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Dokumentenidentifikation DE4006275C2 27.04.1995
Titel Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-Vorrichtung für optische Information
Anmelder Asahi Kogaku Kogyo K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Iwaki, Makoto, Tokio/Tokyo, JP;
Maruyama, Koichi, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Schaumburg, K., Dipl.-Ing.; Thoenes, D., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Thurn, G., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 81679 München
DE-Anmeldedatum 28.02.1990
DE-Aktenzeichen 4006275
Offenlegungstag 13.09.1990
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse G02B 13/24
IPC-Nebenklasse G11B 7/135   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-Vorrichtung für optische Informationen.

Ein optisches System einer Aufzeichnungs/Wiedergabe- Vorrichtung für optische Information wie eine optische Plattenvorrichtung, usw., enthält einen Lichtquellenteil mit einem Halbleiterlaser und ein Objektivlinsensystem, das den von dem Lichtquellenteil auf eine optische Platte emittierten bzw. abgestrahlten Lichtstrom konvergiert (fokussiert), und ein signalerfassendes optisches System, das ausgelegt ist, Information, die auf der Platte aufgezeichnet ist, und Fehlersignale durch von der optischen Platte reflektierten Licht zu lesen.

Das Objektivlinsensystem ist weiterhin auf einem Stellglied bzw. Stellantrieb angebracht, der derart ausgelegt bzw. entworfen ist, daß die Objektivlinse fein bzw. genau bzw. in kleinen Schritten zumindest in der Richtung der optischen Achse bewegt werden kann (Fokussierhilfe bzw. Fokussierantrieb), so daß eine Unschärfe bzw. eine Defokussierung korrigiert werden kann, die durch ein Verwerfen bzw. Deformieren der Platte hervorgerufen wird.

Die Wellenlänge eines von dem Halbleiter-Laser emittierten Lichtes, der als eine Lichtquelle verwendet wird, wird übrigens durch Verändern der Ausgangsleistung und/ oder der Temperatur verschoben. Wenn die chromatische Aberration des Linsensystems noch nicht korrigiert ist, wird aus dem voranstehenden Grund die Position eines Lichtkonvergierungspunktes durch Verschieben der Wellenlänge variiert. Eine Unschärfe aufgrund einer vergleichsweise geringen Veränderung einer Wellenlänge, die durch eine Veränderung der Temperatur oder ähnliches hervorgerufen wird, wird jedoch automatisch von der zuvor erwähnten Fokussierhilfe korrigiert, wenn die Kollimatorlinse bezüglich der chromatischen Aberration und eines Temperaturwechsels korrigiert ist.

Zu dem Zeitpunkt, wenn ein Datensatz geschrieben wird, wird eine Oszillationswellenlänge des Halbleiter-Lasers augenblicklich um einige nm zwischen einem Bereich, wo die Temperatur erhöht ist, und einem Bereich, wo die Temperatur nicht erhöht ist, versetzt bzw. verschoben. Die durch eine derart radikale Verschiebung verursachte Unschärfe kann von der zuvor erwähnten Fokussierhilfe nicht korrigiert werden.

Wenn die Lichtkonvergierungsposition nicht mit der Aufzeichnungsoberfläche der Platte zusammenfällt, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß ein unkorrektes Schreiben oder Lesen bewirkt wird. Insbesondere, wenn ein Schreiben bzw. ein Schreibvorgang vollzogen wird, ist daher eine Korrektur der chromatischen Aberration des Objektivlinsensystems wichtig.

Ein optisches System, bei dem die konvergierende Linse selbst bezüglich der chromatischen Aberration korrigiert ist, ist z. B. in der offengelegten japanischen Patentschrift Nr. Sho 63-10118 offenbart.

Die Linse bzw. das Objektiv der offengelegten japanischen Patentschrift Sho 63-10118 hat eine dreistückige Struktur mit einer einzigen asphärischen Linsenfläche. Die der Lichtquelle zugewandte Linsenfläche hat eine kleinere Brechkraft als die abgewandte Linsenfläche. Aus der JP-A 61-177 408 ist ein Linsensystem, für eine optische Platte bekannt, bei dem beide Linsenflächen der konvergierenden Linse asphärisch ausgebildet sind.

Die in den obengenannten Veröffentlichungen offenbarten Linsen bzw. Objektive haben jedoch einen kurzen Arbeitsabstand. Daher treten Probleme auf, daß der Bereich, in dem das Objektivlinsensystem bewegbar ist, zu eng ist.

