DE3507117A1 - Objektiv fuer optische platten - Google Patents
Objektiv fuer optische plattenInfo
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Description
Henkel, Feiler, Hänzel & Partner
KONISHIROKU PHOTO INDUSTRY CO., LTD,
Tokio, Japan
Tokio, Japan
Patentanwälte
er
28. Februar 1985 235/85P.KG Hz/ld
Objektiv für optische Platten
5Q71
Die Erfindung betrifft ein Objektiv für ein regeneratives optisches Platten-System oder Platten-Wiedergabesystem
(disk regenerative optical system) und insbesondere ein für Spurverfolgung unmittelbar angetriebenes
Objektiv.
Bei Verwendung eines Halbleiter-Lasers als Lichtquelle muß ein für die Regeneration oder Wiedergabe
(von) einer sog. Videoplatte oder einer digitalen Audioplatte benutztes Objektiv eine große Apertur
oder Öffnung von etwa NA 0,45 - 0,5 besitzen, wobei die Aberration auf der Achse oder axiale Aberration
innerhalb einer Beugungsgrenze gehalten werden muß.
Wenn bei derartigen optischen Systemen das Objektiv zur Spurverfolgung oder Spurnachführung unmittelbar
angetrieben wird, bleibt seine optische Achse stets senkrecht zur Plattenoberfläche, während es parallel
zu letzterer bewegt wird. Aus diesem Grund braucht grundsätzlich die außeraxiale Aberration nicht korrigiert
zu werden. Selbstverständlich muß dabei (aber) die (Abbesche) Sinusbedingung zu einem gewissen Grad
korrigiert werden, um eine Leistungsverschlechterung aufgrund von Montagefehlern einer Lichtquelle, eines
Objektivs usw. auf ein Mindestmaß zu verringern.
Für den unmittelbaren Spurverfolgung-Antrieb des Objektivs muß dieses möglichst klein und leicht ausgebildet
sein, während sein Arbeitsabstand ausreichend groß gehalten werden, damit es nicht mit
der Platte in Berührung kommt, auch wenn während der Drehung der Platte Oberflächenabweichungen ("Schlag")
an dieser auftreten.
ORIGINAL INSPECTED
/0
Zur Erfüllung dieser Aufgabe wird in der Praxis eine Linsengruppe angewandt, die 3 oder 4 sphärische Glaslinsen
aufweist, deren Brennweite 4 - 5 mm beträgt 5
und deren Arbeitsabstand bei etwa 2 mm liegt. Eine solche Linsengruppe enthält jedoch zahlreiche Einzellinsen,
und bei ihrer Herstellung ist es schwierig, die erforderliche Beugungsgrenzen-Leistung zu erreichen.
Zudem ist dabei eine Senkung der Fertigungskosten schwierig.
Unter den gegebenen Bedingungen beläuft sich mithin der Kostenanteil des Objektivs auf einen großen
Prozentsatz der Kosten für die regenerativen opti- ° sehen Systeme für Videoplatten und digitale Audiooder
Tonträgerplatten. Für eine größere Verbreitung von Wiedergabegeräten (renegerative apparatus) für
Videoplatten und digitale Audioplatten ist eine beträchtliche Kostensenkung bei den betreffenden Objek-
^O tiven erforderlich.
In neuerer Zeit hat es sich als möglich erwiesen, eine Brechfläche asphärisch auszubilden und damit
die Beugungsgrenzen-Leistung mit einer einzigen Linse
2^ zu erreichen, und es wurde bereits versucht, diese
Tatsache für ein Wiedergabe-Objektiv für den genannten Zweck einzusetzen. Wenn bei einer solchen
Einzellinse für die eine Brechfläche eine sphärische Fläche verwendet werden könnte, wäre dies für die
Bearbeitung und Messung sehr vorteilhaft.
Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Objektivs ist z.B. aus den JP-OSen 17409/83, 68711/83 usw. bekannt.
Bei diesen bisherigen Konstruktionen erfolgt jedoch die Spurverfolgung (tracking) durch Verschwenken
eines Galvanometers, wobei die erforderliche Korrektion von Aberration unterschiedlich und der Arbeits-
./Μ
abstand kurz ist. Bei der Anordnung nach der zuletzt genannten JP-OS ist die Korrektion der Sinusbedingung
ungenügend.
