JP2003167191A

JP2003167191A - 光ディスク用対物レンズ、光ピックアップ装置、光ディスク記録再生装置及び光ディスク再生装置

Info

Publication number: JP2003167191A
Application number: JP2002197990A
Authority: JP
Inventors: Makoto Itonaga; 誠糸長
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2003-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】開口数が０．７５以上で、軸上収差、軸外収
差と面間の偏芯収差にすぐれた、両面非球面の単レンズ
による光ディスクの対物レンズを提供する。【解決手段】対物レンズ１１の第１面１の頂点の曲率
半径Ｒ１が次の式を満足する。（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）ＡＡ＝Ｂ／ＣＢ＝０．８５ｆ（ｎ−１）Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２
７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）ここで、ＮＡは当該レンズの開口数、ｎは当該レンズの
屈折率、ｆは当該レンズの焦点距離、ｔは当該レンズの
中心厚さ、ｄは当該光ディスクの透過層の厚さである。
Ｄは、正数であり、次の値の何れか一つである。Ｄ＝０．０３，０．０４又は０．０５

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大容量光ディスク
を実現する高い開口数（ＮＡ）を有する光ディスク用対
物レンズ並びにそのレンズを用いた光ピックアップ装
置、光ディスク記録再生装置及び光ディスク再生装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＤディスクは、開口数が０．４
５〜０．５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(20
00) pp. 978-979 M. Itonaga et al. “Optical Disk S
ystem Using High-Numerical Aperture Single Objecti
ve Lens and Blue LD”.

【０００７】（Ｂ）Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 39(200
0) pp. 937-942 I. Ichimura et al.“Optical Disk Re
cording Using a GaN Blue-Violet Laser Diode”.

【０００８】ここで、（Ａ）は、開口数が０．７の単レ
ンズを用いたシステムを報告し、（Ｂ）は、開口数が
０．８５の２群レンズを用いたシステムを報告する。

【０００９】これらは、高ＮＡ化によるシステム余裕の
低下に対照するために、ディスクの再生透過層の厚さ
を、ＣＤの１．２ｍｍないし、ＤＶＤの０．６ｍｍから
薄くしていることが別の特徴である。（Ａ）によれば、
０．１２ｍｍで、（Ｂ）によれば０．１ｍｍになってい
る。システムの余裕度の分配の仕方にも依るが、概ね
０．３ｍｍより薄い透過層であることが望まれている。

【００１０】前記（Ｂ）の２群レンズを用いたシステム
は、開口数は（Ａ）に比べて大きいものの、組立工程が
必要な上にレンズが２枚必要なことから、量産性に劣り
且つコストも高くなる。

【００１１】さらに、作動距離が文献（Ｂ）に示されて
いるように、０．１３ｍｍ程度と従来のＤＶＤ等のよう
に単レンズを用いた場合の約１ｍｍに比べて狭く、ディ
スクへの衝突の危険性が増し、システムの信頼性が低下
するという欠点もある。

【００１２】そこで、次世代システムには、開国数が
０．７以上の単レンズによる光ディスク用対物レンズが
望まれている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】高い開口数を有するレ
ンズの設計が可能であることは、従来から知られてい
る。たとえば、「特に口径比の大きい非球面アプラナー
ト・レンズに関する研究」（吉田正太郎、東北大学科学
計測研究所報告、１９５８年３月）には、高い開口数を
有する両面非球面レンズの設計法が詳しく記されてい
る。

【００１４】また、特開平４−１６３５１０には、開口
数が０．６〜０．８程度の単レンズを用いた対物レンズ
が記載されている。

【００１５】しかしながら、単に設計が可能と言うだけ
では、高い開口数を有するレンズを製作することが出来
ない。このようなレンズを実際に製作するためには、製
造公差が確保された設計である必要がある。

【００１６】ここで両面非球面レンズの場合、最も厳し
く、かつ重要な製造公差は、面と面の間の偏芯（面間偏
芯）である。したがって、対物レンズへの垂直入射の場
合の収差である軸上収差と、斜め入射の場合の収差であ
る軸外収差に代表される対物レンズの設計性能と、製造
公差を同時に満足する必要がある。

【００１７】しかし、レンズの設計性能と製造公差は、
とりわけ、開口数が０．７５より高いと、両立すること
が難しくなる。

【００１８】実際、このような両面非球面のレンズで
は、軸外収差は、前述の製造公差を考慮せずに設計した
場合でも開口数が上がるにつれ劣化し、製造公差を考慮
するとさらに悪くなる。すなわち、偏芯公差を大きく確
保するためには、軸上収差と軸外収差特性を犠牲にする
必要がある。

【００１９】軸上収差は、偏芯公差を考慮してもわずか
に劣化するだけであるが、軸外収差は、開口数が０．６
を超えるような高い開口数を有するレンズにおいては、
製造が可能になるミクロンオーダーの公差を確保すると
かなり犠牲になる。

【００２０】前述のような理由で、性能が良い両面非球
面レンズの形状の探索が従来からなされ、種種の文献が
報告されている。特開平５−２４１０６９、特開平４−
１６３５１０は、その一例である。

【００２１】特開平４−１６３５１０には、性能が良好
なレンズの形状範囲が記載されている。しかしながら、
この文献では、偏芯公差の確保について言及されていな
い。開口数が唯一０．７５を超える実施例２のレンズ
（波長が５３２ｎｍで、開口数が０．８の仕様）では、
僅かな偏芯でも大きな収差が発生するという問題点があ
った。

【００２２】さらに、これらの先行文献の示す範囲は、
かなり広く、これらの範囲において、良いレンズを実際
に設計することが必ずしも出来ないという問題点があっ
た。

【００２３】また、前記したように、高ＮＡ化を図るた
めに、２群レンズを採用した場合は、狭い作動距離のた
めに、ディスクにレンズが衝突する危険性が著しく増大
する問題点がある。光ディスクに用いられている、プラ
スチック製のディスクの場合、ディスクのそりは不可避
である。このそりの量は、ＤＶＤの場合では、０．３ｍ
ｍ程度ある。この値は、ＣＤの場合の０．６ｍｍに比べ
て半分に改善されているが、素材の特性に起因する量な
ので、これ以上の改善は厳しい。ここに対して、２群レ
ンズの作動距離は前述のように、０．１３ｍｍである。
この距離はレンズの設計により変わるが、レンズの焦点
距離をピックアップの大型化を招かない範疇に設定した
場合は、約０．２ｍｍ以上にすることは厳しい。すなわ
ち、レンズがディスクへ焦点を合わせる位置、すなわち
記録再生動作が行われる位置にある場合、フォーカスサ
ーボが動作していない限り、ディスクに衝突する。すな
わち、フォーカスサーボが、例えばディスクのディフェ
クトあるいは外乱振動等に起因するアクシデントではず
れた場合は、ディスクに衝突する可能性がある。

