WO2020110525A1 - 対物レンズ及び光ヘッド装置及び光情報装置と光ディスクシステム - Google Patents

対物レンズ及び光ヘッド装置及び光情報装置と光ディスクシステム Download PDF

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WO2020110525A1
WO2020110525A1 PCT/JP2019/041587 JP2019041587W WO2020110525A1 WO 2020110525 A1 WO2020110525 A1 WO 2020110525A1 JP 2019041587 W JP2019041587 W JP 2019041587W WO 2020110525 A1 WO2020110525 A1 WO 2020110525A1
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WO
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optical
objective lens
information
optical disc
light beam
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PCT/JP2019/041587
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金馬　慶明
靖史 小林
和博 南
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G11B7/127—Lasers; Multiple laser arrays
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    • G—PHYSICS
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    • G11B2007/0003—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier
    • G11B2007/0006—Recording, reproducing or erasing systems characterised by the structure or type of the carrier adapted for scanning different types of carrier, e.g. CD & DVD

Definitions

  • the present invention relates to an optical head device and an optical information device for recording/reproducing or erasing information stored on an optical information medium such as an optical disc, a recording/reproducing method in the optical information device, and an optical disc system to which these are applied.
  • the present invention also relates to an objective lens used in the optical head device.
  • Optical memory technology using an optical disk having a pit-shaped pattern as a high-density and large-capacity storage medium has been put into practical use while expanding its applications with digital audio disks, video disks, document file disks, and even data files. ..
  • the functions of successfully recording/reproducing information on/from an optical disk via a finely focused light beam are the condensing function that forms a diffraction-limited minute spot and the focus control of an optical system. (Focus servo), tracking control, and pit signal (information signal) detection.
  • NA numerical aperture
  • the compact disc CD which can be said to be the first generation of optical discs, uses infrared light (wavelength ⁇ 3 is 780 nm to 820 nm) and an objective lens with NA 0.45, and the substrate thickness of the disc is 1.2 mm.
  • the second generation DVD uses red light (wavelength ⁇ 2 is 630 nm to 680 nm) and an objective lens with NA of 0.6, and the substrate thickness of the disc is 0.6 mm.
  • the third-generation optical disc uses blue light (wavelength ⁇ 1 is 390 nm to 415 nm) and an objective lens of NA 0.85, and the substrate thickness of the disc is 0.1 mm.
  • the substrate thickness or base material thickness refers to the thickness from the surface on which the light beam is incident on the optical disc (or information medium) to the information recording surface.
  • Patent Document 3 shows a design example in which the NA exceeds 0.85
  • the design example in which the NA exceeds 0.9 has the refractive index limited to one example of 1.559959.
  • design examples with an NA of 0.9 or less disclose other refractive index examples
  • the difference in NA is the difficulty in design and aberration performance.
  • the difference is large, and it is difficult to obtain a guideline for designing a lens having an NA of more than 0.9 from a design example of a lens having an NA of 0.9 or less. That is, in Patent Document 3, there is no awareness of what the appropriate refractive index range is when the NA exceeds 0.9 (NA ⁇ 0.91), and it is naturally impossible to estimate the appropriate refractive index range. ..
  • the present invention configures the following objective lens, optical head device, optical information device, and optical disc system.
  • the objective lens described in (1) is characterized in that the objective lens is a double-sided convex lens, and the sag amount of any surface always changes in the same direction from the optical axis toward the outer peripheral side.
  • Objective lens (3)
  • An optical head device comprising: a photodetector formed with a photodetection unit that receives a light beam reflected on the recording surface of the optical disc and outputs an electric signal according to the amount of the light beam.
  • An optical head device a motor that rotates an optical disc, and an optical circuit that receives a signal obtained from the optical head device and that controls and drives the motor, the objective lens, and the laser light source.
  • Information device (8)
  • An optical information device comprising an optical head device, a motor for rotating an optical disk, and an electric circuit for receiving and obtaining signals obtained from the optical head device and controlling and driving the objective lens and the laser light source of the motor and the optical head device. Therefore, the optical head device receives a first light source that emits blue light having a wavelength ⁇ 1 and a light beam emitted from the first light source to pass through a base material having a base material thickness t1 and onto the recording surface of the optical disc.
  • the objective lens according to any one of the configurations (1) to (5) for condensing into a minute spot, and the light that receives the light beam reflected on the recording surface of the optical disc and outputs an electric signal according to the amount of light
  • a photodetector having a detection section, and an actuator for driving the objective lens in the optical axis direction to focus the minute spot on the recording surface of the optical disc, and a focus error signal from the photodetector are provided.
  • An optical information device wherein an electric signal for detection is detected, and the objective lens is driven in the optical axis direction by the actuator to focus the minute spot on a recording surface of the optical disc.
  • the optical information device according to (7) or (8), an input device or an input terminal for inputting information, and calculation based on information input from the input device or information reproduced from the optical information device.
  • An optical disc having an arithmetic device for performing the above, an output device or an output terminal for displaying or outputting information input from the input device, information reproduced from the optical information device, and a result calculated by the arithmetic device. system.
  • An optical disc system comprising: the optical information device according to (7) or (8); and an information-to-image decoder for converting an information signal obtained from the optical information device into an image.
  • An optical disc system having the optical information device according to (7) or (8) and an image-to-information encoder for converting image information into information to be recorded by the optical information device.
  • An optical disc system comprising the optical information device according to (7) or (8) and an input/output terminal for exchanging information with the outside.
  • the objective lens according to the embodiment of the present invention realizes recording and reproduction on a high-density optical disc.
  • FIG. 3 is a diagram showing tilting characteristics of the objective lens of Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a sag shape of a second surface of the objective lens of Example 2.
  • FIG. 6 is a diagram showing a sag shape of the first surface of the objective lens of Example 3;
  • FIG. 6 is a diagram showing off-axis performance of Example 4.
  • FIG. 6 is a diagram showing a sag shape of a second surface of the objective lens of Example 5; The figure which shows the sag shape of the 2nd surface of the objective lens of the reference example 4.
  • Configuration diagram showing an optical information device according to a third embodiment of the present invention Configuration diagram showing an optical disc system according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an objective lens 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the objective lens 100 has a first surface 102 that receives an incident light beam (light beam) 107, and a second surface 103 that faces the first surface 102 and that is arranged on the side closer to the optical disc 101.
  • the optical disc 101 has a substrate 104, a base material 105, and an information recording surface 106 sandwiched between the substrate 104 and the base material 105.
  • the light beam 107 is incident on the first surface 102 of the objective lens 100, passes through the second surface 103, and is converged on the information recording surface 106 of the optical disc 101.
  • the distance between the second surface 103 and the substrate 105 of the optical disc 101 when the light beam 107 is converged on the information recording surface 106 is called a working distance (hereinafter Wd). Further, the distance between the first surface 102 and the second surface 103 of the optical disc 101 on the optical axis is d.
  • the optical disk used in the experiment was a parallel plate, the design wavelength ⁇ was 405 nm, the optical disk thickness was about 0.08 mm, and the refractive index was centered around 1.623918.
  • f focal length of objective lens
  • NA NA of objective lens
  • R1 radius of curvature of first surface of objective lens
  • R2 radius of curvature of second surface of objective lens
  • d lens thickness of objective lens
  • n refractive index of objective lens
  • Wd distance from second surface of objective lens to optical disc
  • NA and refractive index are unitless, and other units are mm.
  • the aspherical shape is given by the following (Equation 1).
  • each code is as follows.
  • X Distance from the tangent plane of the aspherical vertex of the point on the aspherical surface having a height h from the optical axis h: Height from the optical axis
  • Kj Conical constant Aj,j of the j-th surface of the objective lens
  • Example 1 Specific numerical values of the objective lens of Example 1 are shown below.
  • FIG. 2 is a diagram showing the wavefront aberration of this example.
  • the aberration is within 9 m ⁇ ( ⁇ is a wavelength) or less even in PV value, and is 2.1 m ⁇ or less in rms value of all aberrations, and the aberration characteristic is very good.
  • FIG. 3 is a diagram showing the off-axis performance of this embodiment. At the angle of view of 0.6°, the total aberration is within 30 m ⁇ rms, which is practically no problem.
  • FIG. 4 is a diagram showing a change in wavefront aberration when only the objective lens is tilted, that is, a tilt characteristic of the objective lens. If the coma aberration generated when the optical disc is tilted is up to about 60 m ⁇ , the astigmatism will be generated within 10 m ⁇ when this is canceled by the tilt of the objective lens.
  • the substrate thickness from the optical disk surface to the recording surface is 0.078 mm
  • the refractive index of the substrate is 1.6173566451
  • the objective is to minimize the third-order spherical aberration in the untilted state.
  • the light incident on the lens is a slightly convergent light.
  • the first embodiment not only the axial aberration but also the aberration with respect to the oblique ray is sufficiently corrected. Further, it is also suitable for correcting the coma aberration caused by the tilt of the optical disk by tilting only the objective lens instead of tilting the entire optical head.
  • the steepest part of the first surface has an inclination angle of 64.7°, which can be said to be within a range in which the mold can be industrially processed to form glass.
  • objective lenses for optical discs often use aperture restrictions because the numerical aperture NA is used as designed.
  • a diaphragm (not shown) is arranged on the substantially parallel light incident side (downward in FIG. 1) of the objective lens 100 to set the light beam diameter of the incident light beam 107 to the objective lens 100 to a desired value, and to accurately Realize a numerical aperture NA.
  • the positional relationship between the diaphragm and the objective lens 100 has a tolerance due to an error from the design. This tolerance of 20 ⁇ m is sufficient.
  • Example 2 Specific numerical values of the objective lens of Example 2 are shown below.
  • the wavefront aberration is 11 m ⁇ ( ⁇ is the wavelength) or less in the PV value and 2.4 m ⁇ or less in the rms value of all the aberrations, and the aberration characteristic is very good.
  • the off-axis performance, the angle of view performance, and the tilt characteristic of the second embodiment are not shown, they are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a sag shape of the second surface of the objective lens.
  • the lower part is a lens constituent material such as glass, and the upper part is air.
  • the second surface of the objective lens used in Example 2 changes in the direction in which the sag amount always decreases from the optical axis toward the outer peripheral side.
  • the differential coefficient depending on the radial position of the sag amount (same meaning as the height h from the optical axis) is always negative and the distance to the first surface decreases.
  • Example 1 does not mention this point but has the same characteristics.
  • the objective lens of each of the first and second embodiments is a double-sided convex lens. Further, sag in FIG. 5 has the same meaning as X in Expression 1, and the origin of X is shifted to a point on the aspherical surface which is the outermost circumference of the lens effective diameter.
  • the objective lens of Example 2 is sufficiently corrected not only for axial aberration but also for oblique rays. Further, it is also suitable for correcting the coma aberration caused by the tilt of the optical disk by tilting only the objective lens instead of tilting the entire optical head.
  • a single lens can be manufactured by deforming a glass material with a mold, that is, by molding, so that high productivity and high accuracy can be obtained.
  • the mold is shaped by cutting it with a diamond tool while rotating it around the optical axis.
  • the diamond bite cuts out the aspherical shape by moving the radial position from the center of the optical axis to the outer peripheral side or from the outer peripheral side to the center of the optical axis, and at the same time, moving in the direction parallel to the optical axis. It is desirable that the optical axis direction as well as the radial direction moves in a fixed direction without being reversed in the middle.
  • the wavefront aberration is within 11 m ⁇ in PV value ( ⁇ is the wavelength) or less, and within rms value of all aberrations is 2.4 m ⁇ or less, and the aberration characteristic is very good. Further, although illustration regarding the off-axis performance, the angle-of-view performance, and the tilting characteristic of the reference example 1 is omitted, it is equivalent to the case of the embodiment 1.
  • FIG. 6 shows a sag shape of the second surface of the objective lens.
  • the lower part is a lens constituent material such as glass, and the upper part is air.
