DE10226379B4

DE10226379B4 - Objektivlinse für einen optischen Abnehmer

Info

Publication number: DE10226379B4
Application number: DE10226379A
Authority: DE
Inventors: Koichi Maruyama; Shuichi Takeuchi
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2010-12-23
Anticipated expiration: 2022-06-14
Also published as: KR20020094928A; US6624942B2; DE10226379A1; US20030048535A1; CN100337139C; CN1391119A; TW535001B; KR100496591B1

Abstract

Objektivlinse (10) für einen optischen Abnehmer zum wahlweisen Bündeln eines Strahls erster Wellenlänge mit einer geringeren numerischen Apertur auf eine optische Platte geringerer Datenaufzeichnungsdichte und eines Strahls zweiter Wellenlänge mit einer höheren numerischen Apertur auf eine optische Platte höherer Datenaufzeichnungsdichte, bestehend aus einer brechenden Linse mit mindestens einer Linsenfläche (11), die in einen der geringeren numerischen Apertur zugeordneten ersten Bereich (Rc) und einen der höheren numerischen Apertur zugeordneten zweiten Bereich (Rh) unterteilt ist, wobei der zweite Bereich (Rh) eine Beugungslinsenstruktur aufweist, die mehrere Ringzonen mit dazwischenliegenden Stufen hat und ausgebildet ist, durch ihre Beugungswirkung den Strahl erster Wellenlänge zu zerstreuen, dadurch gekennzeichnet, dass auch der erste Bereich (Rc) eine Beugungslinsenstruktur aufweist, die mehrere Ringzonen mit dazwischenliegenden Stufen hat, und dass mindestens eine der Ringzonen des zweiten Bereich (Rh) breiter als die übrigen Ringzonen ist und so ausgebildet ist, dass bezogen auf einen Strahlkonvergenzpunkt, der für die optische Platte geringerer Aufzeichnungsdichte...

