JP2009015969A - 対物レンズ光学系及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体につき記録再生を行う場合に、サイドローブを抑制し、光記録媒体の情報の読み／書きの性能を向上させることが可能な対物レンズ光学系及び光ピックアップ装置を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる対物レンズ光学系は、波長λ１の光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面に集光させ、情報記録面に光スポットを形成する正のパワーを有する対物レンズ光学系である。ここで、この対物レンズ光学系は、波長λ１の光束を第１の光記録媒体の情報記録面に集光させる輪帯状の集光領域と、波長λ１の光束を第１の光記録媒体の情報記録面に集光させない輪帯状の非集光領域とを備えている。そして、所定の式で規定されるメインローブ以外の点像強度が５％以下となるように、集光領域と非集光領域を配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数種類の異なる厚みを有する光記録媒体に対して情報を記録または再生可能な対物レンズ光学系及び光ピックアップ装置に関する。

従来より、ＣＤ（Compact Disc：ＣＤ−ＲなどのＣＤを含む）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの種類が異なる光ディスクをともに再生することができるようにした互換型光ディスク装置が提案されている。ＣＤやＤＶＤなど（以下、これらをまとめて光ディスクという）は、いずれも透明な基板が用いられ、この透明基板の一方の面に情報記録面が設けられている。そして、光ディスクは、透明基板を２枚、それらの情報記録面を向かい合わせにして貼り合わせた構成をなすか、あるいは、かかる透明基板を透明な保護基板と、透明基板の情報記録面が保護基板と向かい合うようにして貼り合わせた構成をなしている。

かかる構成の光ディスクに記憶された情報信号を再生する場合には、光ディスク装置により光源からのレーザビームを光ディスクの情報記録面に透明基板を介して集光させる必要がある。レーザビームは、ＣＤにおいては波長が７８０ｎｍ近傍でＮＡが０．４５〜０．５３で用いられ、ＤＶＤにおいては波長が６５０ｎｍ近傍でＮＡが０．６０〜０．６７で用いられている。また、ＣＤにおいて用いられる透明基板の厚さは１．２ｍｍであるのに対して、ＤＶＤにおいて用いられる透明基板の厚さは０．６ｍｍであり、光ディスクの種類（レーザビームの波長の違い）に応じて情報記録面が設けられている透明基板の厚さは異なっている。種類が異なる光ディスクを再生する互換型光ディスク装置では、光ディスクの種類に応じて透明基板の厚さが異なっても、レーザビームを情報記録面に集光させる必要がある。

このような互換型光ディスク装置としては、ピックアップに光ディスクの種類毎に対物レンズを設け、使用する光ディスクの種類に応じて対物レンズを交換したり、光ディスクの種類毎にピックアップを設け、使用する光ディスクの種類に応じてピックアップを交換したりすることが考えられる。しかしながら、コストの面や装置の小型化を実現するためには、対物レンズとして、光ディスクのいずれの種類にも同じレンズを用いることができるようにすることが望ましい。

かかる対物レンズの一代表例として、特許文献１に記載のものがある。この文献に記載された対物レンズは、半径方向に３以上の輪帯状レンズ面に区分され、１つおきの輪帯状レンズ面と他の１つおきの輪帯状レンズ面とは屈折力を異にしている。そして、同一波長のレーザビームに対し、１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、薄い透明基板（０．６ｍｍ）の光ディスク（ＤＶＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させ、他の１つおきの輪帯状レンズ面が、例えば、厚い透明基板（１．２ｍｍ）の光ディスク（ＣＤ）の情報記録面にレーザビームを集光させる。

また、他の代表例として、特許文献２に記載のものがある。この文献には、薄い透明基板のＤＶＤに対しては、短波長（６３５ｎｍまたは６５０ｎｍ）のレーザビームを使用し、厚い透明基板のＣＤに対しては、長波長（７８０ｎｍ）のレーザビームを使用する光ディスク装置が開示されている。この光ディスク装置は、これらレーザビームに共通に使用される対物レンズを有している。そして、この対物レンズは、正のパワーを有する屈折レンズの一方の面に輪帯状の微細な段差が密に設けられてなる回折レンズ構造なるものが形成されたものである。かかる回折レンズ構造は、薄い透明基板のＤＶＤに対して短波長のレーザビームの回折光を、厚い透明基板のＣＤに対して長波長のレーザビームの回折光を情報記録面に集光するように設計されている。そして、いずれの回折光も同一次数の回折光を情報記録面に集光するように設計されている。なお、ＤＶＤに対して短波長のレーザビームを用いるのは、ＣＤに比べてＤＶＤの記録密度は高く、このために、ビームスポットを小さく絞る必要があるためである。よく知られているように、光スポットの大きさは、波長に比例し、開口数ＮＡに反比例する。
特開平９−１４５９９５号公報 特開２０００−８１５６６号公報

