DE19929623A1

DE19929623A1 - Objektivlinse für einen optischen Abnehmer

Info

Publication number: DE19929623A1
Application number: DE19929623A
Authority: DE
Inventors: Koichi Maruyama
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 1999-12-30
Also published as: US6118594A; TW426803B; CN1214376C; CN1305630A; WO2000000964A1; KR20000006498A; KR100588256B1; MY117429A; ID28515A

Abstract

Eine Objektivlinse (10) enthält eine brechende Linse mit positiver Brechkraft und eine beugende Linsenstruktur mit mehreren konzentrischen, ringförmigen Stufen, die an mindestens einer Linsenfläche (11) der brechenden Linse ausgebildet sind. Die Objektivlinse (10) ist eine bikonvexe Kunststofflinse mit einer ersten und einer zweiten asphärischen Fläche. Die beugende Linsenstruktur ist an der ersten Fläche der Objektivlinse (10) ausgebildet. Ähnlich wie eine Fresnel-Linse hat die beugende Linsenstruktur eine Vielzahl konzentrischer Ringe, die im Schnitt keilförmig sind. Die Grenzen zwischen benachbarten Ringen ist als Stufe ausgebildet, die eine vorbestimmte Wegdifferenz vorgibt. Die Wellenlängenabhängigkeit der beugenden Linsenstruktur ist so festgelegt, daß mindestens zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge und identischer Beugungsordnung Wellenfronten erzeugen, die auf unterschiedliche Arten von optischen Platten ausgelegt sind, deren Deckschicht unterschiedliche Dicke haben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Objektivlinse mit hoher numerischer Apertur, die in ei nem optischen Abnehmer einer Einrichtung eingebaut ist, die der Aufzeich nung/Wiedergabe mehrerer Arten von mit Deckschichten unterschiedlicher Dicke versehenen optischen Platten dient. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Objektivlinse mit einer beugenden Linsenstruktur, die an einer Fläche einer bre chenden Linse ausgebildet ist.

Eine optische Platte hat eine Informationsschicht, auf der digitale Informationen aufgezeichnet sind, und eine transparente Deckschicht, welche die Informations schicht bedeckt. Ein aus dem optischen Abnehmer stammender Laserstrahl wird so gebündelt, daß er einen Strahlpunkt durch die Deckschicht auf der Informati onsschicht erzeugt. Der Abstand zwischen dem optischen Abnehmer und der In formationsschicht variiert in Abhängigkeit der Dicke der Deckschicht.

Je dicker die Deckschicht ist, desto größer ist der Abstand des Strahlpunktes von dem optischen Abnehmer. Da beispielsweise die Deckschicht einer Kompaktdisk, kurz CD, oder einer CD-R 1,2 mm dick und die Deckschicht einer DVD (DVD steht hierbei für Digital Versatile Disc) 0,6 mm dick ist, muß der optische Abnehmer den Strahlpunkt um 0,6 mm in der Deckschicht (um 0,4 mm in der Luft) von dem opti schen Abnehmer weg bewegen, wenn die DVD durch eine CD oder eine CD-R ersetzt wird.

Obgleich sich mit Bewegen der Objektivlinse auch ein paraxialer Strahlpunkt be wegt, wird durch die Dickenänderung der Deckschicht die sphärische Aberration verändert. Bewegt der optische Abnehmer die Objektivlinse nur dann, wenn die optische Platte ersetzt wird, so wird die Wellenfrontaberration des Laserstrahls verschlechtert und damit der Durchmesser des Strahlpunktes vergrößert, wodurch verhindert wird, daß die Einrichtung die aufgezeichnete Information wiedergeben kann. Wird beispielsweise eine Objektivlinse, die darauf ausgelegt ist, die sphä rische Aberration bei der Wiedergabe der auf der DVD aufgezeichneten Informa tion zu minimieren, für die Wiedergabe der auf der CD gespeicherten Information eingesetzt, so wird die sphärische Aberration für die Wiedergabe der Information selbst dann zu groß, wenn die Objektivlinse so bewegt wird, daß der Strahlpunkt mit der Informationsschicht in Übereinstimmung gebracht wird.

Aus diesem Grund stellt ein im Stand der Technik bekannter optischer Abnehmer den Zustand des in die Objektivlinse eintretenden Laserstrahls in Abhängigkeit der Dicke der Deckschicht ein.

Ein solcher optischer Abnehmer ist beispielsweise in der Japanischen Patentver öffentlichung Hei 7-98431 offenbart. Das dort beschriebene optische System setzt auf der Seite der Laserquelle der Objektivlinse eine holografische Linse ein, um den aus der Laserquelle stammenden Laserstrahl in einen parallelen Beugungs strahl nullter Ordnung und einen divergenten Beugungsstrahl erster Ordnung zu teilen. Der Beugungsstrahl nullter Ordnung wird für die mit der dünneren Deck schicht versehene optische Platte, also die DVD, verwendet, während der Beu gungsstrahl erster Ordnung für die mit der dickeren Deckschicht versehene opti sche Platte, d. h. die CD oder die CD-R, verwendet wird. Der in der vorstehend genannten Veröffentlichung beschriebene optische Abnehmer ermöglicht die Er zeugung der beugungsbegrenzten Strahlpunkte für die jeweiligen optischen Platten, wenn die holografische Linse darauf ausgelegt ist, die Laserstrahlen zu erzeugen, die der Dicke der Deckschichten am besten angepaßt sind.

Da jedoch der optische Abnehmer nach dem Stand der Technik den aus der La serquelle stammenden Laserstrahl in einen Beugungsstrahl nullter Ordnung und einen Beugungsstrahl erster Ordnung teilt, und nur einer dieser Strahlen zu ei nem vorbestimmten Zeitpunkt der Informationsaufzeichnung/-wiedergabe dient, beträgt die maximale Effizienz hinsichtlich der Nutzung der Lichtmenge nicht mehr als 40%.

Wird nur einer der Beugungsstrahlen zur Informationsaufzeichnung/-wiedergabe eingesetzt, so ist der andere Beugungsstrahl überflüssig und erhöht lediglich des Rauschen.

Weiterhin ist die Aufzeichnungsdichte der DVD höher als die der CD, so daß der optische Abnehmer für die DVD einen kleineren Strahlpunkt erzeugen muß, als dies für einen optischen Abnehmer der Fall ist, der für den ausschließlichen Ge brauch von CDs bestimmt ist. Da der Durchmesser des Strahlpunktes mit der Wellenlänge des Laserstrahls positiv korreliert ist, ist für den für die DVD be stimmten optischen Abnehmer eine Laserquelle erforderlich, deren Oszillations wellenlänge 635 nm bis 665 nm beträgt. Diese Wellenlänge ist kürzer als die Os zillationswellenlänge (780 nm bis 830 nm) des optischen Abnehmers, der aus schließlich für CDs bestimmt ist. Andererseits macht die Reflexionscharakteristik der CD-R eine Laserquelle erforderlich, deren Oszillationswellenlänge bei etwa 780 nm liegt.