Der Korrekturbetrag der chromatischen Aberration des Fokussierfehler erfassenden optischen Systems ist jedoch proportional zur zweiten Potenz des Verhältnisses M zwischen einer Brennweite einer Kondensorlinse dieses optischen Systems und einer Brennweite der Objektivlinse. Daher ist es bei einer gewöhnlichen optischen Plattenvorrichtung, bei einem Wert von M=10, hinsichtlich der Größe eines Licht empfangenden Elementes schwierig, die Vorrichtung derart auszulegen bzw. zu entwickeln, daß die Kondensorlinse einen hinreichenden Korrekturbetrag der chromatischen Aberration hat.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Linsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung für optische Informationen anzugeben, bei dem die chromatische Aberration korrigiert ist, das ein geringes Gewicht und einen vergrößterten Arbeitsabstand hat.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des neuen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das Objektivlinsensystem der Aufzeichnungs/Wiedergabe- Vorrichtung für optische Information muß eine konvexe Oberfläche haben, um eine stark konvergierende Kraft zum Konvergieren des Lichtstromes auf die Aufzeichnungsoberfläche der Platte zu bieten bzw. zu zeigen. Und um die Konvergierungseffizienz bzw. den Konvergierungsgrad hochzuhalten, ist es notwendig, die sphärische Aberration und die Koma-Aberration vollständig zu korrigieren.

Um die Koma-Aberration zu begrenzen bzw. einzudämmen, ist es notwendig, die Abbesche Sinusbedingung einzuhalten. Hierzu ist es notwendig, eine stark konvexe konvergierende Oberfläche auf der Lichtquellenseite vorzusehen. Diese stark konvergierende Oberfläche ist in der Nähe der Platte angeordnet, um einen ausreichenden Arbeitsabstand zu erhalten.

Diese konvergierende Linse wird durch eine asphärische Linse gebildet mit einem in Richtung auf periphere Teile der Linse größer werdenden Krümmungsradius, um die sphärische Aberration und die Koma-Aberration durch eine einzelne Linse zu korrigieren, und auch, um eine hinreichende Randdicke zu erlangen, die für die Verarbeitung notwendig ist, während die Mittendicke derselben klein gehalten bzw. beschränkt wird.

Das Objektivlinsensystem muß weiterhin ein die chromatische Aberration korrigierendes Element enthalten, das kaum bzw. auf jeden Fall die Kraft bzw. Brechkraft hat, um die chromatische Aberration der konvergierenden Linse zu korrigieren.

Das die chromatische Aberration korrigierende Element ist aus einer Kombination einer positiven Linse bzw. Linse positiver Brechkraft mit einer negativen Linse bzw. Linse negativer Brechkraft aufgebaut, die eine unterschiedliche Abbesche Zahl haben. Um den korrigierten Betrag der chromatischen Aberration zu erhöhen, ist es wünschenswert, daß diese Linsen miteinander zementiert bzw. verklebt bzw. verkittet werden. Der Grund liegt darin, daß, wenn ein räumlicher Abstand zwischen der positiven Linse und der negativen Linse existiert, eine Totalreflektion am Umfangs- bzw. peripheren Teil auftritt, wodurch eine Verdunkelung erzeugt wird, und daß eine Aberrationsfluktuation auftritt, wenn ein Abstandsfehler auftritt.

Daher besteht ein Objektivlinsensystem gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer konvergierenden Linse, deren beide Oberflächen durch eine konvexe asphärische Oberfläche gebildet werden und die einen Krümmungsradius haben, der sich von dem Mittelpunkt derselben in Richtung auf den Umfang bzw. die Peripherie erhöht, und wobei der Krümmungsradius derart ausgelegt bzw. angeordnet ist, daß eine kleine Oberfläche desselben in Richtung auf die Seite des Lichtquellenteils zeigt; und aus einem die chromatische Aberration korrigierenden Elemente mit nahezu keiner Brechkraft, das auf der Seite der Lichtquelle der konvergierenden Linse angeordnet und ausgelegt ist, eine chromatische Aberration der konvergierenden Linse zu korrigieren, wobei das Element aus einer positiven und einer negativen Linse aufgebaut ist, die miteinander verkittet sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 ist ein Linsendiagramm bzw. -schema, welches Beispiel 1 eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 1 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 3 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 1 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die durch Wellenlängenfluktuation verursachte Bewegung einer Lichtkonvergierungsposition von der einzelnen Einheit der konvergierenden Linse zeigt, die in Fig. 1 gezeigt ist.

Fig. 5 ist ein Linsenschema, das Beispiel 2 eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 6 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 5 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 7 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 5 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 8 ist ein Linsenschema, das Beispiel 3 eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 9 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 8 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 10 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 8 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 11 ist ein Linsenschema, das Beispiel 4 eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 12 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 11 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 13 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 11 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 14 ist ein Linsenschema, das Beispiel 5 eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 15 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des Objektivlinsensystems, das in Fig. 14 gezeigt ist.

