DE3615540A1

DE3615540A1 - Kollimatorlinse

Info

Publication number: DE3615540A1
Application number: DE19863615540
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Ichikawa; Minoru Takarazuka Hyogo Toyama
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1985-05-07
Filing date: 1986-05-07
Publication date: 1986-11-13
Also published as: GB8610823D0; JPS61254923A; GB2176627A; US4693565A; GB2176627B

Description

KoIlimatorlinse

Die Erfindung betrifft eine Kollimatorlinse für ein optisches Aufnahme/Wiedergabegerät, z.B. für ein optisches oder photomagnetisches Plattenspeichersystem.

Im einem System mit optischen Speicherplatten dient der Kollimator z.B. dazu, das von einer als Halbleiterlaser ausgebildeten Lichtquelle kommende Licht in ein paralleles Strahlenbündel umzuwandeln und dieses auf eine Objektivlinse zu projizieren.

KoIlimatorlinsen sollen in derartigen Geräten das von dem Halbleiterlaser eintreffende Licht mit geringer Aberration kollimieren. Die restliche Wellenflächenaberration als rms-Wert des Objektivs muß etwa 0.07 λ (λ= Wellenlänge) oder weniger betragen. Da die KoI lima tor linse im Gegensatz zu der Objektivlinse an einem optischen System befestigt ist und keinen Servomechanismus besitzt, muß sie hitzebeständig sein, damit die optische Leistung der Linse sich bei Wärmeeinwirkung nicht verschlechtert. Selbstverständlich soll die KoI-limatorlinse außerdem klein, leicht und billig sein.

Ein bekannter Kollimator besteht aus zwei normalen sphärischen Linsen mit gleichförmigem Brechungsindex. Die vier Linsenoberflächen müssen sphärisch geschliffen und poliert werden. Das Polieren ist bei kleinem Linsendurchmesser sehr

schwierig. Außerdem ist eine hochqualifizierte Technologie für die Kombination mehrerer Linsen, z.B. für das Verkitten und Zentrieren, erforderlich. Infolgedessen sind Linsen dieser Art sehr teuer.
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In den vergangenen Jahren sind Kunststofflinsen mit asphärischen Flächen ins Interesse gerückt. Sie sind jedoch im Vergleich zu Linsen aus Glas oder dergleichen wärmeempfindlich, so daß sie ihre Abbildungsgenauigkeit über die Lebensdauer nicht zuverlässig beibehalten. Außerdem ist die Herstellung asphärischer Flächen relativ kostspielig.

A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kollimatorlinse anzugeben, die sich mit guter Produktivität herstellen läßt und in bezug auf die Wellenflächenaberration herkömmlichen Kollimatoren mit sphärischen Linsen gleichwertig oder sogar überlegen ist. Die KoIlimatorlinse soll außerdem sehr zuverlässig sein und sich kostengünstig herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird durch eine KoIlimatorlinse mit verteiltem Brechungsindex gelost, die aus einem zylindrischen transparentem Medium hergestellt ist, dessen Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche zueinander parallel sind und dessen Brechungsindex n(r) im Abstand r von der optischen Achse durch

n²(r) = n_o ² 1 - (g.r)² + h₄(g.r)

+ h₆(g-r>6 + h₈(g.r)⁸ + .... gegeben ist, wobei ferner folgende Bedingungen erfüllt sind:

(1) R₁ = R₂ = oo

(2) 1.40//1 - (g.r)* <n_ft< 2.1

(3) l//f² - 23.43 < n_o < l/(f sin g) (mm""¹)

(4) 0.23 <.h₄<. 0.86

(5) 1.5 <. r_o <. 3.0 (mm)

(6) 0.13 <. NA <. 0.17
(7) /0/ < 50 (Minuten)

(mit n_Q: Brechungsindex auf der optischen Achse 9t **4, hg, hgs Brechnungsindexverteilungskonstanten

R^, R2t Krümmungsradien der Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen

f: Brennweite

r_Q: Linsenradius

NA: Numerische Aberration auf der Seite der Lichtquelle

0: Winkel der Normalen der Licheintritts- und Lichtaustrittsfläche gegenüber der optischen Achse.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips eines optischen Plattenspeichersystems mit einer Kollimatorlinse gemäß der Erfindung,

Fig. 2 bis 7 zeigen diagrammatische Darstellungen der spärischen Aberration in Beispielen 1 bis 6.

