DE10226379A1

DE10226379A1 - Objektivlinse für einen optischen Abnehmer

Info

Publication number: DE10226379A1
Application number: DE10226379A
Authority: DE
Inventors: Koichi Maruyama; Shuichi Takeuchi
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: KR20020094928A; CN100337139C; KR100496591B1; TW535001B; DE10226379B4; CN1391119A; US6624942B2; US20030048535A1

Abstract

Eine Objektivlinse für einen optischen Abnehmer hat ein brechendes Linsenelement, das an mindestens einer seiner Flächen mit einer Beugungslinsenstruktur versehen ist. Die Beugungslinsenstruktur hat mehrere Ringzonen. Die Objektivlinse ist ausgebildet, mindestens zwei Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge auf mindestens zwei Arten von optischen Platten unterschiedlicher Datenaufzeichnungsdichte zu bündeln. Die Objektivlinse ist unterteilt in einen ersten, für eine geringere und eine höhere numerische Apertur gemeinsam vorgesehenen Bereich, durch den der Strahl mit der geringeren numerischen Apertur tritt, und in einen zweiten, allein für die höhere numerische Apertur vorgesehenen Bereich, der ausgebildet ist, den Strahl mit der höheren numerischen Apertur zu bündeln. Die Grenzen der in dem zweiten Bereich ausgebildeten Ringzonen sind unabhängig von Grenzen, die man über eine optische Weglängendifferenzfunktion erhält, so gestaltet, dass der Strahl mit der höheren numerischen Apertur im Wesentlichen auf einen bestimmten Punkt gebündelt und der Strahl mit der niedrigeren numerischen Apertur zerstreut wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Objektivlinse für einen optischen Abnehmer, der in einem Plattenlaufwerk eingesetzt wird, das mit mindestens zwei Arten von opti schen Platten unterschiedlicher Datendichte arbeiten kann. Aus dem Stand der Technik sind optische Platten mit verschiedenen Datenaufzeichnungsdichten bekannt. Beispielsweise hat eine DVD eine größere Datendichte als eine CD. DVD steht hierbei für "digital versatile disc" und CD für "compact disc".

Bekanntlich stehen die Datendichte einer optischen Platte und ein auf dieser erzeugter Strahlpunkt in engem Zusammenhang miteinander. Der Strahlpunkt muss eine vorbestimmte Größe in Bezug auf die Breite einer auf der Datenauf zeichnungsfläche der optischen Platte ausgebildeten Spur haben. Die Spurbreite ist für eine optische Platte mit hoher Datendichte kleiner als für eine optische Platte mit geringer Datendichte. Ist die Punktgröße bezogen auf die Spurbreite zu groß, so wird möglicherweise Information, die auf einer benachbarten Spur bzw. auf benachbarten Spuren aufgezeichnet ist, als Rauschen ausgelesen. Ist in einem Plattensystem, wie z. B. in einem CD-System, das zur Wiedergabe der Datensignale Beugungslicht nutzt, die Punktgröße zu klein, so erhält man mögli cherweise keine ausreichende Beugungswirkung, so dass die aufgezeichneten Daten nicht korrekt ausgelesen werden.

Die Größe des Strahlpunktes nimmt mit kürzer werdenden Wellenlänge und mit größer werdender numerischer Apertur der Optik ab. Die numerische Apertur wird im Folgenden auch kurz NA bezeichnet. Für ein DVD-System ist deshalb eine Optik erforderlich, die eine große NA hat und einen Lichtstrahl vergleichsweise kurzer Wellenlänge nutzt. Dagegen ist für ein CD-System eine Optik erforderlich, die eine vergleichsweise geringe NA hat und einen Lichtstrahl vergleichsweise langer Wellenlänge nutzt. Soll eine CD-R, d. h. eine beschreibbare CD, eingesetzt werden, so sollte die Wellenlänge des Lichtstrahls im Hinblick auf die Reflexion scharakteristik der CD-R etwa 780 nm oder mehr betragen.

Um die auf die Wellenlänge bezogene Anforderung zu erfüllen, muss deshalb ein Plattenlaufwerk, das mit einer DVD oder eine CD-R arbeiten kann, zwei Licht quellen einsetzen, die für die DVD einen Strahl kürzerer Wellenlänge, z. B. etwa 650 nm, und für die CD (oder CD-R) einen Strahl längerer Wellenlänge, z. B. etwa 780 nm, aussenden können.

Um der Anforderung an die NA gerecht zu werden, wird in einer herkömmlichen Optik für einen CD/DVD-kompatiblen optischen Abnehmer ein Blendensteuerme chanismus eingesetzt, um die erforderliche NA zu erreichen. Zum Steuern der NA kann eine variable Blende oder ein wellenlängenselektives Filter verwendet wer den, so dass abhängig davon, ob eine CD oder eine DVD genutzt wird, die Strahl größe verändert wird. Bei einem solchen Aufbau, der einen Blendenmechanismus oder ein Filter einsetzt, nehmen infolge der größeren Zahl an Teilen Gewicht und Größe der Optik zu.

Für den optischen Abnehmer, der auf ein DVD/CD-kompatibles Plattenlaufwerk anwendbar ist, wurde eine Objektivlinse mit einer Beugungslinsenstruktur vorge schlagen. Bei einer solchen Objektivlinse hat die durch die Beugungslinsenstruk tur tretende Wellenfront des Lichtstrahls eine Wellenlängenabhängigkeit derart, dass entsprechend den beiden Arten von optischen Platten jeweils eine geeignete Wellenfront erzeugt wird, da die Wellenlängen der für die optischen Platten be stimmten Strahlen voneinander verschieden sind. Bei diesem Stand der Technik hat die Beugungslinsenstruktur für gewöhnlich mehrere Ringzonen, deren Gren zen auf Grundlage einer optischen Weglängendifferenz- oder kurz OPD-Funktion in der Weise erhalten werden, dass an den Grenzen der durch die Beugungslin senstruktur hinzukommende Wert der optischen Weglänge gleich einem ganzzah ligen Vielfachen m der Blaze-Wellenlänge, d. h. der Wellenlänge maximaler Inten sität ist. Eine solche Objektivlinse, bei der die Grenzen der Ringzonen wie vorste hend beschrieben festgelegt werden, nutzt Beugungslicht m-ter Ordnung.

Sind bei der mit der Beugungslinsenstruktur ausgebildeten herkömmlichen Objek tivlinse die Grenzen der Ringzonen wie oben beschrieben festgelegt, so kann die Beugungslinsenstruktur, die in dem exklusiv für hohe NA bestimmten Bereich, im Folgenden auch als Exklusivbereich bezeichnet, ausgebildet ist, den auftreffenden Strahl nicht ausreichend zerstreuen, wenn ein für eine Platte mit geringer Daten dichte bestimmter Strahl genutzt wird. Deshalb ist auch bei der mit der Beugungs linsenstruktur versehenen Objektivlinse der Blendenmechanismus oder das Filter erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Objektivlinse für einen optischen Abnehmer anzugeben, die dafür sorgt, dass im Unterschied zur herkömmlichen Optik kein Blendenmechanismus oder Filter mehr erforderlich ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angege ben.

Bei der Objektivlinse nach Anspruch 1 hat der zweite, allein für die höhere nume rische Apertur vorgesehene Bereich (Exklusivbereich hoher NA) im Wesentlichen die Funktion, die Größe des Durchmessers des Strahls zu beschränken, der für die optische Platte mit der geringeren Datenaufzeichnungsdichte bestimmt ist.

