(57)【要約】【課題】  安価かつ簡易な構成でありながら、屈折率変化による物点と像点の相対的位置関係の変化を低減することができるカップリングレンズ、および該カップリングレンズが好適に搭載される光情報記録再生装置用光学系を提供することを提供すること。【解決手段】  カップリングレンズは、光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられるカップリングレンズであって、樹脂製でありかつ所定の条件を満たすように構成した。また光情報記録再生装置は、光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、光源と、上記のように構成され、光源から照射された光の発散度を変えるカップリングレンズと、該カップリングレンズから射出された光を前記光ディスクの記録面上に収束させる対物レンズと、を有するように構成した。【選択図】      図１
2009104724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられるカップリングレンズであって、
樹脂製でありかつ以下の数１により求まる値Ｚ、
【数１】
2009104724.tif 000012
ただし、ｒ１は、前記カップリングレンズの第一面の曲率半径を、
ｒ２は、前記カップリングレンズの第二面の曲率半径を、
ｔは、前記カップリングレンズの中心肉厚を、
ｎは、前記カップリングレンズの設計屈折率を、
Ｌは、前記カップリングレンズの物体作動距離を、
Ｌ’は、前記カップリングレンズの像作動距離を、それぞれ表す、
が−０.８０≦Ｚ≦０.４０を満たすことを特徴とするカップリングレンズ。
【請求項２】
さらに、−０.４１≦Ｚ≦０.２３を満たすことを特徴とする請求項１に記載のカップリングレンズ。
【請求項３】
光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、
光源と、
前記光源から照射された光の発散度を変える請求項１または請求項２に記載のカップリングレンズと、
前記カップリングレンズから射出された光を前記光ディスクの記録面上に収束させる対物レンズと、を有することを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光情報記録再生装置において、
前記光源は、前記カップリングレンズの物点に配設されていることを特徴とする光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、光ディスクに対する情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置および該装置の光学系を構成するカップリングレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
光情報記録再生装置では、光源から照射された光をカップリングレンズによって発散度を変えた後、対物レンズを介してＣＤやＤＶＤ等の光ディスクの記録面に収束させる。記録面で反射した光は、入射時の光路を戻り、戻り光として受光部に導かれる。なお、本文において、光情報記録再生装置と記した場合には、情報の記録専用装置、情報の再生専用装置、情報の記録および再生兼用装置、の全てを含むものとする。
【０００３】
近年、上記の各レンズは殆どが樹脂製である。そのため、例えば温度等の環境の変化に対応して屈折率が変化してしまう。より詳しくは、実際の屈折率が設計時における屈折率（以下、設計屈折率という。）とは異なってしまう。レンズの屈折率の変化は、レンズを基準とした物点と像点の相対的位置関係の変化を招く。また、樹脂レンズは線膨張係数がガラスに比べて大きいという性質を持つ。この性質によって生じる、レンズを基準とした物点と像点の位置関係の変化も無視し得ない大きさとなる。
【０００４】
対物レンズは、屈折率変化による物点と像点の相対的位置関係の変化が起きたとしても、光情報記録再生装置本来の機能であるフォーカシング機能を使用することにより該変化による影響を打ち消すことが可能である。しかし、光学系の往路のみに挿入されたカップリングレンズに屈折率変化や線膨張が起きると、以下のような不具合が生じる。
【０００５】