Zunächst seien die oben genannten Bedingungen beschrieben:

(1) R^ = R2 = 00

Diese Bedingung bedeutet, daß die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche der Linse von Ebenen gebildet sind.

Da die Linse gemäß der Erfindung Zy1inderform besitzt und die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche parallele Ebenen sind, können mehrere Linsen in ebener Form zusammen und gleichzeitig poliert werden. Infolgedessen wird die Effizienz der Bearbeitungsmaschinen beim Polieren signifikant verbessert, so daß die Maschinenkosten sinken.

(2) 1.40//1- (g.r)² < n_o < 2.1

Diese Bedingung liefert die Grenzen für den Brechungsindex

·5·

im Zentrum und im äußeren Bereich der Linse.

(3) l/^f2 _ 23.43 < n_o < l/(f sin g) (mm"¹)

Diese Bedingung stellt die Beziehung zwischen der Länge der Linse und der hinteren Brennweite dar.

Die Untergrenze spezifiziert die Beschränkung, die hintere Brennweite zur Bildung eines wirksamen optischen System hinreichend groß zu nehmen, während die Obergrenze den Wert angibt, bei dem die Linse für die Bearbeitung zu kurz wird.

(4) 0.23 <h₄ < 0.86

Diese Bedingung dient zur Korrektur der sphärischen Aberration der Linse.

Wenn die Konstante h^ den oberen Grenzwert überschreitet, erfolgt Oberkorrektur der sphärischen Aberration; wenn h^ hingegen unter den unteren Grenzwert fällt, ist die Korrektur der Aberration unzureichend.

(5) 1.5 <r_o< 3.0 (mm)

Diese Bedingung begrenzt den Radius der Linse, d.h. sie zeigt, daß die Linse von geringer Große ist. Der untere Grenzwert von r_o ist aus der Kombination mit der Objektivlinse abgeleitet. Bei einer Objektivlinse für einen optischen Plattenspeicher z.B. muß der Durchmesser der Objektivlinse mit Rucksicht auf die wirksame Distanz und die numerische Apertur 3 mm oder großer sein. Die Kollimatorlinse muß größer sein als die Objektivlinse.

(6) 0.13 <. NA < 0.17
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Diese Bedingung dient dazu, das unter einem Strahlungswinkel von dem Halbleiterlaser kommende Licht wirksam und in gleich-

formiger Intensität ζ kollimieren.
(7) /θ/ £50 (Minuten)

Diese Bedingung bedeutet bei ebenen Eintritts- und Austrittsflächen der Linse, daß das an jeder dieser Flächen reflektierte Licht nicht in den Halbleiterlaser zurückkehrt und die Schwingungseigenschaften des Lasern nicht beeinträchtigt. Wenn die Eintritts- und Austritsflachen der Linse in der oben beschriebenen Weise gleichförmig geneigt sind, läßt sich der von dem Halbleiterlaser ausgestrahlte elliptische Strahl leicht korrigieren.

Fig. 1 zeigt ein AusfUhrungsbeispiel mit einer Kollimatorlinse gemäß der Erfindung, die Bestandteil eines optischen Plattenspeichersystem ist.

Es sind folgende Teile dargestellt: Ein als Lichtquelle dienender Halbleiterlaser 1, ein Abdeckglas 2, ein Beugungsgitter 3 zur Abtrennung eines Korrekturstrahls für die Abtaststeuerung, ein Polarisations-Strahlenteiler 4, eine aus einem zylindrischen transparenten Medium, z.B. Glas, hergestellte KoIlimatorlinse 5 sowie eine Blende 6.