Um die Funktion der Beschränkung des Strahldurchmessers zu realisieren, sollte die Beugungsordnung, die von dem Exklusivbereich hoher NA genutzt wird, nicht auf einen festen Wert wie die zweite oder dritte Ordnung festgelegt werden, sondern auf die Balance des durch den gesamten Exklusivbereich hoher NA tretenden Lichtes geachtet werden. Von einer Lichtquelle für ein Plattenlaufwerk kann angenommen werden, dass es einen monochromatischen Strahl aussendet. Der Exklusivbereich hoher NA kann deshalb Komponenten mehrerer Beugungs ordnungen nutzen.

Für den der Speicherplatte mit der hohen Datendichte zugeordneten Strahl sollten die innerhalb des Exklusivbereichs hoher NA ausgebildeten Ringzonen so gestal tet sein, dass das durch den Exklusivbereich hoher NA tretende Licht im wesentli chen auf einen Punkt gebündelt wird. Beim Entwurf einer solchen Ausgestaltung besteht eine gewisse Freiheit. So kann man unter Einhaltung der oben beschrie benen Bedingung die Breite jeder Ringzone individuell bestimmen und so eine Ausgestaltung erreichen, durch die der der optischen Platte mit der geringeren Datendichte zugeordnete Strahl genügend zerstreut, d. h. diffus gemacht wird. Üblicherweise liegt die Abweichung der Wellenlänge eines Laserstrahls gegen über der Entwurfswellenlänge in einem Bereich von etwa 3%. Selbst wenn die Orte der Stufen, die man aus der OPD-Funktion erhält, verschoben sind, erreicht man deshalb, wenn die Änderung innerhalb einiger Wellenlängen bezogen auf die Basiskurve liegt, die gewünschte Wellenlängencharakteristik.

Vorzugsweise hat der Strahl mit der geringeren numerischen Apertur eine erste Wellenlänge und der Strahl mit der zweiten numerischen Apertur eine zweite Wellenlänge, wobei die erste Wellenlänge größer als die zweite Wellenlänge ist. Typischerweise sind die beiden Arten von optischen Platten eine CD (oder eine CD-R) und eine DVD. Der Strahl für die CD hat eine Wellenlänge von etwa 780 nm, während der Strahl für die DVD eine Wellenlänge von etwa 650 nm hat. Dies bedeutet, dass die erste Wellenlänge (650 nm) kleiner als 90% der zweiten Wellenlänge (780 nm) ist.

Da bei der Objektivlinse nach Anspruch 4 die in dem Exklusivbereich hoher NA ausgebildete Beugungslinsenstruktur keine Aberration für die Platte mit der höhe ren Aufzeichnungsdichte erzeugt, sorgt sie für die Platte mit der geringeren Auf zeichnungsdichte für eine Wellenfrontaberration. Bei Gebrauch der Platte mit der geringeren Datenaufzeichnungsdichte zerstreut also der Exklusivbereich hoher NA die Objektivlinse das durch ihn tretende Licht. Vorzugsweise ist in diesem Fall die Phase des Lichtes, das die längere Wellenlänge hat und durch den Exklusiv bereich hoher NA tritt, nicht in einer bestimmten Richtung konzentriert, sondern gleichmäßig, d. h. über 360°, verteilt. Ist die Phase gleichmäßig verteilt, so kann das durch den Exklusivbereich hoher NA tretende Licht gut zerstreut und der Strahldurchmesser gut beschränkt werden.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1A, 1B und 1C eine Vorderansicht, eine Querschnittsansicht bzw. eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Objektivlinse nach der Erfindung,

Fig. 2 den Aufbau einer Optik eines optischen Kopfes, auf den die Objek tivlinse nach der Erfindung angewendet wird,

Fig. 3 den Durchbiegungswert einer auf einer Vergleichsobjektivlinse ausgebildeten Beugungslinsenstruktur an Hand eines Graphen,

Fig. 4 die Intensitätsverteilung des von der Vergleichsobjektivlinse gebün delten Lichtes an Hand eines Graphen,

Fig. 5 durch Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse gemäß erstem Ausführungsbeispiel ausgebildeten Beugungslinsenstruktur an Hand eines Graphen,

Fig. 6 die Intensitätsverteilung des von der Objektivlinse gemäß erstem Ausführungsbeispiel gebündelten Lichtes an Hand eines Graphen,

Fig. 7 den Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse gemäß zweitem Ausführungsbeispiel ausgebildeten Beugungslinsenstruktur an Hand eines Graphen,

Fig. 8 die Intensitätsverteilung des von der Objektivlinse gemäß zweitem Ausführungsbeispiel gebündelten Lichtes an Hand eines Graphen,

Fig. 9 den Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse gemäß drittem Ausführungsbeispiel ausgebildeten Beugungslinsenstruktur an Hand eines Graphen, und

Fig. 10 die Intensitätsverteilung des von der Objektivlinse gemäß drittem Ausführungsbeispiel gebündelten Lichtes.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.

Fig. 1A bis 1C zeigen den Aufbau einer Objektivlinse 10 nach der Erfindung, die für einen optischen Abnehmer bestimmt ist. Fig. 1A zeigt dabei eine Vorderan sicht, Fig. 1B eine Querschnittsansicht und Fig. 1C eine Querschnittsansicht eines Teils der Objektivlinse 10.

Die Objektivlinse 10 ist für den Gebrauch in einem optischen Abnehmer einer DVD/CD(und CD-R)-kompatiblen optischen Datenaufzeichnungs/Auslese vorrichtung bestimmt. In dem optischen Abnehmer bündelt die Objektivlinse 10 Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen, die von Laserdioden ausgesendet werden. Jeder von der Objektivlinse 10 gebündelte Laserstrahl erzeugt auf einer Datenaufzeichnungsfläche einer optischen Platte (DVD, CD oder CD-R) einen Strahlpunkt.

Die Objektivlinse 10 ist eine bikonvexe, aus Harz gefertigte Einzellinse. Auf einer Fläche 11 ist eine Beugungslinsenstruktur ausgebildet, die aus mehreren konzen trisch um die optische Achse geformten Ringzonen besteht. An den Grenzen zwischen den Ringzonen sind Stufen ausgebildet. Die Stufen haben umlaufende Wände, deren Erzeugende sich längs der optischen Achse erstrecken.

Eine Fläche der Objektivlinse 10 ist in zwei Bereiche unterteilt, nämlich einen zentralen Bereich Rc, der im Folgenden als gemeinsamer Bereich bezeichnet wird, und außerhalb des gemeinsamen Bereiches Rc den verbleibenden Außen bereich, der im Folgenden als Exklusivbereich Rh hoher NA bezeichnet wird.

Ein Lichtstrahl zum Aufzeichnen/Auslesen von Daten auf der CD oder CD-R, die eine vergleichsweise geringe Aufzeichnungsdichte hat, tritt durch den gemeinsa men Bereich Rc und wird dann auf die CD oder die CD-R gebündelt. Ein Licht strahl zum Aufzeichnen/Auslesen von Daten auf der DVD, die eine vergleichswei se hohe Aufzeichnungsdichte hat, tritt durch den gemeinsamen Bereich Rc und den Exklusivbereich Rh hoher NA und wird dann auf die DVD gebündelt. Die Beugungslinsenstruktur erstreckt sich sowohl über den gemeinsamen Bereich Rc als auch den Exklusivbereich Rh hoher NA. Der gemeinsame Bereich Rc ist als Bereich innerhalb einer Grenze ausgebildet, die einer NA in einem Bereich von 0,45 bis 0,50 entspricht.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines optischen Abnehmers, der die in Fig. 1A bis 1C gezeigte Objektivlinse 10 einsetzt.