5
5
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines insbesondere für Spurverfolgung unmittelbar angetriebenen
Objektivs, bei dem die eine Fläche asphärisch ausgebildet ist, um damit die axiale
Aberration (on-the-axis aberration) innerhalb einer Beugungsgrenze zu korrigieren und außerdem die Sinusbedingung
bis zu dem Grad zu korrigieren, bei dem im praktischen Einsatz kein Problem auftritt.
Diese Aufgabe wird bei einem Objektiv für optische Platten, mit einer positiven bzw. sammelnden Meniskuslinse
oder einer flachkonvexen Linse, die eine zum Objekt bzw. zur Bildseite gerichtete Konvexfläche
und eine objektseitige asphärische Fläche aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die folgenden
Bedingungen erfüllt sind:
0r38< |± <
0t48 (1)
1,7 < η (2)
3
0,08 < i£-±i Ji < 0,15 (3)
0,08 < i£-±i Ji < 0,15 (3)
(NA)4 *
worin bedeuten:
f = Brennweite des Gesamtsystems
η = Brechungsindex der Linse
r, = Scheitelradius der Krümmung einer Fläche
an der Objektseite
NA = numerische Apertur oder Öffnung der Linse
ORIGINAL iNSPECTED
= Differenz in einer Richtung der optischen Achse an der äußersten Randposition des
effektiven Durchmessers der asphärischen
Fläche, zwischen der asphärischen Fläche an der Objektseite und der einen Krümmungsradius
r.j besitzenden sphärischen Bezugsfläche, die den Scheitel der asphärischen
Fläche berührt,
wobei £1 positiv ist, wenn sich der Krümmungsradius
der asphärischen Fläche in Richtung von der optischen Achse hinweg abschwächt bzw. verkleinert.
Bedingung (1) dient zur Korrektion der Sinusbedingung, um diese für den praktischen Gebrauch in einen guten
Zustand zu bringen. Wenn dieser Wert die obere Grenze (in Richtung auf einen großen Wert) überschreitet,
ist die Sinusbedingung überschritten (is over). Um diesen Zustand zu korrigieren, muß die Linsendicke
stark vergrößert werden. Wenn dieser Wert andererseits die untere Grenze (in Richtung auf einen
kleinen Wert) unterschreitet, ist die Sinusbedingung unterschritten (is under).
Bedingung (2) dient zur Minimierung der Krümmung (inflation) in einer mittleren Ringzone der Sinusbedingung.
Wenn der Wert in Richtung auf eine kleine Größe die untere Grenze unterschreitet, vergrößert
(inflates) sich die Sinusbedingung stark in Richtung auf die Unterschreitung an der mittleren Ringzone.
Bedingung (3) dient zur Regulierung der Größe der Asphärizität an der äußersten Endseite des effektiven
Durchmessers (ausgedrückt als NA.f) der objektseitigen
Fläche. Wenn dieser Wert den oberen Grenzwert in Richtung auf einen großen Wert überschreitet, ist
die sphärische Aberration überschritten (is over);
wenn dagegen dieser Wert die untere Grenze unterschreitet, ist die sphärische Aberration unterschritten
(is under).
5
5
Bezüglich der Dicke d der Linse sollte vorzugsweise die folgende Bedingung erfüllt sein:
0,2 * d/f < 0,75 (4)
Wenn dieser Wert die obere Grenze übersteigt, ist dies für die Korrektion von Astigmatismus vorteilhaft,
doch wird dabei der Arbeitsabstand klein, so daß dies für die Anwendung bei einem regenerativen
optischen System, d.h. einem optischen Wiedergabesystem, bei dem ein Objektiv für Spurverfolgung unmittelbar
angetrieben wird, nachteilig ist. Wenn dieser Wert dagegen die untere Grenze unterschreitet,
wird im Fall einer großen Apertur von NA = 0,45 0,50 die Enddicke der Linse klein, so daß die Linse
schwierig herstellbar ist.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Objektivs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2 bis 7 Aberrationskurven für sechs verschiedene Ausführungsformen der Erfindung.