【００２４】また、別の論文（Ｃ）Jpn. J. Appl. Phy
s. Vol. 41(2002) pp. 1804-1807 G.Hashimoto et al.
“Miniature Two-Axis Actuator for High-Data-Transf
er-Rate Optical Strorage Sytem”. によれば、２群構
成のＮＡ＝０．８５のレンズであって、焦点距離が０．
８８ｍｍと小型なレンズが報告されている。このレンズ
を用いれば、アクチュエーター並びにピックアップの小
型化と高速化を達成することが出来る。しかしながら、
記載されたレンズの作動距離は０．１ｍｍとさらに狭く
なっていて、上記した危険性がさらに上がるという問題
点がある。

【００２５】本発明は、前述の課題に鑑みて提案される
ものであって、開口数が０．７５以上で、軸上収差、軸
外収差と面間の偏芯収差にすぐれた、両面非球面の単レ
ンズによる光ディスクの対物レンズ並びにそのレンズを
用いた光ピックアップ装置、光ディスク記録再生装置及
び光ディスク再生装置を提供することを目的とする。

【００２６】

【発明を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明に係る光ディスク用対物レンズは、両面が
非球面とされた開口数（ＮＡ）が０．７５以上の単レン
ズであって、第１面の頂点の曲率半径Ｒ１が次の式を満
足する。

【００２７】（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）ＡＡ＝Ｂ／ＣＢ＝０．８５ｆ（ｎ−１）Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２
７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）

【００２８】ここで、ｎは当該レンズの屈折率、ｆは当
該レンズの焦点距離、ｔは当該レンズの中心厚さ、ｄは
当該光ディスクの透過層の厚さである。Ｄは正数であ
り、好ましくは０．０５、より好ましくは０．０４、さ
らにより好ましくは０．０３である。

【００２９】また、上述の課題を解決するために、本発
明に係る光ディスク用対物レンズは、両面が非球面とさ
れた開口数（ＮＡ）が０．７５以上の単レンズであっ
て、レンズの内部における最大高さの光線の光軸と成す
角度ｕ１´が、次の式を満足する。

【００３０】（１−Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）＜ｓｉｎ（ｕ１
´）＜（１＋Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）Ｋ＝（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７
２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）・ＮＡ／０．
８５

【００３１】ここで、ｆは当該レンズの焦点距離、ｔは
当該レンズの中心厚さ、ｄは当該光ディスクの透過層の
厚さである。Ｄは正数であり、好ましくは０．０６、よ
り好ましくは０．０５、さらにより好ましくは０．０４
である。

【００３２】本発明に係る光ディスク用対物レンズにお
いては、光ディスクの透過層の厚さは、ＣＤディスクや
ＤＶＤディスクより薄い、０．３ｍｍ以下であることが
好ましい。また、本発明に係る光ディスク用対物レンズ
は、レーザーの波長が４５０ｎｍ以下のシステムに適用
することが好ましい。

【００３３】また、本発明に係る光ディスク用対物レン
ズは、結像倍率が０であることが好ましい。すなわち、
この対物レンズは、少なくとも誤差なく製造されてい
て、かつ光源の波長が設計の基準波長と一致している場
合、平行光を集光することが好ましい。

【００３４】本発明に係る光ディスク用対物レンズは、
上述のような構成を有し、レンズの両面の間の偏芯公差
が製造可能な範囲にあるが、軸外収差特性の劣化は小さ
い。

【００３５】また、上述の課題を解決するために、本発
明に係る光ピックアップ装置は、前記特性の少なくとも
一つを有するレンズと、レーザー光源と、フォトディテ
クタとを有することが好ましい。

【００３６】前記レンズは、前記レーザー光源から出射
するレーザー光が照射されるべき光ディスクの径に応じ
て作動距離が次の関係を有することが好ましい。

【００３７】作動距離＞０．００５×光ディスク半径

【００３８】本発明に係る光ディスク記録再生装置は、
前記光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を
用いて光ディスクに情報を記録再生する記録再生手段と
を有することが好ましい。

【００３９】本発明に係る光ディスク再生装置は、前記
光ピックアップ装置と、前記光ピックアップ装置を用い
て光ディスクに記録されている情報を再生する再生手段
とを有することが好ましい。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光ディスク用
対物レンズ、光ピックアップ装置、光ディスク記録再生
装置及び光ディスク再生装置の実施の形態について、図
面を参照して詳細に説明する。

【００４１】まず、本実施の形態の光ディスク用対物レ
ンズが満たす各条件式の説明に先立ち、本実施の形態の
レンズの設計に関して基本的な軸上収差特性、軸外収差
特性、偏芯公差のバランスについて説明する。ここで、
偏芯公差とは、偏芯がある場合の波面収差の増加で定義
される。

【００４２】本実施の形態では、軸上収差、軸外収差及
び偏芯公差を確保するために、次の３つの条件のバラン
スを取ることが要請される。

【００４３】（１）軸上収差を確保するため、レンズの
球面収差が補正されていること。

【００４４】（２）軸外収差を確保するため、レンズが
正弦条件を満たしていること。

【００４５】（３）偏芯公差を確保するため、第２面が
単独で正弦条件を満たしていること。

【００４６】両面非球面レンズは、軸上収差及び軸外収
差を確保するための条件（１）と（２）の２つを同時に
満たすことが出来る。条件（１）と（２）を同時に満た
すレンズをアプラナートと呼ぶ。

【００４７】しかし、一般に、条件（１）及び（２）を
満たしていると、偏芯公差を確保するための条件（３）
を満たすことは出来ない。

【００４８】ところで、条件（２）が満足されていて、
（３）がほぼ満たされると、レンズ全体が正弦条件を満
たし、かつ第２面も正弦条件をほぼ満足することから、
第１面においても光線高さと屈折角の関係において正弦
条件がほぼ満足される。

【００４９】さらに、本実施の形態においては、軸上収
差及び軸外収差を確保するための条件（１）と（２）、
偏芯公差を確保するための条件（３）のバランスを取
り、ほぼ満足されている条件（３）の満足度を案分する
ことで、軸上収差及び軸外収差を確保しつつ、レンズの
製造が可能な偏芯公差を確保することが可能である。

【００５０】前記した「特に口径比の大きい非球面アプ
ラナート・レンズに関する研究」（吉田正太郎、東北大
学科学計測研究所報告、１９５８年３月）によると、両
面非球面レンズに関して、焦点距離を一定にして、レン
ズ半径をベンディングして変化させた場合、かなり広い
頂点半径の組み合わせの範疇で、条件（１）と（２）を
同時に満足するレンズが得られることが明らかにされて
いる。

