JP2009217907A - 光ピックアップ光学系及び対物レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】光ピックアップ光学系の大型化を招来することなく、より容易に製造することができ、且つ、温度変化に伴う性能劣化を防止することができる光ピックアップ光学系及び対物レンズを提供する。
【解決手段】対物レンズ５の入射面と出射面の少なくとも一方を、複数の領域５１に分割した。また、複数の領域５１は、光ディスク２００の情報記録面上へ光束を集光する複数の集光領域５２と、光ディスク２００の情報記録面上へ光束を集光しない複数の非集光領域５３とを有している。また、非集光領域５３を、光束が対物レンズ５における光ディスク２００の開口数未満の範囲を透過して当該光ディスク２００の情報記録面上に集光するように、設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ピックアップ光学系及び対物レンズに関し、特に、プラスティックにより形成された光学素子における温度変化による性能劣化を抑制する光ピックアップ光学系及び対物レンズに関する。

近年、ＢＤ（Blu-ray Disc）やＨＤＤＶＤ（High Definition Digital Versatile Disc；以下、ＨＤと称する。）などの高密度に情報が記録可能な光ディスクが製品化されてきている。ＢＤやＨＤでは、波長４０５ｎｍの青紫色半導体レーザを用いて記録再生が行われる。
また、２層型ＢＤの場合、１層あたり２５ＧＢの情報が記録される。従って、２層型ＢＤは、ＤＶＤの約５倍の容量を持っている。また、開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）が０．８５である対物レンズを用いて、ＢＤに情報が記録される。

ＢＤに用いられる対物レンズのＮＡはＨＤ等の他の光ディスクに比べて大きい。そのため、温度変化や波長変化に伴って収差が増大しやすく、光スポットが劣化しやすい。
また、一般的に、ガラス材料の温度変化に伴う屈折率の変化量は、１×１０^−６（１／℃）のオーダーであるのに対し、プラスティック材料の温度変化に伴う屈折率の変化量は１×１０^−４（１／℃）のオーダーである。従って、プラスティック材料の温度変化に伴う屈折率の変化量は、ガラス材料に比べて、１０倍から１００倍大きい。そのため、一般的に、ＢＤ専用の対物レンズは、温度変動時に屈折率変化及び形状変化の小さいガラス材料を用いて形成される。しかし、一般的に、ガラス材料よりプラスティック材料の方が、生産性、コスト、軽量化の点で優れている。そのため、プラスティック材料により形成したレンズにおける温度変化等による性能劣化の防止が強く望まれている。

光ピックアップ光学系や対物レンズ光学系に用いられるレンズにおける温度変化や波長変化による性能劣化を防止する技術がいくつか提案されている。例えば、特許文献１に記載の光ピックアップ光学系では、プラスティック材料により形成されたレンズを用いて２群２枚の対物レンズ光学系を構成し、温度変化に伴う波面収差の増大を低減している。
また、特許文献２に記載の光ピックアップ光学系では、２群構成のカップリングレンズを光軸方向に移動させることにより、温度変化や波長変化により発生する球面収差を補正している。
また、特許文献３に記載の光ピックアップ光学系では、回折構造を有する収差補正用光学素子を光源と対物レンズとの間に配置して、当該収差補正用光学素子において発生する回折現象を利用して温度変化に伴う球面収差の発生を補正している。
特開２００３−２４８９５６号公報 特開２００２−１９７７１２号公報 特開２００３−３２２７９４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の光ピックアップ光学系では、２枚２群構成の対物レンズ光学系を用いているため、作動距離（ワーキングディスタンス）が短くなってしまうという問題がある。特許文献１に記載の光ピックアップ光学系において、作動距離を長くするためには、焦点距離を長くしなければならない。焦点距離を長くすると光ピックアップ光学系を大きくなってしまう。

また、特許文献２に記載の光ピックアップ光学系では、カップリングレンズに可動機構を設けているため、光ピックアップ光学系が大型化してしまう。

また、特許文献３に記載の光ピックアップ光学系では、収差補正用光学素子の表面に回折構造を形成している。回折構造を形成するには、多くの輪帯段差を精度よく光学素子の表面に設ける必要がある。そして、ＮＡが大きいＢＤ専用の対物レンズの面形状は外周側ほど急に傾斜する。そのため、このような回折構造をＢＤ専用の対物レンズの表面に形成すると、外周側ではサグ量の変化が急激となり、回折構造を精度よく形成することが困難になる。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、光ピックアップ光学系の大型化を招来することなく、より容易に製造することができ、且つ、温度変化に伴う性能劣化を防止することができる光ピックアップ光学系及び対物レンズを提供することを目的とする。

本発明にかかる光ピックアップ光学系は、光学素子を有し、光束を光記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系であって、前記光学素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、複数の領域に分割され、前記複数の領域は、前記光記録媒体の情報記録面上へ光束を集光する複数の集光領域と、前記光記録媒体の情報記録面上へ光束を集光しない複数の非集光領域とを有し、前記非集光領域は、光束が前記光学素子における前記光記録媒体の開口数未満の範囲を透過して当該光記録媒体の情報記録面上に集光するように、設けられているものである。

本発明においては、光束が前記光学素子における前記光記録媒体の開口数未満の範囲を透過して当該光記録媒体の情報記録面上に集光するように、非集光領域が設けられる。そのため、光記録媒体の情報記録面上におけるスポットサイズを、当該光記録媒体の開口数により規定されるスポットサイズよりも小さくすることができる。温度変化による球面収差は開口数の４乗に比例する。従って、本発明にかかる光ピックアップ光学系では、温度変化による球面収差を低減することができる。
また、非集光領域を複数備えることにより、光スポットのサイドローブの増大を抑制することができる。
また、光ピックアップ光学系にもともと備えられている光学素子に非集光領域を形成するだけでよい。そのため、光ピックアップ光学系の大型化を招来することもない。また、開口数を小さくすることができるため、光学素子の製造を容易にすることができる。

また、前記複数の領域は、光軸を同心とする輪帯状の領域であることが好ましい。
また、前記集光領域と前記非集光領域とは、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、設けられていることが好ましい。

・・・・・・（３）

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
λ１：光束の波長
さらに、前記集光領域と前記非集光領域とは、前記点像強度Ｉ（ｃ）が３％以下となるように設けられていることがより好ましい。

さらに、前記複数の領域は、前記光記録媒体の光源側に設けられる対物レンズの入射面と出射面の少なくとも一方に形成されていることが好ましい。
または、前記複数の領域は、前記光記録媒体の光源側に設けられる対物レンズと光源との間に位置する前記光学素子の入射面と出射面の少なくとも一方に形成されていることが好ましい。
また、前記非集光領域は、前記集光領域の面形状と異なる面形状に形成されていることが好ましい。