Der in Fig. 2 gezeigte optische Abnehmer hat ein DVD-Lichtquellenmodul 21, ein CD-Lichtquellenmodul 22, einen Strahlkombinierer 23, eine Kollimatorlinse 24 und die Objektivlinse 10. Sowohl das DVD-Lichtquellenmodul 21 als auch das CD- Lichtquellenmodul 22 sind jeweils als Modul ausgebildet, an dem integriert eine Laserdiode und ein Fotosensor montiert sind.

Wie oben beschrieben, wird ein Lichtstrahl mit vergleichsweise langer Wellenlän ge für die CD oder die CD-R genutzt, während ein Lichtstrahl mit vergleichsweise kurzer Wellenlänge für die DVD genutzt wird. In den Ausführungsbeispielen hat das DVD-Lichtquellenmodul 21 eine Laserdiode, die einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 654 nm aussendet, und das CD-Lichtquellenmodul 22 eine Laserdiode, die einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 788 nm aussendet.

Beim Gebrauch der DVD wird das DVD-Lichtquellenmodul 21 verwendet. In Fig. 2 ist eine Deckschicht der DVD mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Der von dem DVD-Lichtquellenmodul 21 ausgesendete Laserstrahl wird auf eine Daten aufzeichnungsfläche, die der Seite rechts von der Deckschicht entspricht, der in Fig. 2 mit den durchgezogenen Linien dargestellten DVD gebündelt.

Beim Gebrauch der CD (oder der CD-R) wird das CD-Lichtquellenmodul 22 ein gesetzt. In Fig. 2 ist eine Deckschicht der CD (oder der CD-R) mit einer gestri chelten Linie dargestellt. Der von dem CD-Lichtquellenmodul 22 ausgesendete Laserstrahl wird auf eine Datenaufzeichnungsfläche, die der Seite rechts der Deckschicht entspricht, der CD (oder CD-R) gebündelt, die in Fig. 2 mit gestri chelten Linien dargestellt ist. In Fig. 2 sind nur Strahlen dargestellt, die zum Auf zeichnen/Auslesen von Daten auf der jeweiligen Platte beitragen.

Die innerhalb des gemeinsamen Bereiches Rc ausgebildete Beugungslinsen struktur ist so gestaltet, dass die Beugungseffizienz des Beugungslichtes erster Ordnung am höchsten für mehrere Wellenlängen ist, in diesem Ausführungsbei spiel für zwei Wellenlängen, nämlich 654 nm und 788 nm.

Ferner ist die Beugungslinsenstruktur innerhalb des gemeinsamen Bereiches Rc so gestaltet, dass die Variation der sphärischen Aberration infolge des Dickenun terschiedes der Deckschichten von DVD (Dicke: 0,6 mm) und CD (oder CD-R) (Dicke: 1,2 mm) durch Umschalten der Wellenlängen der genutzten Strahlen zwischen 654 nm und 788 nm kompensiert wird.

Es ist allgemein bekannt, dass sich die sphärische Aberration der gesamten Optik einschließlich der Deckschicht der optischen Platte mit zunehmender Dicke der Deckschicht in der überkorrigierten Richtung ändert. Bei Gebrauch der DVD, die eine dünnere Deckschicht hat, wird ein Strahl mit kürzerer Wellenlänge und bei Gebrauch der CD, die eine dickere Deckschicht hat, ein Strahl mit längerer Wel lenlänge eingesetzt. Angesichts dieses Umstandes ist die Beugungslinsenstruktur so gestaltet, dass die sphärische Aberration eine Wellenlängenabhängigkeit aufweist, nämlich dass sich die sphärische Aberration mit zunehmender Wellen länge in der unterkorrigierten Richtung ändert. Dadurch kann bei geeigneter Gestaltung der Beugungslinsenstruktur die sphärische Aberration, die sich mit zunehmender Dicke der Deckschicht in der überkorrigierten Richtung ändert, durch die sphärische Aberration der Beugungslinsenstruktur beseitigt werden, die sich in der unterkorrigierten Richtung ändert, wenn die Wellenlänge von 654 nm auf 788 nm ansteigt.

Die innerhalb des Exklusivbereiches Rh hoher NA ausgebildete Beugungslinsen struktur ist so gestaltet, dass sie für den Strahl mit der Wellenlänge von 654 nm eine bündelnde Wirkung und für den Strahl mit der Wellenlänge von 788 nm eine zerstreuende Wirkung hat. Eine Basiskurve und eine optische Weglängendiffe renzfunktion oder OPD-Funktion sind so festgelegt, dass der Strahl mit der Wel lenlänge von 654 nm ausreichend auf die DVD gebündelt wird. So sieht die Erfin dung insbesondere vor, dass die in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebil dete Beugungslinsenstruktur mehrere Ringzonen hat, deren Grenzen unabhängig von den Grenzen festgelegt werden, die man über die die Beugungslinsenstruktur festlegende OPD-Funktion erhält, während zugleich die Basiskurve des Exklusiv bereichs hoher NA im wesentlichen beibehalten wird. Die Grenzen werden also so festgelegt, dass der Lichtstrahl mit der Wellenlänge von 654 nm im Wesentlichen auf einen Punkt gebündelt und der Lichtstrahl mit der Wellenlänge von 788 nm ausreichend zerstreut wird. Dadurch trägt der Strahl mit der Wellenlänge von 788 nm, der auf den Exklusivbereich Rh hoher NA trifft, nicht zur Strahlpunkterzeu gung bei. Für den Strahl mit der Wellenlänge von 788 nm arbeitet also der Exklu sivbereich Rh hoher NA im Wesentlichen in der Weise, dass er den Strahldurch messer auf den des gemeinsamen Bereiches Rc beschränkt.

Es ist darauf hinzuweisen, dass sowohl das Lichtquellenmodul für die DVD als auch das für die CD oder CD-R als Quelle für monochromatisches Licht angese hen werden können. Ist die Beugungslinsenstruktur ausgebildet, so kann deshalb die Beugungsordnung variiert werden. Für die Platte mit einer höheren Aufzeich nungsdichte wird vorzugsweise das Licht, das auf alle Ringzonen fällt, auf im Wesentlichen einen einzigen Punkt gebündelt. Der Entwurf einer solchen Gestal tung ist vergleichsweise flexibel, da keine Einschränkung der Beugungsordnung vorliegt. Indem die Grenzen der Ringzonen einzeln unter Einhaltung der oben beschriebenen Gestaltung festgelegt werden, kann so die Funktion realisiert werden, um für die Platte mit der geringeren Aufzeichnungsdichte den Durchmes ser des Strahls zu beschränken.