【００５１】さらに、田中康宏「アプラナティック単レ
ンズ設計とディスク光学系への応用」、光学２７，１
２（１９９８）ｐ７２０によれば、面間の偏芯に強いレ
ンズは、条件（３）を満足することが示されている。

【００５２】ここで、条件（１）と（２）を満足する非
球面レンズの設計の内で、条件（３）を満足するものが
あれば、偏芯公差に強いレンズと言える。しかしなが
ら、前記したようにこれらを同時に完全に満足すること
はできない。さらに、本願の発明者の解析に依れば、開
口数が大きくなればなるほど、条件（１）〜（３）につ
いて完全性からの乖離が大きくなることが判明してい
る。

【００５３】実際、従来のＤＶＤディスク用の開口数が
０．６のレンズ又はＣＤディスク用の開口数が０．４５
のレンズの程度であれば、開口数が低いため、頂点半径
の設定をかなり広い範囲で変化させても収差の増加は少
なく、軸上収差と軸外収差の間のバランスを容易に取る
ことが出来る。すなわち、どの半径を出発点としても、
軸外収差または軸上収差を僅かに犠牲にすれば偏芯公差
を大きく出来る。

【００５４】これに対して、開口数が上がり、波長が短
くなると、収差は波長に反比例して大きくなるので、設
計上の余裕がなくなる。そこで、このようなレンズに対
してはより厳密に形状（近軸形状）を定める必要性があ
った。

【００５５】ここにおいて、本願の発明者は、レンズの
焦点距離、レンズの厚さ、及びディスクの厚さを定めた
場合、偏芯公差の大きなレンズにおいては、同じ高さで
レンズに入射する光線は、レンズの屈折率にほとんどよ
らず、レンズの内部で光軸に対してほぼ同じ角度を有す
ることを見出した。また、前記角度は、ディスクの厚さ
とレンズに厚さに依存することを見出した。

【００５６】本実施の形態では、このような性質を利用
して、条件（１）〜（３）の間のバランスをとりつつ、
各条件を相応に確保するようにする。

【００５７】図１は、レンズの形態を説明する図であ
る。

【００５８】対物レンズ１１は、入射する光束Ｌ１を屈
折し、光ディスク２１の信号記録面上に集光する。対物
レンズ１１の第１面１の頂点における曲率半径はＲ１で
あり、第２面２の頂点における曲率半径はＲ２である。
また、レンズ１１の中心厚さはｔ、光ディスク２１の透
過層の厚さはｄである。

【００５９】図２は、レンズ内部の光線の角度と、第２
面の結像倍率を説明する図である。

【００６０】光軸に平行に対物レンズ１１に入射した光
束Ｌ１について、最大高さの光線は、対物レンズ１１の
第１面１で屈折して光軸とｕ１の角度をなし、さらに対
物レンズ１１の第２面２で屈折して光軸とｕ２の角度を
なす。

【００６１】ここで、開口数が０．８５の場合の式を示
す。ｕ１は、第１面１で屈折された最大高さの光線が光
軸となす角であるが、条件（１）と（２）を満たしたア
プラナートによって非球面化した場合に、開口数が０．
８５の光線が作る角度でもある。前述のように、この角
度は、特性の良いレンズにおいて、レンズの焦点距離ｆ
に対するレンズの中心厚さｔと光ディスク厚さｄで決ま
り、レンズの屈折率によらない。この式を、次に示す。

【００６２】ｓｉｎ（ｕ１）＝０．６０８６６−０．１１ｔ／ｆ−０．１２７２ｄ／ｆ・・・（４）

【００６３】図３は、レンズ厚さに関して、ｕ１を求め
る回帰式と回帰式を求めるのに用いたデータの関係を示
した図である。図中の符号◆は実設計値を、図中の直線
は回帰式による値を表している。

【００６４】実設計値は、焦点距離ｆが２ｍｍ、レンズ
の硝材の屈折率ｎが１．７５、光ディスクの透過層の厚
さｄが０．１ｍｍの場合について、レンズの厚さｔを変
化させて設計したものの値である。実設計値と回帰式に
よる値は、良く一致しており、回帰式の正当性が示され
ている。

【００６５】図４は、ディスク厚さに関して、ｕ１を求
める回帰式と回帰式を求めるのに用いたデータの関係を
示した図である。図中の符号◆は実設計値を、図中の直
線は回帰式による値を表している。

【００６６】実設計値は、焦点距離ｆが２ｍｍ、硝材の
屈折率ｎが１．７５、レンズの透過層の厚さｔが３ｍｍ
の場合について、ディスクの厚さｄを変化させて設計し
た値である。実設計値と回帰式による値は良く一致して
おり、回帰式の正当性が示されている。

【００６７】さて、前記式（４）を用いて、レンズの諸
定数を定めるには、近軸の公式を使うのが簡単である。

【００６８】ところで、このレンズは、第１面と第２面
が単独で、ほぼ正弦条件を満足している。ここで、ｕ１
とｕ２の関係は、第２面での結像作用で決まる。ところ
で、面が単独で正弦条件を満足するとは、面における実
光線の結像倍率が、光線の高さによらず、近軸倍率と同
一の一定値を取ると言うことである。

【００６９】すなわち、第２面の近軸結像倍率をβとす
ると、次の関係が成り立つ。ここで、ｕｐ１，ｕｐ２は
近軸光線の傾き、ｕ１，ｕ２は実光線の傾きである。

【００７０】β＝ｎ・ｕｐ１／ｕｐ２＝ｎ・ｓｉｎ（ｕ
１）／ｓｉｎ（ｕ２）

【００７１】ここで、最大高さの光線の開口数、すなわ
ちｓｉｎ（ｕ２）が０．８５であるから、次式が得られ
る。

【００７２】β＝ｎ・ｓｉｎ（ｕ１）／０．８５

【００７３】さらに、本願の発明者は、ｕ１（とｕｐ１
とβ）が、開口数に応じて変化することを見出した。

【００７４】これは、条件（１）と（２）を満たすと、
条件（３）には僅かに誤差が残るが、光線の屈折角が最
も大きくなるレンズの最外周で条件（３）を満たすよう
にすると、最も偏芯に強くなるからである。このため、
βは開口数に依存する。

【００７５】開口数を考慮したβを一般化したβ´は、
次の式で与えられる。第２面の結像倍率β´は、開口数
（ＮＡ）を加味したものである。

【００７６】β´＝β（０．８３＋０．２・ＮＡ）

【００７７】図５は、開口数による結像倍率β´の変化
を求めるために用いたデータと回帰式の関係を示す図で
ある。図中の符号◆は実設計値を、図中の直線は回帰式
による値を表している。

【００７８】実設計値は、焦点距離ｆが２ｍｍで、硝材
の屈折率ｎが１．７５で、レンズの厚さｔが２ｍｍの場
合について、開口数を変化させて設計したものの値であ
る。実設計値と回帰式による値は良く一致しており、回
帰式の正当性が示されている。