近年提案されている新しい光ディスク装置の一つとして、記録密度の向上のために波長４０５ｎｍ程度の青色レーザを用いるブルーレイ（Ｂｌｕ−ｒａｙ）とＨＤＤＶＤ互換の光ディスク装置が提案されている。ブルーレイは波長４０５〜４０８ｎｍの光束に対するＮＡは０．８５で透明基板の厚みは２層光ディスクと１層光ディスクの両方を考慮すると０．０７５〜０．１ｍｍである。またＨＤＤＶＤでは波長４０５〜４０８ｎｍの光束に対するＮＡは０．６５で透明基板の厚みは０．６ｍｍである。したがって、同一波長のレーザービームによって記録再生される２種類の厚みの異なる光ディスクを互換する装置が今後必要とされている。

しかしながら、上記特許文献１では、ＤＶＤ、ＣＤについての記述はあるが、ブルーレイやＨＤＤＶＤなどについての記述は無い。使用レーザーの波長が短いと同一の光線収差(mm)に対する波面収差量は波長に反比例して増加し、またＮＡが大きいと、例えば３次球面収差がＮＡの４乗に比例して増加するため、収差補正は難易度が増す。

このように波長やＮＡがＤＶＤやＣＤとは異なるブルーレイやＨＤＤＶＤについて、すなわち上記特許文献１で述べられていたＤＶＤやＣＤに比べて短波長でしかも大きいＮＡが必要とされるブルーレイやＨＤＤＶＤについて同一の対物レンズまたは対物レンズ光学系または光ピックアップ光学系で集光して所望の光スポット形状を得るのは、特許文献１に記載された技術をもって実現するのは困難である。

また、上記特許文献２では、回折レンズ構造による回折光を利用しているため、異なる波長の光束でないと異なる厚みの透明基板に対応できず、同一またはほぼ同一波長で異なる厚みの透明基板の場合には特許文献２の技術は使えない。特許文献３においては、同一波長の光束によって記録再生される２種類の厚みの異なる光ディスクを互換するための技術は開示されていない。

また、同一波長の光束を異なる厚さの光記録媒体の情報記録面に集光させるために、レンズを同心円状の領域に分割し、それぞれの領域を専用領域として光記録媒体毎に割り当てる技術がある。この技術を用いた場合には、任意の光記録媒体の情報記録面に集光させるときに、その光記録媒体の専用領域を透過した光に対して、その光記録媒体に割り当てられていない領域を透過した光が重ね合わされるため、サイドローブが増大し、その光記録媒体の情報の読み／書きの性能が劣化するという問題があった。

本発明は、かかる問題を解消するためになされたものであり、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体につき記録再生を行う場合に、サイドローブを抑制し、光記録媒体の情報の読み／書きの性能を向上させることが可能な対物レンズ光学系及び光ピックアップ装置を提供することにある。

本発明にかかる対物レンズ光学系は、波長λ１の光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面に集光させ、情報記録面に光スポットを形成する正のパワーを有する対物レンズ光学系である。ここで、この対物レンズ光学系は、前記波長λ１の光束を、前記第１の光記録媒体の情報記録面に集光させる輪帯状の集光領域と、前記波長λ１の光束を、前記第１の光記録媒体の情報記録面に集光させない輪帯状の非集光領域とを備えている。そして、次の式で規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が５％以下となるように、前記集光領域と非集光領域を配置した。

J1(X)：第１種１次ベッセル関数
n1：集光領域の数
n2：非集光領域の数
a_i：ｉ番目の集光領域における最大光線高さ
b_j：ｊ番目の非集光領域における最大光線高さ
ｃ：情報記録面上の光軸から垂直方向の高さ
ｆ：焦点距離
ｃ₀：メインローブ（0次リング）の半径