さらに、また、前記光学素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、段差により、複数の領域に分割されており、隣り合う前記領域において、内側の前記領域に対して、外側の前記領域のサグ量が大きくなるように、前記段差が形成されていることが好ましい。
これにより、光学素子を金型成形により形成した場合に、光学素子を金型から外しやすくなる。

また、前記非集光領域は、光束を反射させる性質、又は、光束を吸収する性質、又は、光束を散乱させる性質を有することが好ましい。
さらに、前記光学素子は、樹脂により形成されることが好ましい。

本発明にかかる対物レンズは、光束を光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズであって、前記対物レンズの入射面と出射面の少なくとも一方は、複数の領域に分割され、前記複数の領域は、前記光記録媒体の情報記録面上へ光束を集光する複数の集光領域と、前記光記録媒体の情報記録面上へ光束を集光しない複数の非集光領域とを有し、前記非集光領域は、光束が前記対物レンズにおける前記光記録媒体の開口数未満の範囲を透過して当該光記録媒体の情報記録面上に集光するように、設けられているものである。

本発明においては、光束が前記対物レンズにおける前記光記録媒体の開口数未満の範囲を透過して当該光記録媒体の情報記録面上に集光するように、非集光領域が設けられる。そのため、光記録媒体の情報記録面上におけるスポットサイズを、当該光記録媒体の開口数により規定されるスポットサイズよりも小さくすることができる。温度変化による球面収差は開口数の４乗に比例する。従って、本発明にかかる対物レンズでは、温度変化による球面収差を低減することができる。
また、非集光領域を複数備えることにより、光スポットのサイドローブの増大を抑制することができる。
また、光ピックアップ光学系にもともと備えられている対物レンズに非集光領域を形成するだけでよい。そのため、光ピックアップ光学系の大型化を招来することもない。また、開口数を小さくすることができるため、対物レンズの製造を容易にすることができる。

また、前記複数の領域は、光軸を同心とする輪帯状の領域であることが好ましい。
また、前記集光領域と前記非集光領域とは、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、設けられていることが好ましい。

・・・・・・（４）
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
λ１：光束の波長
さらに、前記集光領域と前記非集光領域とは、前記点像強度Ｉ（ｃ）が３％以下となるように設けられていることがより好ましい。

さらに、前記非集光領域は、前記集光領域の面形状と異なる面形状に形成されていることが好ましい。

さらに、また、前記対物レンズの入射面と出射面の少なくとも一方は、段差により、複数の領域に分割されており、隣り合う前記領域において、内側の前記領域に対して、外側の前記領域のサグ量が大きくなるように、前記段差が形成されていることが好ましい。
これにより、対物レンズを金型成形により形成した場合に、対物レンズを金型から外しやすくなる。

また、前記非集光領域は、光束を反射させる性質、又は、光束を吸収する性質、又は、光束を散乱させる性質を有することが好ましい。
さらに、前記対物レンズは、樹脂により形成されることが好ましい。

本発明により、光ピックアップ光学系の大型化を招来することなく、より容易に製造することができ、且つ、温度変化に伴う性能劣化を防止することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系１００の一例を示したものである。光ピックアップ光学系１００は、レーザ光源１（光源）、ビームスプリッタ２、カップリングレンズ３、１／４波長板４、対物レンズ５（光学素子）、検出レンズ６、光検出器７等を備えている。

レーザ光源１は、レーザーダイオード等を備える。また、レーザ光源１から出射されたレーザ光の光路上にビームスプリッタ２が設けられている。

ビームスプリッタ２より出射したレーザ光の光路上にカップリングレンズ３が設けられている。カップリングレンズ３は、レーザ光源１から出射されたレーザ光の発散角度を変換する。

カップリングレンズ３を透過したレーザ光の光路上に１／４波長板４が設けられている。さらに、１／４波長板４を透過したレーザ光の光路上に対物レンズ５が設けられている。そして、円偏向の平行光束が対物レンズ５に入射するようになっている。

図２の左側に、対物レンズ５の入射面側から見た図を示し、図２の右側に、対物レンズ５と光ディスク２００（光記録媒体）の側面図を示す。図２に示すように、対物レンズ５は、光ディスク２００のレーザ光源１側の直近に設けられている。また、対物レンズ５の入射面は、複数の領域５１（後述）に分割されている。なお、対物レンズ５の出射面が複数の領域５１に分割されていても良い。また、対物レンズ５の入射面と出射面の両方が複数の領域５１に分割されていても良い。
また、複数の領域５１は、光ディスク２００の情報記録面上に光束を集光する複数の集光領域５２と、光ディスク２００の情報記録面上に光束を集光しない複数の非集光領域５３とを有している。
また、対物レンズ５は、ガラス素材から形成されてもよいし、プラスティック素材から形成されてもよい。しかし、成形がより容易なプラスティック素材から形成されるのが好ましい。

対物レンズ５は、集光領域５２に入射した光束を光ディスク２００の情報記録面に回折限界近くまで集光させる機能を有する。対物レンズ５は、さらに、光ディスク２００の情報記録面で反射されたレーザ光を検出レンズ６及び光検出器７に導く機能も有する。

次に、レーザ光源１から出射されたレーザ光が光ディスク２００の情報記録面で反射され光検出器７に検出されるまでの挙動について説明する。レーザ光源１から出射されたレーザ光はビームスプリッタ２を透過してカップリングレンズ３に入射する。

カップリングレンズ３は、レーザ光源１から出射されたレーザ光を発散光から略平行光に変換する。

カップリングレンズ３を透過したレーザ光は１／４波長板４を透過して、対物レンズ５に入射される。対物レンズ５は、集光領域５２に入射したレーザ光を光ディスク２００の情報記録面に回折限界近くまで集光させる。

光ディスク２００の情報記録面で反射されたレーザ光は、対物レンズ５、１／４波長板４、カップリングレンズ３、ビームスプリッタ２、検出レンズ６を介して光検出器７に入射し、検出される。光検出器７は、当該レーザ光を検出し、光電変換することによって、フォーカスサーボ信号、トラックサーボ信号、再生信号などを生成する。

次に、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系１００の対物レンズ５について詳細に説明する。
図２に示すように、複数の領域５１は、光軸を同心とする輪帯状の領域である。
集光領域５２と非集光領域５３とは、面形状が異なっていることにより形状的に区別されていてもよい。そして、非集光領域５３は、集光領域５２と異なる面形状を有することにより、集光領域５２の収束位置と異なる位置に光束を収束させてもよい。