Fig. 16 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 14 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 17 ist ein Linsenschema, das Beispiel 6 eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 18 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 17 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 19 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 17 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 20 ist ein Linsenschema, das Beispiel 7 eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 21 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 20 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 22 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 20 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 23 sind verschiedene Aberrationsdiagramme einer einzelnen Einheit des konvergierenden Objektivs, das in Fig. 20 gezeigt ist.

Fig. 24 sind Wellenaberrationsdiagramme einer einzelnen Einheit des in Fig. 20 gezeigten konvergierenden Objektivs.

Fig. 25 ist ein Linsenschema, das Beispiel 8 eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 26 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 25 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 27 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 25 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 28 ist ein Linsenschema, das Beispiel 9 eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 29 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 28 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 30 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 28 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 31 sind verschiedene Aberrationsdiagramme einer einzelnen Einheit des konvergierenden Objektivs, das in Fig. 28 gezeigt ist.

Fig. 32 sind Wellenaberrationsdiagramme einer einzelnen Einheit des in Fig. 28 gezeigten konvergierenden Objektivs.

Fig. 33 ist ein Linsenschema, das Beispiel 10 eines Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 34 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in Fig. 33 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 35 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 33 gezeigten Objektivlinsensystems.

Fig. 36 sind verschiedene Aberrationsdiagramme einer einzelnen Einheit des in Fig. 33 gezeigten konvergierenden Objektivs.

Fig. 37 sind Wellenaberrationsdiagramme einer einzelnen Einheit des in Fig. 33 gezeigten konvergierenden Objektivs.

Fig. 38 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Objektivtubus zeigt, in dem ein Objektivlinsensystem montiert ist.

Fig. 39 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel eines Objektivtubus zeigt, in dem ein Objektivlinsensystem montiert ist.

Was das die chromatische Aberration korrigierende Element betrifft: Je geringer der Krümmungsradius der gekitteten Oberflächen ist und je größer der Unterschied zwischen positivem und negativem Lichtbrechungsindex ist, desto bedeutsamer wird die Erzeugung der Aberration. Da das Element selbst kaum Brechkraft hat, ist es schwierig, wenn die Aberration in der gekitteten Oberfläche erzeugt wird, die Aberration innerhalb des Elementes zu korrigieren. Demgemäß wird es notwendig, die Erzeugung der Aberration an den gekitteten Oberflächen so weit wie möglich zu begrenzen.

Um die Aberration zu begrenzen, gibt es eine Einrichtung, den Krümmungsradius groß zu machen, und eine Einrichtung, den Unterschied im Lichtbrechungsindex gering zu machen. Wenn jedoch die gekitteten Oberflächen sehr eng an eine Oberfläche gebracht werden, kann jedoch die ursprüngliche Funktion zur Korrektur der chromatischen Aberration nicht zu Tage treten. Demgemäß gibt es eine Grenze bezüglich der Reduktion der durch die vorherige Einrichtung verursachten Aberration. Im Gegensatz hierzu, wenn die Lichtbrechungsindizes nahezu gleichgemacht werden, kann die Erzeugung der sphärischen Aberration und der Koma-Aberration begrenzt werden, selbst wenn der Krümmungsradius beträchtlich wird. Durch Ableiten bzw. Differenzieren bzw. Unterscheiden bzw. Ändern der Dispersion wird es möglich, eine Veränderung in der chromatischen Aberration zu erreichen bzw. anzuwenden.

Um die obengenannten Anforderungen zu erfüllen, erfüllt das in den folgenden Beispielen gezeigte Objektivlinsensystem die im folgenden angegebenen Bedingungen.

| f/fc | <0,20 (1)

| r&sub2;/f | >0,70 (2)

νn780 <700 (3)

νp780 >800 (4)

np780 >1,55 (5)

| np780-nn780 | ×10&sup6;<20 000 (6)

(np780-1) (1-νn780p780) >0,2 (7)

Die in den Beziehungen verwendeten symbolischen Zeichen haben die folgenden Bedeutungen:

f: Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems

fc: Brennweite des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes

r&sub2;: Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche

nn780, nn830: Lichtbrechungsindizes bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm

np780, np830: Lichtbrechungsindizes bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm

νn780: Dispersion bzw. Streuung einer negativen Linse in der Nachbarschaft der Wellenlänge

von 780 nm, wobei νn780 = nn780/(nn780-nn830)

νp780: Dispersion einer positiven Linse in der Nachbarschaft der Wellenlänge von 780 nm, wobei νp780 = np780/(np780-np830)

Die Beziehung (1) setzt eine Lichtbrechungsleistung des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes fest. Wenn f/fc kleiner ist als -0,02, dann ist es schwierig, den ausreichenden Arbeitsabstand aufrechtzuerhalten. Wenn f/fc größer ist als +0,02, erhält die Linse einen großen Durchmesser und ein großes Gewicht.