本発明にかかる他の観点にかかる対物レンズ光学系は、波長λ１の光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面に集光させ、かつ、波長λ１の光束を厚さｔ２の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面に集光させ、情報記録面に光スポットを形成する正のパワーを有する対物レンズ光学系であって、前記第１の光記録媒体に集光させる輪帯状の第１の集光領域と、前記第１の光記録媒体に集光させない輪帯状の第１の非集光領域に分割されるとともに、前記第２の光記録媒体に集光させる輪帯状の第２の集光領域と、前記第２の光記録媒体に集光させない輪帯状の第２の非集光領域に分割され、前記第１の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第２の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合のそれぞれにおいて、次の式で規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が５％以下となるように、前記第１の集光領域、前記第１の非集光領域、前記第２の集光領域及び前記第２の非集光領域のそれぞれを配置したものである。

J1(X)：第１種１次ベッセル関数
n1：集光領域の数
n2：非集光領域の数
a_i：ｉ番目の集光領域における最大光線高さ
b_j：ｊ番目の非集光領域における最大光線高さ
ｃ：情報記録面上の光軸から垂直方向の高さ
ｆ：焦点距離
ｃ₀：メインローブ（0次リング）の半径

特に、前記第１の集光領域と前記第２の非集光領域は一致し、前記第１の非集光領域と前記第２の集光領域は一致することが望ましい。

本発明にかかる他の観点による対物レンズ光学系は、波長λ１の光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面に、波長λ１の光束を厚さｔ２（≠ｔ１）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面に、波長λ２の光束を厚さｔ３（≠ｔ１、但しｔ３＝ｔ２であっても良い）の透明基板を有する第３の光記録媒体の情報記録面に、波長λ３の光束を厚さｔ４の透明基板を有する第４の光記録媒体の情報記録面に、それぞれ集光させ、情報記録面に光スポットを形成する正のパワーを有する対物レンズ光学系であって、前記第１の光記録媒体に集光させる輪帯状の第１の集光領域と、前記第１の光記録媒体に集光させない輪帯状の第１の非集光領域に分割され、前記第２の光記録媒体に集光させる輪帯状の第２の集光領域と、前記第２の光記録媒体に集光させない輪帯状の第２の非集光領域に分割され、前記第３の光記録媒体に集光させる輪帯状の第３の集光領域と、前記第３の光記録媒体に集光させない輪帯状の第３の非集光領域に分割され、前記第４の光記録媒体に集光させる輪帯状の第４の集光領域と、前記第４の光記録媒体に集光させない輪帯状の第４の非集光領域に分割され、前記第１の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第２の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第３の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第４の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合のそれぞれにおいて、次の式で規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が５％以下となるように、前記第１の集光領域、前記第１の非集光領域、前記第２の集光領域、前記第２の非集光領域、前記第３の集光領域、前記第３の非集光領域、前記第４の集光領域及び前記第４の非集光領域のそれぞれを配置したものである。

J1(X)：第１種１次ベッセル関数
n1：集光領域の数
n2：非集光領域の数
a_i：ｉ番目の集光領域における最大光線高さ
b_j：ｊ番目の非集光領域における最大光線高さ
ｃ：情報記録面上の光軸から垂直方向の高さ
ｆ：焦点距離
ｃ₀：メインローブ（0次リング）の半径

さらに、本発明にかかる他の観点による対物レンズ光学系は、波長λ１の光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面に、波長λ１の光束を厚さｔ２（≠ｔ１）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面に、波長λ２の光束を厚さｔ３（≠ｔ１、但しｔ３＝ｔ２であっても良い）の透明基板を有する第３の光記録媒体の情報記録面に、波長λ３の光束を厚さｔ４の透明基板を有する第４の光記録媒体の情報記録面に、それぞれ集光させ、情報記録面に光スポットを形成する正のパワーを有する対物レンズ光学系であって、前記第１の光記録媒体に集光させ、かつ前記第２の光記録媒体、前記第３の光記録媒体及び前記第４の光記録媒体に集光させない第１の輪帯領域と、前記第２の光記録媒体、前記第３の光記録媒体及び前記第４の光記録媒体に集光させ、かつ前記第１の光記録媒体に集光させない第２の輪帯領域に分割され、前記第１の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第２の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第３の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第４の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合のそれぞれにおいて、次の式で規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が５％以下となるように、前記集光領域と非集光領域を配置したものである。