【００７９】ここで、Ｒ１と倍率β´の間は、次のよう
な関係がある。

【００８０】Ｒ１＝ｆ（ｎ−１）／β´

【００８１】図６は、この式の導出を説明する図であ
る。

【００８２】図６のＡに示すレンズは、屈折率ｎであ
り、曲率Ｒ１０１の第１面１０１と曲率Ｒ１０２が無限
大の第２面１０２を有し、光軸に平行な光線Ｌ１０１が
入射している。第２面は、曲率Ｒ１０２が無限大なので
平面である。この場合、焦点距離ｆ´、第１面１０１の
曲率Ｒ１０１、屈折率ｎの間には、次の関係がある。

【００８３】ｆ´＝Ｒ／（ｎ−１）

【００８４】図６のＢは、像界１１２が屈折率ｎの場合
を示す。曲率Ｒ１０１の第１面１０１に入射した光軸に
平行な光線Ｌ１０１は、第１面１０１の頂点から距離Ｌ
の位置で光軸と交わっている。この場合、次の関係式が
成り立つ。

【００８５】ｆ´＝Ｌ／ｎ

【００８６】したがって、第１面１０１の曲率Ｒ１０１
は、次のように表すことができる。

【００８７】Ｒ１０１＝（ｎ−１）ｆ´＝（ｎ−１）／ｎ・Ｌ

【００８８】図６のＣは、両凸レンズへの拡張を説明す
る図である。両面凸のレンズ１１３に最大高さｈの光軸
に平行な光線が入射している。図中のＬは、図６のＢで
示したＬに相当している。倍率の定義により、次の式が
得られる。

【００８９】β＝ｎ・ｕ１／ｕ２＝ｎ・ｆ／Ｌ

【００９０】すなわち、次のようになる。

【００９１】Ｌ＝ｎ・ｆ／β

【００９２】この式を用いると、第１面１０１の曲率半
径Ｒ１０１を、屈折率ｎ、焦点距離ｆ、結像倍率βで表
すことができる。

【００９３】Ｒ１０１＝（ｎ−１）・ｆ／β

【００９４】このようにして、上述のＲ１とβ´の関係
式が得られる。上述の式を基に、Ｒ１を求めると次式が
得られる。

【００９５】Ｒ１＝Ｂ／ＣＢ＝０．８５ｆ（ｎ−１）Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２
７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）

【００９６】開口数が０．７５以上のレンズの場合、偏
芯公差を充分に満足したレンズを設計するためには、前
記曲率半径Ｒ１から、好ましくは０．０５、より好まし
くは０．０４、さらにより好ましくは０．０３以内であ
ることが好ましい。

【００９７】ここで、ｓｉｎ（ｕ１）は、Ｒ１と反比例
している。ｓｉｎ関数の特性として、ｕ１に比べるとｓ
ｉｎ（ｕ１）の変化は小さいので、ｕ１の変化は大きく
なる。すなわち、Ｒ１に許容される範囲と比べてｕ１に
許容される範囲は広くなる。

【００９８】このような関係を整理すると、第１面の曲
率半径Ｒ１に対する次のような条件として表すことが出
来る。

【００９９】（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）Ａ・・・（５）Ａ＝Ｂ／ＣＢ＝０．８５ｆ（ｎ−１）Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２
７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）

【０１００】ただし、Ｄは正数であり、好ましくは０．
０５、より好ましくは０．０４、さらにより好ましくは
０．０３である。なお、Ｄは、０．０３〜０．０５の範
囲のいずれの値であってもよいことはいうまでもない。

【０１０１】なお、ディスクの透過層の影響は比較的少
なく、屈折率が１．４５〜１．６５の範囲で、大きな変
化はない。

【０１０２】前記した０．０３〜０．０５の幅は、この
ディスクの屈折率の違い、厳密にはレンズの屈折率によ
り生じる僅かな違いを含んでの値である。

【０１０３】なお、レンズの屈折率が低く、開口数が
０．７５より低い値の時は余裕が増えるため、この値か
ら５％以内で概ね良好な設計を得ることが出来る。

【０１０４】上記をまとめると、レンズの第１面の曲率
半径Ｒ１に関する条件（５）を満たすと、軸上収差特
性、軸外収差特性、及び偏芯公差（による収差増加）を
同時に満足することが出来る。

【０１０５】さらに補足すると、本実施の形態の非球面
レンズは、光軸に対して回転対称なレンズ（共軸光学
系）であっても、方向により僅かに非球面形状を変化さ
せたトーリックレンズ（toric lens）のような形状であ
っても良い。トーリックレンズのような形状の場合も、
各々の方向における第１面の曲率半径Ｒ１が前記した範
囲に入っている必要があるのは言うまでもない。

【０１０６】条件（５）の示す範囲に第１面の曲率半径
Ｒ１を設定すると、第２面の曲率半径Ｒ２は、次の式に
より、設定された焦点距離ｆから自動的に決まる。な
お、この式は、両面の半径と厚さが与えられた場合の、
単レンズの近軸焦点距離を計算する基本的な式から容易
に導ける。

【０１０７】Ｒ２＝Ｇ／ＨＧ＝ｆ（ｎ−１）（ｔ（ｎ−１）／ｎ−Ｒ１）Ｈ＝（Ｒ１−ｆ（ｎ−１））

【０１０８】このようにして第１面の頂点における曲率
半径Ｒ１と第２面の頂点における曲率半径Ｒ２が決ま
る。これらの曲率半径に基づいて、条件（１）と（２）
を同時に満足するように、両面を非球面化すると、非球
面の形状は一義的に決まる。このとき、条件（３）の正
弦条件の満足度が高くなり、偏芯公差の大きいレンズを
得ることが出来る。

【０１０９】前述したように、条件（１）と条件（２）
を完全に満足しながら、条件（３）を満足することは出
来ない。これは、３個の条件に対して、レンズの設計自
由度が非球面２面しかなく、設計自由度が２であるため
である。したがって、前記したようにして得られた非球
面形状を僅かに変更して、偏芯公差を増加させることも
可能である。この場合は、軸上収差又は軸外収差の劣化
が避けられないが、実用的なレンズを得るために重要な
製造公差を確保することが出来る。

【０１１０】これは別の言い方をすると、軸上収差と軸
外収差を適切に劣化させて、偏芯公差を確保できるバラ
ンスを取った設計を行うと言える。さらに別の言い方を
すると、前記の三つの条件（１）〜（３）の満足度合い
を案分する作業とも言える。

【０１１１】そして、このように非球面形状の探索をす
る際には、出発点となる球面の半径は、条件（５）又は
（６）を満足していなければ、偏芯公差、軸外収差又は
軸上収差の増大を招き、収差間のバランスを採った設計
が出来ない。

