DE4323971A1

DE4323971A1 - Korrekturelement für chromatische Aberration und dessen Einsatz

Info

Publication number: DE4323971A1
Application number: DE4323971A
Authority: DE
Inventors: Koichi Maruyama; Masahiro Oono; Satoru Tachihara; Masato Noguchi; Tsuyoshi Ishikawa
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2013-07-17
Also published as: DE4323971C2; US6118597A; US5969862A; US5838497A; US5629799A; US5883744A; US5796520A; US5914822A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linse, welche selbst die chromatische Aberration korrigieren kann. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Gerät zur Korrektur der in der Optik auftretenden chromatischen Aberration. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Korrekturgerät für die chromatische Aberration, welches zusammen mit einer asphärischen Einzellinse eingesetzt werden soll, die bezüglich Aberrationen abgesehen von chromatischen Aberrationen korrigiert ist.

Die Verwendung einer Objektiveinzellinse, die auf beiden Seiten eine asphärische Oberfläche aufweist, hat heutzutage auf dem Gebiet optischer Disks zugenommen, und einer der Hauptgründe für diese Verwendung besteht in ihrem Beitrag zur Gewichtsverringerung. Allerdings konnte die konventionellerweise eingesetzte Einzellinse nicht eine wirksame Korrektur der chromatischen Aberration durchführen.

Eine Laserdiode, die als Lichtquelle für optische Disks verwendet wird, weist den Nachteil auf, daß sich ihre Emissionswellenlänge infolge von Änderungen entweder der Ausgangsleistung des Lasers oder der Temperatur verschiebt. Wenn allerdings die Objektivlinse nicht bezüglich chromatischer Aberration korrigiert ist, so ändert sich die Brennpunktlage von Lichtstrahlen in Reaktion auf die Wellenlängenverschiebung, und dies kann beim Lesen oder Schreiben von Information Fehler hervorrufen.

Zur Lösung dieses Problems haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung bereits Korrekturvorrichtungen für chromatische Aberration vorgeschlagen, welche zwei oder drei Glaslinsenelemente aufwiesen, die zusammengeklebt waren (vgl. die japanischen Patentveröffentlichungen Nr. Hei 3-155514 und 3-155515). Durch Kombination einer dieser Vorrichtungen zur Korrektur der chromatischen Aberration mit einer asphärischen Einzellinse konnte ein Linsensystem zur Verfügung gestellt werden, welches gegenüber den Wirkungen von Wellenlängenänderungen immun war, und weniger Linsenelemente als das konventionelle System erfordert, welches bezüglich chromatischer Aberration wirksam korrigiert ist.

Allerdings tritt bei den in den beiden genannten Patenten vorgeschlagenen Vorgehensweisen immer noch die Schwierigkeit auf, daß es zur Korrektur der chromatischen Aberration erforderlich ist, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche nicht direkt mit der Fokussierwirkung in Zusammenhang steht, die bei der Objektivlinse vorhanden ist. Daher wiegt eine Optik mehr, die bezüglich der chromatischen Aberration ordnungsgemäß korrigiert ist, und erfordert mehr Teile als eine unkorrigierte Optik.

Bei der konventionellen Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration trat das Problem auf, daß ihre Herstellungskosten so hoch sind, daß der Vorteil der geringeren Kosten aufgrund der Verwendung einer asphärischen Einzellinse ausgeglichen wird, wodurch sich insgesamt der Vorteil auf Null verringert.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Umstände entwickelt, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Objektivlinse zur Verfügung zu stellen, welche den Beugungseffekt dazu einsetzt, die chromatische Aberration wirksam zu korrigieren, ohne die Anzahl an Linsenelementen zu stark zu erhöhen.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Gegebenheiten entwickelt, und ihr liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration zur Verfügung zu stellen, die unter geringerem Kostenaufwand hergestellt werden kann als Vorrichtungen, die aus zwei oder mehr zusammengeklebten Glasplatten bestehen.

Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Korrektureinzellinse für die chromatische Aberration zur Verfügung gestellt, welche eine einfache Linse ist, die zumindest eine asphärische Oberfläche aufweist, deren Krümmungsradius von der optischen Achse zum Umfang hin zunimmt, wobei zumindest eine der Oberflächen als eine Beugungslinsenoberfläche ausgebildet ist, die aus stufenweisen, ringförmigen Segmenten besteht, welche diskret in einer Richtung verschoben sind, in welcher die Linsendicke als Funktion der Entfernung von der optischen Achse zunimmt.

Hierbei wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration zur Verfügung gestellt, welche eine Beugungsoberfläche aufweist, die mit einer zentralen Oberfläche versehen ist, die in bezug auf eine optische Achse rotationssymmetrisch ist, sowie mehrere ringförmige Oberflächen aufweist, die konzentrisch zu der zentralen Oberfläche verlaufen, wobei die zentrale Oberfläche, eine der ringförmigen Oberflächen grade außerhalb der zentralen Oberfläche, sowie die übrigen ringförmigen Oberflächen in ihrer Position um dieselbe Stufenentfernung t in Richtung der optischen Achse versetzt sind, und die Beugungsoberfläche in makroskopischem Maßstab optisch im wesentlichen konkav- oder konvexförmig ist.

Vorzugsweise ist hierbei die Entfernung t durch folgende Bedingung festgelegt:

t=mµ₀/(n-1)

wobei m eine ganze Zahl ist, n der Brechungsindex des Mediums ist, aus welchem die Beugungsoberfläche besteht, und λ₀ eine willkürliche Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist. Hierbei kann die zentrale Oberfläche und können die mehreren ringförmigen Oberflächen senkrecht zur optischen Achse angeordnet sein. Vorzugsweise ist hierbei die Breite der mehreren ringförmigen Oberflächen so gewählt, daß sie umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zwischen jeder ringförmigen Oberfläche und der optischen Achse ist. Mikroskopisch gesehen weist hierbei die Beugungsoberfläche vorzugsweise eine optisch im wesentlichen konkave Form auf.

Weiterhin ist vorzugsweise die Beugungsoberfläche auf zumindest einer Oberfläche einer Einzellinse vorgesehen, die zumindest eine asphärische Oberfläche aufweist, deren Krümmungsradius von der optischen Achse zum Umfang der Korrekturvorrichtung hin zunimmt, wobei die Entfernung zwischen der Linsenoberfläche, auf welcher die Beugungsoberfläche vorgesehen ist, und der zentralen Oberfläche, einer der ringförmigen Oberflächen gerade außerhalb der zentralen Oberfläche, und der übrigen ringförmigen Oberflächen von der optischen Achse zum Umfang der Korrekturvorrichtung hin zunimmt.