In den folgenden Tabellen besitzen die Symbole folgende Bedeutungen: rl = Krümmungsradius der objektseitigen
Fläche; r2 = Krümmungsradius der bildseitigen Fläche; d = axiale (on-the-axis) Dicke der
Linse; η = Brechungsindex der Linse; yd = Abbesche
Zahl auf der Linie d; d = axiale Dicke des Deckglases
C (Brechungsindex des Deckglases für Licht der Wellenlänge von 780 nm: 1,51072); M = Vergrößerung;
WD = Arbeitsabstand. In rechteckigen Achsenkreuzen (Koordinaten) (X, Y, Z), mit einem Scheitel der
Fläche als Ausgangspunkt und mit einer Richtung der optischen Achse als Achse X zugrundegelegt, bestimmt
sich die asphärische Form der ersten Fläche durch: 10
| X = | 1 +^ | 1 | - | 1 rl |
t |
0 )
rl |
2 | 4 + Σ ί |
ρ |
| Ύ2 | + | ζ2 | (1+k | ||||||
| 0 = | |||||||||
Darin bedeuten: K = konische Konstante; A-, A„ ,
A3, A. = asphärischer Koeffizient; P., P_, P-, P. =
Wirkungszahl (power number) der asphärischen Fläche.
Dabei gilt:
λ = XSP " XAS
λ = XSP " XAS
mit
i (NA)f 2 4 .
x,c= =1 +£ Ai {^NA) f )
Ab , j ^ _ -ι χ
y
Xsp"
1 + J (NA) f λ
1- { -a-
f = 1,0 d = 0,2667
NA = 0,50 M=O WD
0,6241
= 0,75570 d=0A3333
= 7,20604 n=l;82496
Asphärischer Koeffizient, Wirkungszahl
Erste Fläche
K= -4,52123D-Ol Al=-5,40998D-03 A2=-2,36933D-02 A3=-2,41649D-02
A4=-4/.63059D-02 Pl= 4,0000
P2= 6;0000 P3= 3,0000 P4=10,0000
r1/nf=0;4141 d/f=0r3333
(NA) ORIGINAL INSPECTED
35Ö7117
Ausführungsform
f = 1,0
d = 0,2667 c
NA = 0,5 M=O WD = 0,6269
-!=0,71995 d=0„3333
-., = 23,46794 n=l, 73814
V27'5
Aspharischer Koeffizient, Wirkungszahl
Erste Fläche
A3 = A4 =
-4,19384D-Ol -3,73982D-02 -7,O6491D-O2
-6,626870-02 -1,41617D-Ol Pl= 4,0000
P2= 6,0000 P3= 8,0000 P4=10,0000
r1/nf=0,4142 d/f=0,3333
(n-1) (NA)4
Δ1 — =0,1153
Ausführungsform 3
f = 1,0 NA = 0,5
d = 0,2667 M=O WD = 0,6277
r, =0.70214 d=0.3333 n=l.70214 1^. = 29.
1 r = °°
10 ~~
10 ~~
Asphärischer Koeffizient, Wirkungszahl
Erste Fläche
15
15
K= -4,24200D-Ol
Al= -4,751560-02 Pl= 4,3000
A2= -9,040060-02 P2= 6,0000
20 A3= -8,799010-02 P3= 8,0000
A4= -1,72387D-Ol P4=iO,0000
r1/nf=0/4125 d/f=0,3333
(n-1) 3 δΙ = 0,1148
25 (NA)4 f
Ausführungsform
. m-
f = 1,0
d = 0,2667 c
NA = 0,50 M=O WD = 0,5626
=O,77006 d=0,4444 n=l,82496 "(1=23,8
Asphärischer Koeffizient, Wirkungszahl
Erste Fläche
K= -3,99415D-Ul Al=-2/12212D-02
A2=-3,98149D-02 A3=-3,65016D-02 A4=-6/67369D-02
Pl= 4,0000 P2= 6,0000 P3= 8,0000 P4=10/0000
r1/nf=0,4220 d/f=0,4444
SB=IL
(NA)
Ausführungsform
f = 1,0 dc = 0,2667
NA = 0,50 M=O WD = 0,4507
=O, 80831 (3=0,6667 n=l,82496 '^=23,6
=25,11574
Asphärischer Koeffizient, Wirkungszahl
Erste Fläche
K= -7,86957D-Gl Al= 6,756300-02
A2= l,44711C-02 A3=-9,21497D-03 A4=-l,44904D-02
Pl= 4,0000 P2= 6,0000 P3= 8,0000 P4=10,0000
(NA) d/f=0,6667
hk = 0,0976 f
f = 1,0 NA = 0,50
dc = 0,2667 M=O WD = 0,6884
=6.