Insbesondere ist die in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildete Beu gungslinsenstruktur dafür vorgesehen, für die Platte mit der höheren Aufzeich nungsdichte keine Aberration zuzulassen und für die Platte mit der geringeren Aufzeichnungsdichte eine Wellenfrontaberration zu erzeugen. Der Exklusivbereich Rh hoher NA der Objektivlinse zerstreut so das durch ihn tretende Licht, wenn die Platte mit der geringeren Aufzeichnungsdichte verwendet wird. In diesem Fall ist vorzugsweise die Phase des Lichtes, das die längere Wellenlänge hat und durch den Exklusivbereich Rh hoher NA tritt, nicht in einer bestimmten Richtung polari siert, sondern gleich verteilt (d. h. 360°). Ist die Phase gleich verteilt, so kann das durch den Exklusivbereich Rh hoher NA tretende Licht gut zerstreut und der Strahldurchmesser weitgehend beschränkt werden.

Man erhält die Intensität des Lichtes, das durch einen vorbestimmten Teil der Linse tritt, an einem bestimmten Referenzpunkt durch Anwenden einer Beu gungsintegration bezogen auf die Wellenfrontaberration des durch den vorbe stimmten Teil tretenden Lichtes. Ist die Wellenfrontaberration in einer Richtung voreingestellt, d. h. die Phase nicht gleichmäßig verteilt, so liefert die Integration einen vergleichsweise großen Wert. In einem solchen Fall wird das Licht als auf den Referenzpunkt gebündelt betrachtet. Ist die Wellenfrontaberration dagegen innerhalb eines Bereiches einer Wellenlänge gleichmäßig verteilt, so sind die Integrationsergebnisse nahe Null. In einem solchen Fall wird das Licht als nicht auf den Referenzpunkt gebündelt betrachtet.

Die Wellenfrontaberration ist festgelegt als optische Weglängendifferenz bezogen auf eine optische Referenzweglänge. Sind die Ringzonen jeweils vergleichsweise schmal, so ist auch die Änderung der optischen Weglängendifferenz quer zur Ringzone vergleichsweise klein. In einem solchen Fall ist die Schwankung der Wellenfrontaberration vergleichsweise gering, und das Licht wird gebündelt. Sind dagegen die Ringzonen jeweils ausreichend breit und die Änderung der optischen Weglängendifferenz etwa gleich einer Wellenlänge, so schwankt die Wellenlän genaberration im Bereich einer Wellenlänge in Abhängigkeit der Position auf der jeweiligen Ringzone. In einem solchen Fall wird das Licht nicht auf den Referenz punkt gebündelt.

Die in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildete Beugungslinsenstruktur hat mehrere Ringzonen, von denen mindestens eine Zone so gestaltet ist, dass für den Strahl mit der Wellenlänge von 788 nm die optische Weglängendifferenz, im Folgenden kurz als OPD bezeichnet, zwischen der optischen Weglänge eines Strahls, der durch das Innere, d. h. das der optischen Achse zugewandte Zone nende tritt, und der optischen Weglänge eines Strahls, der durch das äußere, d. h. den Zonenumfang zugewandte Zonenende tritt, 0,6 λ oder mehr beträgt.

Numerische Ausführungsbeispiele

Im Folgenden werden drei numerische Ausführungsbeispiele sowie ein Ver gleichsbeispiel beschrieben. Die Ausführungsbeispiele und das Vergleichsbeispiel sehen jeweils eine Objektivlinse für einen optischen Abnehmer vor, der sowohl für die DVD, deren Deckschicht 0,6 mm dick ist, als auch die CD oder CD-R, deren Deckschicht 1,2 mm dick ist, verwendet wird.

Die Objektivlinsen gemäß den drei Ausführungsbeispielen sowie gemäß dem Vergleichsbeispiel enthalten Teile mit gleichem Aufbau. Dies sind:
der Aufbau des gemeinsamen Bereiches Rc;
die asphärische Basiskurve des Exklusivbereiches Rh hoher NA;
die die Beugungslinsenstruktur festlegende OPD-Funktion; und
die tatsächliche Form der in dem gemeinsamen Bereich Rc ausgebildeten Beu gungslinsenstruktur.

Die drei Ausführungsbeispiele und das Vergleichsbeispiel unterscheiden sich also nur durch den konkreten Aufbau der in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausge bildeten Beugungslinsenstruktur.

Vergleichsbeispiel

Die Objektivlinse gemäß Vergleichsbeispiel ist so gestaltet, dass in jeder in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildeten Ringzone eine Differenz zwischen der optischen Weglänge eines durch die innere Seite der Zone tretenden Strahls und der optischen Weglänge eines durch die äußere Seite der Zone tretenden Strahls gleich der Wellenlänge des für die DVD bestimmten Strahls ist, d. h. 654 nm. Ferner ist in dem Vergleichsbeispiel der Abstand, d. h. der Profilunter schied, zwischen benachbarten Zonen so ausgelegt, dass die Differenz zwischen den optischen Weglängen der an der Grenze der benachbarten Zonen durch letztere tretenden Strahlen gleich der Wellenlänge des für die DVD bestimmten Strahls ist, d. h. 654 nm. Für den für die CD oder CD-R bestimmten Strahl mit der Wellenlänge von 788 nm ist die Differenz zwischen der optischen Weglänge eines durch die innere Seite der Zone tretenden Strahls und der optischen Weglänge eines durch die äußere Seite der Zone tretenden Strahls kleiner als 0,6 λ. λ be zeichnet dabei die Wellenlänge.

Dagegen enthält die Objektivlinse gemäß den Ausführungsbeispielen mindestens eine Ringzone, die so ausgebildet ist, dass für den für die CD oder die CD-R bestimmten Strahl mit der Wellenlänge von 788 nm die Differenz zwischen der optischen Weglänge eines durch die innere Seite der Zone tretenden Strahls und der optischen Weglänge eines durch die äußere Seite der Zone tretenden Strahls 0,6 λ oder mehr beträgt.

In Tabelle 1 sind numerische Daten für die Objektivlinse gemäß Vergleichsbeispiel angegeben.

Die erste Fläche, d. h. die lichtquellenseitige Fläche, der Objektivlinse ist in den gemeinsamen Bereich Rc, für den die Höhe h über der optischen Achse 0 ≦ h < 1,538 (mm) beträgt, und den Exklusivbereich Rh hoher NA unterteilt, für den die Höhe h über der optischen Achse 1,538 ≦ hc ≦ 2,023 (mm) beträgt. In dem ge meinsamen Bereich Rc und dem Exklusivbereich Rh hoher NA sind Beugungslin senstrukturen ausgebildet, die durch unterschiedliche OPD-Funktionen ausge drückt werden. Auch die Basiskurve des gemeinsamen Bereiches Rc und die des Exklusivbereiches Rh hoher NA sind voneinander verschieden. Die beiden Basis kurven geben jeweils die Form der jeweiligen Linsenfläche ohne Beugungslinsen struktur an. Sie legen dabei asphärische Flächen fest, die durch unterschiedliche Koeffizienten definiert sind.

Die zweite, d. h. die plattenseitige Fläche der Objektivlinse ist eine asphärische Fläche ohne Beugungslinsenstruktur.

Die durch die Beugungslinsenstruktur hinzukommende optische Weglänge wird durch folgende OPD-Funktion ϕ(h) ausgedrückt:

ϕ(h) = (P₂h² + P₄h⁴ + P₆h⁶ + . . .) × m × λ

worin Pn OPD-Koeffizienten n-ter Ordnung (n gerade Zahl), m die Beugungsord nung und λ die Wellenlänge bezeichnet.