J1(X)：第１種１次ベッセル関数
n1：集光領域の数
n2：非集光領域の数
a_i：ｉ番目の集光領域における最大光線高さ
b_j：ｊ番目の非集光領域における最大光線高さ
ｃ：情報記録面上の光軸から垂直方向の高さ
ｆ：焦点距離
ｃ₀：メインローブ（0次リング）の半径

ここで、前記第２の輪帯領域では、前記第２の光記録媒体、前記第３の光記録媒体及び前記第４の光記録媒体のそれぞれの情報記録面に集光させるような位相変化構造及び入射角制御構造を有するようにしてもよい。

また、上述の対物レンズ光学系において、前記メインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が２．８％以下であることが望ましい。
さらに、前記波長λ１は、４１０ｎｍ以下であることが望ましい。
上述の対物レンズ光学系を備えることによって光ピックアップ装置を構成することができる。

本発明によれば、同一波長の光束を用いて厚さの異なる光記録媒体につき記録再生を行う場合に、サイドローブを抑制し、光記録媒体の情報の読み／書きの性能を向上させることが可能な対物レンズ光学系及び光ピックアップ装置を提供することができる。

最初に、本発明の理論的な側面について説明する。よく知られているように、レンズの焦点面上における点像強度分布は、波面のフラウンホーファー回折像で与えられる。円径開口の場合のフラウンホーファー回折は、式（１）で示されることが知られている（例えば、光学技術ハンドブック（２００２年９月２０日版）１２０頁の２．３．３５式及び２．３．３６式を参照）。

式（１）において、Ｊｎ（ｘ）はｎ次のベッセル関数、Ｓ＝πａ^２は開口の面積、Ａは入射平面波の振幅、θは開口面の法線から測った回折角、ｒ_０は開口面の原点から観測点までの距離、λは光の波長である。

ここで、かかる課題を解決の説明を容易化するために、（１）式を単純化する。ここで考察すべきパラメータは、第一領域（集光領域）と第二領域（非集光領域）の境界位置、焦点距離、焦点面の点像強度分布であるため、その他は、固定パラメータとすると、式（２）のように表すことができる。

J1(X)：第１種１次ベッセル関数
a：開口半径
ｃ：情報記録面上の光軸から垂直方向の高さ
ｆ：焦点距離

ここで、光を集光させない第二の領域は、レンズ面をマスクした場合と同様に扱えるため、バビネの原理（例えば、光学技術ハンドブック（２００２年９月２０日版）１１７頁参照）が適用可能である。この原理を用いると、第一領域と第二領域を有する対物レンズ光学系の振幅分布ｕ（ｃ）は、円径開口の場合のフラウンホーファー回折を表す（２）式に基づき、以下の（３）式によって表すことができる。

n1：第一の領域数
n2：第二の領域数
a_i：光軸から見て第一の領域から第二の領域への境界の光線高さ または 第一の領域の最大光線高さ
ｂ_j：光軸から見て第二の領域から第一の領域への境界の光線高さまたは第二の領域の最大光線高さ

点像強度分布Ｉ（ｂ）は、振幅分布ｕ（ｃ）の２乗であるから、式（４）のように表すことができる。

ここで、サイドローブは、メインローブ（０次リング）に対するエネルギーとして定義できるため、メインローブの中心強度で規格化すると、式（５）のように表すことができる。

ここで、図２０〜図２４を用いて、スポット形状の強度分布及び振幅分布の求め方について説明する。図２０は、輪帯半径１の外周によって囲まれ、光軸を中心とする円領域を専用領域とした場合の強度分布及び振幅分布を示すグラフである。前述のように、強度分布は、振幅分布の２乗である。図２１は、輪帯半径０．７の外周によって囲まれ、光軸を中心とする円領域を専用領域とした場合の強度分布及び振幅分布を示すグラフである。

図２２は、２輪帯が形成されたレンズの強度分布及び振幅分布を示すグラフである。このレンズの振幅分布は、図２０に示す輪帯半径１の領域の振幅分布から図２１に示す輪帯半径０．７の領域の振幅分布を差し引くことにより求めることができる。図２２において、外側の輪帯領域が使用部であり、内側の半径０．７の領域が不使用の遮蔽部である。