Vorzugsweise erfüllt diese Korrekturvorrichtung die folgende Bedingung:

0,8t (n-1)/λ₀10

wobei λ₀ eine willkürliche Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist, t das Ausmaß der Axialverschiebung jeder der ringförmigen Oberflächen bezeichnet, und n der Brechungsindex des Mediums ist, aus welchem die Vorrichtung besteht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration in einem optischen System einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung vorgesehen und arbeitet als Objektiveinzellinse, die einfallende parallele Lichtstrahlen dazu veranlaßt, auf einem optischen Aufzeichnungsmedium fokussiert zu werden, wobei die Beugungsoberfläche auf der Oberfläche vorgesehen ist, auf welche die parallelen Lichtstrahlen auftreffen.

Vorzugsweise ist die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration in einem optischen System einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung versehen, die eine Laserdiode aufweist, wobei die Korrekturvorrichtung als Kollimatorlinse arbeitet, welche das divergente Licht von der Laserdiode kollimiert, und wobei die Beugungsoberfläche auf der Oberfläche vorgesehen ist, auf welche das divergente Licht auftrifft.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration zur Verfügung gestellt, bei welcher die zentrale Oberfläche und die mehreren ringförmigen Oberflächen Ebenen sind, die senkrecht zur optischen Achse angeordnet sind, und die makroskopische Form der Beugungsoberfläche eine asphärische Oberfläche ist, deren Krümmungsradius im Absolutwert mit zunehmender Entfernung von der optischen Achse zum Umfang der Korrekturvorrichtung hin abnimmt, wobei die Axialverschiebung ΔX′(h) der Ebenen, die durch die mehreren ringförmigen Oberflächen festgelegt sind, gegenüber der Ebene, die durch die zentrale Oberfläche festgelegt ist, in einem Punkt mit einer Entfernung h von der optischen Achse durch Gleichung (3B) gegeben ist:

ΔX′(h)=(mλ₀/(n-1))Int((ΔX(h)/(mλ₀/(n-1)))+0,5)

wobei ΔX(h) die Verschiebung der asphärische Oberfläche gegenüber der Ebene ist, die durch die zentrale Oberfläche festgelegt ist, an einem Punkt mit einer Entfernung h von der optischen Achse; m eine ganze Zahl ist; n der Brechungsindex des Mediums ist, aus welchem die Korrekturvorrichtung besteht; λ₀ die Wellenlänge ist, bei welcher die Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration verwendet wird, oder eine willkürliche Wellenlänge innerhalb des Betriebswellenlängenbereiches; und Int(X) eine Funktion ist, die eine ganze Zahl nicht größer als X ergibt.

Vorzugsweise gleicht die asphärische Oberfläche einer sphäroidförmigen Oberfläche, die eine positive Kegelschnittkonstante aufweist, wobei dann, wenn die Abweichung ε(h) gegenüber der sphäroidförmigen Oberfläche an einem Punkt mit einer Entfernung h von der optischen Achse durch Gleichung (1B) ausgedrückt wird, die asphärische Oberfläche eine Bedingung (4B) für sämtliche Werte der Entfernung h innerhalb des effektiven Maximalradius hindurchgehender Lichtstrahlen erfüllt:

wobei C die achsennahe Krümmung ist; K die Kegelschnittkonstante; und λ₀ die maximale Betriebswellenlänge.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Beugungsoberfläche auf zumindest einer Strahldurchgangsoberfläche eines Strahlteilers vorgesehen, der zwei oder mehrere Prismen aufweist, die miteinander über eine Strahlteileroberfläche verbunden sind.

Gemäß der Erfindung ist die Beugungsoberfläche vorzugsweise zumindest auf einer Strahldurchlaßoberfläche einer Ablenkeinrichtung für den optischen Weg vorgesehen, welche zumindest ein Prisma und zumindest eine Ablenkoberfläche aufweist.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration zur Verfügung gestellt, welche weiterhin mit einer Glaslinse versehen ist, die eine Brechkraft aufweist, sowie mit einem Kunststoff-Beugungselement, dessen eine Oberfläche mit der Glaslinse verbunden ist, und dessen andere Oberfläche mit der Beugungsoberfläche versehen ist, wobei die Dicke des Kunststoff-Beugungselements in der Richtung der optischen Achse als Funktion der Entfernung von der optischen Achse zunimmt.

Vorzugsweise erfüllt hierbei diese Vorrichtung nachstehende Bedingung:

0,8t (n-1)/λ₀

wobei λ₀ eine willkürliche Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist, und n der Brechungsindex des Mediums, aus welchem das Beugungselement besteht.

In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise eine Oberfläche, die nicht mit dem Beugungselement der Glaslinse verbunden ist, eine kontinuierliche, asphärische Oberfläche.

Vorzugsweise sind bei der erfindungsgemäßen Korrekturvorrichtung die zentrale Oberfläche und die mehreren ringförmigen Oberflächen als Brechungsoberflächen ausgestaltet.

Weiterhin wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, daß die Konturen der zentralen Brechungsoberfläche und der mehreren ringförmigen Oberflächen kreisförmig sind, und die Entfernung t durch nachstehende Gleichung gegeben ist:

t=λ₀m/2n

wobei λ₀ eine willkürliche Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist; m eine ganze Zahl; und n der Brechungsindex des Mediums, welches sich auf der Lichteinfallsseite der brechenden Oberflächen befindet.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Konturen der zentralen Brechungsoberfläche und der mehreren ringförmigen Oberflächen elliptisch, und die Entfernung t ergibt sich aus:

t=Aλ₀m/2nt

wobei λ₀ eine willkürliche Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist; m eine ganze Zahl; n der Brechungsindex des Mediums, welches sich auf der Lichteinfallsseite der Brechungsoberfläche befindet; und A das Verhältnis zwischen der Haupt- und Nebenachse der Ellipse.

Vorzugsweise ist hierbei die Korrekturvorrichtung so ausgebildet, daß sie folgende Bedingung erfüllt:

1t·2n/λ₀10.

Die Korrektureinzellinse für die chromatische Aberration genügt der folgenden Bedingung:

0,8t (n-1)/λ₀10

wobei λ₀: eine beliebige Wellenlänge im Betriebswellenlängenbereich ist; t: der Betrag der Axialverschiebung jedes ringförmigen Segments (die Höhendifferenz zwischen benachbarten Stufen); und n: der Brechungsindex des Mediums ist, aus welchem die Linse besteht.

Die Beugungslinsenoberfläche wird durch die Oberfläche näher an dem fernen konjugierten Punkt zur Verfügung gestellt, wogegen eine kontinuierliche asphärische Oberfläche durch die Oberfläche näher an dem nahen konjugierten Punkt zur Verfügung gestellt wird, und die Beugungslinsenoberfläche in Stufen als ringförmige Segmente ausgebildet ist, welche diskret mit einem Teilungsabstand verschoben sind, der im wesentlichen umgekehrt proportional zum Quadrat der Höhe von der optischen Achse aus ist.

Die Korrekturlinse kann daher in der Optik einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung vorgesehen sein, und als Objektivlinse arbeiten, welche auffallende, parallele Lichtstrahlen, die von der Seite näher an dem entfernt konjugierten Punkt herstammen, zur Fokussierung auf einem optischen Aufzeichnungsmedium veranlaßt.