第一に、カップリングレンズから射出される光が意図しない発散度を有してしまうおそれがある。カップリングレンズから射出される光の発散度が変化してしまうと球面収差が発生し、光ディスクの記録面において情報の記録または再生に好適とされるビームスポットを形成することが困難となる。第二に、通常、記録面で反射した光を受光する受光部は、カップリングレンズの像点と共役な関係になるように配設される。そのため、屈折率変化や線膨張に伴い、カップリングレンズの像点位置が変化してしまうと、上記共役な関係が崩れてしまい、受光部での高精度な光検出が困難となる。
【０００６】
以上のような問題を解決する構成が、例えば、以下の特許文献１および特許文献２に提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１５９７３１号公報
【特許文献２】特開２００３−１１４３８２号公報
【０００８】
特許文献１に記載のカップリングレンズは、回折構造を形成することにより、カップリングレンズから射出される光の発散度が屈折率変化によって変化してしまうという問題を解決しようと試みている。また、特許文献２に記載のカップリングレンズは、回折構造を形成することにより、物点に対する像点の相対的な位置が屈折率変化によって変化してしまうという問題を解決しようと試みている。しかし、一般に回折構造は、製造の難易度が高くなり、コストアップを招いてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑み、安価かつ簡易な構成でありながら、屈折率変化による物点と像点との相対的位置関係の変化を低減することができるカップリングレンズ、および該カップリングレンズが好適に搭載される光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明のカップリングレンズは、光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置に用いられるカップリングレンズであって、樹脂製でありかつ以下の数１に示す条件、
【数１】
2009104724.tif 000003
ただし、ｒ１は、カップリングレンズの第一面の曲率半径を、
ｒ２は、カップリングレンズの第二面の曲率半径を、
ｔは、カップリングレンズの中心肉厚を、
ｎは、カップリングレンズの設計屈折率を、
Ｌは、カップリングレンズの物体作動距離を、
Ｌ’は、カップリングレンズの像作動距離を、それぞれ表す、
が−０.８０≦Ｚ≦０.４０を満たすことを特徴とする。
【００１１】
値Ｚが上記条件を満たすように、カップリングレンズを設計することにより、回折構造等を用いることなく、屈折率変化時の物点と像点との相対位置関係を良好に維持することができる。
【００１２】
請求項２に記載のカップリングレンズによれば、さらに−０.４１≦Ｚ≦０.２３を満たすことが望ましい。これにより、物点と像点との屈折率変化時の相対的位置関係を更に良好に維持することができる。
【００１３】
別の観点から、請求項３に記載の光情報記録再生装置は、光ディスクに対して情報の記録または再生を行う光情報記録再生装置であって、光源と、上記特徴を有し光源から照射された光の発散度を変えるカップリングレンズと、該カップリングレンズから射出された光を前記光ディスクの記録面上に収束させる対物レンズと、を有することを特徴とする。
【００１４】
なお、上記光源は、カップリングレンズの物点に配設される。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、所定の条件を満たすようにカップリングレンズを構成した。これにより、回折構造を用いる等の複雑かつ高価な構成を採用することなく、屈折率変化による物点と像点の相対的位置関係の変化を低減することができる。
【００１６】
また、本発明に係る光情報記録再生装置は、上記のカップリングレンズを採用することにより、安価かつ簡素な構成でありながらも、該カップリングレンズの屈折率変化の影響を低減させ高精度な光検出を可能としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の光情報記録再生装置について説明する。本実施形態の光情報記録再生装置は、保護層厚、記録密度等といった規格がそれぞれ異なる三種類の光ディスクについて互換性を有している。
【００１８】