Die OPD-Funktion ϕ(h) gibt die Differenz der optischen Weglänge eines Strahls, der nicht von der Beugungslinsenstruktur gebeugt würde, und der optischen Weglänge des Strahls an, der durch die Beugungslinsenstruktur gebeugt worden ist, und zwar an einem Punkt auf der Objektivlinse, dessen Höhe über der opti schen Achse gleich h ist.

Die asphärische Fläche wird durch folgendes Polynom angegeben.

Darin bezeichnet X(h) einen Durchbiegungswert, der den Abstand zwischen einer Tangentialebene an die asphärische Fläche in einem Punkt, in dem die optische Achse die asphärische Fläche schneidet, und einem Punkt auf der asphärischen Fläche darstellt, dessen Höhe über der optischen Achse gleich h ist. C bezeichnet die Krümmung (= 1/r) der asphärischen Fläche auf der optischen Achse, x den Kegelschnittkoeffizienten sowie A₄, A₆, A₈, A₁₀ und A₁₂ einen Asphärenkoeffizien ten vierter, sechster, achter, zehnter bzw. zwölfter Ordnung.

Tabelle 1 zeigt die Koeffizienten, welche die Basiskurven und die Beugungslin senstruktur des gemeinsamen Bereiches Rc der ersten, d. h. der lichtquellenseiti gen Fläche der Objektivlinse definieren, Koeffizienten, welche die Beugungslin senstruktur in dem Exklusivbereich hoher NA definieren, den Abstand zwischen benachbarten Flächen auf der optischen Achse, Brechungsindizes sowie Koeffizi enten, welche die zweite Fläche definieren, die als asphärische Fläche ausgebil det ist.

Tabelle 1

ERSTE FLÄCHE

Tabelle 2 zeigt für jede Ringzone, der eine von der optischen Achse aus gezählte Zonennummer N zugeordnet ist, die Höhe hin des inneren Zonenendes und die Höhe hout des äußeren Zonenendes über der optischen Achse, wobei die die optische Achse enthaltende kreisförmige Zone mit #1 bezeichnet ist. In Tabelle 2 ist für jede Ringzone der Wert der OPD-Funktion ϕ(hout) am äußeren Zonenende angegeben. In Tabelle 2 sind die Werte für hin und hout in der Einheit mm und der Wert für die OPD-Funktion ϕ(hout) in der Einheit Wellenlänge angegeben. Die Zonen 1 bis 15 sind in dem gemeinsamen Bereich Rc und die Zonen 16 bis 35 (vgl. Tab. 3) in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildet.

Tabelle 2

Tabelle 3 zeigt für jede Ringzone die Höhe hin des inneren Zonenendes und die Höhe hout des äußeren Zonenendes über der optischen Achse. Ferner zeigt Tabelle 3 den Wert der OPD-Funktion ϕ(hout) bezogen auf den Strahl, der durch das äußere Zonenende der jeweiligen Ringzone tritt, die Breite W der jeweiligen Ringzone, die Wellenfrontaberration an dem inneren Zonenende der Zone WFin bezogen auf den Konvergenzpunkt des für die CD bestimmten Strahls als Mittel punkt einer Referenzkugel, die Wellenfrontaberration am äußeren Zonenende der Zone WFout und die Differenz ΔWF zwischen der Wellenfrontaberration am inneren Zonenende und am äußeren Zonenende.

Tabelle 3

Fig. 3 zeigt an Hand eines Graphen einen Durchbiegungswert der Beugungslin senstruktur bezogen auf die Basiskurve der Vergleichsbeispiels in einem Bereich von h = 1,40 mm bis h = 2,00 mm, d. h. im Randabschnitt des gemeinsamen Bereiches Rc bis etwa zum äußeren Ende des Exklusivbereichs Rh hoher NA. Die hohe Stufe bei h = h_B = 1,538 stellt die Grenze zwischen dem gemeinsamen Bereich Rc und dem Exklusivbereich Rh hoher NA dar.

Wie in Fig. 3 gezeigt und wie aus Tabelle 3 zu entnehmen, ist die innerste Zone des Exklusivbereiches Rh hoher NA so ausgebildet, dass die Differenz ΔWF gleich 0,54 λ ist. Dagegen sind die äußeren Zonen so ausgebildet, dass die Differenz ΔWF gleich 0,24 λ oder 0,25 λ ist. Die Beugungslinsenstruktur des Vergleichsbeispiels enthält also keine Zone, für die die Differenz ΔWF 0,6 λ oder größer ist.

Die in dem Exklusivbereich hoher NA ausgebildete Beugungslinsenstruktur ist ausgebildet, die chromatische Aberration infolge der Änderung der Wellenlänge des Laserstrahls sowie die Aberration infolge einer Änderung des Brechungsindex und infolge einer Linsenverformung aufgrund einer Temperaturänderung so zu kompensieren, dass bei Gebrauch der DVD eine zufriedenstellende optische Leistung erreicht wird.

Fig. 4 zeigt an Hand eines Graphen die Lichtintensitätsverteilung auf einer CD, wenn Licht mit der Wellenlänge von 788 nm durch die Objektivlinse des Ver gleichsbeispiels gebündelt wird. In Richtung der vertikalen Achse ist die Intensität derart normiert, dass die Intensität auf der optischen Achse gleich 1 ist. Die hori zontale Achse gibt den Abstand von der optischen Achse an. Um die Intensität nahe der Grenze des für die CD bestimmten Strahlpunktes darzustellen, gibt die vertikale Achse lediglich eine obere Grenze von 0,005 an. Die Lichtintensität in Bereichen, die der optische Achse näher liegen, sind in dem Graphen nicht ge zeigt, da diese die vorstehend genannte obere Grenze bei weitem übersteigt.

In dem Vergleichsbeispiel ist jede Zone so ausgebildet, dass die Differenz ΔWF kleiner als 0,6 λ ist. Die Abweichung der optischen Weglänge innerhalb einer Zone ist deshalb vergleichsweise klein. Bei Gebrauch der CD zeigt deshalb die Wellenfrontaberration keine ausreichend weitläufige Abweichung. Wird mit der CD gearbeitet, so kann deshalb der Teil des Strahls, der durch den Exklusivbereich Rh hoher NA tritt, nicht ausreichend zerstreut werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist deshalb die Lichtintensität in der Nähe des für die CD bestimmten Strahlpunktes, d. h. bei h = 5 µm bis h = 10 µm, vergleichsweise groß, dies bedeutet, dass die in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildete Beugungslinsenstruktur zwar bei Gebrauch der DVD, d. h. bei einer Wellenlänge von 654 nm, hinsichtlich der Aber rationskompensation gut arbeitet, jedoch bei Gebrauch der CD oder der CD-R, d. h. bei einer Wellenlänge von 788 nm, nicht in der Lage ist, die Strahlgröße ausreichend zu beschränken.

Wird das Vergleichsbeispiel in einem optischen Abnehmer eingesetzt, in dem ein Spurlagensensor zum Empfang von Unterstrahlen nahe dem zum Empfang des an der CD reflektierten Hauptstrahls bestimmten Hauptsensor angeordnet ist, wie dies in einem für eine Spurlagenregelung vorgesehenen Dreistrahlverfahren der Fall ist, so fällt auf die Spurlagensensoren mit vergleichsweise starker Intensität ein Reflex des Hauptstrahls, der derjenigen Komponente entspricht, die durch den Exklusivbereich hoher NA tritt. Dadurch wird in dem Spurlagenfehlersignal mögli cherweise Rauschen erzeugt.