図２３は、輪帯半径０．３の外周によって囲まれ、光軸を中心とする円領域を専用領域とした場合の強度分布及び振幅分布を示すグラフである。

図２４は、３輪帯が形成されたレンズの強度分布及び振幅分布を示すグラフである。このレンズの振幅分布は、図２２に示す２輪帯が形成されたレンズの振幅分布に、図２３に示す輪帯半径０．３の領域の振幅分布を加算することによって求めることができる。図２４において、最も外側の輪帯領域と、最も内側の半径０．３の領域が使用部であり、その間の領域が不使用の遮蔽部である。それぞれの強度分布については、振幅分布を２乗することによって求めることができる。

この点像強度分布Ｉ（ｂ）のメインローブ以外の部分の点像強度を小さくなるようにａｉ、ｂｊを選択することにより、サイドローブの少ない良好な対物レンズ光学系を提供することができる。

領域分割がなく無収差の専用レンズであって、円径開口の場合は、式（２）より１次サイドローブの点像強度は１．７５％である。光学系の構造にもよるが、メインローブ以外の部分（サインカーブ）の点像強度を５％以下、好ましくは、２．２％以下、さらに好ましくは、円径開口の場合（無収差専用レンズ）と同じ１．７５％以下とすることがジッター低減の観点から好ましい。

続いて、比較例１，２並びに実施例１〜３について説明する。
比較例1．
比較例１では、図１に示されるように、対物レンズ光学系を一つの集光領域と一つの非集光領域に分割した。この比較例１にかかる対物レンズ光学系では、第一記録媒体に集光させる１種類の光が入射することを想定している。集光領域を通過した光は第一記録媒体の情報記録面に集光し、非集光領域を通過した光は第一記録媒体の情報記録面に集光しない。焦点距離ｆ、波長λ１、集光領域における最大光線高さａ１、非集光領域における最大光線高さｂ１を含む各設定値を図２に示す。比較例１では、式（５）を用いて点像強度分布を計算すると、図３に示すグラフの通りとなった。図３のグラフに示されるように、比較例１では、点像強度ＭＡＸ[Ｉ（｜ｃ｜＞ｃ_０）]＝１４％の大きなサイドローブが発生した。

比較例２．
比較例２では、図４に示されるように、対物レンズ光学系を２つの集光領域と２つの非集光領域に分割し、集光領域と非集光領域とを中心から外周側に向かって交互に配置した。図４（ａ）には、第一記録媒体（以下、媒体１と略する場合がある）に集光させる集光領域と、集光させない非集光領域の配置を示す。図４（ｂ）には、第二記録媒体（以下、媒体２と略する場合がある）に集光させる集光領域と、集光させない非集光領域の配置を示す。

比較例２にかかる対物レンズ光学系の焦点距離ｆ、波長λ１、集光領域における最大光線高さａ１、非集光領域における最大光線高さｂ１を含む各設定値を図５に示す。比較例２では、式（５）を用いて点像強度分布を計算すると、図６に示すグラフの通りとなった。第一記録媒体、第二記録媒体共に点像強度ＭＡＸ[Ｉ（｜ｃ｜＞ｃ_０）]＝７％の大きなサイドローブが発生した。

実施例１．
実施例１では、図７に示されるように、対物レンズ光学系を２つの集光領域と２つの非集光領域に分割し、それぞれ輪帯状の集光領域と非集光領域とを中心から外周側に向かって交互に配置した。この対物レンズ光学系は、他の実施例２，３と同様に、正のパワーを有する。

図７は、第一記録媒体に集光させ、光スポットを形成する集光領域と、集光させない非集光領域の配置を示す。図７における集光領域が、第二記録媒体については非集光領域であり、同じく図７における非集光領域が、第二記録媒体については集光領域である。

実施例１にかかる対物レンズ光学系の焦点距離ｆ、波長λ１、集光領域における最大光線高さａ１、非集光領域における最大光線高さｂ１を含む各設定値を図８に示す。実施例１では、式（５）を用いて点像強度分布を計算すると、図９に示すグラフの通りとなった。図９（ａ）に示されるように、第一記録媒体の点像強度ＭＡＸ[Ｉ（｜ｃ｜＞ｃ_０）]は、３．７％と、５％未満の値となり、比較例１と比較してサイドローブが小さくなり、良好な特性を得ることができた。