また、集光領域５２と非集光領域５３とは、隣り合う集光領域５２と非集光領域５３との間に段差が設けられていることにより、形状的に区別されていてもよい。そして、非集光領域５３は、当該段差により、透過する光束に位相差を発生させることにより、集光領域５２の収束位置と異なる位置に光束を収束させてもよい。

また、非集光領域５３は、光束を反射させる性質、又は、光束を吸収する性質、又は、光束を散乱させる性質を有していてもよい。具体的には、非集光領域５３は、対物レンズ５の入射面に光束不透過膜を貼付することにより形成されて、光束を反射又は吸収又は散乱してもよい。

非集光領域５３の面形状は、球面、非球面、平面形状の何れかである。なお、光ディスク２００が２つ以上の情報記録面を有する多層ディスクである場合、非集光領域５３の面形状は、他方の情報記録面に光束を集光しないように形成されることが望ましい。

非集光領域５３の面形状は、非球面形状である場合には、以下に示す数式（５）により規定される。

・・・・・・・・・（５)
ここで、Ｚｊ（ｈ）は、光軸からの高さｈとなる非球面上の座標点と、当該非球面を光軸まで延長した場合における光軸上での接平面との距離（サグ量）、Ｃは、当該非球面の光軸上における曲率（１／（曲率半径））、Ｋは、コーニック係数、Ａ_４、Ａ_６、Ａ_８、Ａ_１０、Ａ_１２、Ａ_１４、Ａ_１６は、４次から１６次までの非球面係数、Ｂは、光軸からの高さｈとなる非球面を光軸まで延長した場合における当該非球面と光軸との交点と、最も内側の領域５１と光軸との交点との距離（光軸上シフト量）である。

また、集光領域５２の面形状は、球面、或いは、非球面形状である。具体的には、集光領域５２の面形状は、非球面形状である場合には、数式（５）により規定される。

対物レンズ５に非集光領域５３が設けられる数は任意であるが、複数であることが望ましい。対物レンズ５の温度変化ΔＴに伴って発生する球面収差量ΔＷ_ＳＡは、対物レンズ５の像側開口数ＮＡの４乗に比例する。そのため、ＮＡを小さくすればΔＷ_ＳＡを抑制することができる。
ＢＤのＮＡは０．８５である。ＢＤのＮＡは、ＢＤを記録再生するために必要なスポットサイズに基づいて定められている。そして、ＢＤのスポットサイズの理論値（１／ｅ^２）は、波長λ＝４０５ｎｍの青紫色レーザのレーザ光源１を用いた場合、０．８２×λ／ＮＡ＝０．８２×０．４０５／０．８５＝０．３９１μｍ程度である。従って、光ディスク２００の記録再生に必要なスポットサイズを得ていれば、ＮＡは小さくても、実使用上問題はない。

光ディスク２００の記録再生に必要なスポットサイズよりも小さいスポットサイズを得る高分解能化技術は、例えば、Max Born, Emil Wolf、草川 徹、"光学の原理ＩＩ"、第７版、東海大学出版会、ｐ．２１８に記載されている。この高分解能化技術は、レンズの中心部を遮光し、円環状の透過領域を形成することにより、同じＮＡの通常の円形開口レンズで得られる分解能よりも高い分解能を得る技術である。換言すれば、この技術は、同じＮＡの通常の円形開口レンズの光スポットよりも、スポットサイズを小さくする技術である。
しかし、この技術は、スポットサイズを小さくすることができるが、サイドローブを増大させてしまう。光ディスク２００では、情報が記録されているピットが密に形成されている。そのため、サイドローブが大きすぎると、隣接するピットからの回折光の影響が取り込まれてしまう。これにより、クロストークや符号間干渉による再生信号の劣化を招いてしまう。

そこで、本発明の実施の形態にかかる対物レンズ５では、サイドローブの増大を抑制するために、複数の非集光領域５３を適切な位置に設けるとともに、各非集光領域５３の幅を適切な大きさに調整した。具体的には、光束が、対物レンズ５の光ディスク２００のＮＡ未満の範囲を透過して、光ディスク２００の情報記録面上に集光するように、非集光領域５３を設けた。
これにより、円環状の集光領域５２を複数形成することができる。そのため、スポットサイズとサイドローブの増大をほとんど招来することなく、ＮＡを小さくすることができる。
なお、円環状の集光領域５２を有していれば、対物レンズ５の最も内側の円形の領域が集光領域５２となっていても、スポットサイズ及びサイドローブを増大させることなく、ＮＡを小さくすることができる。

また、対物レンズ５の焦点距離をｆ、対物レンズ５の有効径φをとすると、近似的に、ＮＡ＝φ／２ｆが成り立つ。従って、ＮＡを小さくするということは、有効径を小さくすることである。換言すれば、複数の非集光領域５３を設けることにより、対物レンズ５を透過する光束の径を、当該対物レンズ５のＮＡよりも小さくすることができる。ＢＤ用の対物レンズ５のＮＡは比較的大きいため、ＢＤ用の対物レンズ５の面形状は外周側ほど急に傾斜する。そのため、ＢＤ用の対物レンズ５の外周部分の成形が困難となってしまう可能性がある。しかし、対物レンズ５に複数の非集光領域５３を設けることにより、ＮＡを小さくすることができる。これにより、対物レンズ５の外周部分の面形状の傾斜を緩くすることができ、成形性を向上することができる。

なお、対物レンズ５において非集光領域５３が占める面積が大きくなると、対物レンズ５に入射する光束の光スポット形成に利用される光量が小さくなってしまう。そのため、非集光領域５３の面積はできるだけ小さいことが好ましい。特に、（集光領域５２の面積）≧（非集光領域５３の面積）であることが好ましい。また、非集光領域５３を設けることにより低下してしまう光スポットの光量は、レーザ光源１のパワーを上げることにより補うことができる。

より具体的には、複数の集光領域５２と非集光領域５３とを、次の数式（６）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、より好ましくは３％以下となるように、設けた。
・・・・・・（６）
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
λ１：光束の波長

次に、数式（６）の導出について説明する。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、数式（７）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）。

・・・・・・（７）

数式（７）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、数式（７）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、数式（８）のように表すことができる。

・・・・・・（８）
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数式（８）に基づき、以下の数式（９）によって表すことができる。

・・・・・・（９）
n1：第一の領域数（集光領域数）
n2：第二の領域数（非集光領域数）
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（ｃ）は、振幅分布ｕ（ｃ）の２乗であるから、数式（１０）のように表すことができる。