  • the second surface of the objective lens of Reference Example 1 changes in the direction in which the sag amount decreases from the optical axis toward the outer peripheral side of the lens, but the sag amount increases conversely at a distance of 0.4 mm from the center. There is. In other words, the differential coefficient depending on the radial position of the sag amount is partially reversed in sign. When manufacturing such a shape, it is necessary to reverse the moving direction during the processing of the die, so that a backlash causes a feed error, which makes it difficult to perform high-precision processing.
  • the NA is about 0.85, it is possible to mold the glass along the mold shape even if the shape is partially dented or has a large change in curvature as in this reference example.
  • an objective lens having a NA as high as 0.91 or more molding is difficult because the degree of inclination of the surface is large and the molding is more difficult. That is, it is disadvantageous to select the refractive index of the glass material to be 1.72 or more in order to realize an aspherical shape with high accuracy and a high NA objective lens with small aberrations, and it is desirable that n ⁇ 1.72.
  • Example 3 Specific numerical values of the objective lens of Example 3 are shown below.
  • the wavefront aberration is within a PV value of 9 m ⁇ ( ⁇ is a wavelength) or less and the rms value of all aberrations is within 2.2 m ⁇ , and the aberration characteristic is very good.
  • the off-axis performance, the angle-of-view performance, and the tilting characteristic of this embodiment are the same as those of the first embodiment, although they are not shown.
  • FIG. 7 shows a sag shape of the first surface of the objective lens of the third embodiment.
  • the upper part is a lens constituent material such as glass, and the lower part is air.
  • the first surface changes in a direction in which the sag amount always decreases from the optical axis toward the outer peripheral side of the lens.
  • the differential coefficient of the sag amount depending on the radial position is always positive, and the distance to the second surface decreases.
  • the inclination angle formed with the horizontal direction is steepest near the outer edge. This angle depends on the refractive index of the glass material. In this embodiment, the steepest part has an inclination angle of 65°.
  • the third embodiment not only the axial aberration but also the aberration with respect to the oblique ray is sufficiently corrected. Further, it is also suitable for correcting the coma aberration caused by the tilt of the optical disk by tilting only the objective lens instead of tilting the entire optical head. Since the refractive index is set low, the inclination angle of the steepest part of the first surface is 65°. If it is up to 65°, it is within a range in which the mold can be industrially processed to form glass.
  • the wavefront aberration is within 10 m ⁇ in PV value ( ⁇ is the wavelength) or less and in rms value of all aberrations is less than 2.6 m ⁇ , and the aberration characteristic is very good. Further, although illustrations of the off-axis performance, the angle-of-view performance, and the tilting characteristic of this embodiment are omitted, they are the same as those of the first embodiment.
  • the sag shape of the first surface is roughly equivalent to that of the previous example, etc., but since the refractive index is low and 1.55, the angle of inclination with the horizontal direction is steeper than that of the third example.
  • the steepest part near the outer edge has an inclination angle of 69.5°.
  • the wavefront aberration is within 10 m ⁇ in PV value ( ⁇ is the wavelength) or less, and within rms value of all aberrations is 2.8 m ⁇ or less, and the aberration characteristic is very good.
  • the off-axis performance, the angle-of-view performance, and the tilting characteristic of this reference example are also the same as those of the first embodiment, although not shown.
  • the angle of inclination with the horizontal direction is steeper than that of Reference Example 2.
  • the steepest portion near the outer edge has an inclination angle of 71.6°.
  • Example 4 Specific numerical values of the objective lens of Example 4 are shown below.
  • Example 4 is an example in which a single lens having a refractive index n of glass material of 1.6239179286, a focal length f of 1.095, a numerical aperture NA of 0.92, and a working distance Wd of 0.227 is designed.
  • FIG. 8 is a diagram showing the wavefront aberration of the fourth embodiment.
  • Aberrations are very good as PV values are 9 m ⁇ ( ⁇ is a wavelength) or less and rms values of all aberrations are 2.1 m ⁇ or less.
  • FIG. 9 is a diagram showing the off-axis performance of the fourth embodiment. At the angle of view of 0.6°, the total aberration is within 30 m ⁇ rms, which is practically no problem.
  • FIG. 10 is a diagram showing a change in wavefront aberration when only the objective lens is tilted, that is, a tilting characteristic of the objective lens. If the coma aberration generated when the optical disc is tilted is up to about 60 m ⁇ , the astigmatism will be generated within 10 m ⁇ when this is canceled by the tilt of the objective lens.
  • the substrate thickness from the optical disk surface to the recording surface is 0.0805 mm
  • the refractive index of the substrate is 1.6173566451
  • the objective is to minimize the third-order spherical aberration in the untilted state.
  • the light incident on the lens is a slightly convergent light.
  • Example 5 Specific numerical values of the objective lens of Example 5 are shown below.
  • Example 5 the wavefront aberration is very good, since the PV value is 7 m ⁇ ( ⁇ is the wavelength) or less and the rms value of all aberrations is 2 m ⁇ or less.
  • the off-axis performance, the angle-of-view performance, and the tilting characteristic of the fifth embodiment are also the same as those of the first embodiment, although not shown.
  • FIG. 11 is a diagram showing a sag shape of the second surface of the objective lens.
  • the lower part is a lens constituent material such as glass, and the upper part is air.
  • the second surface of the objective lens of Example 5 changes in the direction in which the sag amount always decreases from the optical axis toward the outer peripheral side of the lens. In other words, it can be said that the differential coefficient of the sag amount depending on the radial position is always negative and the distance to the first surface decreases.
  • the same characteristics are obtained.
  • Example 5 not only the axial aberration but also the aberration with respect to the oblique ray is sufficiently corrected. Further, it is also suitable for correcting the coma aberration caused by the tilt of the optical disk by tilting only the objective lens instead of tilting the entire optical head.
  • the second surface of the objective lens of Example 5 changes in the direction in which the sag amount always decreases from the optical axis toward the outer peripheral side of the lens.
  • the differential coefficient of the sag amount depending on the radial position is always negative and the distance to the first surface decreases.
  • they have the same characteristics.
  • the fact that the sag amount always changes in the same direction from the optical axis toward the outer peripheral side of the lens as in the fourth and fifth embodiments is remarkable in that a highly accurate shape can be realized without error. Has a great effect.
  • the wavefront aberration is within 7 m ⁇ in PV value ( ⁇ is the wavelength) or less, and within rms value of all aberrations is 1.5 m ⁇ or less, which is very good.
  • the off-axis performance, the angle-of-view performance, and the tilting characteristic of this embodiment are the same as those of the first embodiment, although they are not shown.
  • FIG. 12 is a diagram showing a sag shape of the second surface of the objective lens of Reference Example 4.
  • the lower part is a lens constituent material such as glass
  • the upper part is air.
  • the second surface of this embodiment changes in the direction in which the sag amount decreases from the optical axis toward the outer peripheral side of the lens, but the sag amount increases conversely at a distance of 0.4 mm from the center. In other words, the differential coefficient depending on the radial position of the sag amount is partially reversed in sign.
  • the second surface of the objective lens of Reference Example 4 changes in the direction in which the sag amount decreases from the optical axis toward the outer peripheral side of the lens, but the sag amount is reversed in the vicinity of the distance 0.34 mm from the center. There is a place to increase. In other words, the differential coefficient depending on the radial position of the sag amount is partially reversed in sign.
  • it is necessary to reverse the moving direction during the processing of the die, so that a backlash causes a feed error, which makes it difficult to perform high-precision processing. That is, it is disadvantageous to select the refractive index of the glass material to be 1.72 or more in order to realize an aspherical shape with high accuracy and a high NA objective lens with small aberrations, and it is desirable that n ⁇ 1.72.
  • the objective lens of the present invention has a high numerical aperture of NA 0.91 or more, and can secure the performance of the diffraction limit that can be used as an objective lens of an optical disc. Not only on-axis aberrations, but also for oblique rays are sufficiently corrected.
  • the appropriate range of the refractive index described in this embodiment is a feature that has been revealed by increasing the NA of the single lens to 0.91 or more.
  • an aperture restriction that limits the diameter of the light beam incident on the objective lens near the first surface.
  • the diameter of the aperture limit smaller than the total effective radius of the objective lens in order to secure a margin for the aperture limit and the deviation of the central axis of the objective lens.
  • NA is 0.91 in order to secure an axial misalignment margin of about 10 microns. From this point of view, it is appropriate to express the NA of the objective lens of the example as 0.91 or more.
  • FIG. 13 is a configuration diagram showing an optical head device 1300 according to the second embodiment.
  • an optical head device 1300 includes a laser light source 1301, a relay lens 1302, a beam splitter 1303, a collimating lens (first convex lens) 1304, a rising mirror 1305, a quarter wave plate 1306, an objective lens 100, and a driving unit. 1307, a diffraction element 1308, a detection lens 1309, a first photodetector 1310, a condenser lens 1311, and a second photodetector 1312.
  • the optical disc 101 has a base material thickness t1 of about 0.1 mm (a base material thickness of 0.11 mm or less including manufacturing error is referred to as about 0.1 mm) or a thinner base material thickness. Recording/playback is performed.
  • a laser light source 1301 (first light source) emits a blue light beam 107 having a wavelength ⁇ 1 (390 nm to 415 nm: typically about 405 nm).
  • the optical disc 101 has a base material 105 from the light incident surface to the recording surface, and a substrate 104 having a thickness of about 1.1 mm to be bonded to reinforce the mechanical strength to have an outer shape of about 1.2 mm.
  • the protective material is omitted for simplicity.
  • the laser light source 1301 is preferably a semiconductor laser light source so that the optical head device and the optical information device using the same can be reduced in size, weight and power consumption.
  • the light beam 107 having the wavelength ⁇ 1 emitted from the laser light source 1301 is reflected by the beam splitter 1303 via the relay lens 1302, converted into substantially parallel light by the collimator lens 1304, and further raised.
  • the optical axis is bent by the raising mirror 1305, and circularly polarized by the quarter-wave plate 1306.
  • the light beam 107 is focused on the information recording surface 106 by the objective lens 100 through the base material having a thickness of about 0.1 mm of the optical disc 101.
  • the relay lens 1302 the light utilization efficiency from the laser light source 1301 and the far field pattern can be set to a preferable one, but they can be omitted if not particularly necessary.
  • the raising mirror 1305 is described as bending the light beam upward in the drawing, but in reality, the light beam optical axis is moved from the drawing to the front (or the back) in a direction perpendicular to the drawing. It is configured to be bent.
  • the optical path up to this point is called the outward path.
  • the light beam 107 reflected on the information recording surface traces the original optical path in the reverse direction (return path), becomes linearly polarized light in the direction orthogonal to the initial direction by the 1 ⁇ 4 wavelength plate 1306, and almost completely passes through the beam splitter 1303.
  • the focal length is extended by the detection lens 1309, and the light is incident on the first photodetector 1310 forming the photodetection unit.
  • a servo signal and an information signal used for focus control and tracking control are obtained.
  • highly accurate and stable servo signal detection can be realized.
  • the beam splitter 1303 includes a polarization separation film that totally reflects linearly polarized light in one direction and totally transmits linearly polarized light in a direction orthogonal to the light beam 107 having the wavelength ⁇ 1.
  • the beam splitter 1303 may have no polarization dependency and the quarter wavelength plate 1306 may be omitted.
  • the objective lens 100 is the objective lens according to the first embodiment, and since the surface shape can be created with high accuracy despite the NA exceeding 0.9, the optical head device 1300 has high resolution and high density. This has the effect that information recording and reproduction can be performed.
  • the objective lens 100 collects the light beam 107 and forms a minute spot on the recording surface of the optical disc 101. By driving the objective lens 100 in the optical axis direction by a driving unit 1307 as an example of an actuator, a minute spot of the light beam 107 is focused.
  • the collimator lens 1304 It is also effective to change the parallelism of the light beam by moving the collimator lens 1304 in the optical axis direction (left and right direction in FIG. 13).