Die Beugungslinsenoberfläche wird durch die Oberfläche zur Verfügung gestellt, welche näher an dem nahen konjugierten Punkt liegt, wogegen eine kontinuierliche asphärische Oberfläche durch die Oberfläche näher an dem entfernt konjugierten Punkt zur Verfügung gestellt wird, und die Beugungslinsenoberfläche in Stufen als ringförmige Segmente ausgebildet ist, welche diskret mit einem Teilungsabstand verschoben sind, der im wesentlichen umgekehrt proportional zum Quadrat der Höhe von der optischen Achse ist.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird eine Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration zur Verfügung gestellt, welche ringförmige Segmente aufweist, die stufenförmig sind, entweder auf einer Lichteintritts- Stirnfläche, einer Lichtaustritts-Stirnfläche oder auf beiden Stirnflächen, wobei die ringförmigen Segmente aus ebenen senkrecht zur optischen Achse und konzentrisch mit dieser bestehen.

Der Verschiebungsbetrag t in der optischen Richtung der benachbarten kreisringförmigen Zone wird durch die nachfolgende Gleichung festgelegt:

t=mλ₀/(n-1)

wobei m eine ganze Zahl ist, n der Brechungsindex, und λ₀ eine beliebige Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist.

Die Oberfläche, auf welcher die stufenförmigen ringförmigen Segmente ausgebildet sind, ist makroskopisch eine konkave Oberfläche.

Die Oberfläche, auf welcher die stufenartigen ringförmigen Segmente ausgebildet sind, ist makroskopisch eine konvexe Oberfläche.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung, bei welcher Lichtstrahlen von einer Lichtquelle auf einem Informationsaufzeichnungsmedium fokussiert werden, durch eine Objektivlinse, um so Information aufzuzeichnen oder wiederzugeben, eine Verbesserung zur Verfügung gestellt, bei welcher eine Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration in dem optischen Weg zwischen der Lichtquelle und der Objektivlinse vorgesehen ist, und die Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration ringförmige Segmente aufweist, die stufenförmig entweder auf einer Lichteintritts-Oberfläche, einer Lichtaustritts- Oberfläche oder beiden Oberflächen ausgebildet sind, wobei die ringförmigen Segmente aus Ebenen senkrecht zur optischen Achse und konzentrisch zu dieser bestehen.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird bei einer Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration des Beugungstyps, welche ringförmige Segmente aufweist, die stufenartig entweder auf einer Lichteintritts-Oberfläche, einer Lichtaustritts-Oberfläche oder beiden Oberflächen vorgesehen sind, wobei die ringförmigen Segmente aus Ebenen senkrecht zur optischen Achse und konzentrisch mit dieser bestehen, eine Verbesserung zur Verfügung gestellt, wobei die Basiskurve, welche eine makroskopische Krümmung der Ebenen darstellt, die stufenförmig ausgebildet sind, eine asphärische Oberfläche ist, deren Absolutwert des Krümmungsradius mit zunehmender Entfernung von der optischen Achse abnimmt, und bei welcher, wenn die axiale Verschiebung der Basiskurve an einem Punkt mit einer Entfernung h von der optischen Achse als ΔX(h) bezeichnet wird, die Verschiebung ΔX(h) der stufenförmig ausgebildeten Ebenen an einem Punkt mit der Entfernung h von der optischen Achse durch die Gleichung (3B) gegeben ist:

ΔX′(h)=(mλ₀/(n-1))Int((ΔX(h)/(mλ₀/(n-1)))+0,5) (3B)

wobei m eine ganze Zahl ist; n der Brechungsindex ist; λ₀ die Wellenlänge ist, bei welcher die Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration verwendet wird, eine beliebige Wellenlänge innerhalb des Betriebswellenlängenbereiches der Vorrichtung; und Int(X) eine Funktion ist, welche eine ganze Zahl ergibt, die nicht größer als X ist.

Die Basiskurve ist eine asphärische Oberfläche, welche einer kugelförmigen Oberfläche mit einer positiven Kegelschnitt-konstante gleicht, wobei dann, wenn die Entfernung ε(h) von der kugelförmigen Oberfläche an einem Punkt mit der Entfernung h von der optischen Achse durch Gleichung 1(B) ausgedrückt wird, die Basiskurve die Bedingung (4B) bei sämtlichen Werten der Entfernung h innerhalb des effektiven maximalen Radius hindurchgehender Lichtstrahlen erfüllt:

wobei C die achsennahe Krümmung ist; K die Kegelschnitt konstante; und λ die maximale Betriebswellenlänge.

Ein optisches System für ein optisches Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabegerät umfaßt eine Lichtquelle, eine Objektivlinse, welche Lichtstrahlen von der Lichtquelle dazu veranlaßt, auf einem optischen Aufzeichnungsmedium fokussiert zu werden, sowie einen Strahlteiler, durch welchen das reflektierte Licht von dem optischen Aufzeichnungsmedium gegenüber dem optischen Weg der auftreffenden Lichtstrahlen isoliert wird, wobei der Stahlteiler eine Oberfläche aufweist, welche eine chromatische Aberration hervorruft, welche zumindest die chromatische Aberration ausgleicht, die sich in der Objektivlinse entwickelt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein optisches System für ein optisches Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabegerät zumindest auf:
eine Lichtquelle;
eine Ablenkeinrichtung für den optischen Weg, welche dazu führt, daß Lichtstrahlen von der Lichtquelle in Richtung auf ein optisches Aufzeichnungsmedium abgelenkt werden;
eine Objektivlinse, welche veranlaßt, daß die abgelenkten Lichtstrahlen auf dem optischen Aufzeichnungsmedium fokussiert werden;
einen Strahlteiler, durch welchen das reflektierte Licht von dem optischen Aufzeichnungsmedium gegenüber dem optischen Weg der auftreffenden Lichtstrahlen isoliert wird; wobei die Ablenkeinrichtung für den optischen Weg eine Oberfläche aufweist, die eine chromatische Aberration hervorruft, die zumindest die chromatische Aberration ausgleicht, die sich in der Objektivlinse entwickelt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Korrektur vorrichtung für die chromatische Aberration zur Verfügung gestellt, welche zumindest ein Prisma aufweist, welches mit ringförmigen Ebenen versehen ist, die konzentrisch zur optischen Achse verlaufen, und stufenweise auf zumindest einer der Oberflächen des Prismas angeordnet sind, durch welche der Strahl hindurchtritt, und zwar auf solche Weise, daß die ringförmigen Ebenen makroskopisch eine konkave Form hervorrufen, wobei die chromatische Aberration durch die stufenförmigen Ebenen erzeugt wird.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird eine Hybrid- oder Hybridlinse zur Verfügung gestellt, welche eine Glaslinse umfaßt, die eine Brechungswirkung aufweist; und ein Kunststoff-Beugungselement, dessen eine Oberfläche mit der Glaslinse Hybriden ist, und dessen andere Oberfläche mit mehreren ringförmigen Ebenen versehen ist, die konzentrisch zur optischen Achse liegen und stufenförmig ausgebildet sind, und zwar so, daß die Linsendicke als Funktion der Entfernung von der optischen Achse zunimmt.