Die Beziehung (2) setzt eine Bedingung zum Aufrechterhalten der Kantendicke bzw. Randdicke und zum Begrenzen der Mittendicke der positiven Linse des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes fest. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt wird, wenn ein Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche zu klein ist, wird eine sphärische Aberration höherer Ordnung erzeugt, und wenn die Gesamtlänge des Linsensystems zu groß wird, ist es unmöglich, das Gewicht desselben einzuschränken bzw. zu begrenzen.

Je höher übrigens die Lichtbrechungsindizes der positiven und der negativen Linse des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes sind, desto größer ist der Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche. Wenn eine Differenz zwischen den Lichtbrechungsindizes der positiven und der negativen Linse klein ist und der Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche groß ist, ist es wünschenswert, daß die Dispersion der positiven Linse groß und die Dispersion der negativen Linse klein ist.

Bei Glasmaterial gilt im allgemeinen: Je höher der Lichtbrechungsindex ist, desto höher ist eine Dispersion. Wenn daher Glasmaterial der negativen Linse die Beziehung (3) erfüllt, wird der die chromatische Aberration korrigierende Effekt erhalten und der Lichtbrechungsindex derselben ist höher als 1,70.

Wenn ein Glasmaterial der positiven Linse des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes die Beziehung (4) erfüllt, ist das Element in der Lage, einen, die chromatische Aberration ausreichend korrigierenden Effekt zu erlangen. Wenn dieses Glasmaterial die Beziehung (5) jedoch nicht erfüllt, wird eine größere Aberration in der gekitteten Oberfläche aufgrund der Differenz im Lichtbrechungsindex zwischen der positiven und der negativen Linse erzeugt.

Die Beziehung (6) zeigt die Bedingung zum Begrenzen der Differenz im Lichtbrechungsindex der positiven und der negativen Linse des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes und zum Reduzieren der Erzeugung weiterer Aberrationen mit Ausnahme der chromatischen Aberration soweit wie möglich.

Selbst in dem Fall, daß die Bedingung der Gleichung (6) erfüllt wird, ist es jedoch wünschenswert, daß der Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche so groß wie möglich ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß, wenn der Krümmungsradius der zementierten Oberflächen gering ist, die Dicke des gesamten die chromatische Aberration korrigierenden Elementes groß wird, um die Ecken- bzw. Randdicke der positiven Linse zu erhalten, während, wenn eine Linse mit einem großen numerischen Öffnungswert (NA) verwendet wird, eine sphärische Aberration höherer Ordnung erzeugt wird. Daher muß das die chromatische Aberration korrigierende Element aus einer Kombination von Materialien gebildet werden, die in der Lage ist, den Krümmungsradius der gekitteten Oberflächen so weit wie möglich zu erhöhen, jedoch innerhalb einer Grenze, innerhalb der sich der die chromatische Aberration korrigierende Effekt zeigt.

Die Gleichung (7) zeigt die Bedingung zum Regulieren der Dispersionsqualität eines die chromatische Aberration korrigierenden Elementes, um den die chromatische Aberration korrigierenden Effekt zu erfüllen bzw. erzielen. Für den Fall, daß diese Bedingung nicht erfüllt ist, selbst wenn eine konvergierende Linse die geringste Dispersion CaFK95 (Handelsname: Sumida Kogaku) unter den Rohmaterialien zur Verwendung als asphärische Linse hat, die zur Zeit erhältlich sind, wird das die chromatische Aberration korrigierende Element zu dick, um die chromatische Aberration ausreichend zu korrigieren, was somit zu einem Problem bezüglich des Gewichtes oder Raumes führt.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt Beispiel 1 des Objektivlinsensystems und die konkreten Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 2 gezeigt.

Dieses Objektivlinsensystem hat ein die chromatische Aberration korrigierendes Element 1 und eine konvergierende Linse 2, die in dieser Reihenfolge von einer Lichtquellenseite aus (in der Figur die linke Seite) angeordnet sind.

Das die chromatische Aberration korrigierende Element 1 umfaßt eine positive Linse und eine negative Linse, die miteinander verkittet sind.

Die konvergierende Linse 2 ist aus einer asphärischen Linse gebildet, deren Krümmungsradius sich in Richtung auf deren Umfangsabschnitt vergrößert.