Wenn der in der vorstehend genannten Veröffentlichung beschriebene optische Abnehmer, der nur über eine einzige Laserquelle verfügt, eine Laserquelle ver wendet, die einen Laserstrahl kürzerer Oszillationswellenlänge aussendet, so ist eine Informationswiedergabe von einer CD-R mit diesem optischen Abnehmer nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Objektivlinse für einen optischen Abnehmer bereitzustellen, mit der die Aufzeichnung/Wiedergabe von Informationen für meh rere Arten von optischen Platten möglich ist, deren Deckschichten unterschiedlich dick sind. Weiterhin zielt die Erfindung darauf ab, eine Objektivlinse bereitzu stellen, die hinsichtlich der Nutzung der Lichtmenge effizienter ist, als dies für den in der vorstehend genannten Veröffentlichung beschriebenen optischen Abneh mer der Fall ist.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die für einen optischen Abnehmer (opti scher Kopf, Abtastoptik) bestimmte Objektivlinse mit den Merkmalen des An spruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen sowie in der folgenden Beschreibung angegeben.

Das Beugungslicht vorbestimmter Ordnung erzeugt bei der vorbestimmten Wel lenlänge die Wellenfront, die für die mit einer Deckschicht vorbestimmter Dicke versehene optische Platte geeignet ist, sowie bei einer anderen Wellenlänge die Wellenfront, die für die mit einer Deckschicht unterschiedlicher Dicke versehene optische Platte geeignet ist.

Dieses Prinzip ermöglicht es, daß durch eine der Dicke der Deckschicht entspre chende Wellenlängenänderung des Laserstrahls das Beugungslicht der vorbe stimmten Ordnung dazu veranlaßt wird, unter Ausbildung eines geeigneten Strahlpunktes auf die jeweilige Informationsschicht zu konvergieren.

Die Wellenlängenabhängigkeit der beugenden Linsenstruktur ist vorzugsweise so festgelegt, daß das Beugungslicht kurzer Wellenlänge eine Wellenfront erzeugt, die für eine optische Platte mit dünnerer Deckschicht geeignet ist, und daß das Beugungslicht längerer Wellenlänge eine Wellenfront erzeugt, die für eine optische Platte mit dickerer Deckschicht geeignet ist. Vorteilhaft verändert die beugende Linsenstruktur mit Wellenlängenanstieg des einfallenden Lichtes die sphärische Aberration in der unterkorrigierten Richtung.

Wie vorstehend erläutert, variiert die sphärische Aberration in der überkorrigierten Richtung, wenn die Dicke der Deckschicht größer wird. Wird für eine optische Platte mit dickerer Deckschicht eine Laserquelle längerer Wellenlänge und für eine optische Platte mit dünnerer Deckschicht eine Laserquelle kürzerer Wel lenlänge verwendet, so wird deshalb die Änderung der sphärischen Aberration infolge der Dickenänderung der Deckschicht durch die vorstehend erläuterte Wellenlängenabhängigkeit der beugenden Linsenstruktur korrigiert.

Die auf maximale Intensität bei der kürzeren Wellenlänge ausgelegte beugende Linsenstruktur oder die für die kürzere Wellenlänge aberrationskorrigierte konti nuierliche Fläche können auch innerhalb des Randbereichs ausgebildet sein. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Darin zei gen:

Fig. 1A die Vorderansicht einer Objektivlinse gemäß den erläuterten Aus führungsbeispielen,

Fig. 1B die vertikale Querschnittsansicht der Objektivlinse,

Fig. 1C eine vergrößerte Darstellung der Fig. 1B,

Fig. 2 ein optisches System eines optischen Abnehmers, an dem die Ob jektivlinse montiert ist,

Fig. 3 die schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Objektivlinse mit einer dünnen Deckschicht, wie sie für eine optische Platte wie z. B. eine DVD vorgesehen ist,

Fig. 4A, 4B und 4C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen für das erste Ausfüh rungsbeispiel der Objektivlinse bei Verwendung einer optischen Platte mit dünner Deckschicht,

Fig. 5 die schematische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Objektivlinse mit einer dicken Deckschicht, wie sie für eine optische Platte, z. B. eine CD oder eine CD-R, verwendet wird,

Fig. 6A, 6B und 6C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des ersten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung einer optischen Platte mit dicker Deckschicht,

Fig. 7 die schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Objektivlinse mit der dünnen Deckschicht einer entsprechenden optischen Platte,

Fig. 8A, 8B und 8C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des zweiten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung einer optischen Platte mit dünner Deckschicht,

Fig. 9 die schematische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Objektivlinse mit der dicken Deckschicht der entsprechenden opti schen Platte,

Fig. 10A, 10B und 10C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des zweiten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung einer optischen Platte mit dicker Deckschicht,

Fig. 11 die schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Objektivlinse mit der dünnen Deckschicht der entsprechenden optischen Platte,

Fig. 12A, 12B und 12C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des dritten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung der optischen Platte mit dicker Deckschicht,

Fig. 13 die schematische Darstellung des dritten Ausführungsbeispiels der Objektivlinse mit der dicken Deckschicht der entsprechenden opti schen Platte,

Fig. 14A, 14B und 14C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des dritten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung der optischen Platte mit dicker Deckschicht,

Fig. 15 die schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Objektivlinse mit der dünnen Deckschicht der entsprechenden optischen Platte,

Fig. 16A, 16B und 16C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des vierten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung der optischen Platte mit der dicken Deckschicht,

Fig. 17 die schematische Darstellung des vierten Ausführungsbeispiels der Objektivlinse mit der dicken Deckschicht der entsprechenden opti schen Platte,

Fig. 18A, 18B und 18C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des vierten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung der optischen Platte mit der dicken Deckschicht,

Fig. 19 die schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels der Objektivlinse mit der dünnen Deckschicht der entsprechenden optischen Platte,

Fig. 20A, 20B und 20C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des fünften Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung der optischen Platte mit der dünnen Deckschicht,

Fig. 21 die schematische Darstellung des fünften Ausführungsbeispiels mit der dicken Deckschicht der entsprechenden optischen Platte,

Fig. 22A, 22B und 22C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des fünften Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung der optischen Platte mit der dicken Deckschicht,

Fig. 23 die schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels mit der dünnen Deckschicht der entsprechenden optischen Platte,

Fig. 24A, 24B und 24C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des fünften Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung der optischen Platte mit der dünnen Deckschicht,

Fig. 25 die schematische Darstellung des fünften Ausführungsbeispiels der Objektivlinse mit der dicken Deckschicht der entsprechenden opti schen Platte,

Fig. 26A, 26B und 26C die Graphen unterschiedlicher Aberrationen des fünften Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse bei Verwendung der optischen Platte mit der dicken Deckschicht und

Fig. 27 die Beziehung zwischen Beugungseffizienz und Wellenlänge an Hand eines Graphen.

Die Fig. 1A, 1B und 1C zeigen eine Objektivlinse 10 gemäß den nachfolgend zu erläuternden Ausführungsbeispielen: Fig. 1A ist die Vorderansicht, Fig. 1B die vertikale Querschnittsansicht und Fig. 1C die vergrößerte Seitenansicht der Fig. 1B. Die Objektivlinse 10 ist an einem optischen Abnehmer einer optischen Ein richtung angebracht, mit der die Aufzeichnung/Wiedergabe mehrerer Arten von optischen Platten (z. B. CD, CD-R und DVD) möglich ist, die mit Deckschichten unterschiedlicher Dicke versehen sind. Die Objektivlinse 10 bündelt das von einer Lichtquelle, z. B. einem Halbleiterlaser, ausgesendete Licht durch die Deckschicht der optischen Platte auf eine Informationsschicht.