Description

Die Erfindung betrifft eine Objektivlinse für einen optischen Abnehmer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein optischer Abnehmer wird in einem Plattenlaufwerk eingesetzt wird, das mit mindestens zwei Arten von optischen 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 Datenaufzeichnungsfläche 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 Reflexionscharakteristik 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 Lichtquellen 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 Blendensteuermechanismus eingesetzt, um die erforderliche NA zu erreichen. Zum Steuern der NA kann eine variable Blende oder ein wellenlängenselektives Filter verwendet werden, so dass abhängig davon, ob eine CD oder eine DVD genutzt wird, die Strahlgröße 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 vorgeschlagen. Bei einer solchen Objektivlinse hat die durch die Beugungslinsenstruktur 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 bestimmten Strahlen voneinander verschieden sind. Bei diesem Stand der Technik hat die Beugungslinsenstruktur für gewöhnlich mehrere Ringzonen, deren Grenzen auf Grundlage einer optischen Weglängendifferenz- oder kurz OPD-Funktion in der Weise erhalten werden, dass an den Grenzen der durch die Beugungslinsenstruktur hinzukommende Wert der optischen Weglänge gleich einem ganzzahligen Vielfachen m der Blaze-Wellenlänge, d. h. der Wellenlänge maximaler Intensität ist. Eine solche Objektivlinse, bei der die Grenzen der Ringzonen wie vorstehend beschrieben festgelegt werden, nutzt Beugungslicht m-ter Ordnung.
Sind bei der mit der Beugungslinsenstruktur ausgebildeten herkömmlichen Objektivlinse 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 Datendichte bestimmter Strahl genutzt wird. Deshalb ist auch bei der mit der Beugungslinsenstruktur versehenen Objektivlinse der Blendenmechanismus oder das Filter erforderlich.
Aus der Druckschrift JP 2000-221388 (A) ist eine Objektivlinse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Diese Objektivlinse hat einen für eine geringere numerische Apertur vorgesehenen inneren Bereich und einen für eine höhere numerische Apertur vorgesehenen äußeren Bereich. Der äußere Bereich weist eine Beugungslinsenstruktur auf, die ausgebildet ist, einen Strahl größerer Wellenlänge zu zerstreuen und einen Strahl kürzerer Wellenlänge zu bündeln. In dem inneren Bereich dieser Objektivlinse ist keine Beugungslinsenstruktur vorgesehen.
Zum Stand der Technik wird ferner auf die Druckschriften US 6191889 B1 und US 6088322 A verwiesen, die jeweils eine Objektivlinse mit einer Beugungslinsenstruktur offenbaren.
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 den Gegenstand des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der Objektivlinse nach Anspruch 1 hat der zweite, allein für die höhere numerische 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 Beugungsordnungen nutzen.
Für den der Speicherplatte mit der hohen Datendichte zugeordneten Strahl sollten die innerhalb des Exklusivbereichs hoher NA ausgebildeten Ringzonen so gestaltet sein, dass das durch den Exklusivbereich hoher NA tretende Licht im wesentlichen auf einen Punkt gebündelt wird. Beim Entwurf einer solchen Ausgestaltung besteht eine gewisse Freiheit. So kann man unter Einhaltung der oben beschriebenen 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 gegenüber 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 5 die in dem Exklusivbereich hoher NA ausgebildete Beugungslinsenstruktur keine Aberration für die Platte mit der höheren Aufzeichnungsdichte erzeugt, sorgt sie für die Platte mit der geringeren Aufzeichnungsdichte 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 Exklusivbereich 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:
1A, 1B und 1C eine Vorderansicht, eine Querschnittsansicht bzw. eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Objektivlinse nach der Erfindung,
2 den Aufbau einer Optik eines optischen Kopfes, auf den die Objektivlinse nach der Erfindung angewendet wird,
3 den Durchbiegungswert einer auf einer Vergleichsobjektivlinse ausgebildeten Beugungslinsenstruktur an Hand eines Graphen,
4 die Intensitätsverteilung des von der Vergleichsobjektivlinse gebündelten Lichtes an Hand eines Graphen,
5 durch Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse gemäß erstem Ausführungsbeispiel ausgebildeten Beugungslinsenstruktur an Hand eines Graphen,
6 die Intensitätsverteilung des von der Objektivlinse gemäß erstem Ausführungsbeispiel gebündelten Lichtes an Hand eines Graphen,
7 den Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse gemäß zweitem Ausführungsbeispiel ausgebildeten Beugungslinsenstruktur an Hand eines Graphen,
8 die Intensitätsverteilung des von der Objektivlinse gemäß zweitem Ausführungsbeispiel gebündelten Lichtes an Hand eines Graphen,
9 den Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse gemäß drittem Ausführungsbeispiel ausgebildeten Beugungslinsenstruktur an Hand eines Graphen, und
10 die Intensitätsverteilung des von der Objektivlinse gemäß drittem Ausführungsbeispiel gebündelten Lichtes.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1A bis 10 zeigen den Aufbau einer Objektivlinse 10 nach der Erfindung, die für einen optischen Abnehmer bestimmt ist. 1A zeigt dabei eine Vorderansicht, 1B eine Querschnittsansicht und 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/Auslesevorrichtung 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 konzentrisch 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 Außenbereich, 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 gemeinsamen Bereich Rc und wird dann auf die CD oder die CD-R gebündelt. Ein Lichtstrahl zum Aufzeichnen/Auslesen von Daten auf der DVD, die eine vergleichsweise 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.