Konkrete numerische Konstruktionswerte sind in Tabelle 2 gezeigt. In den Tabellen sind angegeben: Ein numerischer Öffnungswert NA, eine Brennweite f des Objektivlinsensystems bei einer Wellenlänge von 780 nm, ein halber Ausschnittswinkel bzw. Bildwinkel ω, ein Arbeitsabstand wd zwischen einer letzten Fläche des Objektivlinsensystems und der ersten Fläche der optischen Platte OD, der Krümmungsradius r einer Oberfläche, eine Linsendicke oder ein räumlicher Abstand d, ein Lichtbrechungsindex n&sub7;&sub8;&sub0; einer Linse bei einer Wellenlänge von 780 nm, eine Dispersion ν&sub7;&sub8;&sub0; einer Linse in der Nachbarschaft der Wellenlänge von 780 nm.

Die Oberflächen Nr. 4 und 5 bezeichnen die konvergierende Linse. Was das Glasmaterial betrifft, ist die konvergierende Linse aus Polymethylmethacrylat und das Oberflächen- bzw. Abdeckungsglas OD der optischen Platte ist BK7. Tabelle 2



Die asphärischen vierten und fünften Oberflächen werden wie folgt ausgedrückt:



wobei X ein Abstand ist von einer Tangentialebene des Scheitels einer asphärischen Oberfläche auf der asphärischen Oberfläche, wo die Höhe Y ist, zu der optischen Achse, C der Krümmungsradius (1/r) des Scheitels der asphärischen Oberfläche ist, K der Koeffizient eines zirkularen Konus ist und A&sub4; bis A&sub1;&sub8; Koeffizienten der asphärischen Oberfläche sind. Diese asphärischen Koeffizienten der konvergierenden Linse sind in Tabelle 3 gezeigt.

Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems sind in Fig. 2 gezeigt und die Wellenaberrationen sind in Fig. 3 gezeigt.

4te Oberfläche 5te Oberfläche K = -0,6848E+00 K = -0,1514E+01 A&sub4; = 0,1011E-02 A&sub4; = 0,1259E-01 A&sub6; = -0,1518E-03 A&sub6; = -0,2710E-02 A&sub8; = -0,2169E-04 A&sub8; = 0,3962E-03 A&sub1;&sub0; = -0,5843E-05 A&sub1;&sub0; = -0,3097E-04 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00


Für einen Fall, daß eine einzelne Einheit des in Fig. 1 gezeigten konvergierenden Objektivs als ein Objektivlinsensystem verwendet wird, tritt eine Unschärfe durch Verschieben einer Wellenlänge auf, da eine chromatische Aberration nicht zu korrigieren ist. Eine Wellenaberration wird gemäß der Unschärfe erzeugt.

Eine Verschlechterung der Wellenaberration, die auf der Unschärfe des einzelnen Körpers der konvergierenden Linse basiert, ergibt sich, wie in Fig. 4 gezeigt. Aus Fig. 4 wird ersichtlich, daß, wenn die Wellenlänge um 5 nm verschoben wird, eine Wellenaberration von etwa 0,04 λ erzeugt wird. Um die Fähigkeit bzw. Wirksamkeit als Objektivlinse aufrechtzuerhalten, beträgt die Grenze der Wellenaberration etwa 0,05 λ. Da jedoch Unschärfen aufgrund von anderen Faktoren als der chromatischen Aberration existieren, besteht jedoch tatsächlich eine Möglichkeit, daß die obige Grenze durch Verschieben der Wellenlänge um etwa 5 nm überschritten wird.

Beispiel 2

Fig. 5 zeigt Beispiel 2 des Objektivlinsensystems und konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 4 gezeigt. Die asphärischen Koeffizienten der konvergierenden Linse sind in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 4



4te Oberfläche 5te Oberfläche K = -0,6514E+00 K = -0,1868E+01 A&sub4; = 0,3191E-02 A&sub4; = 0,1388E-01 A&sub6; = 0,7439E-04 A&sub6; = -0,3220E-02 A&sub8; = 0,9645E-04 A&sub8; = 0,3918E-03 A&sub1;&sub0; = -0,2868E-04 A&sub1;&sub0; = -0,2037E-04 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00


Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems sind in Fig. 6 gezeigt und die Wellenaberrationen sind in Fig. 7 gezeigt.