Die Hybridlinse kann darüber hinaus die folgende Bedingung erfüllen:

0,8t (n-1)/λ10

wobei λ₀: eine beliebige Wellenlänge im Betriebswellenlängenbereich bezeichnet;
t: die axiale Differenz der Dicke des Beugungselements zwischen einzelnen ringförmigen Segmenten; und
n: den Brechungsindex des Mediums, aus welchem das Beugungselement besteht.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der Erfindung wird eine Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration zur Verfügung gestellt, die vom Brechungs- und Beugungstyp ist und eine brechende Oberfläche aufweist, welche die zentrale brechende Oberfläche und mehrere ringförmige brechende Oberflächen umfaßt, die konzentrisch zur zentralen brechenden Oberfläche liegen, wobei die brechenden Oberflächen so ausgebildet sind, daß die Formen ihrer orthogonalen Projektionen auf eine Ebene senkrecht zur optischen Achse sich durch Rotationssymmetrie in bezug auf die optische Achse auszeichnen, die als Drehzentrum dient, wobei die zentrale brechende Oberfläche, eine ringförmige brechende Oberfläche etwas außerhalb der zentralen brechenden Oberfläche, und eine benachbarte ringförmige brechende Oberfläche in ihrer Lage um dieselbe Stufenentfernung t in einer Richtung senkrecht zu diesen brechenden Oberflächen versetzt sind, so daß makroskopisch gesehen diese brechenden Oberflächen insgesamt eine konkave oder eine konvexe Oberfläche bilden, wobei die Stufenentfernung t so festgelegt ist, daß als ebene Welle bei einer Bezugswellenlänge eintretendes Licht auch als eine ebene Welle austritt, wogegen Licht, welches als ebene Welle bei einer Wellenlänge eintritt, die sich von der Bezugswellenlänge unterscheidet, entweder als divergente oder konvergente Wellenfront austritt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch die optischen Verhältnisse in einem Fall, in welchem die Korrektureinzellinse für die chromatische Aberration gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung als Objektivlinse eines unendlichen Systems in einer optischen Diskvorrichtung verwendet wird;

Fig. 2(a) einen Querschnitt der Objektivlinse von Fig. 1 in übertriebener Form;

Fig. 2(b) eine Aufsicht derselben Objektivlinse in übertriebener Form;

Fig. 3 einen Satz von Diagrammen, in welchen die Aberrationskurven aufgetragen sind, die mit der in Fig. 1 gezeigten optisches System erhalten werden;

Fig. 4 schematisch die optischen Verhältnisse in einem Fall, in welchem die Korrektureinzellinse für chromatische Aberration gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung als eine Kollimatorlinse verwendet wird;

Fig. 5(a) einen Querschnitt durch die Kollimatorlinse von Fig. 4 in übertriebener Form;

Fig. 5(b) eine Aufsicht derselben Kollimatorlinse in übertriebener Form;

Fig. 6 einen Satz von Diagrammen, in welchen die Aberrationskurven aufgezeichnet sind, die mit der in Fig. 4 gezeigten optisches System erhalten werden;

Fig. 7 schematisch die optischen Verhältnisse in einem Fall, in welchem die Korrektureinzellinse für chromatische Aberration gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung als Objektivlinse eines finiten Systems in einer optischen Diskvorrichtung verwendet wird;

Fig. 8 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Aberrationskurven aufgezeichnet sind, die mit den in Fig. 7 gezeigten optischen System erhalten werden;

Fig. 9 einen Querschnitt eines Beispiels für die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung entlang einer Linie IX-IX von Fig. 10;

Fig. 10 eine Aufsicht auf die in Fig. 9 gezeigte Vorrichtung;

Fig. 11 ein Diagramm, welches die Wellenfront des Lichtes zeigt, wenn es durch die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration bei der spezifizierten Wellenlänge hindurchgeht;

Fig. 12 ein Diagramm, welches die Wellenfront von Licht zeigt, wenn es durch die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration bei einer Wellenlänge hindurchgeht, die sich von der spezifizierten Wellenlänge unterscheidet;

Fig. 13 schematisch den Fall, in welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration mit einer Objektivlinse kombiniert wird;

Fig. 14 schematisch den Fall, in welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration makroskopisch wie eine bikonkave Linse geformt ist;

Fig. 15 schematisch den Fall, in welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration makroskopisch wie eine Konvex- Planlinse geformt ist;

Fig. 16 schematisch den Fall, in welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration makroskopisch wie eine Bikonvexlinse geformt ist;

Fig. 17 schematisch ein Beispiel für das optische System in einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung mit der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration;

Fig. 18 schematisch ein weiteres Beispiel für das optische System in einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung einschließlich der Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration;

Fig. 19 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch eine positive Objektivlinse zeigt, die durch die Korrekturvorrichtungen für chromatische Aberration gemäß den Beispielen 1B-3B korrigiert werden soll;

Fig. 20 einen Satz von Diagrammen, in welchem die Kurven für die sphärische Aberration aufgetragen sind, die nur mit der Objektivlinse erhalten werden, die in Fig. 19 gezeigt ist;

Fig. 21 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch das optische System zeigt, bei welchem die in Fig. 19 gezeigte Linse mit der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungstyps gemäß Beispiel 1B kombiniert ist, bei welchem die geklebte Oberfläche ellipsenförmig ist;

Fig. 22 einen Satz von Diagrammen, in welchen die Kurven für die sphärische und chromatische Aberration aufgetragen sind, die bei dem in Fig. 21 gezeigten optischen System erhalten werden;

Fig. 23 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch das optische System zeigt, bei welchem die in Fig. 19 dargestellte Objektivlinse mit einer Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungstyps kombiniert ist, wobei die geklebte Oberfläche kugelförmig ist;

Fig. 24 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Kurven für die sphärische und chromatische Aberration aufgetragen sind, die bei dem in Fig. 23 gezeigten optischen System erhalten werden;

Fig. 25 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch optische Systeme zeigt, bei welchen das in Fig. 19 gezeigte Linsenelement mit einer Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Beugungstyps kombiniert ist;

Fig. 26A und 26B eine Seitenansicht beziehungsweise eine Aufsicht, welche schematisch die Geometrie stufenförmiger Ebenen zeigen, die auf der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Beugungstyps ausgebildet sind;

Fig. 27 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Kurven für die sphärische chromatische Aberration aufgetragen sind, die bei dem in Fig. 25 gezeigten optischen System erhalten werden, für den Fall, in welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Beugungstyps gemäß 2B verwendet wird, bei welcher die Basiskurve für die stufenförmigen Ebenen eine ellipsoidförmige Oberfläche zur Verfügung stellt;