2 zeigt schematisch den Aufbau eines optischen Abnehmers, der die in 1A bis 1C gezeigte Objektivlinse 10 einsetzt.
Der in 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 Wellenlänge 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 2 ist eine Deckschicht der DVD mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Der von dem DVD-Lichtquellenmodul 21 ausgesendete Laserstrahl wird auf eine Datenaufzeichnungsfläche, die der Seite rechts von der Deckschicht entspricht, der in 2 mit den durchgezogenen Linien dargestellten DVD gebündelt.
Beim Gebrauch der CD (oder der CD-R) wird das CD-Lichtquellenmodul 22 eingesetzt. In 2 ist eine Deckschicht der CD (oder der CD-R) mit einer gestrichelten 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 2 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. In 2 sind nur Strahlen dargestellt, die zum Aufzeichnen/Auslesen von Daten auf der jeweiligen Platte beitragen.
Die innerhalb des gemeinsamen Bereiches Rc ausgebildete Beugungslinsenstruktur ist so gestaltet, dass die Beugungseffizienz des Beugungslichtes erster Ordnung am höchsten für mehrere Wellenlängen ist, in diesem Ausführungsbeispiel 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 Dickenunterschiedes 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 Wellenlänge eingesetzt. Angesichts dieses Umstandes ist die Beugungslinsenstruktur so gestaltet, dass die sphärische Aberration eine Wellenlängenabhängigkeit aufweist, nämlich dass sich die sphärische Aberration mit zunehmender Wellenlänge 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 Beugungslinsenstruktur 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 Weglängendifferenzfunktion oder OPD-Funktion sind so festgelegt, dass der Strahl mit der Wellenlänge von 654 nm ausreichend auf die DVD gebündelt wird. So sieht die Erfindung insbesondere vor, dass die in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildete 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 Exklusivbereichs 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 Strahlpunkterzeugung bei. Für den Strahl mit der Wellenlänge von 788 nm arbeitet also der Exklusivbereich Rh hoher NA im Wesentlichen in der Weise, dass er den Strahldurchmesser 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 Aufzeichnungsdichte wird vorzugsweise das Licht, das auf alle Ringzonen fällt, auf im Wesentlichen einen einzigen Punkt gebündelt. Der Entwurf einer solchen Gestaltung 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 Durchmesser des Strahls zu beschränken.
Insbesondere ist die in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildete Beugungslinsenstruktur dafür vorgesehen, für die Platte mit der höheren Aufzeichnungsdichte 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 polarisiert, 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 Beugungsintegration bezogen auf die Wellenfrontaberration des durch den vorbestimmten 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 Wellenlängenaberration im Bereich einer Wellenlänge in Abhängigkeit der Position auf der jeweiligen Ringzone. In einem solchen Fall wird das Licht nicht auf den Referenzpunkt 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 Zonenende 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 Vergleichsbeispiel 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 Beugungslinsenstruktur.
Die drei Ausführungsbeispiele und das Vergleichsbeispiel unterscheiden sich also nur durch den konkreten Aufbau der in dem Exklusivbereich Rh hoher NA ausgebildeten 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 Profilunterschied, 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 bezeichnet 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 ≤ h ≤ 2,023 (mm) beträgt. In dem gemeinsamen Bereich Rc und dem Exklusivbereich Rh hoher NA sind Beugungslinsenstrukturen ausgebildet, die durch unterschiedliche OPD-Funktionen ausgedrückt werden. Auch die Basiskurve des gemeinsamen Bereiches Rc und die des Exklusivbereiches Rh hoher NA sind voneinander verschieden. Die beiden Basiskurven geben jeweils die Form der jeweiligen Linsenfläche ohne Beugungslinsenstruktur 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: (h) = (P2h2 + P4h4 + P6h6 + ...)× m × λworin Pn OPD-Koeffizienten n-ter Ordnung (n gerade Zahl), m die Beugungsordnung 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 optischen 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, κ den Kegelschnittkoeffizienten sowie A₄, A₆, A₈, A₁₀ und A₁₂ einen Asphärenkoeffizienten vierter, sechster, achter, zehnter bzw. zwölfter Ordnung.
Tabelle 1 zeigt die Koeffizienten, welche die Basiskurven und die Beugungslinsenstruktur des gemeinsamen Bereiches Rc der ersten, d. h. der lichtquellenseitigen Fläche der Objektivlinse definieren, Koeffizienten, welche die Beugungslinsenstruktur in dem Exklusivbereich hoher NA definieren, den Abstand zwischen benachbarten Flächen auf der optischen Achse, Brechungsindizes sowie Koeffizienten, welche die zweite Fläche definieren, die als asphärische Fläche ausgebildet ist. Tabelle 1