Die Objektivlinse 10 ist eine bikonvexe Kunststofflinse mit einer ersten und einer zweiten asphärischen Fläche 11 und 12. An der ersten Fläche 11 der Objek tivlinse 10 ist eine beugende Linsenstruktur ausgebildet. Die beugende Linsen struktur hat ähnlich wie eine Fresnel-Linse eine große Anzahl konzentrischer Ringe, die im Querschnitt jeweils keilförmig sind. Die Grenzen zwischen be nachbarten Ringen sind jeweils als Stufe ausgebildet, die eine vorbestimmte opti sche Wegdifferenz vorgibt.

Fig. 2 zeigt ein optisches System des optischen Abnehmers, an dem die Objek tivlinse 10 angebracht ist. Das optische System enthält ein DVD-Modul 21, ein CD-Modul 22, eine Strahlkombinationsvorrichtung 23, eine Kollimatorlinse 24 und die Objektivlinse 10. Die Module 21 und 22 sind jeweils mit einem Halbleiterlaser und einem Sensor versehen, die auf einem gemeinsamen Substrat angebracht sind. Die Objektivlinse 10 ist an einem Scharfstellmechanismus montiert, der die Linsenposition entsprechend der Position der Informationsschicht der optischen Platte einstellt.

Die DVD ist eine Dünnschichtplatte, d. h. eine optische Platte mit dünner Deck schicht. Die Dicke der Deckschicht der DVD beträgt 0,6 mm. Zur Erzeugung eines feinen Strahlpunktes auf der DVD ist ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge im Bereich von 635 nm bis 665 nm erforderlich. Demgegenüber sind eine CD-R und eine CD Dickschichtplatten, d. h. optische Platten mit dicker Deckschicht. Die Dicke der Deckschicht der CD-R oder der CD beträgt 1,2 mm. Die CD-R benötigt wegen ihres spektralen Reflexionsgrades einen Laserstrahl mit etwa 780 nm Wellenlänge.

Aus diesem Grund sendet ein Halbleiterlaser des DVD-Moduls 21 einen Laser strahl von 635 nm oder 650 nm Wellenlänge und ein Halbleiterlaser des CD-Mo duls 22 einen Laserstrahl von 780 nm Wellenlänge aus.

Der von dem Halbleiterlaser ausgesendete Laserstrahl konvergiert durch die Deckschicht D1 (durchgezogene Linie) oder D2 (gestrichelte Linie) auf die Infor mationsschicht.

Wenn die mit der dünnen Deckschicht D1 versehene Dünnschichtplatte verwen det wird, wird das DVD-Modul 21 so betrieben, daß es den durch die durchgezo gene Linie dargestellten Laserstrahl L1 aussendet. Der Laserstrahl L1 konvergiert durch die dünne Deckschicht D1 auf die Informationsschicht der Dünn schichtplatte. Bei Verwendung der mit der dicken Deckschicht D2 versehenen Dickschichtplatte wird das CD-Modul 22 so betrieben, daß es den durch die ge strichelte Linie dargestellten Laserstrahl L2 aussendet. Der Laserstrahl L2 kon vergiert durch die dicke Deckschicht D2 auf die Informationsschicht der Dick schichtplatte.

Die beugende Linsenstruktur hat eine Wellenlängen-Abhängigkeit derart, daß Beugungslicht vorbestimmter Ordnung - in den erläuterten Ausführungsbeispie len Beugungslicht erster Ordnung - eine auf die Dünnschichtscheibe ausgelegte Wellenfront bei einer Wellenlänge von 635 nm oder 650 nm und eine auf die Dickschichtplatte ausgelegte Wellenfront bei einer Wellenlänge von 780 nm bil det. In dem Ausführungsbeispiel hat die beugende Linsenstruktur eine Wellen längenabhängigkeit derart, daß sich die sphärische Aberration mit Ansteigen der Wellenlänge des auftreffenden Lichtes in der unterkorrigierten Richtung ändert.

Die sphärische Aberration ändert sich in der überkorrigierten Richtung, wenn die Dicke der Deckschicht ansteigt. Weiterhin ändert die beugende Linsenstruktur die sphärische Aberration in der unterkorrigierten Richtung, wenn die Wellenlänge des auftreffenden Laserstrahls ansteigt. Da für die Dickschichtplatte ein Laser strahl längerer Wellenlänge und für die Dünnschichtplatte ein Laserstrahl kürze rer Wellenlänge verwendet wird, wird deshalb die Änderung der sphärischen Ab erration infolge der Änderung der Dicke der Deckschicht durch die durch die Wellenlängenabhängigkeit der beugenden Linsenstruktur verursachte Änderung der sphärischen Aberration korrigiert.

Ein durch eine beugende Linsenstruktur zusätzlich hinzugefügter optischer Weg kann durch folgende optische Wegdifferenzfunktion Φ(h) ausgedrückt werden:

Φ(h) = (P₂h² + P₄h⁴ + P₆h⁶ + . . .) × λ

worin P₂, P₄ und P₆ Koeffizienten zweiter, vierter bzw. sechster Ordnung sind so wie h die Höhe von der optischen Achse und λ die Wellenlänge des eintretenden Lichtes bezeichnet. Die Funktion Φ(h) stellt die optische Wegdifferenz dar zwi schen einem imaginären Strahl, der durch die Linsenstruktur nicht gebeugt wer den soll, und einem Strahl, der durch die Linsenstruktur gebeugt wird, an einem Punkt auf dem Gitter, an dem die Höhe von der optischen Achse gleich h ist. In solch einem Ausdruck gibt ein negativer Wert des Koeffizienten P₂ zweiter Ord nung eine positive paraxiale Brechkraft der Linsenstruktur an. Die negative Brechkraft wird bei Ansteigen des Abstandes von der optischen Achse größer, wenn der Koeffizient P₄ vierter Ordnung größer als Null ist.

Die tatsächliche mikroskopische Form der beugenden Linsenstruktur ist wie bei einer Fresnel-Linse mit einer großen Anzahl konzentrischer Ringe festgelegt. Die tatsächliche Form Φ'(h) ergibt sich durch Subtrahieren des Ausdrucks λ × m (m: ganze Zahl) von Φ(h) wie folgt.

Φ'(h) = (MOD(P₂h² + P₄h⁴ + . . . + C, 1) - C) × λ_B

Das Symbol λ_B bezeichnet eine sogenannte Blaze-Wellenlänge, für welche die Stufen des Gitters eine optische Wegdifferenz von einer Wellenlänge vorgeben. Die Beugungseffizienz wird bei der Blaze-Wellenlänge λ_B maximal. Das Symbol C bezeichnet eine Konstante, die eine Phase an der Grenze zwischen benachbar ten Ringen festlegt (0 ≦ C < 1). Die Funktion MOD(x, y) gibt den Rest von x geteilt durch y wieder. MOD(P₂h² + P₄h⁴ + . . . + C, 1) ist an der Grenze gleich Null. Die beu gende Linsenstruktur ist an der Basiskurve ausgebildet, die durch die Linsenflä che der brechenden Linse festgelegt ist. Neigungen und Stufen der Ringbereiche sind so ausgebildet, daß die optische Wegdifferenz durch Φ'(h) festgelegt ist.

Die Objektivlinse 10 erfüllt folgende Gleichung (1):

-15 < Φ (h₄₅)/λ - P₂x(h₄₅)² < -7 (1)

worin h₄₅ die Höhe eines Punktes von der optischen Achse ist, in dem ein Licht strahl, dessen numerische Apertur NA 0,45 ist, die beugende Linsenstruktur schneidet.