Erstes Ausführungsbeispiel

In Tabelle 4 sind die Daten der in dem Exklusivbereich hoher NA der Objektivlinse 10 gemäß erstem Ausführungsbeispiel ausgebildete Beugungslinsenstrukturen angegeben.

In dem ersten Ausführungsbeispiel sind fünf Zonen (Zonen #16 bis #20) aus schließlich der äußersten Zone #21, die in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildet sind, so gestaltet, dass die Differenz der optischen Weglängen am inneren Ende und am äußeren Ende jeder Zone im Wesentlichen gleich einer Wellenlänge ist, wobei diese Wellenlänge auf die CD oder die CD-R ausgelegt ist. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen den Zonen eine Stufe derart ausgebildet, dass eine optische Weglängendifferenz von einer Wellenlänge, nämlich der für die DVD bestimmten Wellenlänge, erzeugt wird, wie in dem Ver gleichsbeispiel.

Tabelle 4

Fig. 5 ist ein Graph, der einen Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse aus gebildeten Beugungslinsenstruktur bezogen auf die Höhe über der optischen Achse für das erste Ausführungsbeispiel zeigt. Die hohe Stufe bei h = h_B = 1,538 stellt die Grenze zwischen dem gemeinsamen Bereich Rc und dem Exklusivbe reich Rh hoher NA dar.

Wie in Tabelle 5 gezeigt und aus Tabelle 4 hervorgeht, ist jede der fünf Zonen #16 bis #20, die auf der inneren Seite innerhalb des Exklusivbereiches Rh hoher NA angeordnet sind, so gestaltet, dass die Differenz ΔWF der Wellenfrontaberration zwischen dem inneren Zonenende und dem äußeren Zonenende etwa 1,00 λ und die Differenz ΔWF der äußersten Zone #21 0,27 λ beträgt. Die Beugungslinsen struktur des ersten Ausführungsbeispiels enthält also fünf Zonen, für die die Differenz ΔWF 0,6 λ oder größer ist. Da eine Zone, die für eine Differenz ΔWF größer als 0,6 λ sorgt, verglichen mit einer Zone, die für eine Differenz ΔWF kleiner als 0,6 λ sorgt, vergleichsweise breit ist, wird im Folgenden die erstge nannte Zone als breite Zone und die zuletzt genannte Zone als schmale Zone bezeichnet.

Fig. 6 ist ein Graph, der die Lichtintensitätsverteilung auf der CD, also bei Ver wendung des Strahls mit einer Wellenlänge von 788 nm, zeigt, wenn die Objek tivlinse des ersten Ausführungsbeispiels eingesetzt wird. Auf der vertikalen Achse ist die Intensität derart normiert, dass die Intensität auf der optischen Achse gleich 1 ist. Die horizontale Achse gibt den Abstand von der optischen Achse an. Die Verteilung für das Vergleichsbeispiel ist mit der gebrochenen Linie und die des ersten Ausführungsbeispiels mit der durchgezogenen Linie dargestellt.

In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Differenz ΔWF der Wellenfrontaberra tionen am inneren Ende und am äußeren Ende einer Zone gleich 1 λ, wobei λ die für die CD bestimmte Wellenlänge, d. h. 788 nm, angibt. Die Wellenfrontaberration variiert also in diesem Bereich. Wie in Fig. 6 gezeigt, kann so die Intensitätsver teilung des Lichtes, das auf einen Bereich nahe der Grenze des für die CD be stimmten Strahlpunktes, d. h. auf einen Bereich, in dem die Höhe h von 5 bis 10 µm reicht, fällt, auf einen Pegel gedrückt werden, der kleiner als der des Ver gleichsbeispiels ist.

Da jedoch in dem ersten Ausführungsbeispiel die Stufen zwischen den Zonen so hoch wie eine Wellenlänge sind, wodurch die Beugungslinsenstruktur ihre die Größe des Durchmessers beschränkende Funktion hat, können bei Verwendung der DVD, d. h. bei Verwendung des Strahls mit der Wellenlänge von 654 nm, die Aberrationen nicht ausreichend kompensiert werden.

Wie oben beschrieben, arbeitet die in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausge bildete Beugungslinsenstruktur gut, was die Begrenzung der Größe des auffallen den Strahls betrifft. Sie arbeitet jedoch nicht ausreichend, was die Kompensation der Aberrationen bei Verwendung des Strahls mit der Wellenlänge von 654 nm betrifft. Bei Gebrauch der DVD sind deshalb die Toleranzbereiche für Temperatur und Strahlwellenlänge vergleichsweise schmal.

Zweites Ausführungsbeispiel

Tabelle 5 gibt die Daten der in dem Exklusivbereich hoher NA der Objektivlinse 10 gemäß zweitem Ausführungsbeispiel ausgebildeten Beugungslinsenstruktur an.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildete innerste Ringzone #16 so gestaltet, dass sich die optischen Weglän gen, die durch das innere Zonenende und das äußere Zonenende hinzukommen, um einen Wert größer als 0,6 λ voneinander unterscheiden, wobei λ die für die CD oder die CD-R bestimmte Wellenlänge, also 788 nm ist. Die anderen Zonen #17 bis #31 außerhalb der innersten Zone #16 sind ähnlich denen des Ver gleichsbeispiels gestaltet. So ist die Zone #16 eine breite Zone, während die anderen Zonen #17 bis #31 schmale Zonen sind. Ferner ist die Stufe zwischen der innersten Zone #16 und einer dieser nächsten äußeren Zone #17 so gestaltet, dass die Höhe der Stufe gleich einem ganzzahligen Vielfachen m der für die DVD bestimmten Wellenlänge, d. h. 654 nm, ist. In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist m gleich 5.

Tabelle 5

Fig. 7 ist ein Graph, der einen Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse aus gebildeten Beugungslinsenstruktur in Abhängigkeit der Höhe h über der optischen Achse für das zweite Ausführungsbeispiel zeigt. Die hohe Stufe bei h = h_B = 1,538 stellt die Grenze zwischen dem gemeinsamen Bereich Rc und dem Exklusivbe reich Rh hoher NA dar.

Wie in Fig. 7 gezeigt und aus Tabelle 5 hervorgeht, ist die innerste Zone #16 innerhalb des Exklusivbereiches Rh hoher NA so gestaltet, dass die Differenz ΔWF der Wellenfrontaberration zwischen dem inneren Zonenende und dem äußeren Zonenende gleich 1,49 λ ist und dass die Differenz ΔWF der äußeren Zonen #17 bis #31 außerhalb der innersten Zone #16 gleich 0,24 λ oder 0,25 λ ist. Die Beugungslinsenstruktur des zweiten Ausführungsbeispiels enthält also eine Zone, für die die Differenz ΔWF gleich 0,6 λ oder größer ist.

Fig. 8 ist ein Graph, der die Lichtintensitätsverteilung auf der CD, d. h. bei Verwen dung des Strahls mit der Wellenlänge von 788 nm, zeigt, wenn die Objektivlinse des zweiten Ausführungsbeispiels eingesetzt wird. Auf der vertikalen Achse ist die Intensität so normiert, dass letztere auf der optischen Achse gleich 1 ist. Die horizontale Achse gibt den Abstand von der optischen Achse an. Die Verteilung für das Vergleichsbeispiel ist mit der gestrichelten Linie und die des zweiten Ausführungsbeispiels mit der durchgezogenen Linie dargestellt.