Fig. 28 einen Satz von Diagrammen, in welchen die Kurven für die sphärische und chromatische Aberration aufgetragen sind, die bei dem in Fig. 25 gezeigten optischen System in dem Falle erhalten werden, in welchem die Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration des Beugungstyps gemäß Beispiel 3B verwendet wird, bei welchem die Basiskurve für die stufenförmigen Ebenen eine asphärische Oberfläche der vierten Ordnung zur Verfügung stellt;

Fig. 29 einen Satz von Diagrammen, bei welchem die Kurven für die sphärische und chromatische Aberration aufgetragen sind, die bei dem in Fig. 25 gezeigten optischen System in dem Fall erhalten werden, in welchem eine Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration des Beugungstyps verwendet wird, bei welchem die Basiskurve für die stufenförmigen Ebenen eine kugelförmige Oberfläche zur Verfügung stellt;

Fig. 30 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch die positive Objektivlinse zeigt, die durch die Korrekturvorrichtungen für die chromatische Aberration der Beispiele 4B und 5B korrigiert werden soll;

Fig. 31 eine Satz von Diagrammen, bei welchen die Kurven für die sphärische und chromatische Aberration aufgetragen sind, die allein mit der in Fig. 30 gezeigten Objektivlinse erhalten werden;

Fig. 32 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch ein optisches System zeigt, bei welchem die in Fig. 30 dargestellte Objektivlinse mit einer Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungstyps kombiniert ist, bei welcher die geklebte Oberfläche kugelförmig ist;

Fig. 33 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Kurven für die sphärische und chromatische Aberration aufgetragen sind, die bei dem in Fig. 32 gezeigten optischen System erhalten werden;

Fig. 34 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch ein optisches System zeigt, bei welchem die in Fig. 30 dargestellte Linse mit der Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration des Brechungstyps gemäß Beispiel 4B kombiniert ist, bei welchem die geklebte Oberfläche ellipsoidförmig ist;

Fig. 35 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Kurven für die sphärische und chromatische Aberration aufgetragen sind, die mit dem in Fig. 34 dargestellten optischen System erhalten werden;

Fig. 36 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch ein optisches System zeigt, bei welchem die in Fig. 30 dargestellte Linse mit einer Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration des Beugungstyps verwendet wird;

Fig. 37 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Kurven für die sphärische und chromatische Aberration aufgetragen sind, die bei dem in Fig. 36 dargestellten optischen System im Falle erhalten werden, in welchem die Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration des Beugungstyps gemäß Beispiel 5B verwendet wird, bei welchem die Basiskurve für die stufenförmigen Ebenen eine ellipsoidförmige Oberfläche zur Verfügung stellt;

Fig. 38 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Kurven für die sphärische und chromatische Aberration aufgetragen sind, die bei dem in Fig. 36 dargestellten optischen System in dem Fall erhalten werden, in welchem eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Beugungstyps verwendet wird, bei welcher die Basiskurve für die stufenförmigen Ebenen eine kugelförmige Ebene zur Verfügung stellt;

Fig. 39 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch das optische System für eine optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung gemäß Beispiel IC zeigt;

Fig. 40 ein vereinfachtes Diagramm, welches eine Abänderung des in Fig. 39 dargestellten optischen Systems zeigt;

Fig. 41 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch das optische System für eine optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung gemäß Beispiel 2C zeigt;

Fig. 42 eine Aufsicht des optischen Systems für die optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung gemäß Beispiel 3C;

Fig. 43 eine Seitenansicht, welche dasselbe optische System wie im Beispiel 3C zeigt;

Fig. 44 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch das optische System für eine optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung gemäß Beispiel 4C zeigt;

Fig. 45 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch das optische System für eine optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung gemäß Beispiel 5C zeigt;

Fig. 46A eine Seitenansicht mit einer schematischen Darstellung der Hybridlinse gemäß den Beispielen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 46B eine Aufsicht auf dieselbe Hybridlinse;

Fig. 47 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch eine Objektivlinse zeigt, welche die Hybridlinse von Beispiel 1D verwendet;

Fig. 48 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Aberrationskurven aufgetragen sind, die mit der in Fig. 47 dargestellten Objektivlinse erhalten werden;

Fig. 49 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch eine Objektivlinse zeigt, welche die Hybridlinse des Beispiels 2D verwendet;

Fig. 50 einen Satz von Diagrammen, in welchen die Aberrationskurven aufgetragen sind, die mit der in Fig. 49 dargestellten Objektivlinse erhalten werden;

Fig. 51 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch eine Objektivlinse zeigt, die in der Hinsicht mit dem Beispiel 2D verglichen wird, daß sie kein Beugungselement aufweist;

Fig. 52 eine Satz von Diagrammen, bei welchen die Aberrationskurven aufgetragen sind, die mit der in Fig. 51 gezeigten Objektivlinse erhalten werden;

Fig. 53 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch eine Kollimatorlinse zeigt, welche die Hybridlinse des Beispiels 3D verwendet;

Fig. 54 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Aberrationskurven aufgetragen sind, die mit der in Fig. 53 dargestellten Kollimatorlinse erhalten werden;

Fig. 55 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch ein Telelinsensystem zeigt, welches die Hybridlinse des Beispiels 4D verwendet;

Fig. 56 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Aberrationskurven aufgetragen sind, die mit dem in Fig. 55 gezeigten Telelinsensystem erhalten werden;

Fig. 57 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch ein Telelinsensystem zeigt, welches in der Hinsicht eine Abänderung des Beispiels 4D darstellt, daß es ein auf einem Filter vorgesehenes Beugungselement aufweist;

Fig. 58 ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch ein Telelinsensystem zeigt, das in der Hinsicht mit dem Beispiel 4D verglichen wird, daß es kein Beugungselement aufweist;

Fig. 59 einen Satz von Diagrammen, bei welchen die Aberrationskurven aufgetragen sind, die mit dem in Fig. 58 dargestellten Telelinsensystem erhalten werden;

Fig. 60 eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Betriebsprinzips der Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 61 eine weitere Querschnittsansicht, die ebenfalls das Betriebsprinzip der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;

Fig. 62 eine Querschnittsansicht des Betriebsprinzips der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 63 einen Schnitt von Fig. 62, gesehen in der durch einen Pfeil A angedeuteten Richtung;

Fig. 64 eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps bei einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung eingesetzt wird;

Fig. 65 eine Querschnittsansicht des ersten Beispiels der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 66 eine Querschnittsansicht des zweiten Beispiels der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 67 eine Querschnittsansicht des dritten Beispiels für die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 68 eine Querschnittsansicht des vierten Beispiels der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 69 eine schematische Darstellung der chromatischen Aberration, die sich in einer einfachen Linse entwickelt, und deren Korrektur durch die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 70 ein vereinfachtes Diagramm, welches ein Beispiel für die einfache Linse zeigt, die in Kombination mit der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden soll;

Fig. 71 einen Satz von Diagrammen, in welchen die Aberrationskurven aufgetragen sind, die mit der in Fig. 70 dargestellten einfachen Linse erhalten werden;

Fig. 72 ein Diagramm, welches ein weiteres Linsensystem zeigt, bei welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden soll; und

Fig. 73 eines Satz von Diagrammen, bei welchen die Aberrationskurven aufgetragen sind, die mit dem in Fig. 72 dargestellten Linsensystem erhalten werden.