  • Spherical aberration occurs when there is a thickness error of the base material or when there is a base material thickness due to the interlayer thickness when the optical disc 101 is a two-layer disc, the collimator lens 1304 is moved in the optical axis direction in this way.
  • the spherical aberration can be corrected by.
  • the spherical aberration correction by moving the collimator lens 1304 can also correct the substrate thickness of ⁇ 30 ⁇ m or more.
  • the beam splitter 1303 transmits a part (for example, about 10%) of the linearly polarized light emitted from the laser light source 1301, and the transmitted light beam 107 is further condensed by a condenser lens 1311 to a second photodetector.
  • the change in the emitted light amount of the light beam 107 is monitored using the signal obtained from the second photodetector 1312, and the change in the emitted light amount is fed back to make the emitted light amount of the light beam 107 constant. It is also possible to carry out control to keep it.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of an optical information device 1400 according to the third embodiment.
  • an optical information device 1400 includes an optical head device 1300, a driving device 1401, an electric circuit 1402, a motor 1403, a turntable 1404, and a clamper 1405.
  • the optical head device 1300 is the one described in the second embodiment.
  • the optical disc 101 is placed on a turntable 1404 and is rotated by a motor 1403 while being fixed by a clamper 1405.
  • the optical head device 1300 is roughly moved by the drive device 1401 to a track on the optical disc 101 where desired information exists.
  • the optical head device 1300 sends a focus error signal (focus error signal) and a tracking error signal to the electric circuit 1402 in accordance with the positional relationship with the optical disc 101.
  • the electric circuit 1402 sends a signal for finely moving the objective lens 100 to the optical head device 1300.
  • the optical head device 1300 performs focus control and tracking control on the optical disc 101, and the optical head device 1300 performs reading, writing (recording), and erasing of information.
  • the optical information device 1400 of the present embodiment uses the optical head device 1300 described in the second embodiment as an optical head device, and thus has an effect of being able to cope with an optical disc having a high recording density.
  • a computer equipped with the optical information device 1400 described in the third embodiment or adopting the above-described recording/reproducing method, an optical disk player, an optical disk recorder, a server, a vehicle, or the like stably records or records different kinds of optical disks. Since it can be reproduced, it has an effect that it can be used for a wide range of purposes. Further, since these are common in the sense that information is reproduced from an optical disc by using an optical head device, they can be collectively referred to as an optical disc system.
  • FIG. 15 is a configuration diagram showing an optical disc system 1500 according to the fourth embodiment.
  • the optical disc system 1500 includes the optical information device 1400 and the arithmetic device 1501 according to the third embodiment.
  • the optical disc system 1500 includes an input terminal for connecting the input device 1502 and an output terminal for connecting the output device 1503.
  • the input device 1502 inputs information.
  • a keyboard, a mouse, or a touch panel is an example of the input device 1502.
  • the arithmetic device 1501 performs arithmetic operations based on the information input from the input device 1502, the information read from the optical information device 1400, and the like.
  • the central processing unit (CPU) is an example of the processing device 1501.
  • the output device 1503 displays information such as a result calculated by the calculation device 1501.
  • a cathode ray tube, a liquid crystal display device, and a printer are examples of the output device 1503.
  • the optical head system of the present embodiment uses the optical head device of the third embodiment as an optical head device, it has an effect that it can be applied to an optical disc having a high recording density.
  • the arithmetic device 1501 may be a conversion device as an example of an information-to-image decoder that converts an information signal obtained from the optical information device 1400 into an image including a still image or a moving image.
  • the arithmetic device 1501 may be a conversion device as an example of an image-to-information encoder that converts image information of an image including a still image or a moving image into information recorded by the optical information device 1400. Further, it is a conversion device capable of converting an information signal obtained from the optical information device 1400 into an image including a still image or a moving image, and converting an image including a still image or a moving image into information to be recorded by the optical information device 1400. May be. Further, the input device 1502 and the output device 1503 may be integrated with the optical disc system 1500.
  • FIG. 16 is a configuration diagram of an optical disc system 1600 according to the fifth embodiment.
  • the optical disc system 1600 is different from the optical disc system 1500 according to the third embodiment in that an input/output terminal 1601 is further provided.
  • the input/output terminal 1601 is a wired or wireless communication terminal that takes in information to be recorded in the optical disc system 1600 and outputs information read by the optical information device 1400 to the external network 1602.
