物レンズの実施例６の収差図

【図１８】本発明の第３の実施の形態における光ディス
ク用対物レンズの実施例６の点像強度分布を示すグラフ

【図１９】本発明の第４の実施の形態における光ヘッド
装置及び光学情報記録再生装置を示す構成図

【図２０】従来の光ディスク用対物レンズを用いて光デ
ィスクに集光したときの光路図

【符号の説明】

１ 入射光線 ２ 対物レンズ ３ 対物レンズの光源側の面 ４ 対物レンズのディスク側の面の内周領域 ５ 対物レンズのディスク側の面の外周領域 ６ 光ディスク ６ａ 情報媒体面 ７ 段差 ９ 対物レンズのディスク側の面の内周領域 １０ 対物レンズのディスク側の面の中間領域 １１ 対物レンズのディスク側の面の外周領域 １４ 対物レンズのディスク側の面の内周領域 １５ 対物レンズのディスク側の面の中間領域 １６ 対物レンズのディスク側の面の外周領域 １８ 半導体レーザ １９ 光束 ２０ コリメートレンズ ２１ ビームスプリッター ２３ 第１の光ディスク ２３ａ 情報媒体面 ２４ 半導体レーザ ２５ 光束 ２６ コリメートレンズ ２７ 第２の光ディスク ２７ａ 情報媒体面 ２８ ホルダー ２９ 凸レンズ ３０ シリンドリカルレンズ ３１ 受光素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹埜 智彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2H087 KA13 LA01 PA01 PA17 PB01 QA02 QA07 QA14 QA34 RA03 RA05 RA12 RA13 RA42 RA47 UA01 5D119 AA41 BA01 DA01 DA05 EC01 EC45 EC47 FA05 JA44