【０１１２】ところで、本明細書の式の範囲内に、完全
アプラナートレンズにおいて、偏芯による収差増加が最
小になる第１面半径がある。ここで、上記した、収差の
バランスを取る場合には、必ずしも偏芯収差が最小にな
る半径を用いる必要はなく、条件式を超えることがない
範疇で、その近傍の僅かに異なる半径を非球面形状の頂
点の半径として用いて、軸上収差と軸外収差とのバラン
スを取ることが可能である。

【０１１３】収差のバランスを取るとは、完全アプラナ
ートレンズに不完全性を（設計自由度と言える）を導入
することに他ならず、レンズの半径自体も、自由度を追
加してバランスを取ることが可能になる。

【０１１４】もちろん、条件式を超えて変化させた場合
には、収差間のバランスを取ることは難しくなるため、
条件式は守る必要がある。

【０１１５】上記では、開口数による特性の変化を、結
像倍率βの変化に着目して記述したが、さらにここで、
レンズ内部における最高高さの光線が光軸となす角度ｕ
１の開口数による変化に注目して説明する。

【０１１６】まず、開口数が変化すると、ｕ１は概ね開
口数に比例して変化する。更に、これに加えて、βの変
化で記述したことと同様な理由により、比例的変化から
少しずれる。正確には、βの変化は、ｕ１の変化に起因
している。

【０１１７】このこと考慮した、ＮＡが０．８５以外の
場合の内部角度をｕ１´とする。

【０１１８】ｕ１´は次の式で表される。

【０１１９】Ｋ＝（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ
−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）
・ＮＡ／０．８５

【０１２０】ここで、ｆは焦点距離、ｔはディスクの中
心厚さ、ｄは光ディスクの透過層の厚さ、ＮＡはレンズ
の開口数である。

【０１２１】そして、開口数が０．７５以上のレンズの
場合、偏芯公差を充分に確保したレンズを設計するため
には、内部角度ｕ１´から、好ましくは０．０６、より
好ましくは０．０５、さらにより好ましくは０．０４の
範囲にあることが好ましい。

【０１２２】このような関係を整理すると、内部角度ｕ
１´に対する次のような条件として整理することが出来
る。

【０１２３】（１−Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）＜ｓｉｎ（ｕ１´）＜（１＋Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）・・・（６）Ｋ＝（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７２・ｄ／ｆ）（０８３＋０．２・ＮＡ）・ＮＡ／０．８５

【０１２４】ただし、Ｄは正数であり、好ましくは０．
０６、より好ましくは０．０５、さらにより好ましくは
０．０４である。なお、Ｄは、０．０４〜０．０６の範
囲のいずれの値であってもよいことはいうまでもない。

【０１２５】なお、ディスクの透過層の影響は比較的少
なく、屈折率が１．４５〜１．６５の範囲で、大きな変
化はない。

【０１２６】前記した０．０４〜０．０６の幅は、この
ディスクの屈折率の違い、厳密にはレンズの屈折率によ
り生じるわずかな違いを含んでの値である。

【０１２７】また、レンズの屈折率が低くて、開口数が
０．７５より低い時は、余裕が増えるため、この値から
６％以内の角度で概ね良好な値を得ることが出来る。

【０１２８】上記をまとめると、レンズ内部での最大高
さの光線の光軸と成す角ｕ１´に対して、条件（６）を
満たすと、軸上収差特性、軸外収差特性及び偏芯公差
（による収差増大）を同時に満足することが出来る。

【０１２９】さらに補足すると、この非球面レンズは、
光軸に対して回転対称なレンズ（共軸光学系）であって
も、方向により僅かに非球面形状を変化させた、トオー
イックレンズのような形状であっても良い。後者の場合
も、各々の方向における第１面の曲率半径が前記した範
囲に入っている必要があるのは言うまでもない。

【０１３０】次に、上記したレンズを用いた光ピックア
ップ、記録装置、再生装置に関する事項の詳細な説明を
記載する。

【０１３１】まず、レンズに求められる作動距離に関し
て、少なくともその作動距離がディスクの面ぶれの最大
値より大きいことが望まれる。

【０１３２】理由は、フォーカスサーボが、例えばディ
スクのディフェクトあるいは外乱振動等に起因するアク
シデントではずれた場合であっても、ディスクに衝突す
る可能性を低く押さえることが出来るためである。なお
フォーカスサーボが動作していない状態においては、例
えばレンズをディスクから遠ざける方向に待避しておく
等の衝突回避策を取ることが出来るので、フォーカスサ
ーボ動作時の上記アクシデントが最も危険が高い状態と
言える。

【０１３３】このとき、ディスクのそりの角度をαとし
て、ディスクが単純なお椀型にそっていると考えると、
ディスクの面ぶれ量Ｌは、半径Ｒにおいて、Ｌ＝Ｒ・ｔ
ａｎ（α）となる。

【０１３４】ディスクのそり角は、ディスクの規格で定
義されているが、ＣＤにおいて０．６度、ＤＶＤにおい
て、０．３度とされている。ディスクの面ぶれは、前述
のそり形状の場合最外周で最大になるから、直径１２０
ｍｍのディスクにおいて、各々、０．３ｍｍあるいは、
０．６ｍｍの面ぶれが生じうる。

【０１３５】ところで、より高密度化を図ったシステム
においても、ディスク素材はプラスチックであり、ＤＶ
Ｄの場合のディスクのそり角をこれ以上改善することは
難しい。また、ディスクの最大の面ぶれは、半径に比例
する。これより、光ピックアップ、あるいは記録再生装
置で用いるディスクの最大の半径をＲとした場合、ディ
スクの面ぶれＬはＬ＝０．００５・Ｒとなる。

【０１３６】ここで、レンズの作動距離ｄｗは、次の式
で求めることが出来る。

【０１３７】ｄｗ＝ｆｂ−ｄ／ｎｄ

【０１３８】ここで、ｄは光ディスクの厚さであり、ｎ
ｄは光ディスクの屈折率である。ｆｂは、次の式で規定
される。Ｒ１は、前述の式によって規定されている。

【０１３９】ｆｂ＝ｆ（１−ｔ（ｎ−１）／ｎ／Ｒ１）

【０１４０】すなわち、レンズが厚くなると、作動距離
が短くなるが、レンズとして成立するためには、作動距
離が有限である必要がある。したがって、レンズ厚さの
上限は、作動距離が有限な値である範囲になる。この範
囲は、レンズの焦点距離と、厚さと、ディスクの厚さで
決まる。