しかしながら、図９（ｂ）に示されるように、第二記録媒体については、点像強度ＭＡＸ[Ｉ（｜ｃ｜＞ｃ_０）]は、９．０％と、５％よりも大きな値となり、大きなサイドローブが発生した。

実施例２．
実施例２では、図１０に示されるように、対物レンズ光学系を２つの集光領域と２つの非集光領域に分割し、集光領域と非集光領域とを中心から外周側に向かって交互に配置した。図１０は、第一記録媒体に集光させる集光領域と、集光させない非集光領域の配置を示す。図１０における集光領域が、第二記録媒体については非集光領域であり、同じく図１０における非集光領域が、第二記録媒体については集光領域である。

実施例２にかかる対物レンズ光学系の焦点距離ｆ、波長λ１、集光領域における最大光線高さａ１，ａ２、非集光領域における最大光線高さｂ１，ｂ２を含む各設定値を図１１に示す。実施例２では、式（５）を用いて点像強度分布を計算すると、図１２に示すグラフの通りとなった。

図１２（ａ）に示されるように、第一記録媒体の点像強度ＭＡＸ[Ｉ（｜ｃ｜＞ｃ_０）]は、４．９％と、５％未満の値となり、比較例２と比較してサイドローブが小さくなり、良好な特性を得ることができた。

さらに、図１２（ｂ）に示されるように、第二記録媒体についても、点像強度ＭＡＸ[Ｉ（｜ｃ｜＞ｃ_０）]は、４．９％と、５％未満の値となり、比較例２と比較してサイドローブが小さくなり、良好な特性を得ることができた。

実施例３．
実施例３にかかる対物レンズ光学系は、図１３に示す、４種類の光記録媒体１〜４に対して、光を集光させる機能を有する。

実施例３にかかる対物レンズ光学系の焦点距離ｆ、波長λ１、集光領域における最大光線高さａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６，ａ７、非集光領域における最大光線高さｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５，ｂ６を含む各設定値を図１４に示す。

対物レンズ光学系は、集光領域と非集光領域に分割されている。集光領域を通過した光は第一記録媒体（図１４の媒体１）の情報記録面に集光し、非集光領域を通過した光は第一記録媒体の情報記録面に集光しない。この非集光領域を通過した光は、第二記録媒体（図１４の媒体２）、第三記録媒体（図１４の媒体３）、第四記録媒体（図１４の媒体４）に集光し、集光領域を通過した光は、媒体２，３，４に集光させない。

非集光領域を通過した光が媒体２，３，４のいずれに対しても集光するようにするために、任意の光線高さに対する情報記録面上の集光点の収差を許容範囲内となるよう位相を変化させる構造及び互いに異なる入射角で入射するように、光学系を図１５の表に規定するように、かつレンズ面形状を図１６及び図１７の表に規定するように構成した。ここで、図１６及び図１７によって特定される面形状は、式（６）で示されるものである。このような面形状にすることにより、図１８に示すように、４種類の光記録媒体共に良好な波面収差を得ることができた。ここで、図１８は、仕様面部分のみの波面収差値の計算結果である。

ｚ：非球面ザグ量
ｋ：コーニックコンスタント
ｃ：曲率、ｒ：光軸からの光線高さ
α1、2・・：非球面係数
Zshift：各面領域を光軸まで形成した場合の光軸交点のス゛レ量

実施例３では、式（５）を用いて点像強度分布を計算すると、図１９に示すグラフの通りとなった。４つの光記録媒体全てにおいて、点像強度ＭＡＸ[Ｉ（｜ｃ｜＞ｃ_０）]＜２．８％を達成でき、サイドローブが低減できており、４良好な性能を持つ４方式互換対物レンズ光学系を提供することできる。

なお、媒体１と媒体２、３、４の集光面において、共通領域をもたないが、共用領域を持ち、それぞれにおいて、式（５）により求まる点像強度ＭＡＸ[Ｉ（｜ｃ｜＞ｃ_０）]の値が５％未満を達成するようにしても良い。
また、上述の例にかかる対物レンズ光学系のそれぞれは、対物レンズを１つ備えたものであったが、２つ以上の対物レンズを有するものであっても良い。