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両面非球面の単レンズからなり、厚みの
   異なる第１及び第２の光ディスク基板を通して点像を集
   光する光ディスク用対物レンズであって、少なくとも一
   方の非球面が、光軸を中心とする円形開口の内側の内周
   領域と前記内周領域よりも外側の外周領域の２つの領域
   からなり、前記外周領域の非球面形状は、前記厚みの異
   なる第１及び第２の光ディスク基板のうち厚みの小さい
   第１の光ディスク基板に対して球面収差を補正し、前記
   内周領域の非球面形状は、厚みの大きい第２の光ディス
   ク基板に対して球面収差を補正し、前記外周領域と内周
   領域との境界は光軸方向に段差をもって接しており、下
   記式（１）〜（４）の関係を満足することを特徴とする
   光ディスク用対物レンズ。 ｔ１＜ｔ２ （１） ０．０５＜ＴＷ＜０．１２ （２） ０．３８＜ＮＡ１＜０．４６ （３） ０．１＜ｐ（ｎ−１）／λ＜０．６ （４） 但し、 ｔ１ ：第１の光ディスク基板の厚み ｔ２ ：第２の光ディスク基板の厚み ＮＡ１：内周領域の開口における対物レンズのＮＡ ＴＷ ：第１の光ディスク基板を通して集光するときの
   波面収差（単位はλ：ｒｍｓ） ｎ ：第１の光ディスクを再生するときの光源の波長
   における対物レンズの屈折率 ｐ ：内周領域と外周領域の光軸方向の段差 λ ：第１の光ディスクを再生するときの光源の波長
2. 【請求項２】 第１の光ディスク基板を通して集光する
   ときの波面収差の３次の球面収差成分Ｓ３が略０である
   請求項１に記載の光ディスク用対物レンズ。
3. 【請求項３】 第１の光ディスク基板を通して集光する
   ときの波面収差の５次の球面収差成分Ｓ５（単位はλ：
   ｒｍｓ）が下記式（５）の関係を満足する請求項１又は
   ２に記載の光ディスク用対物レンズ。 −０．０３＜Ｓ５＜０．０３ （５）
4. 【請求項４】 内周領域の非球面形状を、光ディスク基
   板の厚みｔ３に対して球面収差が補正されるように最適
   化するとき、ｔ３が下記式（６）の関係を満足する請求
   項１〜３のいずれかに記載の光ディスク用対物レンズ。 ０．８＜ｔ３＜１．２ （６）
5. 【請求項５】 内周領域と外周領域の段差が断面円弧状
   である請求項１〜４のいずれかに記載の光ディスク用対
   物レンズ。
6. 【請求項６】 ガラス成形又は樹脂成形によって作製さ
   れた請求項１〜５のいずれかに記載の光ディスク用対物
   レンズ。
7. 【請求項７】 両面非球面の単レンズからなり、厚みの
   異なる第１及び第２の光ディスク基板を通して点像を集
   光する光ディスク用対物レンズであって、少なくとも一
   方の非球面が、光軸を中心とする円形開口の内側の内周
   領域と前記内周領域よりも外側で前記円形開口よりも外
   側の別の円形開口に囲まれた中間領域と前記中間領域よ
   りも外側の外周領域の３つの領域からなり、前記内周領
   域と外周領域の非球面形状は、前記厚みの異なる第１及
   び第２の光ディスク基板のうち厚みの小さい第１の光デ
   ィスク基板に対して球面収差を補正し、前記中間領域の
   非球面形状は、前記厚みの異なる第１及び第２の光ディ
   スク基板のいずれよりも厚みの大きい光ディスク基板に
   対して球面収差を補正し、下記式（７）、（８）の関係
   を満足することを特徴とする光ディスク用対物レンズ。 ０．３５＜ＮＡ２＜０．４３ （７） ０．０３＜ＮＡ３−ＮＡ２＜０．１ （８） 但し、 ＮＡ２：内周領域と中間領域との境界における対物レン
   ズのＮＡ ＮＡ３：中間領域と外周領域との境界における対物レン
   ズのＮＡ
8. 【請求項８】 中間領域の非球面形状を、光ディスク基
   板の厚みｔ４に対して球面収差が補正されるように最適
   化するとき、ｔ４が下記式（９）の関係を満足する請求
   項７に記載の光ディスク用対物レンズ。 １．４＜ｔ４＜２．０ （９）
9. 【請求項９】 内周領域と中間領域との境界あるいは中
   間領域と外周領域との境界のいずれか一方が段差なしに
   接続された請求項７又は８に記載の光ディスク用対物レ
   ンズ。
10. 【請求項１０】 内周領域と中間領域の段差あるいは中
    間領域と外周領域の段差が断面円弧状である請求項７又
    は８に記載の光ディスク用対物レンズ。
11. 【請求項１１】 ガラス成形又は樹脂成形によって作製
    された請求項７〜１０のいずれかに記載の光ディスク用
    対物レンズ。
12. 【請求項１２】 両面非球面の単レンズからなり、厚み
    の異なる第１及び第２の光ディスク基板を通して点像を
    集光する光ディスク用対物レンズであって、少なくとも
    一方の非球面が、光軸を中心とする円形開口の内側の内
    周領域と前記内周領域よりも外側で前記円形開口よりも
    外側の別の円形開口に囲まれた中間領域と前記中間領域
    よりも外側の外周領域の３つの領域からなり、前記内周
    領域と外周領域の非球面形状は、前記厚みの異なる第１
    及び第２の光ディスク基板のうち厚みの小さい第１の光
    ディスク基板に対して球面収差を補正し、前記中間領域
    の非球面形状を、光ディスク基板の厚みｔ５に対して球
    面収差が補正されるように最適化するとき、ｔ５が下記
    式（１０）の関係を満足し、前記外周領域は前記内周領
    域に対して光軸方向に波長の整数倍の光路長に相当する
    段差をもって形成されており、下記式（１１）〜（１
    ３）の関係を満足することを特徴とする光ディスク用対
    物レンズ。 １．０＜ｔ５＜１．４ （１０） ｔ１＜ｔ２ （１１） ０．３５＜ＮＡ２＜０．４３ （１２） ０．０３＜ＮＡ３−ＮＡ２＜０．１ （１３） 但し、 ｔ１ ：第１の光ディスク基板の厚み ｔ２ ：第２の光ディスク基板の厚み ＮＡ２：内周領域と中間領域との境界における対物レン
    ズのＮＡ ＮＡ３：中間領域と外周領域との境界における対物レン
    ズのＮＡ
13. 【請求項１３】 第２の光ディスク基板を通して集光す
    るときの内周領域と中間領域のそれぞれの波面収差が最
    小になる焦点位置が等しい請求項１２に記載の光ディス
    ク用対物レンズ。
14. 【請求項１４】 第２の光ディスク基板を通して集光す
    るときの内周領域と中間領域の範囲における波面収差の
    ３次の球面収差成分Ｓ３が略０である請求項１２又は１
    ３に記載の光ディスク用対物レンズ。
15. 【請求項１５】 内周領域と中間領域との境界が段差な
    しに接続された請求項１２〜１４のいずれかに記載の光
    ディスク用対物レンズ。
16. 【請求項１６】 中間領域と外周領域との境界が前記中
    間領域と前記外周領域の形状の交点に設定された請求項
    １２〜１５のいずれかに記載の光ディスク用対物レン
    ズ。
17. 【請求項１７】 内周領域と中間領域との境界及び中間
    領域と外周領域との境界のいずれも段差なしに接続され
    た請求項１２〜１６のいずれかに記載の光ディスク用対
    物レンズ。
18. 【請求項１８】 ガラス成形又は樹脂成形によって作製
    された請求項１２〜１７のいずれかに記載の光ディスク
    用対物レンズ。
19. 【請求項１９】 ２つの光源と、前記２つの光源から出
    射した光線をそれぞれの光源に対応した厚みの第１及び
    第２の光ディスク基板を通して情報媒体面上に集光する
    集光手段と、前記情報媒体で変調された光束を分離する
    ための光束分離手段と、前記情報媒体で変調された光を
    受光する受光手段とを備えた光ヘッド装置であって、前
    記集光手段が請求項１〜１８のいずれかに記載の光ディ
    スク用対物レンズであることを特徴とする光ヘッド装
    置。
20. 【請求項２０】 光ヘッド装置を用いて、厚さの異なる
    第１及び第２の光ディスク基板の情報媒体面上に情報を
    記録し、あるいは前記情報媒体面上に記録された情報を
    再生する光学情報記録再生装置であって、前記光ヘッド
    装置として請求項１９に記載の光ヘッド装置を用いるこ
    とを特徴とする光学情報記録再生装置。