  • a network that is, a plurality of devices such as a computer, a telephone, and a TV tuner, and use the plurality of devices as a shared information server.
  • the optical information device in the fifth embodiment can stably record or reproduce optical discs of different types, and thus has an effect that it can be used for a wide range of purposes.
  • an output device 1503 such as a cathode ray tube for displaying information, a liquid crystal display device, or a printer may be provided.
  • optical information device 1400 by providing a changer capable of inserting/removing a plurality of optical discs into/from the optical information device 1400, it is possible to obtain the effect of recording/storing a large amount of information, which is suitable as an information storage device in a data center.
  • the optical information device of the present embodiment uses the optical head device described above in the present invention as an optical head device, it has an effect that it can be applied to an optical disc having a high recording density.
  • the output device 1503 is shown in FIGS. 15 and 16 in the fourth and fifth embodiments, it goes without saying that there is a product form that includes an output terminal and does not have the output device 1503, and is sold separately. .. On the contrary, in the fourth and fifth embodiments, the input device may be separately sold and may have only the input terminal.
  • the optical head device is capable of recording/reproducing with respect to a plurality of types of optical discs having different substrate thicknesses, corresponding wavelengths, recording densities, etc. Furthermore, a compatible optical information device using this optical head device is It can handle optical disks of many standards such as CD, DVD, and BD. Therefore, the present invention can be applied to any system that stores information, such as a computer, an optical disc player, an optical disc recorder, a car navigation system, an editing system, a data server, an AV component, and a vehicle.

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Abstract

大容量の光ディスクに対してより多くの情報を蓄積することができようにするために使用される、開口数ＮＡをより高くした対物レンズを提供する。対物レンズは、開口数ＮＡ及び屈折率ｎを有する単レンズであって、ＮＡ≧０．９１かつ１．６１≦ｎ＜１．７２であるように構成される。

Description

対物レンズ及び光ヘッド装置及び光情報装置と光ディスクシステム
　本発明は、例えば光ディスクなどの光情報媒体上に記憶される情報の記録・再生あるいは消去を行う光ヘッド装置及び光情報装置および、光情報装置における記録再生方法、そして、これらを応用した光ディスクシステムに関するもの、そしてまた、前記光ヘッド装置に用いる対物レンズに関するものである。
　高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状パターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルと用途を拡張しつつ、実用化されてきている。微小に絞られた光ビームを介して、光ディスクへの情報記録再生が高い信頼性のもとに首尾よく遂行される機能は、回折限界の微小スポットを形成する集光機能、光学系の焦点制御（フォーカスサーボ）とトラッキング制御、及びピット信号（情報信号）検出に大別される。
　近年、光学系設計技術の進歩と光源である半導体レーザの短波長化により、従来以上の高密度の記憶容量を持つ光ディスクの開発が進んでいる。高密度化のアプローチとしては、光ディスク上へ光ビームを微小に絞る集光光学系の光ディスク側開口数（以降、ＮＡ）を大きくすることが検討されている。
　光ディスクの第１世代といえるコンパクトディスクＣＤ）は赤外光（波長λ３は７８０ｎｍ～８２０ｎｍ）、とＮＡ０．４５の対物レンズを使用し、ディスクの基材厚は１．２ｍｍである。第２世代のＤＶＤは赤色光（波長λ２は６３０ｎｍ～６８０ｎｍ）、とＮＡ０．６の対物レンズを使用し、ディスクの基材厚は０．６ｍｍである。そしてさらに、第３世代の光ディスクは青色光（波長λ１は３９０ｎｍ～４１５ｎｍ）、とＮＡ０．８５の対物レンズを使用し、ディスクの基材厚は０．１ｍｍである。なお、本明細書中では、基板厚み（あるいは基材厚）とは光ディスク（または情報媒体）に光ビームの入射する面から情報記録面までの厚みを指す。
　インターネットの拡大により、世界で生み出され蓄積すべきデータは増大し続けている。それらのデータを長期間安全に、かつ、低消費電力で保存する媒体として光ディスクの重要性はますます高まっている。従って、光ディスクを大容量化しより多くの情報を光ディスクに蓄積可能とすることが必要である。そのため、対物レンズのＮＡをさらに高くすることが望まれる。高ＮＡの対物レンズを単レンズ構成で実現した例が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
日本国特開２００３－２７９８５１号公報 日本国特開２００８－２９３６３３号公報 日本国特開２０１３－２０６４９６号公報
　しかしながら、特許文献１、２のいずれにおいても実施例として具体的に開示されている設計例のＮＡは０．８５のみであり、より高いＮＡの対物レンズにおける課題が示されていない。実施例としてＮＡが０．８５を超える高い開口数の対物レンズの具体的設計例が開示されていないため課題も示されておらず適切な屈折率すら明確でない。
　また、特許文献３にはＮＡが０．８５をこえる設計例が示されているが、ＮＡが０．９を超える設計例については屈折率が１．５９９５９の一例に限定されている。ＮＡが０．９以下の設計例では他の屈折率の例も開示されてはいるがこのように大きなＮＡの対物レンズであればＮＡの違いは設計上も収差性能上も製作難易度の面でも違いは大きく、ＮＡが０．９以下のレンズの設計例からＮＡが０．９を超えるレンズの設計の指針を得ることは困難である。すなわち特許文献３にはＮＡが０．９を超える（ＮＡ≧０．９１）場合に適切な屈折率範囲がいくらであるかという課題意識がなく、当然ながら適切な屈折率範囲を推し量ることはできない。
　本発明では上述の課題を解決するため、以下のような対物レンズ、光ヘッド装置、光情報装置、光ディスクシステムを構成する。
（１）
　開口数ＮＡ及び屈折率ｎを有する単レンズであって、ＮＡ≧０．９１かつ１．６１≦ｎ＜１．７２である対物レンズ。
（２）
　（１）に記載の対物レンズであって、前記対物レンズは両面凸レンズであり、いずれの面のサグも、光軸から外周側に向かってサグ量が常に同じ方向に変化することを特徴とする対物レンズ。
（３）
　（１）または（２）に記載の対物レンズであって、焦点距離ｆが１ｍｍ～１．３ｍｍであることを特徴とする対物レンズ。
（４）
　（１）～（３）のいずれかに記載の対物レンズであって、作動距離Ｗｄが０．２ｍｍ～０．３ｍｍであることを特徴とする対物レンズ。
（５）
　（１）～（４）のいずれかに記載の対物レンズであって、ＮＡ≦０．９４であることを特徴とする対物レンズ。
（６）
　光ビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射される光ビームを受けて光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光する（１）～（５）のいずれかに記載の対物レンズと、前記光ディスクの記録面上で反射した光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を形成した光検出器とを具備することを特徴とする光ヘッド装置。
（７）
　（６）に記載の光ヘッド装置と、光ディスクを回転するモータと、前記光ヘッド装置から得られる信号を受け、前記モータや前記対物レンズや前記レーザ光源を制御および駆動する電気回路を具備する光情報装置。
（８）
　光ヘッド装置と、光ディスクを回転するモータと、前記光ヘッド装置から得られる信号を受け、前記モータや前記光ヘッド装置の対物レンズやレーザ光源を制御および駆動する電気回路を具備する光情報装置であって、前記光ヘッド装置は、波長λ１の青色光を出射する第１の光源と、前記第１の光源から出射される光ビームを受けて基材厚ｔ１の基材を通して光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光する構成（１）～（５）のいずれかに記載の対物レンズと、前記光ディスクの記録面上で反射した光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を形成した光検出器と、前記対物レンズを光軸方向に駆動して前記微小スポットを前記光ディスクの記録面上へ焦点あわせするアクチュエータを具備し、前記光検出器から、焦点誤差信号を検出するための電気信号を検出し、前記アクチュエータによって前記対物レンズを光軸方向に駆動することによって、前記微小スポットを前記光ディスクの記録面上へ焦点あわせすることを特徴とする光情報装置。
（９）
　（７）または（８）に記載の光情報装置と、情報を入力するための入力装置あるいは入力端子と、前記入力装置から入力された情報や前記光情報装置から再生された情報に基づいて演算を行う演算装置と、前記入力装置から入力された情報や前記光情報装置から再生された情報や、前記演算装置によって演算された結果を表示あるいは出力するための出力装置あるいは出力端子を備えた光ディスクシステム。
（１０）
　（７）または（８）に記載の光情報装置と、前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換する情報から画像へのデコーダーを有する光ディスクシステム。
（１１）
　（７）または（８）に記載の光情報装置と、画像情報を前記光情報装置によって記録する情報に変換する画像から情報へのエンコーダーを有する光ディスクシステム。
（１２）
　（７）または（８）に記載の光情報装置と、外部との情報のやりとりを行う入出力端子を備えた光ディスクシステム。
　本発明の実施形態にかかる対物レンズは、高密度の光ディスクに記録再生することを実現する。