【０１４１】レンズの厚さの範囲は、例えば２ｍｍ以
上、３．５ｍｍ以下に設定することができる。

【０１４２】ここにおいて、好ましくは、作動距離ｄＷ
は、前述したディスクの最大の面ぶれ量Ｌより大きく定
める。

【０１４３】

【０１４４】したがって、例えば記録再生機で扱うディ
スクの最大半径が６０ｍｍの時は、作動距離が０．３ｍ
ｍ以上、２５ｍｍの時は、作動距離が０．１２５ｍｍ以
上、４０ｍｍの時は、作動距離が０．１ｍｍ以上である
ことが好ましい。

【０１４５】ところで、作動距離を広くするためには、
焦点距離を長くすればよいことが、上記の式より明らか
である。しかしながら、焦点距離を長くすることは、レ
ンズの大型化を引き起こし、結果としてピックアップな
いしは、記録再生装置の大型化を招く。さらには、大き
なレンズは、レンズアクチュエーターの周波数特性の向
上に不利なため、高転送レートを実現することが困難と
なる。

【０１４６】したがって、レンズの焦点距離には好まし
い範囲がある。本発明において、焦点距離ｆは、好まし
くは１０ｍｍ以下であり、さらに好ましくは３．５ｍｍ
以下である。

【０１４７】すなわち、光束の大きさ（直径）φは、次
の式によって与えられ、開口数（ＮＡ）と焦点距離ｆに
依存する。

【０１４８】φ＝２×ＮＡ×ｆ

【０１４９】焦点距離が１０ｍｍでＮＡが０．７５のと
き、φ＝１５ｍｍとなる。この直径は、多くの光ピック
アップ装置がφ＜５ｍｍ程度の光束を用いていることか
ら比べると、大きいといえる。従って、焦点距離は１０
ｍｍ以下であることが望まれる。さらに、φ＝５ｍｍと
すると、ＮＡ＝０．７５でｆ＝３．３３ｍｍであること
から、焦点距離が３．５ｍｍ以下であることがさらに望
ましい。

【０１５０】本発明に係る光ピックアップ装置は、前述
の光ディスク用対物レンズを備えるものである。好まし
くは、光ピックアップ装置は、前記光ディスク用対物レ
ンズを用いて、光ディスクのトラックに沿って光束を集
光して照射し、情報信号の記録又は再生を行う。好まし
くは、光ピックアップ装置の結像倍率は０である。

【０１５１】本発明に係る光ディスクの記録再生装置な
いし再生装置は、前述の光ディスク用対物レンズを備え
るものである。好ましくは、光ピックアップ装置は、前
記光ディスク用対物レンズを用いて、光ディスクのトラ
ックに沿って光束を集光して照射し、情報信号の記録又
は再生を行う。好ましくは、光ピックアップ装置の結像
倍率は０である。

【０１５２】以下、本発明に係る光ディスク用対物レン
ズの実施例を示す。

【０１５３】実施例では、次のような多項式を用いて非
球面を表す。

【０１５４】Ｚ＝ＣＹ^２／（１＋（１−（１＋Ｋ）Ｃ^２
Ｙ^２）^０．５）＋ＡＹ^４＋ＢＹ ^６＋ＣＹ^８＋ＤＹ^１０＋
ＥＹ^１２＋ＦＹ^１４

【０１５５】ここで、Ｚは面の頂点からの距離、Ｙは光
軸からの高さ、Ｋはコーニック定数、Ａ〜Ｆは４次から
１４次の非球面係数である。たとえば、Ａは、Ｙの４乗
の係数に相当する。

【０１５６】＜実施例１＞図７は、実施例１の対物レン
ズの断面図である。

【０１５７】対物レンズ１１に入射した光束Lは、第１
面１と第２面２で屈折し、光ディスク２１の第３面３と
透過層を透過して信号記録面に集光される。

【０１５８】レンズ仕様は、表１の通りである。

【０１５９】

【表１】

【０１６０】レンズの設計値は、表２の通りである。

【０１６１】

【表２】

【０１６２】第１面の非球面係数は、表３の通りであ
る。

【０１６３】

【表３】

【０１６４】第２面の非球面係数は、表４の通りであ
る。

【０１６５】

【表４】

【０１６６】このレンズ仕様から、計算されるＲ１の推
奨値、すなわち式（５）におけるＡの値は、１．７３１
６９５ｍｍである。この推奨値と実設計値との乖離は、
１．２５％である。

【０１６７】このレンズの特性は、ほぼ条件（１）と
（２）を満足し、僅かに条件（３）に誤差の残るアプラ
ナートである。

【０１６８】このレンズにおいては、軸上での波面収差
は、０．００２λと小さく、実用上は無収差と言える値
である。軸外０．５度の入射光線に対する波面収差は、
０．０２３λと良好な特性を示している。さらに、製造
工程で重要な面間の偏芯に関しては、偏芯が３μｍの
時、波面収差０．０３６λと非常に良好な値を有してい
る。

【０１６９】また、作動距離は、０．４６０５ｍｍであ
り、半径６０ｍｍのディスクを用いた場合の好ましい作
動距離である、０．３ｍｍより充分広くなっている。

【０１７０】このレンズの最も高い光線のレンズ内部に
おける角度の正弦は、ｓｉｎ（ｕ１´）＝０．４６であ
る。一方、このレンズ仕様から計算されるｓｉｎ（ｕ１
´）の推奨値、すなわち式（６）におけるｓｉｎ（Ｋ）
は、０．４５１１である。この推奨値の実設計値からの
乖離は１．９７％である。

【０１７１】図８は縦収差図であり、図９は正弦条件不
満足量を示す図であり、図１０は非点収差図である。

【０１７２】図１１は、実施例１のレンズと同じ屈折率
と厚さを保ちながら、第１面の曲率半径Ｒ１を僅かに変
化させて設計したレンズにおいて、偏芯が３μｍある場
合の収差の増加の様子を示す図である。

【０１７３】収差の増加は、符号□で示す開口数が０．
７５の場合と、符号◆で示す０．８５の場合とが示され
ている。

【０１７４】各々の開口数における、式（５）のＡの値
は、開口数０．７５で１．７６７ｍｍ、開口数が０．８
５で１．７３２ｍｍである。

【０１７５】図より、偏芯時の収差の限界を０．０４λ
と設定すると、第１面の曲率半径Ｒ１を、推奨値となる
Ａの値の少なくとも５％以内に設定することが望まれる
ことがわかる。さらに、望ましくは、４％以内にあれ
ば、確実に０．０４λ以下に設定できる。

【０１７６】また、開口数が高くなると、Ｒ１が変化し
た場合の収差増加が大きくなることを考慮すると、３％
以内であることがさらに推奨される。

【０１７７】ところで、開口数が０．８５の場合に、収
差最良点とＡから理論的に与えられる値が１％程度ずれ
ているが、これは、回帰式の誤差によるもので、前記し
た範囲は、これを考慮しての値である。