比較例１にかかる対物レンズ光学系における集光領域と非集光領域の配置を示す図である。 比較例１にかかる対物レンズ光学系における焦点距離等のデータを示す表である。 比較例１にかかる対物レンズ光学系の点像強度分布を示す図である。 比較例２にかかる対物レンズ光学系における集光領域と非集光領域の配置を示す図である。 比較例２にかかる対物レンズ光学系における焦点距離等のデータを示す表である。 比較例２にかかる対物レンズ光学系の点像強度分布を示す図である。 実施例１にかかる対物レンズ光学系における集光領域と非集光領域の配置を示す図である。 実施例１にかかる対物レンズ光学系における焦点距離等のデータを示す表である。 実施例１にかかる対物レンズ光学系の点像強度分布を示す図である。 実施例２にかかる対物レンズ光学系における集光領域と非集光領域の配置を示す図である。 実施例２にかかる対物レンズ光学系における焦点距離等のデータを示す表である。 実施例２にかかる対物レンズ光学系の点像強度分布を示す図である。 実施例３にかかる対物レンズ光学系において用いられる光記録媒体の構成を示す表である。 実施例３にかかる対物レンズ光学系における焦点距離、波長及び集光面のデータを示す表である。 実施例３にかかる対物レンズ光学系の構成を示す表である。 実施例３にかかる対物レンズ光学系のレンズ面形状を特定する各種パラメータを示す表である。 実施例３にかかる対物レンズ光学系のレンズ面形状を特定する各種パラメータを示す表である。 実施例３にかかる対物レンズ光学系における、各光記録媒体に対する軸上特性を示す表である。 実施例３にかかる対物レンズ光学系の点像強度分布を示す図である。 スポット形状の強度分布及び振幅分布の求め方を示す説明図である。 スポット形状の強度分布及び振幅分布の求め方を示す説明図である。 スポット形状の強度分布及び振幅分布の求め方を示す説明図である。 スポット形状の強度分布及び振幅分布の求め方を示す説明図である。 スポット形状の強度分布及び振幅分布の求め方を示す説明図である。

Claims (9)