以下では説明の便宜上、上記三種類の光ディスクのうち、記録密度が最も高い光ディスク（例えばＨＤ  ＤＶＤやＢＤ等）を第一の光ディスクＤ１、第一の光ディスクＤ１に比べて相対的に記録密度が低い（例えばＤＶＤやＤＶＤ−Ｒ等）を第二の光ディスクＤ２、記録密度が最も低い光ディスク（例えばＣＤやＣＤ−Ｒ等）を第三の光ディスクＤ３、と記す。
【００１９】
各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層厚をそれぞれｔ１〜ｔ３とすると、各保護層厚には、以下のような関係がある。
ｔ１≦ｔ２＜ｔ３
【００２０】
また、各光ディスクＤ１〜Ｄ３のそれぞれに対して情報の記録または再生を行う場合、記録密度の違いに対応したビームスポットが得られるように、必要とされるＮＡの値を変化させる必要がある。ここで、各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対する情報の記録または再生時に必要とされる最適な設計開口数を、それぞれＮＡ１、ＮＡ２、ＮＡ３とすると、各ＮＡには以下のような関係がある。
ＮＡ１＞ＮＡ３かつＮＡ２＞ＮＡ３
【００２１】
つまり、記録密度の高い第一の光ディスクＤ１および第二の光ディスクＤ２に対する情報の記録または再生時には、より小径なスポットの形成が要求されるため、必要なＮＡが高くなる。これに対し、最も記録密度の低い第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生時には、必要とされるＮＡは比較的小さい。なお、どの光ディスクも、情報の記録または再生時には、図示しないターンテーブル上に載置され回転駆動される。
【００２２】
上記のように記録密度が異なる各光ディスクＤ１〜Ｄ３を使用する場合、各記録密度に対応したビームスポットが得られるように、光情報記録再生装置内において、それぞれ異なる波長のレーザー光が用いられる。具体的には、第一の光ディスクＤ１に対して情報の記録または再生を行う際には、最も小径のビームスポットを第一の光ディスクＤ１の記録面上において形成するために、最も短波長（第一の波長）であるレーザー光（以下、第一のレーザー光という）を光源から照射する。また、第三の光ディスクＤ３に対して情報の記録または再生を行う際には、最も大きな径のビームスポットを第三の光ディスクＤ３の記録面上において形成するために、最も長波長（第三の波長）であるレーザー光（以下、第三のレーザー光という）を光源から照射する。そして第二の光ディスクＤ２に対して情報の記録または再生を行う際には、第二の光ディスクＤ２の記録面上において比較的小径のスポットを形成するために、第一のレーザー光よりは長波長であってかつ第三のレーザー光よりは短波長（第二の波長）であるレーザー光（以下、第二のレーザー光という）を光源から照射する。
【００２３】
図１は、本実施形態の光情報記録再生装置１００の概略構成を表す模式図である。光情報記録再生装置１００は、第一のレーザー光を照射する光源１Ａ、第二のレーザー光を照射する光源２Ａ、第三のレーザー光を照射する光源３Ａ、カップリングレンズＣＬ、コリメートレンズ２０、ビームスプリッタ４１、４２、ハーフミラー４３、受光部４４を有する。なお、光情報記録再生装置１００では、上記の各光ディスク使用時に必要とされるＮＡが各々異なることに対応する必要がある。そのため、光情報記録再生装置１００では、図示しないが、光源３Ａ〜対物レンズ１０の光路間に第三のレーザー光の光束径を規定する開口制限素子が配設されていてもよい。
【００２４】
第一の光ディスクＤ１または第二の光ディスクＤ２に対して情報の記録または再生を行う場合、図１に示すように、各光源１Ａ、２Ａから照射された第一、第二の各レーザー光束は、ビームスプリッタ４２、ハーフミラー４３によって共通の光路に導かれ、コリメートレンズ２０により平行光束に変換される。コリメートレンズ２０を透過した各レーザー光束は、対物レンズ１０に入射する。
【００２５】
第三の光ディスクＤ３に対する情報の記録または再生を行う場合、光源３Ａから照射された第三のレーザー光束は、まずカップリングレンズＣＬに入射する。図２は、光源３Ａからコリメートレンズ２０までの第三のレーザー光束の光路を拡大して示す図である。なお、図２では図の簡略化のため、二つのビームスプリッタ４１、４２は省略している。第三のレーザー光は、カップリングレンズＣＬによって発散度を変えられつつ、ビームスプリッタ４１により偏向され、コリメートレンズ２０に入射する。そして、コリメートレンズ２０によって平行光束に変換された第三のレーザー光束は、対物レンズ１０に入射する。