【０１７８】なお、このレンズ仕様の場合は、３μｍの
偏芯で、０．０４λの収差が実現されているが、仕様に
よってはかなり大きい値しか実現できない場合もある。
このような場合においても、収差を小さく抑えるために
は、上記した範囲に抑える必要があるのは言うまでもな
い。

【０１７９】＜実施例２＞図１２は、実施例２の対物レ
ンズの断面図である。

【０１８０】レンズ仕様は、表５の通りである。

【０１８１】

【表５】

【０１８２】レンズの設計値は、表６の通りである。

【０１８３】

【表６】

【０１８４】第１面の非球面係数は、表７の通りであ
る。

【０１８５】

【表７】

【０１８６】第２面の非球面係数は、表８の通りであ
る。

【０１８７】

【表８】

【０１８８】このレンズ仕様から、計算されるＲ１の推
奨値、すなわち式（５）のＡの値は、１．４４９５ｍｍ
である。この推奨値と実設計値との乖離は、０．３％で
ある。このレンズの特性は、ほぼ条件（１）と（２）を
満足した僅かに条件（３）に誤差の残るアプラナートで
ある。

【０１８９】軸上での波面収差は、０．００１λと非常
に小さく、実用は無収差と言える値である。軸外０．５
度の入射光線に対する波面収差は、０．０１３λと良好
な特性を示している。さらに、製造公差で重要な面間の
偏芯に関しては、偏芯が３μｍの時に波面収差０．０２
３λと、非常に良好な値を有している。

【０１９０】また、作動距離は、０．３９５ｍｍであ
り、半径６０ｍｍのディスクを用いた場合の好ましい作
動距離である、０．３ｍｍより充分広くなっている。

【０１９１】このレンズの、最も高い光線のレンズ内部
の角度ｕ１´の正弦は、ｓｉｎ（ｕ１´）＝０．４２１
である。一方、このレンズ仕様から、計算される、ｓｉ
ｎ（ｕ１´）の推奨値、すなわち、式（５）におけるｓ
ｉｎ（Ｋ）は、０．４４である。この推奨値の実設計値
との乖離は、１．７％である。

【０１９２】図１３は縦収差図であり、図１４は正弦条
件不満足量を示す図であり、図１５は非点収差図であ
る。

【０１９３】＜実施例３＞図１６は、実施例３の対物レ
ンズの断面図である。

【０１９４】対物レンズ１１に入射した光束Lは、第１
面１と第２面２で屈折し、光ディスク２１の第３面３と
透過層を透過して信号記録面に集光される。

【０１９５】レンズ仕様は、表９の通りである。

【０１９６】

【表９】

【０１９７】レンズの設計値は、表１０の通りである。

【０１９８】

【表１０】

【０１９９】第１面の非球面係数は、表１１の通りであ
る。

【０２００】

【表１１】

【０２０１】第２面の非球面係数は、表１２の通りであ
る。

【０２０２】

【表１２】

【０２０３】このレンズ仕様から、計算されるＲ１の推
奨値、すなわち式（５）におけるＡの値は、０．７３４
ｍｍである。この推奨値と実設計値との乖離は、０．５
％である。

【０２０４】このレンズの特性は、ほぼ条件（１）と
（２）を満足し、僅かに条件（３）に誤差の残るアプラ
ナートである。

【０２０５】このレンズにおいては、軸上での波面収差
は、０．００２λと小さく、実用上は無収差と言える値
である。軸外０．５度の入射光線に対する波面収差は、
０．００８λと良好な特性を示している。さらに、製造
工程で重要な面間の偏芯に関しては、偏芯が３μｍの
時、波面収差０．０３７λと非常に良好な値を有してい
る。

【０２０６】このレンズの最も高い光線のレンズ内部に
おける角度の正弦は、ｓｉｎ（ｕ１´）＝０．４５であ
る。一方、このレンズ仕様から計算されるｓｉｎ（ｕ１
´）の推奨値、すなわち式（６）におけるｓｉｎ（Ｋ）
は、０．４３６７である。この推奨値の実設計値からの
乖離は３．０％である。

【０２０７】図１７は縦収差図であり、図１８は非点収
差図であり、図１９は正弦条件不満足量を示す図であ
る。

【０２０８】また、作動距離は、０．１７３５ｍｍであ
り、半径２５ｍｍのディスクを用いた場合の好ましい作
動距離である、０．１２５ｍｍより充分広くなってい
る。

【０２０９】次に、光ピックアップ装置の実施例を図２
０をもって説明する。光ピックアップ装置３０は、レー
ザー光源である青色レーザーダイオード（LD）３１と、
ビームスプリッタ３２と、対物レンズ３３と、フォトデ
ィテクタ（PD）及び電流電圧変換器（Ｉ−Ｖ）３４とを
有している。

【０２１０】青色ＬＤ３１は、例えば約４０５ｎｍの青
色光（レーザー光）を発する。ビームスプリッタ３２
は、青色ＬＤ３２から光ディスク３５に向かう光と、光
ディスク３５からＰＤ及びＩ−Ｖ３４に向かう光を分離
する。対物レンズ３３は、前述の実施例に示したものを
用いる。ＰＤ及びＩ−Ｖ３４は、入射した光を電流に変
換し、さらにこの電流を電圧に変換して出力する。

【０２１１】光ピックアップ装置３０は、光ディスク３
５に信号（情報）を記録することができる。すなわち、
青色ＬＤ３１は、入力される記録信号によって変調され
た青色光を発する。この青色光は、ビームスプリッタ３
２と対物レンズ３３を介して光ディスク３５に集光され
る。光ディスク３５においては、光ピックアップ装置３
０から照射されたレーザー光の強さによって信号記録面
に情報信号が記録される。例えば、光ディスク３５のラ
ンド又はグループに、ピット又は相変化によって信号を
記録する。

【０２１２】また、光ピックアップ装置３０は、光ディ
スク３５から信号を再生することができる。すなわち、
青色ＬＤ３１から発した所定の強さの光は、ビームスプ
リッタ３２と対物レンズ３３を介して光ディスク３５の
信号記録面に集光される。光ディスク３５からの反射光
は、対物レンズ３３とビームスプリッタ３２を介してＰ
Ｄ及びＩ−Ｖ３４に入力され、電圧に変換される。この
ように、例えば光ディスク３５の信号記録面のランド又
はグルーブにピットとして記録された信号は、電圧とし
て出力される。

【０２１３】次に、光ディスク記録再生装置又は光ディ
スク再生装置の実施例を図２１をもって説明する。

【０２１４】光ディスク記録再生装置は、ＰＲＭＬ（Pa
rtial Response Maxim likelihood）ブロック５０と、
コントローラブロック６０と、記録補償ブロック７０と
を有している。また、光ディスク記録再生装置は、前述
の光ピックアップ装置３０を有している。さらにこの例
では、信号変調方式に１−７ＲＬＬ（Run Length Limi
t）を用いている。