1. 波長λ１の光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面に集光させ、情報記録面に光スポットを形成する正のパワーを有する対物レンズ光学系であって、
   前記波長λ１の光束を、前記第１の光記録媒体の情報記録面に集光させる輪帯状の集光領域と、
   前記波長λ１の光束を、前記第１の光記録媒体の情報記録面に集光させない輪帯状の非集光領域とを備え、
   次の式で規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が５％以下となるように、前記集光領域と非集光領域を配置した対物レンズ光学系。
   J1(X)：第１種１次ベッセル関数
   n1：集光領域の数
   n2：非集光領域の数
   a_i：ｉ番目の集光領域における最大光線高さ
   b_j：ｊ番目の非集光領域における最大光線高さ
   ｃ：情報記録面上の光軸から垂直方向の高さ
   ｆ：焦点距離
   ｃ₀：メインローブ（0次リング）の半径
2. 波長λ１の光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面に集光させ、かつ、波長λ１の光束を厚さｔ２の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面に集光させ、情報記録面に光スポットを形成する正のパワーを有する対物レンズ光学系であって、
   前記第１の光記録媒体に集光させる輪帯状の第１の集光領域と、
   前記第１の光記録媒体に集光させない輪帯状の第１の非集光領域に分割されるとともに、
   前記第２の光記録媒体に集光させる輪帯状の第２の集光領域と、
   前記第２の光記録媒体に集光させない輪帯状の第２の非集光領域に分割され、
   前記第１の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第２の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合のそれぞれにおいて、次の式で規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が５％以下となるように、前記第１の集光領域、前記第１の非集光領域、前記第２の集光領域及び前記第２の非集光領域のそれぞれを配置した対物レンズ光学系。
   J1(X)：第１種１次ベッセル関数
   n1：集光領域の数
   n2：非集光領域の数
   a_i：ｉ番目の集光領域における最大光線高さ
   b_j：ｊ番目の非集光領域における最大光線高さ
   ｃ：情報記録面上の光軸から垂直方向の高さ
   ｆ：焦点距離
   ｃ₀：メインローブ（0次リング）の半径
3. 前記第１の集光領域と前記第２の非集光領域は一致し、前記第１の非集光領域と前記第２の集光領域は一致することを特徴とする請求項２記載の対物レンズ光学系。
4. 波長λ１の光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面に、波長λ１の光束を厚さｔ２（≠ｔ１）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面に、波長λ２の光束を厚さｔ３（≠ｔ１、但しｔ３＝ｔ２であっても良い）の透明基板を有する第３の光記録媒体の情報記録面に、波長λ３の光束を厚さｔ４の透明基板を有する第４の光記録媒体の情報記録面に、それぞれ集光させ、情報記録面に光スポットを形成する正のパワーを有する対物レンズ光学系であって、
   前記第１の光記録媒体に集光させる輪帯状の第１の集光領域と、
   前記第１の光記録媒体に集光させない輪帯状の第１の非集光領域に分割され、
   前記第２の光記録媒体に集光させる輪帯状の第２の集光領域と、
   前記第２の光記録媒体に集光させない輪帯状の第２の非集光領域に分割され、
   前記第３の光記録媒体に集光させる輪帯状の第３の集光領域と、
   前記第３の光記録媒体に集光させない輪帯状の第３の非集光領域に分割され、
   前記第４の光記録媒体に集光させる輪帯状の第４の集光領域と、
   前記第４の光記録媒体に集光させない輪帯状の第４の非集光領域に分割され、
   前記第１の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第２の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第３の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第４の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合のそれぞれにおいて、次の式で規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が５％以下となるように、前記第１の集光領域、前記第１の非集光領域、前記第２の集光領域、前記第２の非集光領域、前記第３の集光領域、前記第３の非集光領域、前記第４の集光領域及び前記第４の非集光領域のそれぞれを配置した対物レンズ光学系。
   J1(X)：第１種１次ベッセル関数
   n1：集光領域の数
   n2：非集光領域の数
   a_i：ｉ番目の集光領域における最大光線高さ
   b_j：ｊ番目の非集光領域における最大光線高さ
   ｃ：情報記録面上の光軸から垂直方向の高さ
   ｆ：焦点距離
   ｃ₀：メインローブ（0次リング）の半径
5. 波長λ１の光束を厚さｔ１の透明基板を有する第１の光記録媒体の情報記録面に、波長λ１の光束を厚さｔ２（≠ｔ１）の透明基板を有する第２の光記録媒体の情報記録面に、波長λ２の光束を厚さｔ３（≠ｔ１、但しｔ３＝ｔ２であっても良い）の透明基板を有する第３の光記録媒体の情報記録面に、波長λ３の光束を厚さｔ４の透明基板を有する第４の光記録媒体の情報記録面に、それぞれ集光させ、情報記録面に光スポットを形成する正のパワーを有する対物レンズ光学系であって、
   前記第１の光記録媒体に集光させ、かつ前記第２の光記録媒体、前記第３の光記録媒体及び前記第４の光記録媒体に集光させない第１の輪帯領域と、
   前記第２の光記録媒体、前記第３の光記録媒体及び前記第４の光記録媒体に集光させ、かつ前記第１の光記録媒体に集光させない第２の輪帯領域に分割され、
   前記第１の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第２の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第３の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合と、前記第４の光記録媒体の情報記録面に光スポットを形成する場合のそれぞれにおいて、次の式で規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が５％以下となるように、前記集光領域と非集光領域を配置した対物レンズ光学系。
   J1(X)：第１種１次ベッセル関数
   n1：集光領域の数
   n2：非集光領域の数
   a_i：ｉ番目の集光領域における最大光線高さ
   b_j：ｊ番目の非集光領域における最大光線高さ
   ｃ：情報記録面上の光軸から垂直方向の高さ
   ｆ：焦点距離
   ｃ₀：メインローブ（0次リング）の半径
6. 前記第２の輪帯領域では、前記第２の光記録媒体、前記第３の光記録媒体及び前記第４の光記録媒体のそれぞれの情報記録面に集光させるような位相変化構造及び入射角制御構造を有することを特徴とする請求項５記載の対物レンズ光学系。
7. 前記メインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が２．８％以下であることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の対物レンズ光学系。
8. 前記波長λ１は、４１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の対物レンズ光学系。
9. 請求項１〜８いずれか１項に記載の対物レンズ光学系を備えた光ピックアップ装置。