Ausführungsformen der Korrektureinzellinse für chromatische Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. Zuerst soll die Theorie für den Betrieb gemäß der Erfindung beschrieben werden.

Es wird angenommen, daß eine dünne Linse eine Brennweite f aufweist und aus einem Material besteht, welches einen Brechungsindex n aufweist, der sich in Reaktion auf eine Änderung der Wellenlänge Δn ändert. Die Änderung der Brechkraft dieser Linse ΔR in Reaktion auf die Wellenlängenänderungen wird durch die nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt:

ΔR=Δn/(f (n-1) (1).

Solange kein Material vorhanden ist, welches einen ausreichenden Brechungsindex n zur Herstellung einer Linse aufweist, jedoch nur eine geringe Brechungsindexänderung Δn erfährt, kann keine übliche Einzellinse mit ihrer Brechkraft die Brechkraftänderung ΔR unterdrücken, die als Ergebnis der Wellenlängenänderung auftritt.

Unter diesen Umständen wird die Korrektureinzellinse für chromatische Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, daß eine Beugungslinsenoberfläche auf einer der Oberflächen einer einfachen Linse auf solche Weise ausgebildet wird, daß die Beugungswirkung auf dieser Oberfläche im Effekt dazu verwendet wird, die chromatische Aberration auszugleichen, die sich infolge der Brechungswirkung der einfachen Linse entwickelt.

Eine Beugungslinse kann entweder eine Amplitudenbeugungs- oder eine Phasenbeugungslinse sein, abhängig von der Art der auftretenden Beugung. Vom Gesichtspunkt einer wirksamen Lichtnutzung aus wird vorzugsweise eine Phasenbeugungslinse verwendet. Die Phasenbeugungslinse wird dadurch hergestellt, daß eine Reihe kreisringförmiger Segmente zur Verfügung gestellt wird, und zwar in Stufen, welche Ebenen senkrecht zur optischen Achse und konzentrisch mit dieser bilden.

Wird die Brechkraft einer Linse als ΦR geschrieben, und die Brechkraft einer Beugungslinsenoberfläche, die auf einer Oberfläche dieser Linse gebildet wird, als ΦD bezeichnet, so wird die zusammengesetzte Brechkraft ΦT durch folgende Gleichung (2) ausgedrückt:

ΦT=(HR/H1)ΦR+(HD/H1)ΦD (2)

wobei H1: die Höhe eines achsennahen Strahls ist, in welcher dieser in das Linsensystem eintritt; HR: die Höhe des auftreffenden achsennahen Strahls H1 ist, in welcher dieser in die Brechungslinse auf dem vorderen Hauptpunkt eintritt; HD: die Höhe des auftreffenden achsennahen Strahls H1 ist, in welcher dieser in die Beugungslinse auf dem vorderen Hauptpunkt eintritt.

Zur Vereinfachung soll angenommen werden, daß jede Linse eine dünne Linse ist. Dann läßt sich Gleichung (2) wie folgt umschreiben:

ΦT=ΦR+ΦD (3).

Bei einer üblichen Brechungslinse wird die Änderung der Linsenbrechkraft ΔR, die durch die Brechungsindexänderung Δn infolge einer Änderung der Wellenlänge hervorgerufen wird, durch Gleichung (4) ausgedrückt:

ΔR=ΦR(Δn/(n-1)) (4)

wobei ΦR die Brechkraft der Linse ist.

Die Brechkraft einer Beugungslinsenoberfläche ΦD wird dadurch berechnet, daß der Differentialkoeffizient zweiter Ordnung der optischen Weglängendifferenz (hervorgerufen durch Beugung) in bezug auf die Entfernung von der optischen Achse berechnet wird. Da die optische Weglängendifferenz proportional zur Wellenlänge ist, wird die Brechkraftänderung ΔD infolge der Beugung, die dann auftritt, wenn die Wellenlänge um Δλ₀ gegenüber der spezifizierten Bezugswellenlänge λ₀ verschoben wird, durch folgende Gleichung (5) ausgedrückt:

ΔD=(Δλ₀/λ₀)ΦD (5).

Es wird angenommen, daß eine Linse mit einer Brennweite von 10 mm, die mit einer Laserdiode betrieben werden soll, die Licht bei einer Bezugswellenlänge (λ₀) von 780 nm emittiert, mit einer Verschiebung (Δλ₀) von ±10 nm, aus dem Material LAL 13 hergestellt wird (Handelsbezeichnung von Ohara Co., Ltd.; n780=1,68468; Δn=-0,000032). Die Gleichungen (4) und (5) geben die folgenden Werte:

ΔR=ΦR(Δn/(n-1))=-4,67×10^-4 · ΦR

ΔD=ΦD(Δλ₀/λ₀)=1,28×10^2-2 · ΦD.

Um die Variation der zusammengesetzten Brechkraft infolge der Wellenlängendifferenz zu unterdrücken, können ΔR und ΔD so eingestellt werden, daß ihre Summe den Wert 0 ergibt (ΔR+ΔD=0). Mit anderen Worten kann eine Linse, welche bei Wellenlängen nahe dem Bezugswert 780 nm keine chromatische Aberration zeigt, dadurch hergestellt werden, daß die nachstehende Bedingung (7) erfüllt wird:

ΦR : ΦD=1 : 0,0364 (7).

Weiterhin muß die folgende Gleichung (8) gelten, um sicherzustellen, daß die Brennweite 10 mm beträgt:

ΦR+ΦD=0,100 (8).

Die Gleichungen (7) und (8) zeigen, daß die Brechungs- und Beugungs-Brechkraft jeweils durch eine der nachstehenden Gleichungen (9) beziehungsweise (10) ausgedrückt wird:

ΦR=0,09649 (9)

ΦD=0,00351 (10).

Durch die zweite Integration der Gleichung (10) in Reaktion auf die Entfernung von der optischen Achse wird die optische Weglängendifferenz OPD(h) an dem Punkt auf der Beugungslinsenoberfläche, welcher von der optischen Achse um eine Höhe h entfernt ist, wie nachstehend angegeben bestimmt:

OPD(h) = 0,5_*ΦD_*h²
= 0,5_*0,00351_*h²
= 1,755 × 10⁻³_*h² (11)

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß zur Entwicklung einer Beugung die optische Wellenlängendifferenz nicht kontinuierlich variiert werden muß, sondern intermittierend oder diskret in Schritten. Im einzelnen ist die optische Wellenlängendifferenz, die zwischen Licht auftritt, welches durch ein Medium mit der Dicke t entlang dem optischen Weg hindurchgeht, und Licht, welches durch Luft hindurchgeht, gegeben durch (n-1)t, und daher muß die Höhendifferenz zwischen benachbarten Stufen auf der Beugungslinse gleich t sein, welches sich aus der nachstehenden Gleichung (12) ergibt, oder ein ganzzahliges Vielfaches von t:

t(h) = 0,780 × 10⁻³/(n - 1)
= 0,780 × 10⁻³/0,68468 = 1,14 × 10⁻³_*h² (12)

Daher ist makroskopisch die Beugungslinse als Konkavlinse geformt, deren Dicke proportional zum Quadrat der Entfernung von der optischen Achse zunimmt, jedoch werden mikroskopisch kreisringförmige Segmente in Stufen geformt, die konzentrisch zur optischen Achse liegen, auf die bereits voranstehend angegebene Weise. Werden diese Anforderungen erfüllt, so kann die Beugungslinse eine gewünschte Brechkraft zur Verfügung stellen.