【０２１５】ＰＲＭＬブロック５０は、Ａ／Ｄ変換器５
１と、ディジタル等化器５２と、タップ係数制御器５３
と、フェーズシフタ５４と、ＰＬＬ５５と、ビタビ検出
器５６とを有している。コントローラブロック６０は、
１−７ＲＬＬ（Run Length Limited）処理部６１を有し
ている。

【０２１６】ＰＲＭＬブロック５０は、光ピックアップ
３０から前置増幅器を介して信号が入力され、ＰＲＭＬ
信号処理を施す。コントローラブロック６０は、ＰＲＭ
Ｌブロック５０のビタビ復号器５６から信号が入力さ
れ、１−７ＲＬＬ処理部６１によって処理を行う。記録
補償ブロック７０は、コントローラブロック６０から信
号が入力され、この信号に応じてＬＤ駆動部を介して光
ピックアップ装置３０の青色ＬＤ３１を駆動制御する。

【０２１７】このように、光ディスク記録再生装置は、
光ディスク３５から光ピックアップ装置３０で読み出し
た信号に対して所定の復号を施して復調して出力するこ
とによって再生する。また、入力された信号に所定の符
号化を施して変調し、光ピックアップ３０を介して光デ
ィスク３５に書き込むことによって記録する。なお、光
ディスク記録再生装置の有する記録ブロックを設けない
光ディスク再生装置として構成することもできる。

【０２１８】なお、本実施の形態では、光ディスク用対
物レンズについて具体的数値を用い説明したが、本発明
はこれらの数値に限定されない。本発明は、本発明を逸
脱しない範囲で種種の光ディスク用対物レンズに対して
適用できる。また、上記したビームスプリッタの一例と
して、偏光ビームスプリッタを用いることができる。

【０２１９】

【発明の効果】前述のように、本発明によると、開口数
が０．７５以上で、軸上収差、軸外収差と面間の偏芯収
差にすぐれた、両面非球面の単レンズによる光ディスク
の対物レンズ及びこの対物レンズを用いた光ピックアッ
プ装置、この光ピックアップ装置を用いた光ディスク記
録再生装置、光ディスク再生装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】対物レンズの形態を説明する図である。

【図２】対物レンズ内部の光線の角度と、第２面の結像
倍率を説明する図である。

【図３】レンズ厚さに関して、ｕ１を求める回帰式と回
帰式を求めるのに用いたデータの関係を示した図であ
る。

【図４】ディスク厚さに関して、ｕ１を求める回帰式と
回帰式を求めるのに用いたデータの関係を示した図であ
る。

【図５】開口数による結合倍率βの変化を求めるために
用いたデータと回帰式の関係を示す図である。

【図６】Ｒ１とβ´との関係式の導出を説明する図であ
る。

【図７】実施例１の対物レンズの断面図である。

【図８】実施例１の対物レンズの縦収差図である。

【図９】実施例１の対物レンズの正弦条件不満足量を示
す図である。

【図１０】実施例１の対物レンズの非点収差図である。

【図１１】実施例１のレンズと同じ屈折率と、厚さを保
ちながら、Ｒ１を僅かに変化させて設計したレンズにお
ける、収差の増加の様子を示す図である。

【図１２】実施例２の対物レンズの断面図である。

【図１３】実施例２の対物レンズの縦収差図である。

【図１４】実施例２の対物レンズの正弦条件不満足量を
示す図である。

【図１５】実施例２の対物レンズの非点収差図である。

【図１６】実施例３の対物レンズの断面図である。

【図１７】実施例３の対物レンズの縦収差図である。

【図１８】実施例３の対物レンズの正弦条件不満足量を
示す図である。

【図１９】実施例３の対物レンズの非点収差図である。

【図２０】光ピックアップ装置の実施例を示す図であ
る。

【図２１】光ディスク記録再生装置の実施例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１第１面、２第２面、１１対物レンズ、２１光
ディスク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H087 KA13 LA01 PA01 PA17 PB01 QA14 QA34 RA05 RA12 RA13 5D119 AA11 AA22 AA31 AA32 AA38 BA01 BB01 BB02 BB03 BB04 DA01 DA05 EB02 EC01 FA05 JA11 JA12 JA44 JB01 JB02 JB03 JB05 JB06 JB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両面が非球面とされた開口数（ＮＡ）が
０．７５以上の単レンズであって、第１面の頂点の曲率
半径Ｒ１が次の式を満足することを特徴とする光ディス
ク用対物レンズ。（１−Ｄ）Ａ＜Ｒ１＜（１＋Ｄ）ＡＡ＝Ｂ／ＣＢ＝０．８５ｆ（ｎ−１）Ｃ＝ｎ（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２
７２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）ここで、ｎは当該レンズの屈折率、ｆは当該レンズの焦
点距離、ｔは当該レンズの中心厚さ、ｄは当該光ディス
クの透過層の厚さである。Ｄは、正数であり、次の値の
何れか一つである。Ｄ＝０．０３，０．０４又は０．０５
【請求項２】両面が非球面とされた開口数（ＮＡ）が
０．７５以上の単レンズであって、レンズの内部におけ
る最大高さの光線の光軸と成す角度ｕ１´が、次の式を
満足することを特徴とする光ディスク用対物レンズ。（１−Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）＜ｓｉｎ（ｕ１´）＜（１＋
Ｄ）ｓｉｎ（Ｋ）Ｋ＝（０．６０８６６−０．１１・ｔ／ｆ−０．１２７
２・ｄ／ｆ）（０．８３＋０．２・ＮＡ）・ＮＡ／０．
８５ここで、ｆは当該レンズの焦点距離、ｔは当該レンズの
焦点距離、ｄは当該光ディスクの透過層の厚さである。
Ｄは、正数であり、次の値の何れか一つである。Ｄ＝０．０４，０．０５又は０．０６
【請求項３】結像倍率が０であることを特徴とする請
求項１又は２記載の光ディスク用対物レンズ。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載のレン
ズと、レーザー光源と、フォトディテクタとを有するこ
とを特徴とする光ピックアップ装置。
【請求項５】前記レンズは、前記レーザー光源から出
射するレーザー光が照射されるべき光ディスクの径に応
じて作動距離が次の関係を有する請求項４に記載の光ピ
ックアップ装置。作動距離＞０．００５×光ディスク半径
【請求項６】請求項４又は５に記載の光ピックアップ
装置と、前記光ピックアップ装置を用いて光ディスクに
情報を記録再生する記録再生手段とを有することを特徴
とする光ディスク記録再生装置。
【請求項７】請求項４又は５に記載の光ピックアップ
装置と、前記光ピックアップ装置を用いて光ディスクに
記録されている情報を再生する再生手段とを有すること
を特徴とする光ディスク再生装置。