・・・・・・（１０）

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、数式（１１）のように表すことができる。

・・・・・・（１１）

ここで、図２２〜図２６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２２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集光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２３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集光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、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。外側の輪帯領域が使用部すなわち集光領域であり、内側の半径０．７の領域が不使用の遮蔽部すなわち非集光領域である。このレンズの振幅分布は、図２２に示す輪帯半径１の領域の振幅分布から図２３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２５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集光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２６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２４に示す２輪帯が形成されたレンズの振幅分布に、図２５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２６において、最も外側の輪帯領域と、最も内側の半径０．３の領域が使用部すなわち集光領域であり、その間の領域が不使用の遮蔽部すなわち非集光領域である。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（ｃ）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ａ_ｉ、ｂ_ｊ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、数式（８）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。

そして、ここで得られた数式（１１）は、数式（６）と同じものである。従って、数式（６）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、より好ましくは３％以下となるように、集光領域５２及び非集光領域５３を設ければよい。これにより、確実に、サイドローブの増大を防ぐことができる。具体的には、数式（６）により規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が５％以下、より好ましくは３％以下となるように、ａ_ｉ、ｂ_ｊを選択する。ａ_ｉ、ｂ_ｊを選択すれば、領域分割位置が定まる。これにより、複数の非集光領域５３を適切な位置に設けるとともに、各非集光領域５３の幅を適切な大きさに調整することができる。よって、サイドローブの増大を確実に抑制することができる。

また、本発明の実施の形態にかかる対物レンズ５では、隣り合う領域５１において、内側の領域５１に対して、外側の領域５１のサグ量（Ｚｊ（ｈ））が大きくなるように、段差が形成されていることが好ましい。
樹脂を金型で成形してレンズを作る場合、冷却過程で、樹脂が収縮する。そのため、図３（ａ）に示すように、光軸に近い内側の領域５１に対して、外側の領域５１のサグ量が小さくなるように段差が形成されていると、樹脂が金型に張り付きやすく、離型不良が生じ、段差部が欠けてしまう可能性がある。
また、図３（ａ）に示すように、光軸に近い内側の領域５１に対して、外側の領域５１のサグ量が小さくなるように段差が形成されていると、集光領域５２において屈折した光が段差部に入射してしまい、光量が低下する可能性もある。
一方、図３（ｂ）に示すように、光軸に近い内側の領域５１に対して、外側の領域５１のサグ量が大きくなるように段差が形成されている場合、離型不良を防止でき、光量低下も防ぐことができる。
ここで、非集光領域５３が、光束を透過させる場合であっても、集光領域５２の収束位置と異なる位置に光束を収束させればよい。そのため、非集光領域５３の面形状をどのような面形状にするかについては集光領域５２比べて自由度がある。従って、図３（ｂ）に示すように、何れの段差においても、光軸に近い内側の領域５１に対して外側の領域５１のサグ量が大きくなるように段差を形成しても、集光領域５２の収束位置と異なる位置に光束を収束させるように非集光領域５３の面形状を形成することは可能である。

また、本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系１００は、図２に示す対物レンズ５の代わりに、図４に示す対物レンズ光学系１０を備えていても良い。
対物レンズ光学系１０は、領域分割素子８、対物レンズ９等を備えている。図４の左側に、領域分割素子８の入射面側から見た図を示し、図４の右側に、対物レンズ光学系１０の側面図を示す。図４に示すように、対物レンズ９のレーザ光源１側に領域分割素子８が設けられている。また、領域分割素子８と対物レンズ９とは、鏡筒１１により一体的に保持されている。そして、フォーカスサーボ時、及びトラッキングサーボ時には、領域分割素子８と対物レンズ９とが一体となって図示されないアクチュエータにより動作される。

領域分割素子８の入射面は、複数の領域８１（後述）に分割されている。なお、領域分割素子８の出射面が複数の領域８１に分割されていても良い。また、領域分割素子８の入射面と出射面の両方が複数の領域８１に分割されていても良い。
また、複数の領域８１は、光ディスク２００の情報記録面上に光束を集光する複数の集光領域８２と、光ディスク２００の情報記録面上に光束を集光しない複数の非集光領域８３とを有している。
また、領域分割素子８は、ガラス素材から形成されてもよいし、プラスティック素材から形成されてもよい。しかし、成形がより容易なプラスティック素材から形成されるのが好ましい。

対物レンズ９は、両面非球面レンズであり、光ディスク２００の情報記録面上に光束を良好に集光する。また、対物レンズ９は、ガラス素材、プラスティック素材の何れによっても形成されてよい。

次に、本発明の実施の形態にかかる対物レンズ光学系１０の領域分割素子８について詳細に説明する。
図４に示すように、複数の領域８１は、光軸を同心とする輪帯状の領域である。
集光領域８２と非集光領域８３とは、面形状が異なっていることにより形状的に区別されていてもよい。また、集光領域８２と非集光領域８３とは、隣り合う集光領域８２と非集光領域８３との間に段差が設けられていることにより、形状的に区別されていてもよい。これにより、非集光領域８３は、集光領域８２の収束位置と異なる位置に光束を収束させてもよい。

また、非集光領域８３は、光束を反射させる性質、又は、光束を吸収する性質、又は、光束を散乱させる性質を有していてもよい。具体的には、非集光領域８３は、領域分割素子８の入射面に光束不透過膜を貼付することにより形成されて、光束を反射又は吸収又は散乱してもよい。

非集光領域８３の面形状は、球面、非球面、平面形状の何れかである。なお、光ディスク２００が２つ以上の情報記録面を有する多層ディスクである場合、非集光領域８３の面形状は、他方の情報記録面に光束を集光しないように形成されることが望ましい。
非集光領域８３の面形状は、非球面形状である場合には、数式（５）により規定される。
また、集光領域８２の面形状は、球面、或いは、非球面形状である。具体的には、集光領域８２の面形状は、非球面形状である場合には、数式（５）により規定される。

領域分割素子８に非集光領域８３が設けられる数は任意であるが、複数であることが望ましい。領域分割素子８に、複数の非集光領域８３を適切な位置に設けるとともに、各非集光領域８３の幅を適切な大きさに調整した。具体的には、光束が、領域分割素子８の光ディスク２００のＮＡ未満の範囲を透過して、光ディスク２００の情報記録面上に集光するように、非集光領域８３を設けた。
これにより、円環状の集光領域８２を複数形成することができる。そのため、スポットサイズとサイドローブの増大をほとんど招来することなく、ＮＡを小さくすることができる。
なお、円環状の集光領域８２を有していれば、領域分割素子８の最も内側の円形の領域が集光領域８２となっていても、スポットサイズ及びサイドローブを増大させることなく、ＮＡを小さくすることができる。

なお、領域分割素子８において非集光領域８３が占める面積が大きくなると、領域分割素子８に入射する光束の光スポット形成に利用される光量が小さくなってしまう。そのため、非集光領域８３の面積はできるだけ小さいことが好ましい。特に、（集光領域８２の面積）≧（非集光領域８３の面積）であることが好ましい。また、非集光領域８３を設けることにより低下してしまう光スポットの光量は、レーザ光源１のパワーを上げることにより補うことができる。