本発明の実施の形態１に係る対物レンズの構成図 実施例１の波面収差を示す図 実施例１の軸外性能を示す図 実施例１の対物レンズのあおり特性を示す図 実施例２の対物レンズの第２面のサグ形状を示す図 参考例１の対物レンズの第２面のサグ形状を示す図 実施例３の対物レンズの第一面のサグ形状を示す図 実施例４の波面収差を示す図 実施例４の軸外性能を示す図 実施例４の対物レンズのあおり特性を示図 実施例５の対物レンズの第２面のサグ形状を示す図 参考例４の対物レンズの第２面のサグ形状を示す図 本発明の実施の形態２に係る光ヘッド装置を示す構成図 本発明の実施の形態３に係る光情報装置を示す構成図 本発明の実施の形態４に係る光ディスクシステムを示す構成図 本発明の実施の形態５に係る光ディスクシステムを示す構成図
　以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
　（実施の形態１）
　対物レンズのＮＡを高くするためには、光軸から離れた外周部分の光の屈折角度を大きくする必要がある。そのために、ガラスや樹脂など対物レンズを構成する硝材の屈折率ｎをより大きくすることが望ましい。しかしながら、我々が、実際にＮＡが０．９を超える単玉の対物レンズを設計したところ、屈折率ｎはいくらでも大きければ良いというものでは無く適正範囲があることがわかった。
　図１は、本発明の実施の形態１に係る対物レンズ１００の構成図である。図１において、対物レンズ１００は、入射光線（光ビーム）１０７を受ける第一面１０２と、その第一面１０２に対向し、光ディスク１０１に近い側に配置する第二面１０３を有する。光ディスク１０１は、基板１０４、基材１０５、基板１０４と基材１０５に挟まれた情報記録面１０６を有する。光ビーム１０７は、対物レンズ１００の第一面１０２に入射し、第二面１０３を通り、光ディスク１０１の情報記録面１０６に収束される。ここで、光ビーム１０７が情報記録面１０６に収束されている状態での第二面１０３と光ディスク１０１の基材１０５との距離をワーキングディスタンス（以降、Ｗｄ）と呼ぶ。また、光ディスク１０１の第一面１０２と第二面１０３の光軸における間隔をｄとする。
　本発明の具体的な実施の形態について、実施例を用いてさらに詳細に説明する。各実施例において、以下に示す符号を共通とする。また、実験に利用した光ディスクは平行平板とし、設計波長λを４０５ｎｍ、光ディスクの厚みは約０．０８ｍｍ、屈折率はいずれも１．６２３９１８を中心にとした。
ｆ：対物レンズの焦点距離
ＮＡ：対物レンズのＮＡ
Ｒ１：対物レンズの第１面の曲率半径
Ｒ２：対物レンズの第２面の曲率半径
ｄ：対物レンズのレンズ厚み
ｎ：対物レンズの屈折率
Ｗｄ：対物レンズの第２面から光ディスクまでの距離
なお、ＮＡと屈折率は無単位であり、他の単位はｍｍである。
また、非球面形状は、以下の（数１）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ただし各符号の意味は以下の通りである。
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
ｈ：光軸からの高さ
Ｃｊ：対物レンズの第ｊ面の非球面頂点の曲率（Ｃｊ＝１／Ｒｊ）
Ｋｊ：対物レンズの第ｊ面の円錐定数
Ａｊ，ｎ：対物レンズの第ｊ面のｎ次の非球面係数
ただしｊ＝１，２
（実施例１）
　実施例１の対物レンズの具体的数値を以下に示す。実施例１は、硝材の屈折率ｎ＝１．６２３９１７９２８６において、焦点距離ｆ＝１．３０９、開口数ＮＡ＝０．９２、作動距離Ｗｄ＝０．２６０３の単レンズを設計した例である。
ｆ＝１．３０９
ＮＡ＝０．９２
Ｒ１＝０．９４７８４０２
Ｒ２＝－１．３９６３８７
ｄ＝１．８８２３２
ｎ＝１．６２３９１７９２８６
Ｗｄ＝０．２６０３
Ｋ１＝－０．６１２９
Ａ１，４＝０．０３２３３０９２５
Ａ１，６＝－０．０５５９６５３８７
Ａ１，８＝０．２９３４８１５
Ａ１，１０＝－０．５７８２７０４９
Ａ１，１２＝０．３９２７４７７
Ａ１，１４＝０．４７９９０３３４
Ａ１，１６＝－０．９４５３５２３４
Ａ１，１８＝０．３９２５５５４２
Ａ１，２０＝－０．０３４６７９４２８
Ａ１，２２＝０．３５６６３９１２
Ａ１，２４＝－０．３１４４１１３５
Ａ１，２６＝－０．１４０５２５２６
Ａ１，２８＝０．２４７３９７３８
Ａ１，３０＝－０．０８３５６５１１２
Ａ１，３２＝０．００４９３９７７７３
Ａ１，３４＝－０．０００１５９３３３０１
Ａ１，３６＝－０．０００２２３４９２６
Ａ１，３８＝－５．０２５５９７６ｅ－０５
ここで、ｅ－０５は×１０の－５乗を表す。
Ａ１，４０＝０．０００１６９９０１７５
Ｋ２＝－３２．６５１６９
Ａ２，４＝１．５７１８１６８
Ａ２，６＝－９．１５１６０８１
Ａ２，８＝３２．３２２２２７
Ａ２，１０＝－７１．４７９１９６
Ａ２，１２＝７７．５５４５３１
Ａ２，１４＝２６．９２８８５９
Ａ２，１６＝－１９６．４１８５９
Ａ２，１８＝２３３．５６１６２
Ａ２，２０＝－９４．３２９７６９
Ａ２，２２＝－４．５３９３１０２
Ａ２，２４＝－１５．３３５８９９
Ａ２，２６＝１６．５９６４８６
Ａ２，２８＝３．３１６３８２１
Ａ２，３０＝６．２６３９６５
Ａ２，３２＝－２．０３１６５５７
Ａ２，３４＝０．０３４８２５８３９
Ａ２，３６＝－４．９３３０３１５
Ａ２，３８＝－９．５２９７５２５
Ａ２，４０＝９．７８１６７２５
　図２は、本実施例の波面収差を示す図である。収差は、ＰＶ値でも９ｍλ（λは波長）以下、全収差のｒｍｓ値では２．１ｍλ以下に収まっており、収差特性は非常に良好である。
　図３は、本実施例の軸外性能を示す図である。画角０．６°において全収差は３０ｍλｒｍｓ以内であり、実用上問題ない。
　図４は、対物レンズのみを傾けたときの波面収差の変化、すなわち対物レンズのあおり特性を示す図である。光ディスクが傾いた時に発生するコマ収差が６０ｍλ程度までであれば、対物レンズのあおりによってこれをキャンセルした場合に非点収差の発生は１０ｍλ以内に収まる。
　なお、収差計算において、光ディスク表面から記録面までの基材厚みは０．０７８ｍｍ、基材の屈折率は１．６１７３５６６４５１であり、傾きの無い状態での３次の球面収差を最小にするため対物レンズへの入射光はわずかに収束光になっている。
　実施例１では、軸上収差はもちろんのこと、斜め光線に対する収差も十分に補正されている。また、光ディスクの傾きによって生じるコマ収差を、光ヘッド全体でなく対物レンズのみを傾けることによって補正する場合にも適している。第一面の最も最も急峻な部分の傾斜角度は６４．７°であり、工業的に金型を加工してガラス成形を行うことの出来る範囲内であるといえる。
　また、光ディスク用の対物レンズは開口数ＮＡを設計通りの値で用いるために開口制限を使用することが多い。例えば図１において対物レンズ１００の略平行光入射側（図１の下方）に絞り（図示は省略）を配置して対物レンズ１００への入射光線１０７の光束径を所望の値にして、正確な開口数ＮＡを実現する。この際に絞りと対物レンズ１００位置関係は設計との誤差が発生し公差が必要である。この公差は２０μｍあれば十分である。図１の左右前後方向の交差２０μｍを焦点距離１ｍｍ程度の対物レンズにおいて許容するためには０．０２ｍｍ÷ＮＡ≒０．０２なので、開口数が０．０２程度大きな範囲まで、少なくとも軸上において収差が小さくなるように設計することが望ましい。本実施例の場合であれば、ＮＡは０．９２＋０．０２＝０．９４まで、軸上収差を抑えられるよう設計して、光ピックアップに実装する際には絞り（アパーチャ）によって、ＮＡを０．９～０．９２に制限して使用することが想定される。
（実施例２）
　実施例２の対物レンズの具体的数値を以下に示す。実施例２は、硝材の屈折率を実施例１よりもさらに高くした場合の設計例である。屈折率ｎ＝１．７１００００において設計した。実施例１と同じく開口数ＮＡ＝０．９２、作動距離Ｗｄ＝０．２６０３の単レンズである。焦点距離ｆ＝１．２９９もほぼ同じである。
ｆ＝１．２９９
ＮＡ＝０．９２
Ｒ１＝１．０１８１２２
Ｒ２＝－２．３４２６８４
ｄ＝１．８６６５７１
ｎ＝１．７１００００
Ｗｄ＝０．２６０３
Ｋ１＝－０．５９０７８９６
Ａ１，４＝０．０２９３７３８９４
Ａ１，６＝－０．０５９５７５６０
Ａ１，８＝０．２９４２９４７４
Ａ１，１０＝－０．５８１８４１８６
Ａ１，１２＝０．３９０１１０６７
Ａ１，１４＝０．４８１１５８３７
Ａ１，１６＝－０．９４３８０８０７
Ａ１，１８＝０．３９１５６０７８
Ａ１，２０＝－０．０３５１６０２１４
Ａ１，２２＝０．３５７００６９３
Ａ１，２４＝－０．３１５０７３２３
Ａ１，２６＝－０．１４０５６９０８
Ａ１，２８＝０．２４７４８７０２
Ａ１，３０＝－０．０８３４６０４２４
Ａ１，３２＝０．００５５１００９５９
Ａ１，３４＝－０．０００３９０８０２９５
Ａ１，３６＝－０．０００３７８９４５７１
Ａ１，３８＝－０．０００１９２１２８４４
Ａ１，４０＝０．０００３０１５９４３５
Ｋ２＝－８１．３５７０６
Ａ２，４＝１．４４０７６３６
Ａ２，６＝－９．０８５２９５９
Ａ２，８＝３２．３４９６５５
Ａ２，１０＝－７１．４２９９３
Ａ２，１２＝７７．６７１９４８
Ａ２，１４＝２６．９５４７７３
Ａ２，１６＝－１９６．４６７３
Ａ２，１８＝２３３．０６０６２
Ａ２，２０＝－９６．５３８０５４
Ａ２，２２＝－２．４０１５７８９
Ａ２，２４＝－１２．３０５１８９
Ａ２，２６＝１７．４６０２８３
Ａ２，２８＝３．０２２７７３７
Ａ２，３０＝２．９７８５８６６
Ａ２，３２＝－６．１１５７０８６
Ａ２，３４＝－４．０７３６０５４
Ａ２，３６＝－２．５０６３２３７
Ａ２，３８＝１．１７０１３３９
Ａ２，４０＝７．１０３２３８４
　実施例２においても、波面収差はＰＶ値で１１ｍλ（λは波長）以下、全収差のｒｍｓ値では２．４ｍλ以下に収まっており、収差特性は非常に良好である。また、実施例２の軸外性能、画角性能、あおり特性は図示しないが、実施例１の場合と同等である。
　図５は、対物レンズの第２面のサグ形状を示す図である。図５において、下方がガラス等のレンズ構成材料であり、上方は空気である。実施例２で使用した対物レンズの第二面は、光軸から外周側に向かってサグ量が常に減る方向に変化している。言い換えると、サグ量の半径位置（光軸からの高さｈと同じ意味）による微分係数が常に負であり第一面との距離が減る方向であるとも言える。実施例１では、この点言及しなかったが同じ特性を有する。実施例１や実施例２の対物レンズは、両面凸レンズで構成される。また、図５におけるサグは式１におけるＸと同じ意味を持ち、Ｘの原点をレンズ有効径最外周側にあたる非球面上の点にシフトしたものである。
　以上より、実施例２の対物レンズは、軸上収差はもちろんのこと、斜め光線に対する収差も十分に補正されている。また、光ディスクの傾きによって生じるコマ収差を、光ヘッド全体でなく対物レンズのみを傾けることによって補正する場合にも適している。
　また、単レンズは金型によって硝材を変形させて作製する、すなわち成形することにより、高い生産性、高い精度を得ることができる。金型は光軸を中心に回転させながらダイヤモンドバイトで削ることによって形状を作り出す。ダイヤモンドバイトは光軸中心から外周側へ、あるいは外周側から光軸中心へと半径位置を移動させながら、同時に光軸に平行な方向へも移動することによって非球面形状を削り出すことになる。半径方向とともに光軸方向も途中で反転すること無く一定方向に移動することが望ましい。なぜなら移動方向を反転するといわゆるバックラッシュ（送りねじ、歯車等の互いにはまり合って運動する機械要素において、運動方向の隙間の事。この隙間が無ければ歯同士が干渉し、回す事ができなくなるが、ある方向に回転していたものを反対方向に回転させた時、寸法のずれや衝撃が生じる事がある）により送り誤差が生じてしまう。従って、実施例１や実施例２のように、光軸からレンズの外周側（レンズ外縁部）に向かってサグ量が常に同じ方向に変化することは、誤差無く高精度の形状を実現できるという顕著な効果を奏する。
（参考例１）
　参考例１の対物レンズの具体的数値を以下に示す。硝材の屈折率を実施例２よりもさらに高くした場合の設計例である。屈折率ｎ＝１．７２００００において設計した。実施例と同じく開口数ＮＡ＝０．９２、作動距離Ｗｄ＝０．２６０３の単レンズである。焦点距離ｆ＝１．３００もほぼ同じである。
ｆ＝１．３００
ＮＡ＝０．９２
Ｒ１＝１．０２４４５９
Ｒ２＝－２．５７９９１９
ｄ＝１．８６３１６７
ｎ＝１．７２００００
Ｗｄ＝０．２６０３
Ｋ１＝－０．５８５８０２
Ａ１，４＝０．０２８８７７７０９
Ａ１，６＝－０．０５８９９９２１
Ａ１，８＝０．２９１１７６４４
Ａ１，１０＝－０．５７６６８０８
Ａ１，１２＝０．３８６８１８９７
Ａ１，１４＝０．４８１２２３６７
Ａ１，１６＝－０．９４４４０２８２
Ａ１，１８＝０．３９２６２６４
Ａ１，２０＝－０．０３４６９７８２５
Ａ１，２２＝０．３５６５０３６
Ａ１，２４＝－０．３１４８４５７８
Ａ１，２６＝－０．１４０７３２２
Ａ１，２８＝０．２４７３３９０６
Ａ１，３０＝－０．０８３３４３９３２
Ａ１，３２＝０．００５４４４５５５２
Ａ１，３４＝－０．０００３５２５９０８７
Ａ１，３６＝－０．０００３７４４６６０７
Ａ１，３８＝－０．０００１５２２２２５６
Ａ１，４０＝０．０００２７４７６４５４