In der voranstehenden Diskussion wurde angenommen, daß die Korrektureinzellinse für chromatische Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung eine dünne Linse ist, und daß daher sich die Höhe des Strahleneinfalls nicht auf den beiden Oberflächen der Linse ändert. Allerdings unterscheidet sich die Höhe des einfallenden Strahls in der Praxis zwischen der vorderen und hinteren Oberfläche der Linse, und daher muß auch die Änderung von h berücksichtigt werden.

Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß das Verhältnis zwischen der optischen Weglängendifferenz t(n-1) und der Wellenlänge λ₀ vorzugsweise die nachstehende Bedingung (A) erfüllt:

0,8t(n-1)/λ₀10 (A).

Es gilt allgemein, daß bei Ausbildung einer Beugungslinsenoberfläche auf solche Weise, daß die Höhendifferenz zwischen benachbarten Stufen gleich der Wellenlänge λ₀ ist, man Licht der Beugung erster Ordnung verwendet, und daher die Beeinträchtigung der Wellenfrontaberration infolge der Änderung der Wellenlänge unterdrücken kann, wodurch ein Abfall des Beugungswirkungsgrades und der Abbildungsleistung verhindert wird, die sonst infolge der Wellenlängenänderung auftreten würden.

Ist der Betriebswellenlängenbereich schmal, oder liegt ein Fall vor, in welchem die Breite jedes ringförmigen Segments zu klein ist, so daß bei der Linsenherstellung Schwierigkeiten auftreten, kann die Höhendifferenz zwischen benachbarten Stufen auf das Doppelte der Wellenlänge oder ein ganzzahliges Vielfaches (3) der Wellenlänge erhöht werden, wobei es jedoch immer noch möglich ist, die Korrektur der chromatischen Aberration durchzuführen. Übersteigt allerdings die Höhendifferenz zwischen den Stufen die Obergrenze der Bedingungen (A) und wird größer als das zehnfache der Wellenlänge λ₀, so unterscheidet sich die Linsengeometrie nicht von der konventionellen Fresnel- Linse und die nachstehenden zwei Schwierigkeiten treten auf: Infolge eines möglichen Herstellungsfehlers bezüglich der Höhendifferenz zwischen den Stufen gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit für eine ansteigende Phasenfehlanpassung, und zweitens nimmt der Wirkungsgrad der Beugungslinse ab, wenn das auftreffende Licht eine Wellenlänge aufweist, die sich von dem spezifizierten Wert unterscheidet.

Wird andererseits die Untergrenze der Bedingung (A) nicht erreicht, so kann die für die Beugungslinse erforderliche Phasenanpassung nicht erzielt werden, so daß diese im wesentlichen unfähig ist, als eine "Beugungslinse" zu arbeiten.

Wenn die Beugungslinse und die Brechungslinse in einer einstückigen Einheit kombiniert werden sollen, um die chromatischen Aberration zu korrigieren, so wird, wie Gleichung (7) zeigt, beinahe die gesamte Brechkraft, die sich entwickelt, durch die Brechungslinse erzeugt. Daher ist es erforderlich, daß die Brechungslinse so ausgebildet ist, daß sie im wesentlichen selbst die Korrektur von Abberationen durchführen kann. Andererseits ist die Brechkraft der Beugungslinse beinahe 0, da ihre einzige Funktion in der Korrektur der chromatische Aberration besteht, die sich in der Brechungslinse entwickelt. Daher weist die Korrektureinzellinse für chromatische Aberration als einstückige Einheit keinen wesentlichen Unterschied gegenüber der konventionellen asphärischen Einzellinse auf, soweit die makroskopische Geometrie betroffen ist.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt ein optisches System, welches eine Korrektureinzellinse für chromatische Aberration gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet, bei welchem die Linse als Objektivlinse in einem optischen Disk-System verwendet wird. Strahlen parallelen Lichts, die in die Linse 1 von links eintreten, werden auf einen Punkt auf der Aufzeichnungsoberfläche fokussiert, der sich auf der inneren (rechten) Seite des Deckglases D der optischen Scheibe befindet. Die Linse 1 ist eine Objektivlinse, deren beide Oberflächen makroskopisch konvex sind.

Fig. 2(a) beziehungsweise 2(b) stellen einen Querschnitt beziehungsweise eine Aufsicht dar, welche die Objektivlinse 1 in übertriebener Darstellung zeigen, um die Geometrie der ringförmigen Segmente zu verdeutlichen, die auf der Linse ausgebildet sind. Die linke Seite der Linse (1) in Fig. 2(a), auf welche das parallele Licht auftreffen soll, stellt eine diskontinuierliche Oberfläche zur Verfügung, welche die Kombination einer asphärischen Oberfläche einer Brechungslinse mit ringförmigen Segmenten darstellt, die auf ihr ausgebildet sind, um eine Oberfläche zu erzeugen, die als eine Beugungslinsenoberfläche arbeitet. Die ringförmigen Segmente sind konzentrisch in Stufen gebildet, welche diskret in einer Richtung verschoben sind, in welcher die Linsendicke als Funktion der Entfernung von der optischen Achse zunimmt. Die Seite der Linse 1, welche dem Deckglas D gegenüberliegt, bildet eine übliche, kontinuierliche asphärische Oberfläche.

Um gleichzeitig die sphärische Aberration und das Koma in einem Fall zu korrigieren, in welchem eine Linse mit einer hohen NA (numerischen Apertur) wie die Objektivlinse in einem optischen Disksystem aus einer Einzellinse besteht, muß die Oberfläche auf der Seite, auf welcher parallele Lichtstrahlen auftreffen, nämlich auf der Seite an dem fernen konjugierten Punkt, als eine konvexe asphärische Oberfläche ausgebildet sein, deren Krümmungsradius von der optischen Achse zum Umfang hin zunimmt.