Ist die Bedingung (1) erfüllt, so kann die durch die Änderung der Dicke der Deck schicht verursachte Variation der sphärischen Aberration durch die Variation der sphärischen Aberration der beugenden Linsenstruktur infolge der Wellenlängen änderung effektiv ausgeglichen werden. Wird der mittlere Term der Bedingung (1) kleiner als -15, so wird die Variation der sphärischen Aberration infolge der Wellenlängenverschiebung zu groß. Da die Wellenlänge des von dem Halblei terlaser ausgesendeten Laserstrahls eine durch individuelle Unterschiede be gründete Toleranz von etwa ±5 nm hat, wird es bei einer vergleichsweise großen Variation der sphärischen Aberration gegenüber der Wellenlängenänderung un möglich, einen Halbleiterlaser zu verwenden, der einen Laserstrahl aussendet, dessen Wellenlänge von einer Standardwellenlänge abweicht. Dies macht eine Auswahl von Halbleiterlasern erforderlich, die zu einer Verringerung der Produk tivität führt. Um dies zu vermeiden, sollte deshalb der durch die beugende Lin senstruktur verursachte Kompensationseffekt der sphärischen Aberration etwas geringer sein, als eigentlich hinreichend ist.

Übersteigt dagegen der mittlere Term der Bedingung (1) den Wert -7, so wird die Variation der sphärischen Aberration infolge der Wellenlängenverschiebung zu klein, als daß die durch die Änderung der Dicke der Deckschicht verursachte Va riation der sphärischen Aberration ausgeglichen werden könnte. Der am besten geeignete Wert für den mittleren Term der Bedingung (1) liegt etwa bei -11, wenn für die Dünnschichtplatte der Laserstrahl mit der Wellenlänge von 635 nm bis 665 nm und für die Dickschichtplatte der Laserstrahl mit der Wellenlänge von 780 nm verwendet wird.

Die Wellenlängenverschiebung des Lasers infolge der Temperaturänderung führt zu einer Veränderung der Bildschnittweite (Brennpunktschnittweite) der Objek tivlinse und damit zu Fokussierfehlern. Da die Änderung der Bildschnittweite in folge der Temperaturänderung sehr langsam ist, kann der Fokussierfehler durch den Scharfstellmechanismus in dem optischen Abnehmer korrigiert werden.

Dagegen ändert sich die Wellenlänge des Lasers schnell, wenn die Laseraus gangsleistung während der Aufzeichnung zwischen hohem und niedrigem Pegel umgeschaltet wird. Auch diese schnelle Wellenlängenverschiebung führt zu ei nem Fokussierfehler, der jedoch von dem Scharfstellmechanismus nicht voll ständig korrigiert werden kann. Die Objektivlinse 10 sollte deshalb derart aufge baut sein, daß die Bewegung des Brennpunktes verringert ist.

Die Bewegung des Brennpunktes kann im allgemeinen durch Korrektion der lon gitudinalen chromatischen Aberration verringert werden. Da jedoch die Objek tivlinse des erläuterten Ausführungsbeispiels eine Wellenlängenabhängigkeit in der sphärischen Aberration hat, verstärkt die vollständige Korrektion der longitu dinalen chromatischen Aberration im Gegenteil die Bewegung der besten Scharf stellposition. Die Korrektion der chromatischen Aberration sollte deshalb mit der durch die Wellenlängenverschiebung verursachten Variation der sphärischen Aberration ausgeglichen werden.

Zu diesem Zweck haben die brechende Linse und die beugende Linsenstruktur des erläuterten Ausführungsbeispiels eine gesamte longitudinale chromatische Aberration derart, daß mit Ansteigen der Wellenlänge des auftreffenden Lichtes die Bildschnittweite anwächst und folgende Bedingung (2) erfüllt ist:

-0,8 < ΔCA/ΔSA < -0,2 (2)

worin ΔCA die Bewegung eines paraxialen Brennpunktes mit Wellenlängenver schiebung und ΔSA die Variation der sphärischen Aberration für Randstrahlen mit Wellenlängenverschiebung angibt.

Ist die Bedingung (2) erfüllt, so wird durch die größer werdende Wellenlänge der paraxiale Brennpunkt von der Linse weg und der Brennpunkt für die Randstrahlen zur Linse hin bewegt. Ist die sphärische Aberration bei der Standardwellenlänge λ₀ nahezu korrigiert, so ist der paraxiale Brennpunkt bei der größeren Wellen länge λ₃ (< λ₀) von der Linse weiter entfernt als der paraxiale Brennpunkt bei der Standardwellenlänge λ₀, und der Brennpunkt für die Randstrahlen bei der größe ren Wellenlänge λ₃ ist näher an der Linse als der paraxiale Brennpunkt bei der Standardwellenlänge λ₀. Die Bewegung der besten Scharfstellposition, kann so verringert werden. Die beste Scharfstellposition ergibt sich aus einer Mittelung ausgehend von dem paraxialen Brennpunkt bis zu dem Brennpunkt für die Rand strahlen.

Die Objektivlinse 10 erfüllt folgende Bedingung (3), um so die durch schnelle Wellenlängenänderung verursachte Bewegung der besten Scharfstellposition zu verringern.

-0,020 < f/f_D < 0,020 (3)

worin f_D die Brennweite der beugenden Linsenstruktur bezeichnet, die durch fol gende Gleichung gegeben ist:

f_D = 1/(-P₂ × 2λ).

Die Bedingung (3) legt die Kompensationswirkung für die longitudinale chromati sche Aberration fest. Bekanntlich beträgt ein der Abbe-Zahl entsprechender Wert für eine Beugungslinse etwa -3,453. Das negative Vorzeichen dieses Wertes spiegelt den im Vergleich mit brechenden Linsen entgegengesetzten Sinn der Dispersion wieder, während der kleine Absolutwert eine große Dispersion angibt. Die Verwendung einer beugenden Linsenstruktur mit geringer Brechkraft in Ver bindung mit der brechenden Linse kann so die chromatische Aberration kom pensieren.

Ist die Bedingung (3) erfüllt, kann die durch die schnelle Wellenlängenverschie bung verursachte Bewegung der besten Scharfstellposition unter Aufrechterhal tung des durch die Änderung der Dicke der Deckschicht verursachten Kompen sationseffektes für die sphärische Aberration verringert werden.

Die Wellenlängen des Laserstrahls sind so gewählt, daß sie folgende Bedingung (4) erfüllen:

0,75 < λ₁/λ₂ < 0,87 (4)

worin λ₁ die Wellenlänge des für die Dünnschichtplatte bestimmten Laserstrahls und λ₂ die Wellenlänge des für die Dickschichtplatte bestimmten Laserstrahls be zeichnet.

Ist die Bedingung (4) erfüllt, so verändert die beugende Linsenstruktur die durch die Wellenlängenverschiebung verursachte sphärische Aberration in ausrei chendem Maße. Das Verhältnis der Wellenlänge λ₁ zu der Wellenlänge λ₂ stellt den Wert der Wellenfrontaberration dar, die durch eine Stufe der beugenden Linsenstruktur verursacht wird. Beträgt beispielsweise λ₁ 650 nm und λ₂ 780 nm, und wird der Wert der Wellenfrontaberration bei 650 nm als Standardwert ange sehen, so wird eine Wellenfrontaberration von (780-650)/780 = 0,1666 λ dem Standardwert je Schritt bei 780 nm hinzugefügt. Ist das in Bedingung (4) angege bene Verhältnis größer als 0,87, so nimmt die für eine vorbestimmte Wellenfront aberration erforderliche Stufenanzahl der beugenden Linsenstruktur zu, wodurch ein Lichtverlust an den Kanten der Stufen auftritt. Überdies wird die Variation der sphärischen Aberration mit Wellenlängenverschiebung zu groß, um einen Halb leiterlaser verwenden zu können, dessen Laserwellenlänge von der Standard wellenlänge abweicht.