また、本発明の実施の形態にかかる領域分割素子８では、隣り合う領域８１において、内側の領域８１に対して、外側の領域８１のサグ量（Ｚｊ（ｈ））が大きくなるように、段差が形成されていることが好ましい。これにより、離型不良を防止でき、光量低下も防ぐことができる。

以上に説明した本実施の形態にかかる光ピックアップ光学系１００によれば、対物レンズ５の入射面と出射面の少なくとも一方は、複数の領域５１に分割されている。また、複数の領域５１は、光ディスク２００の情報記録面上へ光束を集光する複数の集光領域５２と、光ディスク２００の情報記録面上へ光束を集光しない複数の非集光領域５３とを有している。そして、非集光領域５３は、光束が対物レンズ５における光ディスク２００の開口数未満の範囲を透過して当該光ディスク２００の情報記録面上に集光するように、設けられている。

これにより、光束が対物レンズ５における光ディスク２００の開口数未満の範囲を透過して当該光ディスク２００の情報記録面上に集光するように、非集光領域５３が設けられる。そのため、光ディスク２００の情報記録面上におけるスポットサイズを、当該光ディスク２００の開口数により規定されるスポットサイズよりも小さくすることができる。温度変化による球面収差は開口数の４乗に比例する。従って、本実施形態にかかる光ピックアップ光学系１００では、温度変化による球面収差を低減することができる。
また、非集光領域５３を複数備えることにより、光スポットのサイドローブの増大を抑制することができる。
また、光ピックアップ光学系１００にもともと備えられている対物レンズ５に非集光領域５１を形成するだけでよい。そのため、光ピックアップ光学系１００の大型化を招来することもない。また、開口数を小さくすることができるため、対物レンズ５の製造を容易にすることができる。

具体的には、集光領域５２と非集光領域５３とは、数式（６）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、より好ましくは３％以下となるように、設けられている。
これにより、複数の非集光領域５３を適切な位置に設けるとともに、各非集光領域５３の幅を適切な大きさに調整することができる。よって、サイドローブの増大を確実に抑制することができる。

また、本実施の形態にかかる光ピックアップ光学系１００によれば、領域分割素子８の入射面と出射面の少なくとも一方は、複数の領域８１に分割されている。また、複数の領域８１は、光ディスク２００の情報記録面上へ光束を集光する複数の集光領域８２と、光ディスク２００の情報記録面上へ光束を集光しない複数の非集光領域８３とを有している。そして、非集光領域８３は、光束が領域分割素子８における光ディスク２００の開口数未満の範囲を透過して当該光ディスク２００の情報記録面上に集光するように、設けられている。

これにより、光束が領域分割素子８における光ディスク２００の開口数未満の範囲を透過して当該光ディスク２００の情報記録面上に集光するように、非集光領域８３が設けられる。そのため、光ディスク２００の情報記録面上におけるスポットサイズを、当該光ディスク２００の開口数により規定されるスポットサイズよりも小さくすることができる。温度変化による球面収差は開口数の４乗に比例する。従って、本実施形態にかかる光ピックアップ光学系では、温度変化による球面収差を低減することができる。
また、非集光領域８３を複数備えることにより、光スポットのサイドローブの増大を抑制することができる。
また、対物レンズ光学系１０にもともと備えられている領域分割素子８に非集光領域８１を形成するだけでよい。そのため、対物レンズ光学系１０の大型化を招来することもない。また、開口数を小さくすることができるため、領域分割素子８の製造を容易にすることができる。

［実施例１］
次に、本発明の実施例１について説明する。本発明の実施例１にかかる光ピックアップ光学系１００では、対物レンズ５の入射面側（光源側）の面に、複数の集光領域５２と複数の非集光領域５３を設けている。図５の表に、実施例１にかかる光ピックアップ光学系１００の設計結果を示す。また、図６の表に、実施例１にかかる光ピックアップ光学系１００のレンズデータを示す。また、図７の表に、実施例１にかかる対物レンズ５の面形状データを示す。また、図８の表に、対物レンズ５における領域分割位置を示す。

図５に示すように、実施例１にかかる対物レンズ５は、ＢＤ用の対物レンズである。対物レンズ５の有効径を２．２８ｍｍ、ＮＡ（像側開口数）を０．８１とした。一般に、ＢＤ用の対物レンズ５のＮＡは０．８５である。また、ＮＡが０．８５の場合、実施例１の焦点距離ｆ＝１．４１ｍｍにおいては、対物レンズ５の有効径は２．４ｍｍとなる。従って、実施例１にかかる対物レンズ５では、複数の非集光領域５３を有することにより、ＮＡが一般のＢＤ専用の対物レンズに比べて小さくなっている。
また、実施例１にかかる光ピックアップ光学系１００を、光ディスク２００の基板厚を０．１ｍｍとして設計した。なお、光ディスク２００が２層ディスクである場合、各層の基板厚は、それぞれ０．１ｍｍと０．０７５ｍｍである。この場合には、光ディスク２００の基板厚を０．１ｍｍと０．０７５ｍｍの中間の基板厚として設計を行えばよい。これにより、各層の基板厚と設計基板厚とのズレに基づく球面収差量が小さくなり、当該球面収差を補正する機構が複雑にならなくて済む。
また、光源波長（設計波長）を４０５ｎｍとして光ピックアップ光学系１００を設計した。

また、図６の表において、面番号１、２、３、４、５、６は、それぞれ、物体面（レーザ光源）、絞り面、対物レンズ５の入射面（対物レンズ光源側面）、対物レンズ５の出射面（対物レンズディスク側面）、光ディスク２００の基板面（ディスク基板）、情報記録面である。そして、図６では、各面における面形状、面間距離、屈折率を示している。
また、図６に示すように、対物レンズ５は、波長λ＝４０５ｎｍのときの屈折率が１．５２０６であるプラスティックにより形成されている。また、対物レンズ５は、無限遠から光束が入射された場合、即ち、略平行光束が入射された場合に、最適に光ディスク２００の情報記録面に集光するように形成されている。実際の光ピックアップ光学系１００において、レーザ光源１と対物レンズ５との間にカップリングレンズ３を配設することにより、略平行光束を対物レンズ５に入射させることができる。なお、対物レンズ５の入射光束が発散光束であっても、本発明は適用可能である。