10 ■ 2
10 ■ 2
j ^=O,74344 d=0,2222 η=1782496 1*5=23,8
r =6.50724
2
2
K= -5,22808D-Ol
Al= !,70286D-02 Pl= 4,0000
A2=-2,00054D-03 P2= 6,0000
20 A3=-8,76135D-03 P3= 8,0000
A4=-l,85863D-02 P4=10,0000
r1/nf=0,4074 d/f=0,2222
25 ,_ , ι 3 ,τ
(NA)
Asphärischer Koeffizient, Wirkungszahl Erste Fläche
Unabhängig davon, daß das erfindungsgemäße Objektiv
gemäß Fig. 1 einen äußerst einfachen Aufbau besitzt, ist die sphärische Aberration, einschließlich eines
Deckglases C, wie aus den Aberrationskurven von Fig. 2 bis 7 hervorgeht, nahezu vollständig korrigiert,
während die Sinusbedingungen ebenfalls in demselben Ausmaß wie bei bisherigen sphärischen Glaslinsen
oder -objektiven mit drei Linseng]iedern korrigiert sind.
Außerdem ist dabei der Arbeitsabstand mit mehr als 0,45f groß und damit für ein optisches Wiedergabesystem,
bei dem ein Objektiv für Spurverfolgung unmittelbar angetrieben wird, gut geeignet.
Bei einem Objektiv mit einer Beugungsgrenzen-Leistung muß die Oberflächengenauigkeit der asphärischen
Fläche mit einer Genauigkeit entsprechend 1/10 WeI-lenlänge oder weniger gemessen werden. Bei einer
Einzellinse, bei der die Sinusbedingungen gut korrigiert sind, welche die Beugungsgrenzen-Leistung besitzt
und bei der nur eine Fläche asphärisch ausgebildet ist, können dagegen die Oberflächengenauigkeit
einer aus einer sphärischen Fläche gebildeten (Ober-)Fläche, der Krümmungsradius, die axiale
Linsendicke und der Brechungsindex einfach gemessen werden. Sofern diese Einzelheiten innerhalb der
Toleranz liegen, kann mit der erforderlichen Genauigkeit die Flächengenauigkeit der asphärischen
Fläche anhand der mittels eines Interferometers ο.dgl. gemessenen axialen (on-the-axis) Leistung der
Linse vorausbestimmt werden. Hierdurch wird in äußerst vorteilhafter Weise die Verwendung einer aufwendigen
Meßvorrichtung für asphärische Flächen unnötig.
ORIGINAL INSPECTED
Claims (8)
1. Objektiv für optische Platten, mit einer positiven bzw. sammelnden Meniskuslinse oder einer
flachkonvexen Linse, die eine zum Objekt bzw. zur Bildseite ge richtete Konvexfläche und eine objektseitige
asphärische Fläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Bedingungen erfüllt
sind:
0,38 < fl < 0,4
ng
ng
— < 0,15
(NA)* f
I^ worin bedeuten:
f = Brennweite des Gesamtsystems η = Brechungsindex der Linse
r, = Scheitelradius der Krümmung einer Fläche
an der Objektseite
NA = numerische Apertur oder Öffnung der Linse 4l = Differenz in einer Richtung der optischen
Achse an der äußersten Randposition des
^O effektiven Durchmessers der asphärischen
Fläche, zwischen der asphärischen Fläche an der Objektseite und der einen Krümmungsradius
r, besitzenden sphärischen Bezugsfläche, die den Scheitel der asphärischen Fläche berührt,
wobei ^l positiv ist, wenn sich der Krümmungsradius
der asphärischen Fläche in Richtung von
der optischen Achse hinweg abschwächt bzw. verkleinert.
2. Objektiv nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es folgender Bedingung genügt:
0,2 < d/f < 0,75.
mit d = Dicke der Linse.
mit d = Dicke der Linse.
3. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten:
f = 1,0 NA = 0,50
15
15
d = 0,2667 M=O WD = 0,6241 c
1^=0,75570 £=0,3333 n=l.32496 vd=23.8
r2=7;20604
Asphärischer Koeffizient, Wirkungszahl
Erste Fläche
K= -4,52123D-Ol
Al=-5.40998D-03 Pl= 4,000
A2=-2,36933D-02 P2 = 6,000
A3=-2,41649D-02 P3= 8r000
A4=-4,63059D-02 P4=10;000
r1/nf=0;4141 d/f=0,3333
(NA)
4i = o;1183
4. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten:
f =1,0 NA =0,5 d = 0,2667 M=O
WD = 0,6269
T1=O.71995 d=0,3333 n=l,73814 ^=27,5
r.,=23,46794
Asphärischer Koeffizient, Wirkungszahl
Erste Fläche
K= -4,19384D-Ol Al=-3r73982D-02
A2=-7r06491D-02 A3=-6r62687D-02
A4=-l,31617D-01
r1/nf = 0;4142
(n-1)·
(NA) 4
(NA) 4
— = 0,1153
Pl= 4.0000 P2= 67OOOO P3= 8,0000
P4=10;0000
d/f = 073333
5. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten:
5 f = 1,0 NA =0,5 d = 0,2667 M=O WD = 0,6277
r1=0;70214 d=0/3333 n=l770214 xd=29,5
10 r2= -
Asphärischer Koeffizient, Wirkungszahl Erste Fläche
K= -4,24200D-Ol
Al=-4.75156D-02 Pl= 4,0000
A2=-9',04006D-02 P2= 6,0000
A3=-8,79901D-02 P3= 8;0000
A4=-1.72387D-01 P4=10;0000
r,=nf=0.4125 d/f=0.3333
(n-1) ^I- = 0?1148
(NA)4 f
6. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten:
5 f = 1,0 NA =0,50
d = 0,2667 M=O WD = 0,5626 c '
2^=0,77306 ==0,4444 n=l/82496 ''/d=23,8
10 r2=8,55304
Asphärischer Koeffizient» Wirkungszahl
Erste Fläche
K= -3.S9 415D-01
Al=-2.12212D-02 Pl= 4.0000
A2=-3.93149D-02 P2= 6,0000
A3=-3^c5016D-02 P3= 8,0000
A4=-6'.57369D-02 P4=10.0000
20 T1A^f=O r 422 0 d/f=0?4444
41-0.1115
(NA)
25
BAD ORiGiNAU
7. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten:
5 f=l,0 NA =0,50 d = 0,2667 M=O WD = 0,4507
■ Γχ=0,80831 d=0;6667 n=l/82496 1''d=23r6
10 : r2=25/11574
Asphärischer Koeffizient, Wirkungszahl Erste Fläche
K= -7,86967D-Ol
Al= 6r75680D-02 Pi= 4.0000
A2= 1,447110-02 P2= 6.0000
A3=-9,21497D-03 P3= 8,0000
A4=-lr44904D-02 Ρ4=10Λ0000
r1/nf=0/4429 d/f=0;6667
(NA) 25
1HSPECTED
35G7117
8. Objektiv nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Daten:
f =1/0 NA = 0,50
dc = 0,2667 M=O WD = 0,6884
ι
■ r1=0/74344 d=0;2222 n=l;82496 "d=23/8
! r2=6r50725
Asphärischer Koeffizient, Wirkungszahl
Erste Fläche
K= -5,22808D-Gl Al= l;70286D-02
A2=-2,00054D-03 A3=-9',76135D-03 A4=-l,85863D-02
Pl= 4.0000 P2= 6,0000 P3= 8,0000 P4=10,0000
r1/nf=0,4074 d/f=0,2222
^ ^i -0,1251
(NA)4 f
ORIGINAL INSPECTED
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59036145A JPS60181714A (ja) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | 光デイスク用対物レンズ |
Publications (2)
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|---|---|
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| DE3507117C2 DE3507117C2 (de) | 1994-02-03 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE3507117A Expired - Fee Related DE3507117C2 (de) | 1984-02-29 | 1985-02-28 | Objektiv für optische Platten |
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| JP (1) | JPS60181714A (de) |
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Families Citing this family (13)
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