Ist andererseits das Verhältnis λ₁/λ₂ kleiner als 0,75, so ist der Unterschied die ser beiden Wellenlängen zueinander zu gering, und die mittlere Beugungseffizi enz wird zu klein.

Die Blaze-Wellenlänge λ_B für die maximale Beugungseffizienz wird gleichzeitig mit dem Entwurf des mikroskopischen Aufbaus des Beugungsgitters gewählt. Die Blaze-Wellenlänge λ_B des Beugungsgitters im Zentralbereich um die optische Achse erfüllt die Bedingung λ₁ < λ_B < λ₂, um so eine hohe mittlere Beugungseffi zienz aufrecht zu erhalten. Beträgt beispielsweise λ₁ 635 nm und λ₂ 780 nm, so beträgt die Beugungseffizienz wegen dieser Bedingung bei λ₁ und λ₂ mehr als 90%, selbst wenn die Blaze-Wellenlänge λ_B auf eine beliebige Wellenlänge zwi schen λ₁ und λ₂ eingestellt wird.

Weiterhin erfüllt die Objektivlinse 10 der erläuterten Ausführungsbeispiele die Bedingungen (5) und (6), wodurch die Beugungseffizienz weiter gesteigert wer den kann.

0,87 < λ_B/λ₂ (5)

λ_B/λ₁ < 1,13. (6)

Befindet sich die Blaze-Wellenlänge λB nahe einer der beiden Wellenlängen λ₁ und λ₂, so nimmt die Beugungseffizienz an der von der Blaze-Wellenlänge λ_B weiter entfernten Wellenlänge ab. Sind die Bedingungen (5) und (6) erfüllt, so beträgt die Beugungseffizienz etwa 95% oder mehr an beiden Wellenlängen λ₁ und λ₂.

Die Blaze-Wellenlänge der beugenden Linsenstruktur im Randbereich ist kürzer als die Blaze-Wellenlänge λ_B der Linsenstruktur im Zentralbereich. Alternativ ist der Randbereich der Linsenfläche, an der die beugende Linsenstruktur ausgebil det ist, als kontinuierliche Fläche ohne Stufen ausgebildet. Der Randbereich ist als der Bereich festgelegt, in dem die Höhe von der optischen Achse in einem Bereich von 85% bis 100% des effektiven Radius der brechenden Linse liegt.

Die DVD benötigt eine NA von 0,60, während für die CD oder die CD-R eine NA von 0,50 ausreicht. Der Laserstrahl außerhalb der NA von 0,50 hat dagegen ei nen schädlichen Einfluß auf die Wiedergabe der CD oder der CD-R. Ein Laser strahl mit der NA von 0,6, bildet einen zu kleinen Strahlpunkt für die CD oder die CD-R. Es ist deshalb wünschenswert, daß der Randbereich für den ausschließli chen Gebrauch der DVD vorgesehen ist. Ist die Blaze-Wellenlänge des Randbe reichs kürzer als die des Zentralbereichs, so nimmt die Beugungseffizienz für die CD oder die CD-R ab und die für die DVD zu. Ist der Randbereich eine kontinu ierliche Fläche, in der die Aberration für die DVD korrigiert ist, so arbeitet er in der Weise, daß er den Laserstrahl für die DVD bündelt. Die sphärische Aberration einer positiv brechenden Linse variiert mit Temperaturanstieg wegen der Ab nahme des Brechungsindex in der überkorrigierten Richtung, und der Halblei terlaser hat eine Temperaturabhängigkeit derart, daß die Wellenlänge des ausge sendeten Laserstrahls mit Temperaturanstieg größer wird. Bei Temperaturanstieg verändert die brechende Linse die sphärische Aberration in der überkorrigierten Richtung, und die beugende Linsenstruktur ändert die sphärische Aberration in der unterkorrigierten Richtung, da die Wellenlänge des von dem Halbleiterlaser ausgesendeten Lichtes ansteigt. Die durch die brechende Linse und die beugende Linsenstruktur verursachten Veränderungen der sphärischen Aberra tion können so gegeneinander ausgeglichen werden.

Besteht die Objektivlinse 10 aus einem Kunstharz, dessen Brechungsindex mit Temperaturanstieg abnimmt, so ist es wünschenswert, die beugende Linsen struktur im Randbereich sowie im Zentralbereich auszubilden. In einem solchen Fall sollte die beugende Linsenstruktur in dem Randbereich eine Blaze-Wellen länge haben, die kürzer ist als die in dem Zentralbereich, um so die Beugungsef fizienz des Laserstrahls für die DVD zu erhöhen.

Im folgenden werden sechs Ausführungsbeispiele mit dem eben erläuterten Auf bau beschrieben. Die Objektivlinse 10 dieser Ausführungsbeispiele ist für einen kompatiblen optischen Abnehmer bestimmt, der sowohl optische Dünnschicht platten mit einer 0,6 mm dicken Deckschicht, z. B. eine DVD, als auch optische Dickschichtplatten mit einer 1,2 mm dicken Deckschicht, wie z. B. eine CD oder eine CD-R, bestimmt ist. In dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Ausführungsbeispiel ist die beugende Linsenstruktur an der ersten Fläche, im fünften und sechsten Ausführungsbeispiel dagegen an der zweiten Fläche aus gebildet.

Ausführungsbeispiel 1

Fig. 3 zeigt die Objektivlinse 10 des ersten Ausführungsbeispiels und die Deck schicht D₁ der Dünnschichtplatte. Fig. 5 zeigt die Objektivlinse 10 mit der Deck schicht D₂ der Dickschichtplatte. Die numerischen Konstruktionsdaten sind in Ta belle 1 angegeben. Die Flächen #1 und #2 stellen die Objektivlinse 10 und die Flächen #3 und #4 die Deckschicht der optischen Platte dar.

In Tabelle 1 bezeichnet NA die numerische Apertur, f (Einheit: mm) die Gesamt brennweite, f_D (Einheit: mm) die Brennweite der beugenden Linsenstruktur, ω (Einheit: Grad) den halben Bildwinkel, λ₁ (Einheit: nm) die Wellenlänge für die Dünnschichtplatte, λ₂ (Einheit: nm) die Wellenlänge für die Dickschichtplatte, λ_B (Einheit: nm) eine Blaze-Wellenlänge, h₄₅ (Einheit: nm) die Höhe eines Punktes von der optischen Achse, in dem ein Lichtstrahl, dessen NA 0,45 beträgt, die beugende Linsenstruktur schneidet, r (Einheit: mm) den Krümmungsradius einer Fläche (die Werte beziehen sich bei einer asphärischen Fläche auf den Scheitel), d1 (Einheit: mm) den Abstand zwischen den Flächen längs der optischen Achse für die Dünnschichtplatte, d2 (Einheit: mm) den Abstand für die Dickschichtplatte, nλ den Beugungsindex bei einer Wellenlänge λnm und νd die Abbe-Zahl.