集光領域５２と非集光領域５３は、対物レンズ５の入射面に設けられている。具体的には、対物レンズ５の入射面は、集光領域５２と非集光領域５３との面形状を異ならせることにより、各領域５１に分割されている。また、対物レンズ５の入射面は、段差により、各領域５１に分割されている。
非集光領域５３は、集光領域５２と異なる面形状を有している。そのため、非集光領域５３は、集光領域５２と異なる屈折力を有する。これにより、非集光領域５３は、集光領域５２と異なる位置に光束を集光させる。
具体的には、実施例１にかかる対物レンズ５の集光領域５２、非集光領域５３、及び、出射面の面形状は、数式（５）と、図７に示すデータに基づいて規定される。

図７に示すように、実施例１にかかる対物レンズ５では、集光領域５２と非集光領域５３との間では、曲率半径のみが異なる。その他の係数の値は、集光領域５２と非集光領域５３との間では同じである。
また、対物レンズ５の出射面は、単一の非球面形状となっている。なお、対物レンズ５の出射面を複数の領域５１に分割しても良い。また、対物レンズ５の入射面及び出射面の両方を複数の領域５１に分割しても良い。

また、図８において、領域分割位置は、光軸からの距離により表されている。領域分割位置は、数式（６）により規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が３％以下となるように、定められている。実施例１にかかる対物レンズ５では、集光領域５２と非集光領域５３とが、光軸側から交互に３つずつ並んでいる。本実施例１にかかる対物レンズ５は、形成する領域５１の数が少ない。そのため、面形状が急に傾斜する外周部においても、領域５１を容易に形成することができる。

図９のグラフに、実施例１における光スポットの強度分布を示す。図９より、光ディスク２００における光スポットの１／ｅ^２スポット径は０．３９２μｍであり、サイドローブの強度は、中心強度を１とした場合、０．０２であった。一般に、サイドローブの強度が０．０３以上となると、クロストークや符号間干渉が無視できなくなる。そのため、サイドローブの強度は０．０３以下であることが望ましい。本実施例１にかかる光ピックアップ光学系１００では、サイドローブの強度が０．０３以下であるため、良好にサイドローブが抑制されている。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２について説明する。本発明の実施例２にかかる光ピックアップ光学系１００では、対物レンズ５の入射面側（光源側）の面に、複数の集光領域５２と複数の非集光領域５３を設けている。図１０の表に、実施例２にかかる対物レンズ５の面形状データを示す。また、図１１の表に、対物レンズ５における領域分割位置（段差位置）と、実施例１の対物レンズ５における段差量Δｄ、実施例２の対物レンズ５における段差量Δｄを示す。
なお、実施例２にかかる光ピックアップ光学系１００の設計結果、光ピックアップ光学系１００のレンズデータは、実施例１の図５の表、図６の表に表すものと同じである。

集光領域５２と非集光領域５３は、対物レンズ５の入射面に設けられている。具体的には、対物レンズ５の入射面は、集光領域５２と非集光領域５３との面形状を異ならせることにより、各領域５１に分割されている。また、対物レンズ５の入射面は、段差により、各領域５１に分割されている。
実施例２にかかる対物レンズ５の集光領域５２、非集光領域５３、及び、出射面の面形状は、数式（５）と、図１０に示すデータに基づいて規定される。

図１０に示すように、実施例２にかかる対物レンズ５では、実施例１と同様に、集光領域５２と非集光領域５３との間では、曲率半径が異なる。また、実施例２にかかる対物レンズ５では、隣り合う領域５１において、光軸に近い内側の領域５１に対して、外側の領域５１のサグ量が大きくなるように、第３領域（非集光領域）と第５領域（非集光領域）の光軸上シフト量（Ｂ）を調節している。その他の係数の値は、集光領域５２と非集光領域５３との間では同じである。
また、対物レンズ５の出射面は、単一の非球面形状となっている。なお、対物レンズ５の出射面を複数の領域５１に分割しても良い。また、対物レンズ５の入射面及び出射面の両方を複数の領域５１に分割しても良い。

また、図１１において、領域分割位置は、光軸からの距離により表されている。領域分割位置は、数式（６）により規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が３％以下となるように、定められている。実施例２にかかる対物レンズ５では、実施例１と同様に、集光領域５２と非集光領域５３とが、光軸側から交互に３つずつ並んでいる。従って、本実施例２にかかる対物レンズ５は、実施例１と同様に、形成する領域５１の数が少ない。そのため、面形状が急に傾斜する外周部においても、領域５１を容易に形成することができる。

また、図１１において、段差量Δｄは、当該段差が位置する段差の外側の領域５１のサグ量から内側の領域５１のサグ量を減じることにより求めた。従って、段差量Δｄが正の値であるとき、内側の領域５１に対して、外側の領域５１のサグ量が大きくなるように、段差が形成されている。実施例２にかかる対物レンズ５では、段差量Δｄが全て正の値である。従って、実施例２にかかる対物レンズ５では、隣り合う領域５１において、光軸に近い内側の領域５１に対して、外側の領域５１のサグ量が大きくなるように、段差が形成されている。これにより、離型不良を防止でき、光量低下を防ぐことができる。

［実施例３］
次に、本発明の実施例３について説明する。本発明の実施例３にかかる光ピックアップ光学系１００では、対物レンズ５の代わりに、対物レンズ光学系１０を設けている。また、対物レンズ光学系１０の領域分割素子８の入射面（光源側の面）に、複数の集光領域８１と非集光領域８３を設けている。図１２の表に、実施例３にかかる対物レンズ光学系１０の設計結果を示す。また、図１３の表に、実施例３にかかる光ピックアップ光学系１００のレンズデータを示す。また、図１４に示す表に、領域分割素子８における領域分割位置を示す。また、図１５の表に、実施例３にかかる対物レンズ９の面形状データを示す。

図１２に示すように、実施例３にかかる対物レンズ光学系１０は、ＢＤ用の対物レンズ光学系１０である。対物レンズ９の有効径を２．２９ｍｍ、ＮＡ（像側開口数）を０．８１とした。従って、実施例１、２と同様に、実施例３にかかる対物レンズ９では、複数の非集光領域８３を有することにより、ＮＡが一般のＢＤ専用の対物レンズに比べて小さくなっている。
また、実施例１、２と同様に、実施例３にかかる対物レンズ光学系１０を、光ディスク２００の基板厚を０．１ｍｍとして設計した。
また、光源波長（設計波長）を４０５ｎｍとして対物レンズ光学系１０を設計した。