Wie Fig. 8 zeigt, kann durch die Gestaltung gemäß zweitem Ausführungsbeispiel die Lichtintensität in einem Bereich außerhalb des für die CD bestimmten Strahl punktes und in dessen Nähe (d. h. 5 bis 10 µm) so gedrückt werden, dass sie kleiner als die in dem Vergleichsbeispiel ist. Ferner ist die Höhe der Stufe, die von der Zone #16 gebildet wird, das Fünffache der für die DVD bestimmten Wellen länge. So kann die Schwankung der Wellenfrontaberrationen infolge einer Tempe ratur- und/oder Wellenlängenänderung bei Gebrauch der DVD wie in dem Ver gleichsbeispiel gut unterdrückt werden. Die in dem Exklusivbereich hoher NA ausgebildete Beugungslinsenstruktur sorgt also dafür, dass sowohl die Größe des Durchmessers des mit der Wellenlänge von 788 nm versehenen Strahls be schränkt als auch die Aberrationen bei Verwendung des für die DVD bestimmten Strahls, d. h. des Strahls mit der Wellenlänge von 654 nm, kompensiert werden.

Drittes Ausführungsbeispiel

In Tabelle 6 sind die Daten der in dem Exklusivbereich Rh hoher NA der Objek tivlinse 10 gemäß drittem Ausführungsbeispiel ausgebildeten Beugungslinsen struktur angegeben.

Im dritten Ausführungsbeispiel sind in dem Exklusivbereich Rh hoher NA vier breite Zonen #16, #21, #26 und #31 und zwischen jeweils benachbarten breiten Zonen vier schmale Zonen ausgebildet. Insbesondere ist zwischen den jeweiligen Ringzonen eine Stufe vorhanden, die die Höhe einer für die DVD bestimmten Wellenlänge, d. h. 654 nm, hat. Die breiten Zonen #16, #21, #26 und #31 sorgen somit für eine Wellenlängendifferenz, die insgesamt das Fünffache der für die DVD bestimmten Wellenlänge beträgt. Es ist darauf hinzuweisen, dass jede schmale Ringzone nur für eine vergleichsweise kleine Differenz ΔWF sorgt.

Tabelle 6

Fig. 9 ist ein Graph, der einen Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse aus gebildeten Beugungslinsenstruktur in Abhängigkeit der Höhe h über der optischen Achse für das dritte Ausführungsbeispiel zeigt, und zwar bezogen auf dessen Basiskurve. Die hohe Stufe h = h_B = 1,538 stellt die Grenze zwischen dem gemein samen Bereich Rc und dem Exklusivbereich Rh hoher NA dar.

Wie in Fig. 9 gezeigt und aus Tabelle 6 hervorgeht, sind die Ringzonen #16, #21, #26 und #31 breite Zonen, die jeweils so gestaltet sind, dass die Differenz ΔWF der Wellenfrontaberration zwischen dem inneren Zonenende und dem äußeren Zonenende etwa gleich X ist. Die zwischen den breiten Ringzonen angeordneten schmalen Ringzonen sind so gestaltet, dass die von ihnen verursachten Differen zen ΔWF in einen Bereich von 0,03 λ bis 0,06 λ fallen.

Ist die Stufe zwischen den Zonen vergleichsweise groß, so ist möglicherweise eine Form mit einem tiefen konkaven Teil herzustellen. In diesem Fall kommt es in Abhängigkeit der Formbedingungen vor, dass das Linsenmaterial, d. h. das Harz, nicht in das tiefsitzende Ende des konkaven Teils der Form gefüllt wird. Die ge formte Beugungslinse hat in diesem Fall einen stumpf ausgebildeten konvexen Teil, so dass die gewünschte Beugungswirkung nicht erreicht wird.

Ist dagegen eine vergleichsweise hohe, z. B. 5 λ hohe Stufe in kleine Höhen unterteilt, so dass die gewünschte Stufe durch die Linsenstruktur insgesamt erreicht wird, wie dies in dem dritten Ausführungsbeispiel der Fall ist, so kann das oben beschriebene Problem vermieden werden und gleichzeitig die gewünschte Wirkung erreicht sowie ein Lichtverlust vermieden werden.

Sind die schmalen Ringzonen an einem gestuften Abschnitt ausgebildet, der für eine optische Weglängendifferenz eines ganzzahligen Vielfachen einer vorbe stimmten Wellenlänge sorgt, so ist die schmale Ringzone so gestaltet, dass sie folgende Bedingungen erfüllt.

10λh/(n0 - n1) < Ww (1)

λh/(n0 - n1) < Wn < 10λh/(n0 - n1) (2)

Darin bezeichnet λh die für die CD bestimmte Wellenlänge, n0 den Brechungsin dex für Luft, n1 den Brechungsindex der Objektivlinse, Ww die Breite der breiten Ringzone und Wn die Breite der schmalen Ringzone.

Insbesondere fällt die durch Bedingung (2) definierte Breite Wn in den Bereich von etwa 0,0016 bis 0,0158 mm. Alle schmalen Ringzonen des dritten Ausfüh rungsbeispiels erfüllen diese Bedingung. In der schmalen Ringzone ist aufgrund ihrer geringen Breite die Variation der Wellenfrontaberration vergleichsweise klein. Deshalb wird das durch die schmalen Ringzonen tretende Licht auf einen Bereich außerhalb und in der Nähe des für die CD bestimmten Strahlpunktes gebündelt. Jedoch ist die Breite Wn durch die obere Grenze der Bedingung (2) und damit die Intensität des durch die schmalen Ringzonen tretenden Lichtes begrenzt. Die Beeinflussung durch das Licht, das die für die CD bestimmte Wellenlänge hat und auf einen Bereich außerhalb und in der Nähe des für die CD bestimmten Strahl punktes gebündelt wird, kann so gut unterdrückt werden.

Fig. 10 ist ein Graph, der die Lichtintensitätsverteilung auf der CD bei Verwendung der Objektivlinse gemäß drittem Ausführungsbeispiel zeigt. Auf der vertikalen Achse ist die Intensität so normiert, dass sie auf der optischen Achse gleich 1 ist. Die horizontale Achse gibt den Abstand von der optischen Achse an. Die Vertei lung gemäß Vergleichsbeispiel ist mit der gestrichelten Linie und die gemäß drittem Ausführungsbeispiel mit der durchgezogenen Linie dargestellt.

Wie in Fig. 10 gezeigt, kann durch die Gestaltung des dritten Ausführungsbei spiels die Lichtintensität in einem Bereich außerhalb des für die CD bestimmten Strahlpunktes und in dessen Nähe, d. h. 5 bis 10 µm, so gedrückt werden, dass sie kleiner als die des Vergleichsbeispiels ist. Ferner beträgt die Stufe, die von den breiten Ringzonen gebildet wird, das Fünffache der für die DVD bestimmten Wellenlänge, d. h. 654 nm, so dass die Variation der Wellenfrontaberrationen infolge einer Temperatur- und/oder einer Wellenlängenänderung bei Gebrauch der DVD wie in dem Vergleichsbeispiel gut unterdrückt werden kann.