Die Basiskurve der ersten Fläche 11 (Fläche #1) ist asphärisch. Die Basiskurve ist durch die Form der brechenden Linse festgelegt, welche die beugende Linsen struktur nicht enthält. Auch die zweite Fläche 12 (Fläche #2) ist eine asphärische Fläche. Eine asphärische Fläche wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

X(h) ist ein SAG, d. h., der Abstand der Kurve von einer Tangentialebene an ei nem Punkt auf der Fläche, an dem die Höhe von der optischen Achse gleich h ist. Das Symbol c ist die Krümmung (1/r) des Scheitels der Fläche und K die Kegel schnittkonstante. A₄, A₆, A₈, A₁₀ und A₁₂ sind der Fläche zugeordnete Asphärizi tätskoeffizienten vierten, sechster, achter, zehnter bzw. zwölfter Ordnung. Die Kegelschnittkonstante K und die Koeffizienten A₄ bis A₁₂ der ersten und der zweiten Fläche der Objektivlinse 10 sind in der folgenden Tabelle 2 angeführt. Tabelle 2 enthält weiterhin Koeffizienten zweiter, vierter, sechster, achter und zehnter Ordnung P₂, P₄, P₆, P₈ und P₁₀ der optischen Wegdifferenzfunktion Φ(h) zur Festlegung der beugenden Linsenstruktur.

Tabelle 1

Tabelle 2

Die Fig. 4A bis 4C zeigen Aberrationen dritter Ordnung des ersten Ausführungs beispiels der Objektivlinse, wenn die Dünnschichtplatte bei einer Wellenlänge von 650 nm verwendet wird. Fig. 4A zeigt die sphärische Aberration SA und die Si nusbedingung SC bei der Wellenlänge 650 nm. Fig. 4B zeigt die chromatische Aberration, dargestellt durch die sphärischen Aberrationen, bei den Wellenlängen 650 nm, 645 nm und 655 nm. Fig. 4C zeigt den Astigmatismus (S. Sagittal, M: Me ridional).

Die vertikalen Achsen in den Fig. 4A und 4B stellen die numerische Apertur NA dar, während die vertikale Achse in Fig. 4C die Bildhöhe Y angibt. Die Einheit der horizontalen Achse ist in den Fig. 4A bis 4C jeweils mm. Die Fig. 6A, 6B und 6C zeigen Graphen entsprechend den Fig. 4A, 4B und 4C, wenn die Dickschicht platte bei einer Wellenlänge von 780 nm verwendet wird.

Wie in den Fig. 4A und 6A gezeigt, ist die sphärische Aberration sowohl bei 650 nm als auch bei 780 nm ausreichend korrigiert.

Der paraxiale Brennpunkt bewegt sich so, daß die Bildschnittweite mit Ansteigen der Wellenlänge des auftreffenden Lichtes anwächst. Die Bewegung des para xialen Brennpunktes ΔCA um +5 nm Wellenlängenverschiebung spiegelt sich in Fig. 4B in dem Abstand zwischen den unteren Enden der Kurven für 650 nm und 655 nm wieder. Die Variation der sphärischen Aberration für Randstrahlen ΔSA um +5 nm Wellenlängenverschiebung spiegelt sich durch den Abstand zwischen dem oberen Ende der Kurve für 650 nm und dem oberen Ende derjenigen Kurve wieder, die gegenüber der Kurve für 655 nm so parallel verschoben ist, daß ihr unteres Ende zu dem unteren Ende der Kurve für 650 nm verschoben ist. Da das Verhältnis dieser Werte die Bedingung (2) erfüllt, schneiden die Kurven für 650 nm und 655 nm in Fig. 4B die vertikale Achse, woraus sich ergibt, daß die Bewe gungsstrecke der besten Scharfstellposition infolge der schnellen Wellenlängen verschiebung relativ klein wird.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit den oben angegebenen numerischen Konstruktionsdaten ist die beugende Linsenstruktur, die für maximale Intensität bei 710 nm ausgelegt ist, an der ersten Fläche in dem innerhalb eines effektiven Radius liegenden Gesamtbereichs ausgebildet. Andererseits kann der Randbe reich für eine optische Dünnschichtplatte optimiert sein. Die Objektivlinse des er sten Ausführungsbeispiels hat einen effektiven Radius von 1,98 mm und eine Brennweite von 3,3 mm bei einer NA von 0,6. Der für die Dickschichtplatte erfor derliche Radius beträgt 1,49 mm und die Brennweite bei einer NA von 0,45 3,32 mm. Der Randbereich ist so als der Bereich festgelegt, in dem die Höhe von der optischen Achse in einem Bereich 75,5% bis 100% des effektiven Radius des ersten Ausführungsbeispiels liegt.

Um den Randbereich für die Dünnschichtplatte zu optimieren, kann er als beu gende Linsenstruktur ausgebildet sein, die auf maximale Intensität bei 650 nm ausgebildet ist, oder als kontinuierliche Fläche, die für 650 nm aberrationskom pensiert ist. Ist der Randbereich als kontinuierliche Fläche ausgebildet, ist die auf maximale Intensität bei 710 nm ausgelegte beugende Linsenstruktur im Zentral bereich ausgebildet. Der Zentralbereich enthält einen zentralen Ringbereich und ringförmige Stufen von Eins bis Fünfzehn. Der sechzehnte Ring bedeckt den Randbereich, der eine durch die in Tabelle 3 angeführten Koeffizienten festge legte rotationssymmetrische, asphärische Fläche ist. Das Symbol D bezeichnet den Verschiebungswert zwischen der Linsenfläche auf der optischen Achse und der des Randbereichs längs der optischen Achse.

Tabelle 3

r = 2,09903
K = -0,44
A₄

= -8,73 10^-4

A₆

= -1,26 10^-4

A₈

= -6,17 10^-5

A₁₀

= 6,67 10^-6

A₁₂

= -6,20 10^-6

Δ = -0,01923

Ausführungsbeispiel 2

Fig. 7 zeigt die Objektivlinse 10 des zweiten Ausführungsbeispiels und die Deck schicht D₁ der Dünnschichtplatte. Fig. 9 zeigt die Objektivlinse 10 mit der Deck schicht D₂ der Dickschichtplatte. Die numerischen Konstruktionsdaten des zwei ten Ausführungsbeispiels sind in Tabelle 4 angeführt. Tabelle 5 zeigt Kegel schnittkonstanten und Asphärizitätskoeffizienten für die erste und für die zweite Fläche sowie Beugungskoeffizienten der an der ersten Fläche ausgebildeten beugenden Linsenstruktur.

Die Fig. 8A bis 8C zeigen unterschiedliche Aberrationen des zweiten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse, wenn die Dünnschichtplatte bei einer Wellen länge von 635 nm verwendet wird. Die Fig. 10A bis 10C zeigen die unterschiedli chen Aberrationen, wenn die Dickschichtplatte bei einer Wellenlänge von 780 nm verwendet wird.

Tabelle 4

Tabelle 5

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel mit den oben genannten numerischen Kon struktionsdaten ist die beugende Linsenstruktur, die auf maximale Intensität bei 690 nm ausgelegt ist, an der ersten Fläche im Gesamtbereich innerhalb eines ef fektiven Radius ausgebildet. Der Randbereich kann andererseits für die optische Dünnschichtplatte optimiert werden. Die Objektivlinse des zweiten Ausführungs beispiels hat einen effektiven Radius von 2,1 mm und eine Brennweite von 3,5 mm bei einer NA von 0,6. Der für die Dickschichtplatte erforderliche Radius be trägt 1,76 mm und die Brennweite bei einer NA von 0,50 3,52 mm. Der Randbe reich ist als der Bereich festgelegt, in dem die Höhe von der optischen Achse in einem Bereich von 83,8% bis 100% des effektiven Radius des zweiten Ausfüh rungsbeispiels liegt.