Ｋ２＝－９５．００３７９
Ａ２，４＝１．４４４２６０７
Ａ２，６＝－９．０８５６３１７
Ａ２，８＝３２．３３５１３９
Ａ２，１０＝－７１．４７２７６３
Ａ２，１２＝７７．８１０６２１
Ａ２，１４＝２６．８５５８０３
Ａ２，１６＝－１９６．３６４４３
Ａ２，１８＝２３２．９５１６７
Ａ２，２０＝－９６．９８５８２６
Ａ２，２２＝－１．５７２２６３５
Ａ２，２４＝－１２．４４５８５９
Ａ２，２６＝１７．４９８４４４
Ａ２，２８＝２．３３３７７５２
Ａ２，３０＝２．９５７９４１３
Ａ２，３２＝－６．６５７９１５８
Ａ２，３４＝－１．８７８６５１３
Ａ２，３６＝－１．６９７７９９１
Ａ２，３８＝－２．６９９４２９１
Ａ２，４０＝９．０７１１９９５
　参考例１においても、波面収差はＰＶ値で１１ｍλ（λは波長）以下、全収差のｒｍｓ値では２．４ｍλ以下に収まっており、収差特性は非常に良好である。また、参考例１の軸外性能、画角性能、あおり特性に係る図示は省略するが、実施例１の場合と同等である。
　参考例１は、軸上収差はもちろんのこと、斜め光線に対する収差も十分に補正されている。また、光ディスクの傾きによって生じるコマ収差を、光ヘッド全体でなく対物レンズのみを傾けることによって補正する場合にも適している。
　図６は、対物レンズの第２面のサグ形状を示す。図６において、下方がガラス等のレンズ構成材料であり、上方は空気である。参考例１の対物レンズの第二面は、光軸からレンズの外周側に向かってサグ量が減る方向に変化しているが、中心からの距離０．４ｍｍ近辺においてサグ量が逆に増えている。言い換えると、サグ量の半径位置による微分係数が一部正負逆転している。このような形状を作製する際には、金型の加工途中に移動方向を反転しなければならないので、バックラッシュにより送り誤差が生じ、高精度の加工が難しくなるという課題が生じる。また、ＮＡが０．８５程度であれば、本参考例のように一部がへこんだ形状、曲率変化の大きな形状、であっても金型形状に沿ってガラスを成形することが可能であったが、ＮＡが０．９１以上にまで高い対物レンズでは、表面の傾斜が大きくなるなど、より成形の難易度が高いため、成形も困難である。つまり、硝材の屈折率を１．７２以上に選ぶことは、高精度に非球面形状を実現し収差の小さな高ＮＡ対物レンズを実現するためには不利であり、ｎ＜１．７２が望ましい。
（実施例３）
　実施例３の対物レンズの具体的数値を以下に示す。実施例３は、硝材の屈折率を実施例１よりもさらに低くした場合の設計例である。屈折率ｎ＝１．６１００００において設計した。実施例１や２と同じく、開口数ＮＡ＝０．９２、作動距離Ｗｄ＝０．２６０３の単レンズである。焦点距離ｆ＝１．３０５もほぼ同じである。
ｆ＝１．３０５
ＮＡ＝０．９２
Ｒ１＝０．９３７０８１６
Ｒ２＝－１．２５７３８
ｄ＝１．８８５５１６
ｎ＝１．６１００００
Ｗｄ＝０．２６０３
Ｋ１＝－０．６１１５０８３
Ａ１，４ ＝０．０３２３８０７６
Ａ１，６ ＝－０．０５６４５１４１
Ａ１，８ ＝０．２９５７４４５９
Ａ１，１０ ＝－０．５７９４４２８９
Ａ１，１２ ＝０．３９０４４４４１
Ａ１，１４ ＝０．４８３４９１０８
Ａ１，１６ ＝－０．９４４８３５４４
Ａ１，１８ ＝０．３９０８６３１３
Ａ１，２０ ＝－０．０３５５１２３５１
Ａ１，２２ ＝０．３５７３８５５９
Ａ１，２４ ＝－０．３１４３８６３
Ａ１，２６ ＝－０．１４０３１９９６
Ａ１，２８ ＝０．２４７４５０１３
Ａ１，３０ ＝－０．０８３７１７５６１
Ａ１，３２ ＝０．００４９１８６１２６
Ａ１，３４ ＝－０．０００１７２５３６４９
Ａ１，３６ ＝－０．０００１９３５１８５４
Ａ１，３８ ＝－６．８３０８３０７ｅ－０５
Ａ１，４０ ＝ ０．０００１７６７２１９３
Ｋ２＝－３０．５７３０４
Ａ２，４＝１．５７３５９２
Ａ２，６＝－９．１７６１２３
Ａ２，８＝３２．３５７３３６
Ａ２，１０＝－７１．４１５１５６
Ａ２，１２＝７７．５３８７２５
Ａ２，１４＝２６．８０９０９１
Ａ２，１６＝－１９６．６５８９４
Ａ２，１８＝２３３．６１６７５
Ａ２，２０＝－９３．９４９１６２
Ａ２，２２＝－３．９０５２４５３
Ａ２，２４＝－１５．４９５２８９
Ａ２，２６＝１６．０６０１４１
Ａ２，２８＝２．６２９１１５９
Ａ２，３０＝５．６０９３５８５
Ａ２，３２＝－１．８０４２７４８
Ａ２，３４＝０．６５０３７４５５
Ａ２，３６＝－３．２０１７７１１
Ａ２，３８＝－８．７３３０３９１
Ａ２，４０＝７．５６４９３０５
　実施例３においても、波面収差はＰＶ値で９ｍλ（λは波長）以下、全収差のｒｍｓ値では２．２ｍλ以下に収まっており、収差特性は非常に良好である。また本実施例の軸外性能、画角性能、あおり特性も図示は省略するが、実施例１と同等である。
　図７は、実施例３の対物レンズの第一面のサグ形状を示す。図７において、上方がガラス等のレンズ構成材料で有り、下方は空気である。第一面は光軸からレンズの外周側に向かってサグ量が常に減る方向に変化している。言い換えるとサグ量の半径位置による微分係数が常に正であり第二面との距離が減る方向であるともいえる。先の実施例ではこの点言及しなかったがいずれも同じ特性である。そして水平方向との成す傾斜角度は外縁付近において最も急峻になる。この角度は硝材の屈折率に依存する。本実施例では最も急峻な部分の傾斜角度は６５°である。
　実施例３では、軸上収差はもちろんのこと、斜め光線に対する収差も十分に補正されている。また、光ディスクの傾きによって生じるコマ収差を、光ヘッド全体でなく対物レンズのみを傾けることによって補正する場合にも適している。屈折率を低く設定したため、第一面の最も最も急峻な部分の傾斜角度は６５°である。６５°までであれば、工業的に金型を加工してガラス成形を行うことの出来る範囲内である。
（参考例２）
　参考例２の対物レンズの具体的数値を以下に示す。参考例２は硝材の屈折率を実施例３よりもさらに低くした場合の設計例である。屈折率ｎ＝１．５５００００において設計した。実施例１～３と同じく開口数ＮＡ＝０．９２、作動距離Ｗｄ＝０．２６０３の単レンズである。焦点距離ｆ＝１．２７９もほぼ同じである。
ｆ＝１．２７９
ＮＡ＝０．９２
Ｒ１＝０．８８７１６１８
Ｒ２＝－０．８２３８８０３
ｄ＝１．８９４５１７
ｎ＝１．５５０００
Ｗｄ＝０．２６０３
Ｋ１＝－０．５９９７３６３
Ａ１，４＝０．０３４１５７７３４
Ａ１，６＝－０．０５１８９６３５４
Ａ１，８＝０．２９０６９６７
Ａ１，１０＝－０．５７５１３１２３
Ａ１，１２＝０．３９３５６１８９
Ａ１，１４＝０．４８５０４４０７
Ａ１，１６＝－０．９４７４１１５１
Ａ１，１８＝０．３９００７０９６
Ａ１，２０＝－０．０３５６８３９０９
Ａ１，２２＝０．３５８０５１０３
Ａ１，２４＝－０．３１３８８２９８
Ａ１，２６＝－０．１４００３１１４
Ａ１，２８＝０．２４７６８３０６
Ａ１，３０＝－０．０８４１６０７３７
Ａ１，３２＝０．００４５４０７２８２
Ａ１，３４＝－３．２５３７９８ｅ－０５
Ａ１，３６＝－６．６２３１８３９ｅ－０５
Ａ１，３８＝－１．２１３４８８１ｅ－０５
Ａ１，４０＝０．０００１１３９３１５
Ｋ２＝－２６．２３３９１
Ａ２，４＝１．５２８５４２３
Ａ２，６＝－９．０１４６９２９
Ａ２，８＝３２．３７９１３３
Ａ２，１０＝－７１．５３５５６４
Ａ２，１２＝７７．４３０５６５
Ａ２，１４＝２６．８０８２７
Ａ２，１６＝－１９６．５８８３５
Ａ２，１８＝２３３．７３７６６
Ａ２，２０＝－９４．００８３６２
Ａ２，２２＝－３．７４１３７
Ａ２，２４＝－１５．４５４９３４
Ａ２，２６＝１５．９１８９６３
Ａ２，２８＝２．３９８２４２
Ａ２，３０＝５．４２３９０６４
Ａ２，３２＝－１．９３２５８９４
Ａ２，３４＝０．９７３４０２４３
Ａ２，３６＝－２．７０１９４９２
Ａ２，３８＝－８．５６５４０２２
Ａ２，４０＝７．０２５９２３２
　参考例２においても、波面収差はＰＶ値で１０ｍλ（λは波長）以下、全収差のｒｍｓ値では２．６ｍλ以下に収まっており、収差特性は非常に良好である。また本実施例の軸外性能、画角性能、あおり特性も図示は省略するが、先の第１の実施例と同等である。
　第一面のサグ形状は概略先の実施例などと同等であるが、屈折率が低く１．５５のため水平方向との成す傾斜角度は実施例３よりも急峻である。外縁付近の最も急峻な部分の傾斜角度は６９．５°である。
　参考例２では、軸上収差はもちろんのこと、斜め光線に対する収差も十分に補正されている。また、光ディスクの傾きによって生じるコマ収差を、光ヘッド全体でなく対物レンズのみを傾けることによって補正する場合にも適している。屈折率をさらに低く設定したため、第一面の最も最も急峻な部分の傾斜角度は６９．５°である。金型を加工してガラス成形を行う可能性はあるが、金型の加工、成形、そして検査のための測定も難易度が高くなる。工業化の出来る限度の範囲内と考えられるものの、実施例３の最大傾斜角度６５°との製作難易度差は非常に大きくて、好ましくない選択であると言わざるを得ない。従って、実施例３から屈折率ｎ≧１．６１が望ましいといえる。
（参考例３）
　参考例３の対物レンズの具体的数値を以下に示す。参考例３は硝材の屈折率を参考例２よりもさらに低くした場合の設計例である。屈折率ｎ＝１．５３００００において設計した。実施例１～３や参考例２と同じく開口数ＮＡ＝０．９２、作動距離Ｗｄ＝０．２６０３の単レンズである。焦点距離ｆ＝１．２６７もほぼ同じである。
ｆ＝１．２６７
ＮＡ＝０．９２
Ｒ１＝０．８７０１５６８
Ｒ２＝－０．７２０１１８６
ｄ＝１．８９７７２２
ｎ＝１．５３０００
Ｗｄ＝０．２６０３
Ｋ１＝－０．６０２５８３１
Ａ１，４＝０．０３７８８０１０８
Ａ１，６＝－０．０５３３７５３８９
Ａ１，８＝０．２９３０４５２２
Ａ１，１０＝－０．５７３８０２４３
Ａ１，１２＝０．３９３７２８４７
Ａ１，１４＝０．４８４８０２３７
Ａ１，１６＝－０．９４７４７３８２
Ａ１，１８＝０．３９００７２４１
Ａ１，２０＝－０．０３５５３６２０６
Ａ１，２２＝０．３５８２１４４４
Ａ１，２４＝－０．３１３７７１８７
Ａ１，２６＝－０．１３９９９９２２
Ａ１，２８＝０．２４７６７４１９
Ａ１，３０＝－０．０８４１８９３９３
Ａ１，３２＝０．００４４５２００１７
Ａ１，３４＝－３．９９０７９９３ｅ－０５
Ａ１，３６＝－５．０４５６８０６ｅ－０５
Ａ１，３８＝－１．６０５４９１１ｅ－０６
Ａ１，４０＝０．０００１２０９９６８５
Ｋ２＝－２３．９３７１３
Ａ２，４＝１．５２５４２３４
Ａ２，６＝－８．９９５５３７１
Ａ２，８＝３２．３９７８４３
Ａ２，１０＝－７１．５２１５２２
Ａ２，１２＝７７．４２６８４５
Ａ２，１４＝２６．７９３８１５
Ａ２，１６＝－１９６．６１３７４
Ａ２，１８＝２３３．７２６５３
Ａ２，２０＝－９４．００８２０２
Ａ２，２２＝－３．７４３７７１８
Ａ２，２４＝－１５．４３８
Ａ２，２６＝１５．９４３１６２
Ａ２，２８＝２．４３８４２９6
Ａ２，３０＝５．４２８２７４２
Ａ２，３２＝－１．９３９８６
Ａ２，３４＝０．９５０１５２０３
Ａ２，３６＝－２．７７３４２８４
Ａ２，３８＝－８．６１４５００５
Ａ２，４０＝７．１１７９０９９
　参考例３においても、波面収差はＰＶ値で１０ｍλ（λは波長）以下、全収差のｒｍｓ値では２．８ｍλ以下に収まっており、収差特性は非常に良好である。また本参考例の軸外性能、画角性能、あおり特性も図示は省略するが、実施例１と同等である。
　参考例３の対物レンズの第一面のサグ形状は、屈折率が低く１．５３のため、水平方向との成す傾斜角度は参考例２よりもさらに急峻である。外縁付近の最も急峻な部分の傾斜角度は７１．６°である。
　参考例３では、軸上収差はもちろんのこと、斜め光線に対する収差も十分に補正されている。また、光ディスクの傾きによって生じるコマ収差を、光ヘッド全体でなく対物レンズのみを傾けることによって補正する場合にも適している。しかし、屈折率をさらに低く設定したため、第一面の最も最も急峻な部分の傾斜角度は７１．６°であり、７０°を超えている。金型の加工、ガラス成形、そして検査のための測定も困難になる。実施例３と参考例２、３から、硝材の屈折率ｎは１．６１≧ｎが望ましい。
（実施例４）
　実施例４の対物レンズの具体的数値を以下に示す。実施例４は、硝材の屈折率ｎ＝１．６２３９１７９２８６において、焦点距離ｆ＝１．０９５、開口数ＮＡ＝０．９２、作動距離Ｗｄ＝０．２２７の単レンズを設計した例である。
ｆ＝１．０９５
ＮＡ＝０．９２
Ｒ１＝０．７９７６０１４
Ｒ２＝－１．１５９８０９
ｄ＝１．５７１８３９
ｎ＝１．６２３９１７９２８６
Ｗｄ＝０．２２７
Ｋ１＝－０．５９９５０１３
Ａ１，４＝０．０４８７３２６３８
Ａ１，６＝－０．０８３０９９２５１
Ａ１，８＝０．６０５５６５２３
Ａ１，１０＝－１．５０１２１９６
Ａ１，１２＝１．３２６９４７４
Ａ１，１４＝２．００８６９７
Ａ１，１６＝－５．１２９８７９１
Ａ１，１８＝２．７１４２６９３
Ａ１，２０＝－０．２２３３７０１７
Ａ１，２２＝３．８２４８０１１
Ａ１，２４＝－４．２７５４７３６
Ａ１，２６＝－２．４２７２２６８
Ａ１，２８＝５．１４７８２７３
Ａ１，３０＝－２．１８８２９３３
Ａ１，３２＝０．２１８４５３９２
Ａ１，３４＝０．０５６５９９４１６