Die in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildete Beugungslinsenstruktur sorgt also dafür, dass sowohl die Größe des Strahldurchmessers bei Verwendung des für die CD bestimmten Strahls, d. h. bei einer Wellenlänge von 788 nm, be schränkt und die Aberrationen bei Verwendung des für die DVD bestimmten Strahls, d. h. bei einer Wellenlänge von 654 nm, kompensiert werden.

Claims

1. Objektivlinse für einen optischen Abnehmer, bestehend aus einem brechen den Linsenelement, das an mindestens einer seiner Flächen mit einer Beu gungslinsenstruktur versehen ist, die mehrere Ringzonen mit dazwischenlie genden Stufen hat, wobei
die Objektivlinse ausgebildet ist, mindestens zwei Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge auf mindestens zwei Arten von optischen Platten unterschiedli cher Datenaufzeichnungsdichte zu bündeln,
die Objektivlinse unterteilt ist in einen ersten, für eine geringere und eine hö here numerische Apertur gemeinsam vorgesehenen Bereich, durch den der Strahl tritt, der die der optischen Platte mit der geringeren Datenaufzeich nungsdichte zugeordnete geringere numerische Apertur hat, und in einen zweiten, allein für die höhere numerische Apertur vorgesehenen Bereich, der zum Bündeln des anderen Strahls ausgebildet ist, der die der optischen Platte mit der höheren Aufzeichnungsdichte zugeordnete höhere numeri scher Apertur hat,
die Basiskurve und die optische Weglängendifferenzfunktion für den zweiten Bereich so festgelegt sind, dass der Strahl, der eine auf die optische Platte mit der höheren Aufzeichnungsdichte ausgelegte Wellenlänge hat, ausrei chend gebündelt wird,
und die Grenzen zumindest eines Teils der in dem zweiten Bereich ausge bildeten Ringzonen unabhängig von über die optische Weglängendifferenz funktion erhaltenen Grenzen im wesentlichen unter Beibehaltung der Basis kurve so gestaltet sind, dass der Strahl mit der höheren numerischen Apertur im Wesentlichen auf einen Punkt gebündelt und der Strahl mit der geringen numerischen Apertur zerstreut wird.

2. Objektivlinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl mit der geringen numerischen Apertur eine erste Wellenlänge und der Strahl mit der hohen numerischen Apertur eine zweite Wellenlänge hat, die kleiner als die erste Wellenlänge ist.

3. Objektivlinse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wellenlänge kleiner als 90% der ersten Wellenlänge ist.

4. Objektivlinse für einen optischen Abnehmer, die ausgebildet ist, mindestens zwei Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge auf optische Platten unter schiedlicher Datenaufzeichnungsdichte zu Strahlpunkten unterschiedlicher Größe zu bündeln, wobei
die Objektivlinse eine brechende Linse mit positiver Brechkraft und eine Beugungslinsenstruktur umfasst, die mehrere auf mindestens einer Fläche der brechenden Linse ausgebildete Ringzonen hat,
die Objektivlinse unterteilt ist in einen ersten, für eine geringere und eine höhere numerische Apertur gemeinsam vorgesehenen Bereich, durch den der Strahl mit der geringeren numerischen Apertur tritt, die der optischen Platte mit der geringeren Datenaufzeichnungsdichte zugeordnet ist, und in einen zweiten, allein für die höhere numerische Apertur vorgesehenen Be reich, durch den nur der Strahl mit der höheren numerischen Apertur tritt, die der optischen Platte mit der höheren Aufzeichnungsdichte zugeordnet ist,
die in dem ersten Bereich ausgebildete Beugungslinsenstruktur für eine sphärische Aberration mit einer Wellenlängenabhängigkeit derart sorgt, dass die Aberrationsvariation infolge des Dickenunterschiedes von auf den opti schen Platten ausgebildeten Deckschichten durch den Wellenlängenunter schied der Strahlen beseitigt wird,
die in dem zweiten Bereich ausgebildete Beugungslinsenstruktur mehrere Ringzonen hat,
die in dem zweiten Bereich ausgebildete Beugungslinsenstruktur bezogen auf einen Strahlkonvergenzpunkt der mit der höheren Datenaufzeichnungs dichte versehenen optischen Platte für den für diese optische Platte be stimmten Strahl keine Aberrationen erzeugt, und
die Ringzonen mindestens eine breite Zone enthalten, die so ausgebildet ist, dass bezogen auf einen Strahlkonvergenzpunkt, der für die Platte mit der ge ringeren Aufzeichnungsdichte vorgesehen ist, eine Differenz der optischen Weglängen am inneren und am äußeren Ende dieser breiten Zone gleich oder größer als das 0,6-fache der Wellenlänge des Strahls ist, der für die optische Platte mit der geringeren Datenaufzeichnungsdichte verwendet wird.

5. Objektivlinse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beu gungslinsenstruktur in dem zweiten Bereich so ausgebildet ist, dass an jeder Grenze der mindestens einen breiten Zone und eines anderen Linsenab schnittes eine Stufe gebildet ist, die für eine optische Weglängendifferenz sorgt, die das m-fache der Wellenlänge des für die Platte mit der höheren Aufzeichnungsdichte bestimmten Strahls beträgt, wobei m eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 ist.

6. Objektivlinse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass m breite Ringzonen vorgesehen sind, die stufenweise derart angeordnet sind, dass jede der m breiten Ringzonen für eine optische Weglängendifferenz sorgt, die eine Wellenlänge des für die Platte mit der höheren Datenaufzeich nungsdichte bestimmten Strahls beträgt.

7. Objektivlinse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den m breiten Ringzonen mindestens eine schmale Ringzone angeordnet ist, die für eine optische Weglängendifferenz sorgt, die kleiner als das 0,6-fache der Wellenlänge des für die Platte mit der höheren Datenaufzeichnungs dichte bestimmten Strahls ist.

8. Objektivlinse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingungen erfüllt sind.
10λh/(n0 - n1) < Ww (1)
und
λh/(n0 - n1) < Wn < 10λh/(n0 - n1) (2)
worin λh die Wellenlänge des für die Platte mit der geringen Datenauf zeichnungsdichte bestimmten Strahls, n0 der Brechungsindex von Luft, n1 der Brechungsindex der brechenden Linse, Ww die Breite der jewei ligen der m breiten Ringzonen und Wn die Breite der schmalen Ring zone angibt, die für eine optische Weglängendifferenz sorgt, die kleiner als das 0,6-fache der Wellenlänge des für die Platte mit der höheren Datenaufzeichnungsdichte bestimmten Strahls ist.

9. Objektivlinse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Ringzonen mehrere breite Ringzonen enthält, die jeweils so ausge bildet sind, dass bezogen auf einen Strahlkonvergenzpunkt, der für die Platte mit der geringeren Aufzeichnungsdichte vorgesehen ist, die Differenz der optischen Weglängen am inneren Ende und am äußeren Ende der jeweili gen breiten Zone gleich oder größer als das 0,75-fache der Wellenlänge des Strahls ist, der für die optische Platte mit der geringeren Datenaufzeich nungsdichte verwendet wird.

10. Objektivlinse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz ΔOPD der optischen Weglängendifferenz am inneren und am äußeren Ende der jeweiligen breiten Ringzone folgende Bedingung erfüllt:
0,75 λ < ΔOPD < 1,25 λ,
worin λ die Wellenlänge des Strahls bezeichnet, der für die Platte mit der geringeren Datenaufzeichnungsdichte bestimmt ist.