Zur Optimierung des Randbereichs für die Dünnschichtplatte kann dieser als beugende Linsenstruktur ausgebildet sein, die auf maximale Intensität bei 635 nm ausgelegt ist, oder als kontinuierliche Fläche, die für 635 nm aberrationskompen siert ist.

Ausführungsbeispiel 3

Fig. 11 zeigt die Objektivlinse 10 des dritten Ausführungsbeispiels und die Deck schicht D₁ der Dünnschichtplatte. Fig. 13 zeigt die Objektivlinse 10 mit der Deck schicht D₂ der Dickschichtplatte. Die numerischen Konstruktionsdaten des dritten Ausführungsbeispiels sind in Tabelle 6 angeführt. Tabelle 7 zeigt Kegelschnitt konstanten und Asphärizitätskoeffizienten für die erste und die zweite Fläche sowie Beugungskoeffizienten der an der ersten Fläche ausgebildeten beugenden Linsenstruktur.

Die Fig. 12A bis 12C zeigen unterschiedliche Aberrationen des dritten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse, wenn die Dünnschichtplatte bei einer Wellen länge von 635 nm verwendet wird. Die Fig. 14 A bis 14C zeigen unterschiedliche Aberrationen, wenn die Dickschichtplatte bei einer Wellenlänge von 780 nm ver wendet wird.

Tabelle 6

Tabelle 7

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel mit den oben angegebenen numerischen Konstruktionsdaten ist die beugende Linsenstruktur, die auf maximale Intensität bei 690 nm ausgelegt ist, an der ersten Fläche im Gesamtbereich innerhalb eines effektiven Radius ausgebildet. Der Randbereich kann andererseits für die Dünn schichtplatte optimiert sein. Die Objektivlinse des dritten Ausführungsbeispiels hat einen effektiven Radius von 2,1 mm und eine Brennweite bei einer NA von 0,6 von 3,5 mm. Der für die Dickschichtplatte erforderliche Radius beträgt 1,765 und die Brennweite einer NA von 0,50 3,55 mm. Der Randbereich ist so als der Be reich festgelegt, in dem die Höhe von der optischen Achse in einem Bereich von 84,0% bis 100% des effektiven Radius des dritten Ausführungsbeispiels liegt.

Zur Optimierung des Randbereichs der Dünnschichtplatte kann dieser als beu gende Linsenstruktur ausgebildet sein, die auf maximale Intensität bei 635 nm ausgelegt ist, oder als kontinuierliche Fläche, die für 635 nm aberrationskompen siert ist.

Ausführungsbeispiel 4

Fig. 15 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel der Objektivlinse 10 und die Deck schicht D₁ der Dünnschichtplatte. Fig. 17 zeigt die Objektivlinse 10 mit der Deck schicht D₂ der Dickschichtplatte. Die numerischen Konstruktionsdaten des vierten Ausführungsbeispiels sind in Tabelle 8 angeführt. Tabelle 9 zeigt Kegelschnitt konstanten und Asphärizitätskoeffizienten für die erste und die zweite Fläche sowie Beugungskoeffizienten für die an der ersten Fläche ausgebildete beugende Linsenstruktur.

Die Fig. 16A bis 16C zeigen unterschiedliche Aberrationen des vierten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse, wenn die Dünnschichtplatte bei einer Wellen länge von 650 nm verwendet wird. Die Fig. 18A bis 18C zeigen unterschiedliche Aberrationen, wenn die Dickschichtplatte bei einer Wellenlänge von 780 nm ver wendet wird.

Tabelle 8

Tabelle 9

Bei dem vierten Ausführungsbeispiel mit den oben angegebenen numerischen Konstruktionsdaten ist die beugende Linsenstruktur, die auf maximale Intensität bei 710 nm ausgelegt ist, an der ersten Fläche innerhalb des Gesamtbereichs in einem effektiven Radius ausgebildet. Der Randbereich kann andererseits für eine Dünnschichtplatte optimiert sein. Der Randbereich ist als der Bereich festgelegt, in dem die Höhe von der optischen Achse in einem Bereich von 84% bis 100% des effektiven Radius des vierten Ausführungsbeispiels sowie des dritten Ausfüh rungsbeispiels liegt.

Zur Optimierung des Randbereichs für die Dünnschichtplatte kann dieser als beugende Linsenstruktur ausgebildet sein, der auf maximale Intensität bei 650 nm ausgelegt ist, oder als kontinuierliche Fläche, die für 650 nm aberrationskompen siert ist.

Ausführungsbeispiel 5

Fig. 19 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel der Objektivlinse 10 und die Deck schicht D₁ der Dünnschichtplatte. Fig. 21 zeigt die Objektivlinse 10 mit der Deck schicht D₂ der Dickschichtplatte. Die numerischen Konstruktionsdaten des fünften Ausführungsbeispiels sind in Tabelle 10 angeführt. Tabelle 11 zeigt Kegelschnitt konstanten und Asphärizitätskoeffizienten für die erste und die zweite Fläche sowie Beugungskoeffizienten der an der zweiten Fläche ausgebildeten beugen den Linsenstruktur.

Die Fig. 20A bis 20C zeigen unterschiedliche Aberrationen des fünften Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse, wenn die Dünnschichtplatte bei einer Wellen länge von 635 nm verwendet wird. Die Fig. 21A bis 21C zeigen die unterschiedli chen Aberrationen, wenn die Dickschichtplatte bei einer Wellenlänge von 780 nm verwendet wird.

Tabelle 10

Tabelle 11

Bei dem fünften Ausführungsbeispiel mit den oben angegebenen numerischen Konstruktionsdaten ist die beugende Linsenstruktur, die auf maximale Intensität bei 690 nm ausgelegt ist, an der zweiten Fläche innerhalb des Gesamtbereichs in einem effektiven Radius ausgebildet. Der Randbereich kann andererseits für die Dünnschichtplatte optimiert sein. Er ist als der Bereich festgelegt, in dem die Höhe von der optischen Achse in einem Bereich von 84,0% bis 100% des effek tiven Radius des fünften Ausführungsbeispiels sowie des dritten Ausführungsbei spiels liegt.

Zur Optimierung des Randbereichs für die Dünnschichtplatte kann dieser als beugende Linsenstruktur, die auf maximale Intensität bei 635 nm, oder als konti nuierliche Fläche, die für 635 nm aberrationskompensiert ist, ausgelegt sein.

Ausführungsbeispiel 6

Fig. 23 zeigt das sechste Ausführungsbeispiel der Objektivlinse 10 und die Deckschicht D₁ der Dünnschichtplatte. Fig. 25 zeigt die Objektivlinse 10 mit der Deckschicht der Dickschichtplatte. Die numerischen Konstruktionsdaten des sechsten Ausführungsbeispiels sind in Tabelle 12 angeführt. Tabelle 13 zeigt Ke gelschnittkonstanten und Asphärizitätskoeffizienten für die erste und die zweite Fläche sowie Beugungskoeffizienten der an der zweiten Fläche ausgebildeten beugenden Linsenstruktur.

Die Fig. 24A bis 24C zeigen unterschiedliche Aberrationen des sechsten Ausfüh rungsbeispiels der Objektivlinse, wenn die Dünnschichtplatte bei einer Wellen länge von 650 nm verwendet wird. Die Fig. 25A bis 25C zeigen unterschiedliche Aberrationen, wenn die Dickschichtplatte bei einer Wellenlänge von 780 nm ver wendet wird.