また、図１３の表において、面番号１、２、３、４、５、６、７、８は、それぞれ、物体面（レーザ光源）、領域分割素子８の入射面（領域分割素子光源側面）、領域分割素子８の出射面（領域分割素子対物レンズ側面）、絞り面、対物レンズ９の入射面（対物レンズ光源側面）、対物レンズ９の出射面（対物レンズディスク側面）、光ディスク２００の基板面（ディスク基板）、情報記録面である。そして、図１３では、各面における面形状、面間距離、屈折率を示している。
また、図１３に示すように、領域分割素子８及び対物レンズ９は、波長λ＝４０５ｎｍのときの屈折率が１．５２０６であるプラスティックにより形成されている。また、対物レンズ光学系１０は、無限遠から光束が入射された場合、即ち、略平行光束が入射された場合に、最適に光ディスク２００の情報記録面に集光するように形成されている。実際の光ピックアップ光学系１００において、レーザ光源１と対物レンズ光学系１０との間にカップリングレンズ３を配設することにより、略平行光束を対物レンズ５に入射させることができる。なお、対物レンズ光学系１０の入射光束が発散収束光束であっても、本発明は適用可能である。

集光領域８２と非集光領域８３は、領域分割素子８の入射面側に設けられている。また、集光領域８２及び非集光領域８３の面形状は、光軸に垂直な平面となっている。そして、非集光領域８３に相当する面に、光束不透過膜を貼付することにより、非集光領域８３が形成されている。なお、集光領域８２及び非集光領域８３の面形状は、球面、非球面、及び、光軸に垂直でない平面の何れであってもよい。領域分割素子８の各領域８１が光軸に垂直な平面である場合、当該平面による反射光束がレーザ光源１に戻ってしまう可能性がある。これにより、ノイズを誘発してしまい、レーザ光源１の安定発振に影響を及ぼす可能性がある。従って、レーザ光源１の安定発振という点では、各領域８１の面形状が、球面、非球面、及び、光軸に垂直でない平面の何れかであることが好ましい。また、実施例３では、領域分割素子８の出射面も平面である。従って、レーザ光源１の安定発振という点では、領域分割素子８の出射面が、球面、非球面、及び、光軸に垂直でない平面の何れかであることが好ましい。

また、図１４において、領域分割位置は、光軸からの距離により表されている。領域分割位置は、数式（６）により規定されるメインローブ以外の点像強度Ｉ（ｃ）が３％以下となるように、定められている。実施例３にかかる領域分割素子８では、集光領域８２と非集光領域８３とが、光軸側から交互に並んでいる。また、集光領域８２は４つ、非集光領域８３は３つ形成されている。

対物レンズ９は、ＢＤ専用の対物レンズであって、両面非球面レンズである。具体的には、実施例３にかかる対物レンズ９の出射面（Ｒ１）及び、出射面（Ｒ２）の面形状は、数式（５）と、図１５に示すデータに基づいて規定される。
図１５に示すように、対物レンズ９の入射面及び出射面は、単一の非球面形状となっている。また、対物レンズ９の入射面と出射面とは、異なる非球面係数を有している。

図１６のグラフに、実施例３における光スポットの強度分布を示す。図１６より、光ディスク２００における光スポットの１／ｅ^２スポット径は０．３９３μｍであり、サイドローブの強度は、中心強度を１とした場合、０．０２であった。本実施例３にかかる光ピックアップ光学系１００では、サイドローブの強度が０．０３以下であるため、良好にサイドローブが抑制されている。

［比較例１］
次に、比較例１について説明する。比較例１にかかる光ピックアップ光学系では、対物レンズの構成のみが実施例１にかかる光ピックアップ光学系１００と異なる。具体的には、比較例１にかかる対物レンズは、ＢＤ専用の対物レンズである。また、比較例１にかかる対物レンズの入射面及び出射面は、それぞれ単一の非球面形状となっている。また、比較例１にかかる対物レンズの入射面及び出射面は、光束がＢＤの情報記録面状にほぼ無収差で集光するような面形状となっている。
図１７の表に、比較例１にかかる光ピックアップ光学系の設計結果を示す。また、図１８の表に、比較例１にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す。また、図１９の表に、比較例１にかかる対物レンズの面形状データを示す。

図１７に示すように、比較例１の対物レンズの有効径を２．４０ｍｍ、ＮＡ（像側開口数）を０．８５とした。
また、比較例１にかかる光ピックアップ光学系を、光ディスク２００の基板厚を０．１ｍｍとして設計した。
また、光源波長（設計波長）を４０５ｎｍとして、比較例１にかかる光ピックアップ光学系を設計した。

また、図１８の表において、面番号１、２、３、４、５、６は、それぞれ、物体面（レーザ光源）、絞り面、比較例１にかかる対物レンズの入射面（対物レンズ光源側面）、比較例１にかかる対物レンズの出射面（対物レンズディスク側面）、光ディスク２００の基板面（ディスク基板）、情報記録面である。そして、図６では、各面における面形状、面間距離、屈折率を示している。
また、図１８に示すように、比較例１にかかる対物レンズは、波長λ＝４０５ｎｍのときの屈折率が１．５２０６であるプラスティックにより形成されている。また、比較例１にかかる対物レンズは、無限遠から光束が入射された場合、即ち、略平行光束が入射された場合に、最適に光ディスク２００の情報記録面に集光するように形成されている。

具体的には、比較例１にかかる対物レンズの出射面（光源側面）及び、出射面（ディスク側面）の面形状は、数式（５）と、図１９に示すデータに基づいて規定される。
図１９に示すように、対物レンズ９の入射面及び出射面は、単一の非球面形状となっている。また、対物レンズ９の入射面と出射面とは、異なる非球面係数を有している。

図２０のグラフに、比較例１における光スポットの強度分布を示す。図２０より、光ディスク２００における光スポットの１／ｅ^２スポット径は０．３９３μｍであり、サイドローブの強度は、中心強度を１とした場合、０．０２であった。比較例１にかかる光ピックアップ光学系では、サイドローブの強度が０．０３以下であるため、良好にサイドローブが抑制されている。

図２１のグラフに、実施例１、２、３及び比較例１の各光ピックアップ光学系において、温度変化が生じたときの光スポットの劣化を示す。ここで、光スポットの劣化を中心強度の低下により見積もった。図２１のグラフにおいて、縦軸は、中心強度であり、横軸が温度変化量（℃）である。また、設計温度を基準とし、設計温度における温度変化量を０℃、光スポットの中心強度を１とした。なお、実施例及び比較例ともに、光ピックアップ光学系及びディスク基板の全てがプラスティックにより形成されているため、温度上昇時の材料の屈折率変化量は、−１×１０^−４（１／℃）である。また、レーザ光源１が波長λ＝４０５ｎｍの青紫色半導体レーザの場合、温度変化に伴うレーザ光源１の波長変動は、＋０．５（ｎｍ／℃）程度である。また、図２１において、実施例１を丸印、実施例２をひし形、実施例３を四角、比較例１をバツ印により示した。