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

N	Hin	hout	ϕ(hout)
#1	0,000	0,509	–0,500
#2	0,509	0,771	–1,500
#3	0,771	0,916	–2,500
#4	0,916	1,020	–3,500
#5	1,020	1,101	–4,500
#6	1,101	1,169	–5,500
#7	1,169	1,227	–6,500
#8	1,227	1,278	–7,500
#9	1,278	1,324	–8,500
#10	1,324	1,365	–9,500
#11	1,365	1,403	10,500
#12	1,403	1,438	–11,500
#13	1,438	1,471	12,500
#14	1,471	1,501	–13,500
#15	1,501	1,538	–14,786

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
3 zeigt an Hand eines Graphen einen Durchbiegungswert der Beugungslinsenstruktur 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 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.
4 zeigt an Hand eines Graphen die Lichtintensitätsverteilung auf einer CD, wenn Licht mit der Wellenlänge von 788 nm durch die Objektivlinse des Vergleichsbeispiels gebündelt wird. In Richtung 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. 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 gezeigt, 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 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 möglicherweise 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) ausschließlich 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 Vergleichsbeispiel. Tabelle 4
5 ist ein Graph, der einen Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse ausgebildeten 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 Exklusivbereich 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 Beugungslinsenstruktur 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 erstgenannte Zone als breite Zone und die zuletzt genannte Zone als schmale Zone bezeichnet.
6 ist ein Graph, der die Lichtintensitätsverteilung auf der CD, also bei Verwendung des Strahls mit einer Wellenlänge von 788 nm, zeigt, wenn die Objektivlinse 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 Wellenfrontaberrationen 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 6 gezeigt, kann so die Intensitätsverteilung des Lichtes, das auf einen Bereich nahe der Grenze des für die CD bestimmten Strahlpunktes, d. h. auf einen Bereich, in dem die Höhe h von 5 bis 10 um reicht, fällt, auf einen Pegel gedrückt werden, der kleiner als der des Vergleichsbeispiels 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 ausgebildete Beugungslinsenstruktur gut, was die Begrenzung der Größe des auffallenden 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 Weglängen, 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 Vergleichsbeispiels 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
7 ist ein Graph, der einen Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse ausgebildeten 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 Exklusivbereich Rh hoher NA dar.
Wie in 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.
8 ist ein Graph, der die Lichtintensitätsverteilung auf der CD, d. h. bei Verwendung 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 8 zeigt, kann durch die Gestaltung gemäß zweitem Ausführungsbeispiel 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 in dem Vergleichsbeispiel ist. Ferner ist die Höhe der Stufe, die von der Zone #16 gebildet wird, das Fünffache der für die DVD bestimmten Wellenlänge. So kann die Schwankung der Wellenfrontaberrationen infolge einer Temperatur- und/oder Wellenlängenänderung bei Gebrauch der DVD wie in dem Vergleichsbeispiel 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 beschränkt 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 Objektivlinse 10 gemäß drittem Ausführungsbeispiel ausgebildeten Beugungslinsenstruktur 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
9 ist ein Graph, der einen Durchbiegungswert der auf der Objektivlinse ausgebildeten 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 gemeinsamen Bereich Rc und dem Exklusivbereich Rh hoher NA dar.
Wie in 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 λ ist. Die zwischen den breiten Ringzonen angeordneten schmalen Ringzonen sind so gestaltet, dass die von ihnen verursachten Differenzen 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 geformte 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 vorbestimmten Wellenlänge sorgt, so ist die schmale Ringzone so gestaltet, dass sie folgende Bedingungen erfüllt. 10 λh/(n0 – n1) < Ww (1) λh/(n0 – n1) < Wn < 10 λh/(n0 – n1) (2)
Darin bezeichnet λh die für die CD bestimmte Wellenlänge, n0 den Brechungsindex 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 Ausführungsbeispiels 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 Strahlpunktes gebündelt wird, kann so gut unterdrückt werden.
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 Verteilung gemäß Vergleichsbeispiel ist mit der gestrichelten Linie und die gemäß drittem Ausführungsbeispiel mit der durchgezogenen Linie dargestellt.
Wie in 10 gezeigt, kann durch die Gestaltung des dritten Ausführungsbeispiels 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, beschränkt und die Aberrationen bei Verwendung des für die DVD bestimmten Strahls, d. h. bei einer Wellenlänge von 654 nm, kompensiert werden.