Ａ１，３６＝０．００９４３２８１７６
Ａ１，３８＝－０．０１１０８６８８６
Ａ１，４０＝－０．０５３６６４５１５
Ｋ２＝－３６．７６４０８
Ａ２，４＝２．２０４５１１４
Ａ２，６＝－１６．２６０５２６
Ａ２，８＝７１．２３８８２７
Ａ２，１０＝－１９７．２２５６
Ａ２，１２＝２６９．５７２０８
Ａ２，１４＝１１６．１６７５９
Ａ２，１６＝－１０７１．１１７３
Ａ２，１８＝１５９０．１１６２
Ａ２，２０＝－８０４．１１８６３
Ａ２，２２＝－３９．８６８８６２
Ａ２，２４＝－１８５．８８８０４
Ａ２，２６＝２８０．３１７９８
Ａ２，２８＝１３．１８２２７５
Ａ２，３０＝３７．２９５７３３
Ａ２，３２＝６０．７０７２９２
Ａ２，３４＝２５９．１９４５４
Ａ２，３６＝－２３０．４３１１６
Ａ２，３８＝－１２４５．５１８４
Ａ２，４０＝１１７９．７８８８
　図８は、実施例４の波面収差示す図である。収差はＰＶ値でも９ｍλ（λは波長）以下、全収差のｒｍｓ値では２．１ｍλ以下に収まっており非常に良好である。
　図９は、本実施例４の軸外性能を示す図である。画角０．６°において全収差は３０ｍλｒｍｓ以内であり実用上問題ない。
　図１０は、対物レンズのみを傾けたときの波面収差の変化、すなわち対物レンズのあおり特性を示す図である。光ディスクが傾いた時に発生するコマ収差が６０ｍλ程度までであれば、対物レンズのあおりによってこれをキャンセルした場合に非点収差の発生は１０ｍλ以内に収まる。
　なお、収差計算において、光ディスク表面から記録面までの基材厚みは０．０８０５ｍｍ、基材の屈折率は１．６１７３５６６４５１であり、傾きの無い状態での３次の球面収差を最小にするため対物レンズへの入射光はわずかに収束光になっている。
　軸上収差はもちろんのこと、斜め光線に対する収差も十分に補正されている。また、光ディスクの傾きによって生じるコマ収差を、光ヘッド全体でなく対物レンズのみを傾けることによって補正する場合にも適している。
（実施例５）
　実施例５の対物レンズの具体的数値を以下に示す。実施例５は、硝材の屈折率を実施例４よりも高くした場合の設計例である。屈折率ｎ＝１．７１００００において設計した。実施例４と同じく開口数ＮＡ＝０．９２、作動距離Ｗｄ＝０．２２７の単レンズである。焦点距離ｆ＝１．０８７も実施例４とほぼ同じである。
ｆ＝１．０８７
ＮＡ＝０．９２
Ｒ１＝０．８５１３４５２
Ｒ２＝－２．１１９１３２
ｄ＝１．５２４２５９
ｎ＝１．７１００００
Ｗｄ＝０．２２７
Ｋ１＝－０．５７０１３７６
Ａ１，４＝０．０４２２６０１４９
Ａ１，６＝－０．０７９３２３０１
Ａ１，８＝０．５７０８３０４４
Ａ１，１０＝－１．４７０４２３２
Ａ１，１２＝１．３３２６２７４
Ａ１，１４＝１．９４４４８９１
Ａ１，１６＝－５．１３３２２４６
Ａ１，１８＝２．７５５７２５９
Ａ１，２０＝－０．１９１６３３６８
Ａ１，２２＝３．８０９３９４７
Ａ１，２４＝－４．３１６４６８４
Ａ１，２６＝－２．４６４１９８４
Ａ１，２８＝５．１４６４２４７
Ａ１，３０＝－２．１４０７５２８
Ａ１，３２＝０．３２４１７３１７
Ａ１，３４＝０．００９５５００９０２
Ａ１，３６＝－０．０７３５９４１５
Ａ１，３８＝－０．０４６２８６９０２
Ａ１，４０＝０．０１８５０１０７２
Ｋ２＝－１００．６９４４
Ａ２，４＝１．９９７０７８７
Ａ２，６＝－１５．９５１７０７
Ａ２，８＝７１．３０６３７４
Ａ２，１０＝－１９７．６４６３２
Ａ２，１２＝２６９．０６６８５
Ａ２，１４＝１１７．２９１２
Ａ２，１６＝－１０６８．２５７
Ａ２，１８＝１５８９．７７１３
Ａ２，２０＝－８１０．３６２１７
Ａ２，２２＝７７．３７７５４６
Ａ２，２４＝－１５５．５９２９２
Ａ２，２６＝３２２．９６６５３
Ａ２，２８＝２１３．９４１５７
Ａ２，３０＝３．５０８３８２８
Ａ２，３２＝－５８０．６４２０１
Ａ２，３４＝－１２８．０８００５
Ａ２，３６＝３０６．２５７２４
Ａ２，３８＝７２４．４３３３６
Ａ２，４０＝－４９５．０５９６４
　実施例５も、波面収差はＰＶ値で７ｍλ（λは波長）以下、全収差のｒｍｓ値では２ｍλ以下に収まっており非常に良好である。また実施例５の軸外性能、画角性能、あおり特性も図示は省略するが、実施例１と同等である。
　図１１は、対物レンズの第２面のサグ形状を示す図である。図１１では、下方がガラス等のレンズ構成材料で有り、上方は空気である。実施例５の対物レンズの第２面は光軸からレンズの外周側に向かってサグ量が常に減る方向に変化している。言い換えるとサグ量の半径位置による微分係数が常に負であり第一面との距離が減る方向であるともいえる。先の第４の実施例ではこの点言及しなかったが同じ特性である。
　実施例５では、軸上収差はもちろんのこと、斜め光線に対する収差も十分に補正されている。また、光ディスクの傾きによって生じるコマ収差を、光ヘッド全体でなく対物レンズのみを傾けることによって補正する場合にも適している。
　実施例５の対物レンズの第二面は、光軸からレンズの外周側に向かってサグ量が常に減る方向に変化している。言い換えるとサグ量の半径位置による微分係数が常に負であり第一面との距離が減る方向であるともいえる。実施例４ではこの点言及しなかったが同じ特性である。実施例２について説明したとおり、実施例４や５のように、光軸からレンズの外周側に向かってサグ量が常に同じ方向に変化することは、誤差無く高精度の形状を実現できるという顕著な効果を奏する。
（参考例４）
　参考例４の対物レンズの具体的数値を以下に示す。参考例４は、硝材の屈折率を実施例５よりもさらに高くした場合の設計例である。屈折率ｎ＝１．７２００００において設計した。実施例４や５と同じく開口数ＮＡ＝０．９２、作動距離Ｗｄ＝０．２３６の単レンズである。焦点距離ｆ＝１．０８４も実施例４や５とほぼ同じである。
ｆ＝１．０８４
ＮＡ＝０．９２
Ｒ１＝０．８５３３９５７
Ｒ２＝－２．４３１３９６
ｄ＝１．４９７２９６
ｎ＝１．７２００００
Ｗｄ＝０．２３６
Ｋ１＝－０．５６２３１６７
Ａ１，４＝０．０４１８７３９５５
Ａ１，６＝－０．０７８４８７１０３
Ａ１，８＝０．５７０３５２９２
Ａ１，１０＝－１．４６９５２４
Ａ１，１２＝１．３３１１１２４
Ａ１，１４＝１．９４５１１４３
Ａ１，１６＝－５．１３５７８６２
Ａ１，１８＝２．７５９１６０４
Ａ１，２０＝－０．１９１３１３６
Ａ１，２２＝３．８０３３１３９
Ａ１，２４＝－４．３１０７４７５
Ａ１，２６＝－２．４６５１９１９
Ａ１，２８＝５．１４６１６３６
Ａ１，３０＝－２．１４２２１１７
Ａ１，３２＝０．３２７６０６
Ａ１，３４＝０．００８３３２５２０５
Ａ１，３６＝－０．０７４９９３０４６
Ａ１，３８＝－０．０４４９７４３２
Ａ１，４０＝０．０１７５６３９８
Ｋ２＝－１２４．７２５４
Ａ２，４＝２．００６５１１
Ａ２，６＝－１５．９２０３８３
Ａ２，８＝７１．２６８２３６
Ａ２，１０＝－１９７．７４０９８
Ａ２，１２＝２６８．９６００６
Ａ２，１４＝１１７．３０８９６
Ａ２，１６＝－１０６７．７６１６
Ａ２，１８＝１５９０．８５３９
Ａ２，２０＝－８０６．４０３９２
Ａ２，２２＝－８８．８９２７２１
Ａ２，２４＝－１５６．０５４７
Ａ２，２６＝３２０．８２９８９
Ａ２，２８＝２１２．１５０２７
Ａ２，３０＝８．８９２６９５１
Ａ２，３２＝－５３５．６９８５８
Ａ２，３４＝－５７．３９５２９９
Ａ２，３６＝２７３．４９９８８
Ａ２，３８＝４９１．４８６３７
Ａ２，４０＝－４１２．３３９３３
　参考例４も、波面収差はＰＶ値で７ｍλ（λは波長）以下、全収差のｒｍｓ値では１．５ｍλ以下に収まっており非常に良好である。また本実施例の軸外性能、画角性能、あおり特性も図示は省略するが、実施例１と同等である。
　図１２は、参考例４の対物レンズの第２面のサグ形状を示す図である。図１２において、下方がガラス等のレンズ構成材料であり、上方は空気である。本実施例の第２面は光軸からレンズの外周側に向かってサグ量が減る方向に変化しているが、中心からの距離０．４ｍｍ近辺においてサグ量が逆に増えるところがある。言い換えるとサグ量の半径位置による微分係数が一部正負逆転している。
　参考例４では、軸上収差はもちろんのこと、斜め光線に対する収差も十分に補正されている。また、光ディスクの傾きによって生じるコマ収差を、光ヘッド全体でなく対物レンズのみを傾けることによって補正する場合にも適している。
　しかしながら、参考例４の対物レンズの第二面は、光軸からレンズの外周側に向かってサグ量が減る方向に変化しているが、中心からの距離０．３４ｍｍ近辺においてサグ量が逆に増えるところがある。言い換えるとサグ量の半径位置による微分係数が一部正負逆転している。このような形状を作製する際には、金型の加工途中に移動方向を反転しなければならないので、バックラッシュにより送り誤差が生じ、高精度の加工が難しくなるという課題が生じる。つまり、硝材の屈折率を１．７２以上に選ぶことは、高精度に非球面形状を実現し収差の小さな高ＮＡ対物レンズを実現するためには不利であり、ｎ＜１．７２が望ましい。
　本発明の対物レンズは、単レンズでありながらＮＡ０．９１以上の高い開口数を持ち、光ディスクの対物レンズとして使える回折限界の性能を確保できる。軸上収差はもちろんのこと、斜め光線に対する収差も十分に補正されている。
　さらに、光ディスクの傾きによって生じるコマ収差を、光ヘッド全体でなく対物レンズのみを傾けることによって補正する場合にも適している。すなわち、軸外にコマ収差を最適な量だけ付加することによって、光ディスクが傾くことによって生じるコマ収差を補正するためのレンズの傾き量を減らすことができ、光ディスク用光ピックアップ光学系においてコマ収差補正時のトータルの収差を低減することができる。
　本実施の形態で述べた屈折率の適切な範囲は単レンズのＮＡを０．９１以上に拡大することにより顕在化した特徴である。
　なお、対物レンズを光ピックアップに搭載する際には、対物レンズに入射する光ビームの直径を限定する開口制限（アパーチャ：aperture）を第１面の近傍に配置することも可能である。開口制限により、対物レンズの設計範囲より外周側に入射した光が大きな収差を発生させて収束性能が劣化することを回避できる。ただし、開口制限と対物レンズの中心軸ズレ分の余裕を確保するために、開口制限の直径を対物レンズの全有効半径より小さめに設定することが望ましい。焦点距離１ｍｍ程度の対物レンズにおいて、１０ミクロン程度の軸ズレ余裕を確保するためにはＮＡが０．９１になるよう、開口制限の半径を設定すると良い。このように考えると、実施例の対物レンズのＮＡは０．９１以上と表現することが適当である。
　（実施の形態２）
　図１３は、実施の形態２にかかる光ヘッド装置１３００を示す構成図である。図１３において、光ヘッド装置１３００は、レーザ光源１３０１、リレーレンズ１３０２、ビームスプリッタ１３０３、コリメートレンズ（第１の凸レンズ）１３０４、立ち上げミラー１３０５、１／４波長板１３０６、対物レンズ１００、駆動手段１３０７、回折素子１３０８、検出レンズ１３０９、第１の光検出器１３１０、集光レンズ１３１１、第２の光検出器１３１２を備える。光ディスク１０１は、基材厚みｔ１が約０．１ｍｍ（製造誤差を含め０．１１ｍｍ以下の基材厚を約０．１ｍｍと呼ぶ）あるいはより薄い基材厚みを有し、波長λ１の光ビームによって記録・再生をされる。レーザ光源１３０１（第１の光源）は、波長λ１（３９０ｎｍ～４１５ｎｍ：標準的には４０５ｎｍぐらい）の青色光の光ビーム１０７を出射する。光ディスク１０１は、図１に示したように、光の入射面から記録面までの基材１０５に加え、厚み１．１ｍｍ程度の基板１０４と張り合わせて機械的強度を補強し外形を１．２ｍｍ程度にする。以降、本発明の図面では、簡単のため、保護材は省略する。
　レーザ光源１３０１は、好ましくは半導体レーザ光源とすることにより光ヘッド装置、及びこれを用いた光情報装置を小型、軽量、低消費電力にすることができる。
　光ディスク１０１の記録再生を行う際には、レーザ光源１３０１から出射した波長λ１の光ビーム１０７は、リレーレンズ１３０２を介してビームスプリッタ１３０３によって反射され、コリメートレンズ１３０４によって略平行光にされ、さらに立ち上げミラー１３０５によって光軸を折り曲げられ、１／４波長板１３０６によって円偏光になる。対物レンズ１００によって光ディスク１０１の厚さ約０．１ｍｍの基材を通して光ビーム１０７が情報記録面１０６に収束される。リレーレンズ１３０２により、レーザ光源１３０１からの光利用効率や遠視野像（ｆａｒ　ｆｉｅｌｄ　ｐａｔｔｅｒｎ)を好ましいものに設定できるが、特に必要ない場合は省略も可能である。ここで、図面の都合上、立ち上げミラー１３０５は光ビームを図面の上方に曲げるように記述したが実際には図面から手前（あるいは奥）へ図面に対して垂直な方向へ光ビーム光軸を折り曲げる構成とする。ここまでの光路を往路と呼ぶ。