図２１に示すように、温度変化量が１０℃のとき、実施例１、２、３、比較例１の光スポットの中心強度は、それぞれ、０．９４、０．９５、０．９５、０．９１である。従って、本発明の実施例１、２、３では、比較例１に比べて、温度変化による光スポットの劣化が抑制されている。
従って、本発明により、対物レンズ５又は対物レンズ光学系１０のＮＡを小さくすることができ、温度変化に伴う光スポットの劣化を抑制することができる。また、基板厚の異なる光ディスク２００を記録再生する場合における基板厚差、光ディスク２００の記録再生時における光ディスク２００の傾き等、温度変化以外の原因による光スポットの劣化に対しても、本発明は有効である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

本発明の実施の形態にかかる光ピックアップ光学系の一例を示す図である。 本発明にかかる対物レンズを示す図である。 本発明にかかる段差の形状を説明する図である。 本発明にかかる対物レンズ光学系を示す図である。 実施例１にかかる光ピックアップ光学系の設計結果を示す表である。 実施例１にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す表である。 実施例１にかかる対物レンズの面形状データを示す表である。 実施例１にかかる対物レンズにおける領域分割位置を示す表である。 実施例１における光ディスク上の光スポットの強度分布を示すグラフである。 実施例２にかかる対物レンズの面形状データを示す表である。 実施例２にかかる対物レンズにおける領域分割位置及び実施例１及び実施例２にかかる対物レンズにおける段差量を示す表である。 実施例３にかかる対物レンズ光学系の設計結果を示す表である。 実施例３にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す表である。 実施例３にかかる領域分割素子における領域分割位置を示す表である。 実施例３にかかる対物レンズの面形状データを示す表である。 実施例３における光ディスク上の光スポットの強度分布を示すグラフである。 比較例１にかかる光ピックアップ光学系の設計結果を示す表である。 比較例１にかかる光ピックアップ光学系のレンズデータを示す表である。 比較例１にかかる対物レンズの面形状データを示す表である。 比較例１における光ディスク上の光スポットの強度分布を示すグラフである。 実施例１、２、３及び比較例１の各光ピックアップ光学系において、温度変化が生じたときの光スポットの劣化を示すグラフである。 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。

符号の説明

１ レーザ光源（光源）
５ 対物レンズ（光学素子）
５１ 領域
５２ 集光領域（領域）
５３ 非集光領域（領域）
８ 領域分割素子（光学素子）
８１ 領域
８２ 集光領域（領域）
８３ 非集光領域（領域）
１０ 対物レンズ光学系
１００ 光ピックアップ光学系
２００ 光ディスク（光記録媒体）

Claims (18)

1. 光学素子を有し、光束を光記録媒体の情報記録面上に集光させる光ピックアップ光学系であって、
   前記光学素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、複数の領域に分割され、
   前記複数の領域は、前記光記録媒体の情報記録面上へ光束を集光する複数の集光領域と、前記光記録媒体の情報記録面上へ光束を集光しない複数の非集光領域とを有し、
   前記非集光領域は、光束が前記光学素子における前記光記録媒体の開口数未満の範囲を透過して当該光記録媒体の情報記録面上に集光するように、設けられている光ピックアップ光学系。
2. 前記複数の領域は、光軸を同心とする輪帯状の領域である請求項１に記載の光ピックアップ光学系。
3. 前記集光領域と前記非集光領域とは、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、設けられている請求項２に記載の光ピックアップ光学系。
   
   ・・・・・・（１)
   
   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
   λ１：光束の波長
4. 前記集光領域と前記非集光領域とは、前記点像強度Ｉ（ｃ）が３％以下となるように設けられている請求項３に記載の光ピックアップ光学系。
5. 前記複数の領域は、前記光記録媒体の光源側に設けられる対物レンズの入射面と出射面の少なくとも一方に形成されている請求項１乃至４の何れか一項に記載の光ピックアップ光学系。
6. 前記複数の領域は、前記光記録媒体の光源側に設けられる対物レンズと光源との間に位置する前記光学素子の入射面と出射面の少なくとも一方に形成されている請求項１乃至４の何れか一項に記載の光ピックアップ光学系。
7. 前記非集光領域は、前記集光領域の面形状と異なる面形状に形成されている請求項１乃至６の何れか一項に記載の光ピックアップ光学系。
8. 前記光学素子の入射面と出射面の少なくとも一方は、段差により、複数の領域に分割されており、
   隣り合う前記領域において、内側の前記領域に対して、外側の前記領域のサグ量が大きくなるように、前記段差が形成されている請求項１乃至７の何れか一項に記載の光ピックアップ光学系。
9. 前記非集光領域は、光束を反射させる性質、又は、光束を吸収する性質、又は、光束を散乱させる性質を有する請求項１乃至８の何れか一項に記載の光ピックアップ光学系。
10. 前記光学素子は、樹脂により形成される請求項１乃至９の何れか一項に記載の光ピックアップ光学系。
11. 光束を光記録媒体の情報記録面上に集光させる対物レンズであって、
    前記対物レンズの入射面と出射面の少なくとも一方は、複数の領域に分割され、
    前記複数の領域は、前記光記録媒体の情報記録面上へ光束を集光する複数の集光領域と、前記光記録媒体の情報記録面上へ光束を集光しない複数の非集光領域とを有し、
    前記非集光領域は、光束が前記対物レンズにおける前記光記録媒体の開口数未満の範囲を透過して当該光記録媒体の情報記録面上に集光するように、設けられている対物レンズ。
12. 前記複数の領域は、光軸を同心とする輪帯状の領域である請求項１１に記載の対物レンズ。
13. 前記集光領域と前記非集光領域とは、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、設けられている請求項１２に記載の対物レンズ。
    ・・・・・・（２）
    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
    λ１：光束の波長
14. 前記集光領域と前記非集光領域とは、前記点像強度Ｉ（ｃ）が３％以下となるように設けられている請求項１３に記載の対物レンズ。
15. 前記非集光領域は、前記集光領域の面形状と異なる面形状に形成されている請求項１１乃至１４の何れか一項の何れか一項に記載の対物レンズ。
16. 前記対物レンズの入射面と出射面の少なくとも一方は、段差により、複数の領域に分割されており、
    隣り合う前記領域において、内側の前記領域に対して、外側の前記領域のサグ量が大きくなるように、前記段差が形成されている１１乃至１５の何れか一項に記載の対物レンズ。
17. 前記非集光領域は、光束を反射させる性質、又は、光束を吸収する性質、又は、光束を散乱させる性質を有する請求項１１乃至１６の何れか一項に記載の対物レンズ。
18. 樹脂により形成される請求項１１乃至１７の何れか一項に記載の対物レンズ。