Claims

Objektivlinse (10) für einen optischen Abnehmer zum wahlweisen Bündeln eines Strahls erster Wellenlänge mit einer geringeren numerischen Apertur auf eine optische Platte geringerer Datenaufzeichnungsdichte und eines Strahls zweiter Wellenlänge mit einer höheren numerischen Apertur auf eine optische Platte höherer Datenaufzeichnungsdichte, bestehend aus einer brechenden Linse mit mindestens einer Linsenfläche (11), die in einen der geringeren numerischen Apertur zugeordneten ersten Bereich (Rc) und einen der höheren numerischen Apertur zugeordneten zweiten Bereich (Rh) unterteilt ist, wobei der zweite Bereich (Rh) eine Beugungslinsenstruktur aufweist, die mehrere Ringzonen mit dazwischenliegenden Stufen hat und ausgebildet ist, durch ihre Beugungswirkung den Strahl erster Wellenlänge zu zerstreuen, dadurch gekennzeichnet, dass auch der erste Bereich (Rc) eine Beugungslinsenstruktur aufweist, die mehrere Ringzonen mit dazwischenliegenden Stufen hat, und dass mindestens eine der Ringzonen des zweiten Bereich (Rh) breiter als die übrigen Ringzonen ist und so ausgebildet ist, dass bezogen auf einen Strahlkonvergenzpunkt, der für die optische Platte geringerer Aufzeichnungsdichte vorgesehen ist, die Differenz der optischen Weglängen zwischen dem inneren und dem äußeren Ende dieser breiteren Ringzone gleich oder größer als das 0,6-fache der ersten Wellenlänge ist.
Objektivlinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiskurve, welche die Form der Linsenfläche (11) ohne Beugungslinsenstruktur angibt, und die optische Weglängendifferenzfunktion für den zweiten Bereich (Rh) so festgelegt sind, dass der Strahl zweiter Wellenlänge ausreichend gebündelt wird, und die Grenzen zumindest eines Teils der in dem zweiten Bereich (Rh) ausgebildeten Ringzonen unabhängig von über die optische Weglängendifferenzfunktion erhaltenen Grenzen unter Beibehaltung der Basiskurve so gestaltet sind, dass der Strahl zweiter Wellenlänge auf einen Punkt gebündelt und der Strahl erster Wellenlänge zerstreut wird.
Objektivlinse (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wellenlänge kleiner als die erste Wellenlänge ist.
Objektivlinse (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wellenlänge kleiner als 90% der ersten Wellenlänge ist.
Objektivlinse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die brechende Linse positive Brechkraft hat, die in dem ersten Bereich (Rc) ausgebildete Beugungslinsenstruktur für eine sphärische Aberration mit einer Wellenlängenabhängigkeit derart sorgt, dass die Aberrationsvariation infolge des Dickenunterschiedes von auf den optischen Platten ausgebildeten Deckschichten durch den Wellenlängenunterschied der Strahlen beseitigt wird, und die in dem zweiten Bereich (Rh) ausgebildete Beugungslinsenstruktur bezogen auf einen Strahlkonvergenzpunkt der optischen Platte höherer Datenaufzeichnungsdichte für den für diese optische Platte bestimmten Strahl keine Aberrationen erzeugt.
Objektivlinse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beugungslinsenstruktur in dem zweiten Bereich (Rh) so ausgebildet ist, dass an jeder Grenze der mindestens einen breiteren Ringzone und eines anderen Linsenabschnittes eine Stufe gebildet ist, die für eine optische Weglängendifferenz sorgt, die das m-fache der zweiten Wellenlänge beträgt, wobei m eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 ist.
Objektivlinse (10), nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Bereich (Rh), m breitere Ringzonen vorgesehen sind, die stufenweise derart angeordnet sind, dass jede der m breiteren Ringzonen für eine optische Weglängendifferenz sorgt, die gleich der zweiten Wellenlänge ist.
Objektivlinse (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den m breiteren Ringzonen mindestens eine schmale Ringzone angeordnet ist, die für eine optische Weglängendifferenz sorgt, die kleiner als das 0,6-fache der zweiten Wellenlänge ist.
Objektivlinse (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingungen erfüllt sind. 10 λh/(n0 – n1) < Ww und λh/(n0 – n1) < Wn < 10 λh/(n0 – n1)worin λh die erste Wellenlänge, n0 der Brechungsindex von Luft, n1 der Brechungsindex der brechenden Linse, Ww die Breite der jeweiligen der m breiteren Ringzonen und Wn die Breite der schmalen Ringzone angibt, die für eine optische Weglängendifferenz sorgt; die kleiner als das 0,6-fache der zweiten Wellenlänge ist.
Objektivlinse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere breitere Ringzonen vorgesehen sind, die jeweils so ausgebildet sind, dass bezogen auf den Strahlkonvergenzpunkt, der für die optische Platte geringerer Aufzeichnungsdichte vorgesehen ist, die Differenz der optischen Weglängen zwischen dem inneren Ende und dem äußeren Ende der jeweiligen breiteren Ringzone gleich oder größer als das 0,75-fache der ersten Wellenlänge ist.
Objektivlinse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Weglängendifferenz ΔOPD zwischen dem inneren und dem äußeren Ende der jeweiligen breiteren Ringzone folgende Bedingung erfüllt: 0,75 λ < ΔOPD < 1,25 λ,worin λ die erste Wellenlänge bezeichnet.