Beispiel 3

Fig. 8 zeigt Beispiel 3 des Objektivlinsensystems und konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 6 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der konvergierenden Linse sind in Tabelle 7 angegeben. Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems sind in Fig. 9 gezeigt und die Wellenaberrationen sind in Fig. 10 gezeigt. Tabelle 6



4te Oberfläche 5te Oberfläche K = -0,6700E+00 K = -0,1070E+01 A&sub4; = 0,1489E-02 A&sub4; = 0,1175E-01 A&sub6; = -0,3270E-04 A&sub6; = -0,2023E-02 A&sub8; = 0,7407E-05 A&sub8; = 0,2206E-03 A&sub1;&sub0; = -0,7601E-05 A&sub1;&sub0; = -0,1196E-04 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00

Beispiel 4

Fig. 11 zeigt Beispiel 4 des Objektivlinsensystems und konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 8 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der konvergierenden Linse sind in Tabelle 9 angegeben. Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems sind in Fig. 12 gezeigt und die Wellenaberrationen sind in Fig. 13 gezeigt. Tabelle 8



4te Oberfläche 5te Oberfläche K = -0,6557E+00 K = -0,4790E+00 A&sub4; = 0,2626E-02 A&sub4; = 0,1031E-01 A&sub6; = -0,1800E-03 A&sub6; = -0,2770E-02 A&sub8; = 0,8108E-04 A&sub8; = 0,3247E-03 A&sub1;&sub0; = -0,4767E-04 A&sub1;&sub0; = -0,2010E-04 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00

Beispiel 5

Fig. 14 zeigt Beispiel 5 des Objektivlinsensystems und konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 10 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der konvergierenden Linse sind in Tabelle 11 gezeigt. Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems sind in Fig. 15 gezeigt und die Wellenaberrationen sind in Fig. 16 gezeigt. Tabelle 10



4te Oberfläche 5te Oberfläche K = -0,7522E+00 K = 0,000E+00 A&sub4; = 0,1876E-02 A&sub4; = 0,5351E-02 A&sub6; = -0,1244E-04 A&sub6; = -0,8424E-03 A&sub8; = 0,2321E-04 A&sub8; = 0,5166E-04 A&sub1;&sub0; = -0,7525E-05 A&sub1;&sub0; = -0,7905E-06 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00

Beispiel 6

Die Beispiele 6 bis 10 erfüllen zusätzlich zu den obigen Bedingungen (1) bis (7) neue Bedingungen.

Zunächst sind die Beziehungen (1) und (6) auf engere Bereiche begrenzt, wie angegeben:

| np780-nn780 | ×10&sup5;<1000 (6)

| f/fc | <0,01 (1)

Um eine neue Bedingung (1) zu erfüllen, wird die sphärische Aberration reduziert, wenn eine Differenz im Lichtbrechungsindex zwischen der positiven und der negativen Linse des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes reduziert wird. Und wenn das Objektivlinsensystem die neue Bedingung (6) erfüllt, wird eine Brechkraft des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes reduziert. Daher kann eine Erzeugung der Aberration begrenzt werden, selbst wenn ein Positionsfehler zwischen der konvergierenden Linse und dem die chromatische Aberration korrigierenden Element auftritt.

Weiterhin ist es wünschenswert, die folgenden Beziehungen (8), (9) zu erfüllen:

| r&sub1;/f | >7 (8)

| r&sub3;/f | >7 (9)

Die symbolischen Zeichen, die in den Beziehungen verwendet werden, haben die folgenden Bedeutungen:

r&sub1;: Krümmungsradius der innenliegenden bzw. nach innen zeigenden bzw. eigenen Oberfläche des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes

r&sub3;: Krümmungsradius der nach außen zeigenden Oberfläche des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes

f: Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems

Wenn die Bedingungen erfüllt werden, wird eine Winkelvergrößerung des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes begrenzt. Selbst wenn das die chromatische Aberration korrigierende Element keine große Brechkraft hat, wenn es eine Winkelvergrößerung hat, wird die Linse bezüglich ihres Durchmessers groß und der Arbeitsabstand erhöht sich.

Fig. 17 zeigt Beispiel 6 des Objektivlinsensystems und konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 12 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der konvergierenden Linse sind in Tabelle 13 gezeigt. Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems sind in Fig. 18 gezeigt und die Wellenaberrationen sind in Fig. 19 gezeigt. Tabelle 12



4te Oberfläche 5te Oberfläche K = -0,4168E+00 K = -0,5220E+00 A&sub4; = -0,9556E-03 A&sub4; = 0,1663E-01 A&sub6; = -0,1979E-03 A&sub6; = -0,3824E-02 A&sub8; = 0,3396E-05 A&sub8; = 0,5343E-03 A&sub1;&sub0; = -0,1894E-04 A&sub1;&sub0; = -0,3071E-04 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00