Tabelle 12

Tabelle 13

Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel mit den oben angegebenen numerischen Konstruktionsdaten ist die beugende Linsenstruktur, die auf maximale Intensität bei 710 nm ausgelegt ist, an der zweiten Fläche innerhalb des Gesamtbereichs in einem effektiven Radius ausgebildet. Der Randbereich kann andererseits für die Dünnschichtplatte optimiert sein. Er ist als der Bereich festgelegt, in dem die Höhe von der optischen Achse in einem Bereich von 84,0% bis 100% des ef fektiven Radius des sechsten Ausführungsbeispiels sowie des dritten Ausfüh rungsbeispiels liegt.

Zur Optimierung des Randbereichs für die Dünnschichtplatte kann dieser als beugende Linsenstruktur, die auf maximale Intensität bei 650 nm ausgelegt ist, oder als kontinuierliche Fläche, die für 650 nm aberrationskompensiert ist, aus gebildet sein.

Die folgende Tabelle 14 zeigt die Werte des ersten bis sechsten Ausführungs beispiels für die Bedingungen (1), (2), (3), (4), (5) und (6). Da alle Ausführungs beispiele die Bedingung (1) erfüllen, kann eine Verschlechterung der Wellenlän genaberration infolge der Änderung der Dicke der Deckschicht verringert werden. Sämtliche Ausführungsbeispiele erfüllen die Bedingungen (2) und (3), so daß die durch die schnelle Wellenlängenverschiebung verursachte Bewegung der besten Scharfstellposition verringert werden kann. Da alle Ausführungsbeispiele weiterhin die Bedingungen (4), (5) und (6) erfüllen, können die longitudinalen chromatischen Aberrationen und die sphärischen Aberrationen infolge der Wellenlängenverschiebung gut ausgeglichen werden, so daß bei diesen Ausfüh rungsbeispielen die Bewegung der besten Scharfstellposition weiter verringert ist.

Tabelle 14

Claims

1. Objektivlinse (10) für einen optischen Abnehmer, mit einer brechenden Linse mit positiver Brechkraft und einer beugenden Linsenstruktur mit mehreren konzentrischen, ringförmigen Stufen, die an mindestens einer Linsenfläche (11) der brechenden Linse ausgebildet sind, gekennzeichnet durch eine Wellenlängenabhängigkeit der beugenden Linsenstruktur derart, daß mindestens zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge und iden tischer Beugungsordnung Wellenfronten erzeugen, die auf unterschiedliche Arten von optischen Platten ausgelegt sind, deren Deckschichten un terschiedliche Dicken haben.

2. Objektivlinse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängenabhängigkeit der beugenden Linsenstruktur so festgelegt ist, daß die von dem Lichtstrahl mit der kürzeren Wellenlänge erzeugte Wellen front auf die optische Platte mit der dünneren Deckschicht und die von dem Lichtstrahl mit der längeren Wellenlänge erzeugte Wellenfront auf die opti sche Platte mit der dickeren Deckschicht ausgelegt ist.

3. Objektivlinse (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängenabhängigkeit der beugenden Linsenstruktur so festgelegt ist, daß die sphärische Aberration mit Anstieg der Wellenlänge des einfal lenden Lichtes in der unterkorrigierten Richtung variiert.

4. Objektivlinse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß folgende Bedingung (1) erfüllt ist:
-15 < Φ (h₄₅)/λ - P₂ × (h₄₅)² < -7 (1)
worin h₄₅ die Höhe eines Punktes von der optischen Achse, in dem ein Licht strahl mit einer numerischen Apertur von 0,45 die beugende Linsenstruktur schneidet, λ die Wellenlänge des Lichtes und P₂ einen Koeffizienten zweiter Ordnung bezeichnet, wenn ein durch die beugende Linsenstruktur zusätzlich verursachter optischer Weg durch folgende optische Wegdifferenzfunktion Φ(h) festgelegt ist:
Φ(h) (P₂h² + P₄h⁴ + P₆h⁶ + . . .) × λ
worin P₄ einen Koeffizienten vierter Ordnung, P₆ einen Koeffizienten sech ster Ordnung und h die Höhe von der optischen Achse bezeichnet.

5. Objektivlinse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die gesamte longitudinale chromatische Aberration von brechender Linse und beugender Linsenstruktur so festgelegt ist, daß die Bildschnittweite mit Anstieg der Wellenlänge des einfallenden Lichtes größer wird, und daß folgende Bedingung (2) erfüllt ist:
-0,8 < ΔCA/ΔSA < -0,2 (2)
worin ΔCA die mit der Wellenlängenverschiebung einhergehende Bewegung eines paraxialen Brennpunktes und ΔSA die mit der Wellenlängenverschie bung einhergehende Variation der sphärischen Aberration für die Rand strahlen bezeichnet.

6. Objektivlinse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die beugende Linsenstruktur eine kleine Brechkraft hat und folgenden Bedingung (3) erfüllt ist:
-0,020 < f/f_D < 0,020 (3)
worin f die Gesamtbrennweite der Objektivlinse (10) bei der kürzeren Wel lenlänge und f_D die Brennweite der beugenden Linsenstruktur bei der kürze ren Wellenlänge bezeichnet, wobei f_D durch folgende Gleichung festgelegt ist:
f_D = 1/(-P₂ × 2λ)
worin P₂ ein Koeffizient zweiter Ordnung ist, wenn ein durch die beugende Linsenstruktur zusätzlich verursachter optischer Weg durch folgende opti sche Wegdifferenzfunktion Φ(h) festgelegt ist:
Φ(h) = (P₂h² + P₄h⁴ + P₆h⁶ + . . .) × λ
worin P₄ ein Koeffizient vierter Ordnung, P₆ ein Koeffizient sechster Ord nung, h die Höhe von der optischen Achse und λ die Welle des einfallenden Lichtes ist.

7. Objektivlinse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die beugende Linsenstruktur so ausgebildet ist, daß sie folgende Bedingung (4) erfüllt:
0,75 < λ₁/λ₂ < 0,87 (4)
worin λ₁ die Wellenlänge des Lichtstrahls bezeichnet, der für eine optische Platte mit einer 0,6 mm dicken Deckschicht bestimmt ist, und λ₂ die Wel lenlänge des Lichtstrahls bezeichnet, der für eine optische Platte mit einer 1,2 mm dicken Deckschicht bestimmt ist.

8. Objektivlinse (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Blaze-Wellenlänge λ_B der beugenden Linsenstruktur in dem Zentralbereich um die optische Achse λ₁ < λ_B < λ₂ gilt.

9. Objektivlinse (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blaze-Wellenlänge λ_B der beugenden Linsenstruktur in dem Zentralbereich folgende Bedingungen (5) und (6) erfüllt:
0,87 < λ_B/λ₂ (5)
λ_B/λ₁ < 1,13 (6).

10. Objektivlinse (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Blaze-Wellenlänge der beugenden Linsenstruktur im Randbereich kürzer ist als die Blaze-Wellenlänge λ_B der beugenden Linsenstruktur im Zentralbe reich.

11. Objektivlinse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der Randbereich der Linsenfläche (11), an der die beugende Linsenstruktur ausgebildet ist, eine kontinuierliche Fläche ohne Stufen ist, wobei der Randbereich als der Bereich festgelegt ist, in dem die Höhe von der optischen Achse in einen Bereich von 85% bis 100% des effektiven Ra dius der brechenden Linse liegt.