【００２６】
光情報記録再生装置１００のように、各光ディスクＤ１〜Ｄ３使用時において異なる波長のレーザー光を用いる場合、各光ディスク使用時によって、対物レンズの屈折率の変化や、各光ディスクＤ１〜Ｄ３の保護層２１の厚さの違いに起因して、球面収差が変化する。
【００２７】
従って、対物レンズ１０は、三種類の光ディスクＤ１〜Ｄ３をそれぞれ使用する時に発生する球面収差を補正して各光ディスクＤ１〜Ｄ３に対して互換性を有するように構成される。例えば、対物レンズ１０の少なくとも一面には、三種類の光束に影響を与える回折作用を持つ回折構造が設けられる。該回折構造は、光軸ＡＸを中心とした同心円状の複数の屈折面と各屈折面間に形成される複数の微小な段差からなる。該段差は、第一の波長に対して所定の光路長を付加するように設計される。
【００２８】
対物レンズ１０を透過した各光束は、情報の記録または再生の対象となる各光ディスクＤ１〜Ｄ３の記録面近傍に収束する。記録面で反射した各レーザー光は、ハーフミラー４３を透過し、受光部４４により検出される。
【００２９】
上記のように、対物レンズ１０に入射する各レーザー光を平行光束にすることにより、対物レンズ１０をトラッキングした時におけるコマ収差等の軸外収差の発生を抑えることができる。
【００３０】
図３は、本実施形態のカップリングレンズＣＬを説明するための図である。図３に示すように、カップリングレンズＣＬは、光源側から順に第一面ＣＬ１、第二面ＣＬ２を有する。各面ＣＬ１、ＣＬ２は、両面とも球面であってもよい。但し、本実施形態では、収差補正等を良好に行うことを踏まえ、各面ＣＬ１、ＣＬ２のうち少なくとも一方を非球面として設計する。カップリングレンズＣＬの片面を非球面にすれば球面収差量や正弦条件違反量の一方を、両面を非球面にすれば球面収差量と正弦条件違反量の双方を適切に抑えることができる。
【００３１】
なお、非球面の形状は、光軸からの高さがｈとなる非球面上の座標点の該非球面の光軸上での接平面からの距離（サグ量）をＸ（ｈ）、非球面の光軸上での曲率（１／ｒ）をＣ、円錐係数をＫ、４次以上の偶数次の非球面係数をＡ２ｉ（ただしｉは２以上の整数）として、以下の数２の式で表される。
【数２】
2009104724.tif 000004
【００３２】
カップリングレンズＣＬの第一面ＣＬ１の曲率半径をｒ１、第二面ＣＬ２の曲率半径をｒ２、中心肉厚をｔ、設計屈折率をｎ、物体作動距離をＬ、とする。ここで、実際の光情報記録再生装置１００において、ＣＬ１の物点には光源が配置、固定される。従って、以下の説明では、便宜上、物点に対向するレンズ面すなわち入射側の面ＣＬ１と該物点との距離（以下、物体作動距離という。）は一定する。つまり、物点と像点の相対的位置関係の変化は、像点とカップリングレンズＣＬの射出側の面ＣＬ２との距離（以下、像作動距離という。）Ｌ’の変化と捉える。
【００３３】
カップリングレンズＣＬは、以下の数１により求まる値Ｚが所定の条件を満たすように設計され、装置１００内に配設される。
【００３４】
【数１】
2009104724.tif 000005
【００３５】
数１により求まる値Ｚは、像作動距離Ｌ’を上記の各パラメータｒ１、ｒ２、ｔ、ｎ、Ｌで定式化し、かつ設計屈折率ｎで微分した値を像作動距離Ｌ’で除して規格化した値、つまり屈折率変化による像作動距離の変化率を表す。本実施形態では、数１により求まる値Ｚが、以下の条件（１）、さらに好適には条件（２）を満たすように構成される。
−０.８０≦Ｚ≦０.４０…（１）
−０.４１≦Ｚ≦０.２３…（２）
【００３６】
上記条件（１）を満たすようにカップリングレンズＣＬを設計することにより、当該カップリングレンズに複雑な回折構造を配設することなく、屈折率変化時の物点と像点との相対位置関係を良好に維持することができる。また、それぞれのパラメータを適切にコントロールすることにより、焦点距離、倍率等の仕様を満足させることもできる。このような効果は、さらに条件（２）を満たすことにより、さらに顕著に現れる。なお、値Ｚが条件（１）の範囲外となるように設計されたカップリングレンズを採用すると、屈折率変化によって、高精度な情報の記録または再生に支障をきたす位まで像作動距離が大きく変化してしまうため、好ましくない。