Beispiel 7

Fig. 20 zeigt Beispiel 7 des Objektivlinsensystems und konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 14 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der konvergierenden Linse sind in Tabelle 15 angegeben. Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems sind in Fig. 21 und die Wellenaberrationen in Fig. 22 gezeigt. Um auch die Beeinflussung zu bestimmen, die durch das die chromatische Aberration korrigierende Element gegeben ist, sind verschiedene Aberrationen und die Wellenaberrationen von einer einzelnen Einheit der konvergierenden Linse bzw. des konvergierenden Objektivs in den Fig. 23 und 24 gezeigt. Tabelle 14



4te Oberfläche 5te Oberfläche K = -0,5223E+00 K = -0,3168E+01 A&sub4; = -0,1400-03 A&sub4; = 0,1740E-01 A&sub6; = -0,4966E-04 A&sub6; = -0,4011E-02 A&sub8; = 0,1654E-04 A&sub8; = 0,5593E-03 A&sub1;&sub0; = -0,1292E-04 A&sub1;&sub0; = -0,3494E-04 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00

Beispiel 8

Fig. 25 zeigt Beispiel 8 des Objektivlinsensystems und konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 16 angegeben. Die konvergierende Linse ist die gleiche wie im Beispiel 7.

Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems sind in Fig. 26 und die Wellenaberrationen sind in Fig. 27 gezeigt. Tabelle 16

Beispiel 9

Fig. 28 zeigt Beispiel 9 des Objektivlinsensystems und konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 17 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der konvergierenden Linse sind in Tabelle 18 gezeigt. Tabelle 17



4te Oberfläche 5te Oberfläche K = -0,5086E+00 K = -0,9722E+00 A&sub4; = 0,5580E-04 A&sub4; = 0,1344E-01 A&sub6; = -0,1938E-04 A&sub6; = -0,2130E-02 A&sub8; = 0,3046E-04 A&sub8; = 0,1502E-03 A&sub1;&sub0; = -0,1039E-04 A&sub1;&sub0; = 0,2659E-05 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00


Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems sind in Fig. 29 und die Wellenaberration in Fig. 30 gezeigt. Um auch die Beeinflussung zu bestimmen, die durch das die chromatische Aberration korrigierende Element gegeben ist, sind verschiedene Aberrationen und die Wellenaberrationen von einer einzelnen Einheit des konvergierenden Objektivs in den Fig. 31 und 32 gezeigt.

Beispiel 10

Fig. 33 zeigt Beispiel 10 des Objektivlinsensystems und konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 19 angegeben. Die Koeffizienten der asphärischen Oberfläche des konvergierenden Objektivs sind in Tabelle 20 angegeben. Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems sind in Fig. 34 und die Wellenaberrationen in Fig. 35 gezeigt. Um auch die Beeinflussung zu bestimmen, die durch das die chromatische Aberration korrigierende Element gegeben ist, sind verschiedene Aberrationen und die Wellenaberrationen von einer einzelnen Einheit des konvergierenden Objektivs in den Fig. 36 und 37 gezeigt. Tabelle 19



4te Oberfläche 5te Oberfläche K = -0,5627E+00 K = -0,4708E+01 A&sub4; = -0,1402E-03 A&sub4; = 0,2011E-01 A&sub6; = -0,6290E-04 A&sub6; = -0,5946E-02 A&sub8; = 0,4537E-04 A&sub8; = 0,9448E-03 A&sub1;&sub0; = -0,2548E-04 A&sub1;&sub0; = -0,6470E-04 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00 A&sub1;&sub2; = 0,0000E+00


Eine Beziehung zwischen den obenerwähnten Beispielen und den bedingenden Gleichungen sind in den Tabellen 21 und 22 gezeigt. Tabelle 21

Tabelle 22



Fig. 38 zeigt ein Beispiel einer Anordnung des obenerwähnten Objektivlinsensystems in einem Objektivtubus. In dem Objektivtubus 3 ist ein innerer Flansch 3a ausgebildet. Das die chromatische Aberration korrigierende Element 1 ist in den inneren Flansch 3a von einer linken Seite in der Figur aus gesehen eingebettet und durch eine Ringmutter 4 festgelegt.

Die konvergierende Linse 2 ist andererseits in den Objektivtubus 3 von der rechten Seite in der Figur aus eingesetzt und ist positioniert durch Einlegen bzw. Anstoßen in den inneren Flansch 3a.

Fig. 39 zeigt ein weiteres Beispiel einer Anordnung des Objektivlinsensystems. In diesem Beispiel ist das die chromatische Aberration korrigierende Element 1 in den inneren Flansch 5a von der linken Seite in der Figur aus eingesetzt bzw. eingebettet und durch die Ringmutter 4 festgelegt, wie in dem oben erläuterten Beispiel.