Ein von dem Halbleiterlaser 1 ausgehender Strahl tritt durch das Abdeckglas 2, das Beugungsgitter 3 und den Polarisations-Strahlenteiler 4 und wird dann auf die Kollimatorlinse 5 projiziert, in der die eintreffenden Strahlen in parallele Strahlen umgewandelt werden, wobei die effektive Apertur dem Durchmesser der Blende 6 entspricht. Anschließend werden die Strahlen auf eine Objektivlinse für eine (nicht dargestellte) optische Speicherplatte projiziert.

In der folgenden Tabelle sind spezifische Zahlenbeispiele für die Kollimatorlinse gemäß der Erfindung angegeben, wobei Z die Länge der Linse bedeutet.

Beispiel	1	2	3	4	5	6
Ri	OO	CO	OO	CO	OO	CO
R2	CO	OO	OD	OO	OO	OO
ⁿo	1.6366	1.45	1.7	1.8	1.5	2.0
gdnm"¹)	0.1191	0.09	0.09	0.13	0.22	0.06
h₄	0.4	0.39	0.44	0.35	0.28	0.59
h₆	-1.367	-0.0168	-0.0791	-0.0454	-0.0142	3.22
h8	10.367	-1.050	-0.8588	-0.0810	-0.00015	-105.7
Z(nun)	3.335	5.403	5.725	2.692	1.048	11.322
θ(see)	10	0	0	0	40	3

Fig. 2 bis 7 zeigen die sphärische Aberration der Kollimatorlinsen gemäß Beispiel 1 bis 6, dabei bedeutet der Ordinatenwert Y den Abstand von der optischen Achse in radialer Richtung, während der Abzissenwert die Aberration wiedergibt.

Da die Kollimatorlinse gemäß der Erfindung zylindrisch ist und die Lichteintrittsfläche und die Lichtaustrittsfläche parallele Ebenen sind, läßt sie sich mit guter Produktivität und kostengünstig herstellen.

Da der Kollimator gemäß der Erfindung außerdem aus einer Einzellinse besteht und die Aberration selbst bei kleinem Durchmesser und kleiner Linsendicke gut korrigiert ist, sind Abmessungen und Gewicht der Linse klein.

- Leerseite

rseiti

Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. MiTSCHERLiGH. Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Dipl.-Ing. Dr. rer. rat. W. KÖRBER Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVER3 Dipl.-Ing. W. MELZER st=insdorfstr.10,8000 MONGHEN 22 NIPPON SHEET GLASS CO., LTD 8, 4-chome, Doshomachi, Higashi-ku 7. Mai 1986 Osaka JAPAN Patentanspruch Kollimatorlinse mit verteiltem Brechungsindex für ein optisches Aufnahme/Wiedergabegerät dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem zylindrischen transparentem Medium hergestellt ist, dessen Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche zueinander parallel sind und dessen Brechungsindex n(r) im Abstand r von der optischen Achse durch n2(r) [1 - (g.r)2 + h4(g.r)4 + h6(g.r)6 + hg (g.r)8 + gegeben ist, wobei ferner folgende Bedingungen erfüllt sind: (1) R1 * Ro » CP (2) 1.40/ia - (g.r)λ < no 1 2.1 (3) l//f2 - 23.43 <. no <. l/(f sin g) (4) (5) (mm"1) 0.23 <h4< 0.86

1.5 <r_o< 3.0 (6) 0.13 < NA < 0.17

(7) /Θ/ <. 50 (Minuten)
(mit n_Q: Brechungsindex auf der optischen Achse

R₁,

f:

^ro^!
NA:

O:

hg, hg: Brechnungsindexverteilungskonstanten : Krümmungsradien der Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen
Brennweite
Linsenradius

Numerische Aberration auf der Seite der Lichtquelle

Winkel der Normalen der Llcheintritts- und Lichtaustrittsfläche gegenüber der optischen Achse.