【００３７】
以上説明した本実施形態のカップリングレンズＣＬの具体的実施例を以下に２例示す。
【実施例】
【００３８】
実施例１のカップリングレンズＣＬの具体的数値構成は、以下の表１に示される。また、表１に示す構成のカップリングレンズＣＬにおける、数１に関する各パラメータおよび値Ｚを表２に示す。
【００３９】
【表１】
2009104724.tif 000006
【表２】
2009104724.tif 000007
【００４０】
表１に示す像作動距離Ｌ’は設計値である。表２に示すように、実施例１のカップリングレンズＣＬは、条件（１）および（２）を満たす。
【００４１】
実施例２のカップリングレンズＣＬは、両面ＣＬ１、ＣＬ２共に非球面に設計されている。実施例２のカップリングレンズＣＬの具体的数値構成、および両面ＣＬ１、ＣＬ２に関する非球面係数は、以下の表３に示される。また、表３に示す構成のカップリングレンズＣＬにおける、数１に関する各パラメータおよび値Ｚを表４に示す。
【００４２】
【表３】
2009104724.tif 000008
【表４】
2009104724.tif 000009
【００４３】
表４に示すように、実施例２のカップリングレンズＣＬは、実施例１と同様に、条件（１）および（２）を満たす。
【００４４】
数５に、比較例のカップリングレンズの具体的数値構成を示す。また、比較例のカップリングレンズにおける、数１に関する各パラメータおよび値Ｚを表６に示す。比較例のカップリングレンズは、非球面を用いずに、球面収差および正弦条件違反量をなるべく小さくするという、従来の設計思想に基づいた設計であるが、表６に示すように条件（１）を満たしていない。
【００４５】
【表５】
2009104724.tif 000010
【表６】
2009104724.tif 000011
【００４６】
図４は、実施例１および実施例２と比較例の各レンズに関し、屈折率変化と像作動距離Ｌ’の変化率との関係を示すグラフである。図４に示すように、値Ｚが条件（１）さらには条件（２）を満たす実施例１、２のカップリングレンズＣＬは、屈折率変化に対する像作動距離Ｌ’の変化率が略０である。つまり、実施例のカップリングレンズＣＬを光情報記録再生装置１００に搭載することにより、第三の光ディスクＤ３使用時において、例えば温度変化等によってカップリングレンズＣＬの屈折率が変化したとしても、受光部４４では、該屈折率変化の影響を受けることなく常に良好な光検出が可能になる。これに対して、比較例のカップリングレンズは、屈折率の変化に伴って、像作動距離Ｌ’の変化率も大きくなっていることが分かる。
【００４７】
なお、屈折率変化の要因として、温度変化が例示される。温度が変化すると、カップリングレンズＣＬが線膨張するおそれがある。そのときにも、本発明に依ればカップリングレンズＣＬの物点と像点の相対位置関係は維持され、問題なく使用することができる。
【００４８】
以上が本発明の実施形態である。本発明は上記実施形態や実施例の構成に限定されるものではない。例えば、上記実施形態のカップリングレンズＣＬは両凸形状を有している。本発明に係るカップリングレンズは、上記条件さえ満たしていれば、倍率やレンズ厚、物像間距離の温度変化特性に応じてメニスカス形状等種々の形状を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態の光情報記録再生装置の概略構成を表す模式図である。
【図２】本発明の実施形態のカップリングレンズ近傍を拡大して示す図である。
【図３】本発明の実施形態のカップリングレンズを説明するための図である。
【図４】本発明の実施例の効果を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１Ａ〜３Ａ  光源
ＣＬ  カップリングレンズ
１０  対物レンズ
２０  コリメートレンズ
Ｄ１〜Ｄ３  光ディスク
１００  光情報記録再生装置
【図１】
2009104724.tif 000013
【図２】
2009104724.tif 000014
【図３】
2009104724.tif 000015
【図４】
2009104724.tif 000016