Die konvergierende Linse 2 hat eine Rippe 2a, die entlang der Richtung der optischen Achse hervorsteht, und einen Eck- bzw. Randabschnitt 2b, der sich in die äußere Richtung hervorstehend erstreckt. In diesem Fall besteht die konvergierende Linse 2 aus Kunststoff und diese Linse ist einstückig mit der Rippe 2a und dem Randabschnitt 2b ausgebildet. Darüber hinaus ist es möglich, daß die konvergierende Linse 2 einstückig mit dem Objektivtubus 5 ausgebildet wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Linsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung für optische Information, mit einer konvergierenden Linse zum Konvergieren eines Lichtstromes, der von einer Lichtquelle auf ein Medium abgestrahlt wird, wobei die Linse zwei konvexe asphärische Oberflächen unterschiedlicher Brechkraft hat, deren Krümmungsradien von der Mitte der Linse in Richtung des Linsenrandes zunehmen, und einem die chromatische Aberration der konvergierenden Linse korrigierenden Element mit nahezu keiner Brechkraft, das auf der Lichtquelle der Linse angeordnet ist, wobei das Element aus einer positiven und einer negativen Linse besteht, die miteinander verkittet sind, das Linsensystem (1) besteht, Linsensystem die Beziehung

    |f/fc| < 0,20

    erfüllt, worin f die Brennweite des gesamten Linsensystems und fc die Brennweite des Elementes (1) ist, und wobei die asphärische Oberfläche mit größerer Brechkraft der Lichtquelle zugewandt ist.
  2. 2. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe- Vorrichtung für optische Information nach Anspruch 1, wobei das Linsensystem die folgende Beziehung erfüllt:

    |f/fc| < 0,01,

    wobei f die Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems und fc die Brennweite des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes ist.
  3. 3. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe- Vorrichtung für optische Information nach Anspruch 1, wobei das Linsensystem die folgende Beziehung erfüllt:

    |r&sub2;/f| > 0,70,

    wobei f die Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems und r&sub2; der Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche ist.
  4. 4. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe- Vorrichtung für optische Information nach Anspruch 1, wobei das die chromatische Aberration korrigierende Element die folgende Beziehung erfüllt:

    νn780 < 700

    νp780 > 800

    np780 > 1,55,

    wobei:

    nn780, nn830: Lichtbrechungsindex einer negativen Linse bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm,

    np780, np830: Lichtbrechungsindex einer positiven Linse bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm,

    νn780: Dispersion einer negativen Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νn780 = nn780/(nn780-nn830)

    νp780: Dispersion einer positiven Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νp780 = np780/(np780-np830).
  5. 5. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe- Vorrichtung für optische Information nach Anspruch 1, wobei das die chromatische Aberration korrigierende Element des Linsensystems die folgende Beziehung erfüllt:

    |np780-nn780| × 10&sup5; < 20 000,

    wobei np780 der Lichtbrechungsindex der positiven Linse ist und nn780 der Lichtbrechungsindex der negativen Linse ist.
  6. 6. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe- Vorrichtung für optische Information nach Anspruch 1, wobei das die chromatische Aberration korrigierende Element des Linsensystems die folgende Beziehung erfüllt:

    |np780-nn780| × 10&sup5; < 1000

    wobei np780 der Lichtbrechungsindex der positiven Linse ist und nn780 der Lichtbrechungsindex der negativen Linse ist.
  7. 7. Objektivlinsensystem einer Aufzeichungs/Wiedergabe- Vorrichtung für optische Information nach Anspruch 1, wobei das Linsensystem mit einem die chromatische Aberration korrigierenden Element die folgende Beziehung erfüllt:

    (np780-1)(1-νn780p780) > 0,2,

    wobei:

    nn780, nn830: Lichtbrechungsindex einer negativen Linse bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm,

    np780, np830: Lichtbrechungsindex einer positiven Linse bei Wellenlängen von 780 nm und 830 nm,

    νn780: Dispersion einer negativen Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νn780 = nn780/(nn780-nn830), und

    νp780: Dispersion einer positiven Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νp780 = np780/(np780-np830).
  8. 8. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe- Vorrichtung für optische Information nach Anspruch 1, wobei das die chromatische Aberration korrigierende Element die folgenden Beziehungen erfüllt:

    |r&sub1;/f| > 7

    |r&sub3;/f| > 7

    wobei

    r&sub1;: Krümmungsradius der innenliegenden Oberfläche des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes,

    r&sub3;: Krümmungsradius der nach außen zeigenden Oberfläche des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes, und

    f: Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems.






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