　情報記録面で反射した光ビーム１０７は、もとの光路を逆にたどって（復路）、１／４波長板１３０６によって初期とは直角方向の直線偏光になり、ビームスプリッタ１３０３をほぼ全透過し、検出レンズ１３０９によって焦点距離を伸ばされて、光検出部を形成する第１の光検出器１３１０に入射する。第１の光検出器１３１０の出力の電気信号を演算することによって、焦点制御やトラッキング制御に用いるサーボ信号及び、情報信号を得る。なお、復路中に回折素子１３０８を設けることにより高精度で安定なサーボ信号検出を実現することも出来る。上記のようにビームスプリッタ１３０３は、波長λ１の光ビーム１０７に関しては、１方向の直線偏光を全反射し、それと直角方向の直線偏光を全透過する偏光分離膜を具備する。なお再生専用機など光ヘッド装置１３００の用途によっては、ビームスプリッタ１３０３は偏光依存性をなくし、１／４波長板１３０６を省略することも可能である。
　ここで、対物レンズ１００は、実施の形態１の対物レンズであり、ＮＡが０．９を超えるにもかかわらず表面形状を高精度に作成可能なため、光ヘッド装置１３００は高い解像度で高密度の情報記録再生を行うことができるという効果を持つ。対物レンズ１００は、光ビーム１０７を集光して光ディスク１０１の記録面上に微小スポットを形成する。アクチュエータの一例としての駆動手段１３０７によって、対物レンズ１００を光軸方向に駆動することにより、光ビーム１０７の微小スポットを焦点あわせする。
　また、コリメートレンズ１３０４を光軸方向（図１３の左右方向）へ動かすことにより光ビームの平行度を変化させることも有効である。基材の厚さ誤差や、光ディスク１０１が２層ディスクの場合に層間厚さに起因する基材厚さがあると球面収差が発生するが、このようにコリメートレンズ１３０４を光軸方向に動かすことによってその球面収差を補正することができる。このように、コリメートレンズ１３０４を動かすことによる球面収差の補正は、±３０μm以上の基材厚さを補正することもできる。
　さらに、ビームスプリッタ１３０３を、レーザ光源１３０１から出射する直線偏光の光を一部（例えば１０％程度）透過するようにして、透過した光ビーム１０７をさらに集光レンズ１３１１によって第２の光検出器１３１２へ導くと、第２の光検出器１３１２から得られる信号を用いて光ビーム１０７の発光光量変化をモニターしたり、さらに、その光量変化をフィードバックして、光ビーム１０７の発光光量を一定に保つ制御を行うこともできる。
　（実施の形態３）
　図１４は、実施の形態３に係る光情報装置１４００の構成図である。図１４において、光情報装置１４００は、光ヘッド装置１３００、駆動装置１４０１、電気回路１４０２、モータ１４０３、ターンテーブル１４０４、クランパ１４０５を備える。光ヘッド装置１３００は、実施の形態２で説明したものである。
　光ディスク１０１は、ターンテーブル１４０４に乗せられ、クランパ１４０５で固定された状態でモータ１４０３によって回転される。光ヘッド装置１３００は、光ディスク１０１の所望の情報の存在するトラックのところまで、駆動装置１４０１によって粗動される。
　光ヘッド装置１３００は、光ディスク１０１との位置関係に対応して、フォーカスエラー信号（焦点誤差信号）やトラッキングエラー信号を電気回路１４０２へ送る。電気回路１４０２はこの信号に対応して、光ヘッド装置１３００へ、対物レンズ１００を微動させるための信号を送る。この信号によって、光ヘッド装置１３００は、光ディスク１０１に対してフォーカス制御や、トラッキング制御を行い、光ヘッド装置１３００によって、情報の読み出し、または書き込み（記録）や消去を行う。
　本実施の形態の光情報装置１４００は、光ヘッド装置として実施の形態２で説明した光ヘッド装置１３００を用いるので、記録密度の高い光ディスクに対応することができるという効果を有する。
　（実施の形態４）
　実施の形態３に記した光情報装置１４００を具備した、あるいは、上述の記録・再生方法を採用したコンピュータや、光ディスクプレーヤ、光ディスクレコーダ、サーバ、車両等は、異なる種類の光ディスクを安定に記録あるいは再生できるので、広い用途に使用できるという効果を有するものとなる。また、これらは、光ヘッド装置を用いて光ディスクから情報を再生するという意味では共通のものなので、すべてを総称して光ディスクシステムということもできる。
　図１５は、実施の形態４に係る光ディスクシステム１５００を示す構成図である。光ディスクシステム１５００は、実施の形態３の光情報装置１４００、演算装置１５０１を備える。光ディスクシステム１５００は、入力装置１５０２を接続する入力端子、出力装置１５０３を接続する出力端子を備える。入力装置１５０２は、情報の入力を行う。例えば、キーボードあるいはマウス、タッチパネルは、入力装置１５０２の一例である。演算装置１５０１は、入力装置１５０２から入力された情報や、光情報装置１４００から読み出した情報などに基づいて演算を行う。例えば、中央演算装置（ＣＰＵ）は、演算装置１５０１の一例である。出力装置１５０３は、演算装置１５０１によって演算された結果などの情報を表示する。例えば、ブラウン管や液晶表示装置、プリンターは、出力装置１５０３の一例である。
　本実施の形態の光ディスクシステムは、光ヘッド装置として、実施の形態３の光ヘッド装置を用いるので、記録密度の高い光ディスクに対応することができるという効果を有する。
　なお、演算装置１５０１は、光情報装置１４００から得られる情報信号を静止画や動画を含む画像に変換する情報から画像へのデコーダーの一例としての変換装置であっても良い。また、演算装置１５０１は、静止画や動画を含む画像の画像情報を光情報装置１４００によって記録する情報に変換する画像から情報へのエンコーダーの一例としての変換装置であっても良い。また、光情報装置１４００から得られる情報信号を静止画や動画を含む画像に変換するとともに、静止画や動画を含む画像を光情報装置１４００によって記録する情報に変換することができる変換装置であっても良い。また、入力装置１５０２や出力装置１５０３は、光ディスクシステム１５００に一体に構成されていても良い。
　（実施の形態５）
　図１６は、実施の形態５に係る光ディスクシステム１６００の構成図である。光ディスクシステム１６００は、実施の形態３の光ディスクシステム１５００に対して、さらに入出力端子１６０１を備える。入出力端子１６０１は、光ディスクシステム１６００に記録する情報を取り込んだり、光情報装置１４００によって読み出した情報を外部ネットワーク１６０２に出力する有線または無線の通信端子である。これによって、ネットワーク、すなわち、複数の機器、例えば、コンピュータ、電話、テレビチューナ等と情報をやりとりし、これら複数の機器から共有の情報サーバとして利用することが可能となる。実施の形態５における光情報装置は、異なる種類の光ディスクを安定に記録あるいは再生できるので、広い用途に使用できる効果を有するものとなる。さらに、情報を表示するブラウン管や液晶表示装置、プリンターなどの出力装置１５０３を備えてもよい。
　さらに、複数の光ディスクを光情報装置１４００に出し入れすることができるチェンジャーを具備することにより、多くの情報を記録・蓄積できる効果を得ることができ、データセンターにおける情報蓄積装置として好適である。
　本実施の形態の光情報装置は、光ヘッド装置として、本発明で上述した光ヘッド装置を用いるので、記録密度の高い光ディスクに対応することができるという効果を有する。
　なお、実施の形態４及び５において図１５及び図１６には出力装置１５０３を示したが、出力端子を備えて出力装置１５０３は持たず、別売りとする商品形態があり得ることはいうまでもない。逆に、実施の形態４及び５において、入力装置は別売りとして入力端子のみを持った形態も可能である。
　なお、本出願は、２０１８年１１月３０日出願の日本特許出願（特願２０１８－２２４３１１）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　本発明にかかる光ヘッド装置は基材厚や対応波長、記録密度などの異なる複数種類の光ディスクに対して記録再生が可能であり、さらに、この光ヘッド装置を用いた互換型光情報装置は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤなど多くの規格の光ディスクを扱うことができる。従って、コンピュータ、光ディスクプレーヤ、光ディスクレコーダ、カーナビゲーションシステム、編集システム、データサーバー、ＡＶコンポーネント、車両など、情報を蓄えるあらゆるシステムに応用展開可能である。
　１００　対物レンズ
　１０１　光ディスク
　１０２　第一面
　１０３　第二面
　１０４　基板
　１０５　基材
　１０６　情報記録面
　１０７　光ビーム
　１３００　光ヘッド装置
　１３０１　レーザ光源
　１３０２　リレーレンズ
　１３０３　ビームスプリッタ
　１３０４　コリメートレンズ
　１３０５　立ち上げミラー
　１３０６　１／４波長板
　１３０７　駆動手段
　１３０８  回折素子
　１３０９　検出レンズ
　１３１０　第１の光検出器
　１３１１　集光レンズ
　１３１２　第２の光検出器
　１４００　光情報装置
　１４０１　駆動装置
　１４０２　電気回路
　１４０３　モータ
　１４０４　ターンテーブル
　１４０５　クランパ
　１５００、１６００　光ディスクシステム
　１５０１　演算装置
　１５０２　入力装置
　１５０３　出力装置
　１６０１　入出力端子
　１６０２　外部ネットワーク

Claims (12)

  1. 　開口数ＮＡ及び屈折率ｎを有する単レンズであって、ＮＡ≧０．９１かつ１．６１≦ｎ＜１．７２である対物レンズ。
  2. 　請求項１記載の対物レンズであって、
    　前記対物レンズは両面凸レンズであり、いずれの面のサグも、光軸からレンズ外縁部に向かってサグ量が常に同じ方向に変化することを特徴とする対物レンズ。
  3. 　請求項１または２に記載の対物レンズであって、
    　焦点距離ｆが１ｍｍ～１．３ｍｍであることを特徴とする対物レンズ。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の対物レンズであって、
    　作動距離Ｗｄが０．２ｍｍ～０．３ｍｍであることを特徴とする対物レンズ。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の対物レンズであって、
    　ＮＡ≦０．９４であることを特徴とする対物レンズ。
  6. 　光ビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射される光ビームを受けて光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光する請求項１～５のいずれか１項に記載の対物レンズと、前記光ディスクの記録面上で反射した光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を形成した光検出器とを具備することを特徴とする光ヘッド装置。
  7. 　請求項６記載の光ヘッド装置と、
    　光ディスクを回転するモータと、前記光ヘッド装置から得られる信号を受け、前記モータや前記対物レンズや前記レーザ光源を制御および駆動する電気回路を具備する光情報装置。
  8. 　光ヘッド装置と、
    　光ディスクを回転するモータと、前記光ヘッド装置から得られる信号を受け、前記モータや前記光ヘッド装置の対物レンズやレーザ光源を制御および駆動する電気回路を具備する光情報装置であって、
    　前記光ヘッド装置は、
    　波長λ１の青色光を出射する第１の光源と、前記第１の光源から出射される光ビームを受けて基材厚ｔ１の基材を通して光ディスクの記録面上へ微小スポットに集光する請求項１～５のいずれか１項に記載の対物レンズと、前記光ディスクの記録面上で反射した光ビームを受けてその光量に応じて電気信号を出力する光検出部を形成した光検出器と、前記対物レンズを光軸方向に駆動して前記微小スポットを前記光ディスクの記録面上へ焦点あわせするアクチュエータを具備し、
    　前記光検出器から、焦点誤差信号を検出するための電気信号を検出し、
    　前記アクチュエータによって前記対物レンズを光軸方向に駆動することによって、前記微小スポットを前記光ディスクの記録面上へ焦点あわせすることを特徴とする光情報装置。
  9. 　請求項７または８に記載の光情報装置と、
    　情報を入力するための入力装置あるいは入力端子と、
    　前記入力装置から入力された情報や前記光情報装置から再生された情報に基づいて演算を行う演算装置と、
    　前記入力装置から入力された情報や前記光情報装置から再生された情報や、前記演算装置によって演算された結果を表示あるいは出力するための出力装置あるいは出力端子を備えた光ディスクシステム。
  10. 　請求項７または８に記載の光情報装置と、
    　前記光情報装置から得られる情報信号を画像に変換する情報から画像へのデコーダーを有する光ディスクシステム。
  11. 　請求項７または８に記載の光情報装置と、
    　画像情報を前記光情報装置によって記録する情報に変換する画像から情報へのエンコーダーを有する光ディスクシステム。
  12. 　請求項７または８に記載の光情報装置と、
    　外部との情報のやりとりを行う入出力端子を備えた光ディスクシステム。
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