Damit eine Linse eine hohe NA aufweist, muß im wesentlichen die Sinusbedingung für die Koma-Korrektur erfüllt sein. Wird daher eine Linse mit hoher NA mit der Beugungslinse kombiniert, so ist die optische Weglänge, welche durch letztere zur Verfügung gestellt werden soll, nicht proportional zum Quadrat der Höhe h des einfallenden Strahls, sondern proportional zum Quadrat des Sinus des Einfalls- oder Ausfallwinkels. Abgesehen von dem Fall, in welchem die Beugungslinsenoberfläche auf den Seiten liegt, an welchen das parallele Licht eintritt und austritt, muß daher die Geometrie der Beugungslinsen-Oberfläche so gewählt sein, daß ihre Krümmung nicht streng proportional zum Quadrat der Entfernung h von der optischen Achse ist, sondern allmählich zum Umfang hin abnimmt. Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß dann, wenn der auftreffende Strahl in die Beugungslinse in einem Winkel (schräg) eintritt, die effektive Linsendicke zunehmen wird; in einem Fall, in welchem sich die Beugungslinse auf der Seite der Linse mit hoher NA befindet, die näher an der Austrittsoberfläche liegt, muß daher das Ausmaß der Verschiebung auch als Funktion von h berücksichtigt werden.

Wenn die Beugungslinse, die in einer einstückigen Anordnung kombiniert werden soll, an dem fernen konjugierten Punkt liegt, wie im Falle des Beispiels 1, so erfahren die auftreffenden Strahlen eine Winkeländerungswirkung auf der Beugungslinsenoberfläche in der Axialrichtung, und daher nimmt die Höhendifferenz zwischen kreisringförmigen Stufen auf der Beugungslinsenoberfläche von der optischen Achse zum Umfang hin zu. Allerdings ist es schwierig, ein System herzustellen, in welchem die Linsenoberfläche entlang sich ausbreitender Strahlen verschoben ist; daher kann bei dem tatsächlichen Herstellungsvorgang die Linsenoberfläche in der Axialrichtung verschoben werden.

Die spezifischen numerischen Daten für das Beispiel 1 sind in den nachstehenden Tabellen 1 bis 3 aufgeführt. Fig. 3 zeigt die drei Aberrationen, die sich in diesem System entwickeln, welches entsprechend diesen Daten aufgebaut ist: Koma, chromatische Aberration, ausgedrückt anhand des sphärischen Aberrationen bei 770 nm, 780 nm und 790 nm, sowie Astigmatismus (S: sagittal; M, meridional).

Tabelle 1

Die Form der ersten Oberfläche auf der Korrektureinzellinse für chromatische Aberration wird durch die in Tabelle 2 (siehe unten) aufgeführten Koeffizienten gegeben, wenn der Wert sag X(h) der asphärischen Oberfläche an dem Punkt, der von der optischen Achse um eine Entfernung h beabstandet ist, durch die folgende Gleichung (13) definiert ist, bei welcher dem üblichen Ausdruck für die asphärische Oberfläche das Glied ΔN hinzugefügt ist. Das Symbol INT(x) in Tabelle 2 bezeichnet eine Funktion zum Abtrennen des ganzzahligen Anteils von x:

wobei r der Krümmungsradius der Spitze der asphärischen Oberfläche ist; N die Nummer des ringförmigen Segments ist, zu welchem der Punkt in der Höhe h gehört; K die Kegelschnittkonstante ist; und A4, A6, A8 und A10 asphärische Koeffizienten der vierten, sechsten, achten beziehungsweise zehnten Ordnung sind.

Tabelle 2

Die Form der zweiten Oberfläche der Einzelkorrekturlinse 1 für chromatische Aberration wird durch die in der nachstehenden Tabelle 3 angegebenen Koeffizienten gegeben, wenn die asphärische Oberfläche durch Gleichung (14) definiert wird:

Tabelle 3

Beispiel 2

Fig. 4 zeigt den Fall, in welchem die Korrektureinzellinse für chromatische Aberration gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung als Kollimatorlinse verwendet wird, die das divergente Licht von der Laserdiode sammelt. Die durch die Bezugsziffer 2 bezeichnete Kollimatorlinse weist eine Meniskusform auf, die in makroskopischem Maßstab auf der linken Seite konvex ist, aus welcher kollimierte Lichtstrahlen austreten.

Fig. 5(a) und 5(b) sind ein Querschnitt beziehungsweise eine Aufsicht, welche die Kollimatorlinse 2 in übertrieben vergrößertem Maßstab zeigen, um die Geometrie der auf ihr ausgebildeten kreisringförmigen Segmente zu verdeutlichen. Die rechte Seite der Linse 2 (in Fig. 5 (a)), welche dem Deckelglas 3 der Laserdiode gegenüberliegt, bildet eine diskontinuierliche Oberfläche, auf welcher kreisringförmige Segmente ausgebildet sind, um so eine Oberfläche zu erzeugen, die als eine Beugungslinsenoberfläche arbeitet, die im wesentlichen keine Brechkraft aufweist. Die ringförmigen Segmente sind konzentrisch in Stufen ausgebildet, welche diskret in einer Richtung verschoben sind, in welcher die Linsendicke als Funktion der Entfernung von der optischen Achse zunimmt. Die linke Seite der Linse 2, aus welcher Strahlen aus kollimiertem Licht austreten, bildet eine übliche, kontinuierliche asphärische Oberfläche.

In einem Fall wie beim Beispiel 2, in welchem eine Beugungslinsenoberfläche auf der Seite gebildet wird, die näher an dem nahen konjugierten Punkt liegt, kann man ein optisches Material verwenden, welches einen Brechungsindex in dem Bereich zwischen 1,65 bis 1,80 aufweist. Durch ein derartiges Material können sowohl die sphärische Aberration als auch das Koma dadurch korrigiert werden, daß nur eine Oberfläche asphärisch ausgebildet wird, wogegen die andere Oberfläche keine Brechkraft aufweist. Daher kann die Beugungslinsenoberfläche auf der Grundlage einer Ebene gebildet werden, und dies erleichtert die Vorbereitung einer Linsenherstellungsform.

Liegt der Brechungsindex nicht in dem Bereich zwischen 1,65 und 1,80, so ist es schwierig, sowohl die sphärische Aberration als auch das Koma durch eine ebene Beugungslinsenoberfläche zu korrigieren, und ein Teil des Komas bleibt unkorrigiert. Daher ist eine Linse mit einem Brechungsindex außerhalb des voranstehend angegebenen Bereiches nicht geeignet als eine Linse mit einer hohen NA.

Die spezifischen numerischen Daten für das Beispiel 2 sind in den nachstehenden Tabellen 4 und 5 angegeben. Die Form der ersten Oberfläche der Kollimatorlinse 2, die sich auf der linken Seite befindet, wie aus Fig. 4 hervorgeht, wird durch Gleichung (14) gegeben (siehe Beispiel 1), in welche die in Tabelle 5 angegebenen Werte eingesetzt werden. Fig. 6 zeigt die drei Aberrationen, die sich in dem System entwickeln, welches entsprechend der in den Tabellen 4 und 5 angegebenen Daten aufgebaut ist: Koma, chromatische Aberration, ausgedrückt anhand der sphärischen Aberrationen, und Astigmatismus.

Tabelle 4

Tabelle 5

Die Form der zweiten Oberfläche der Korrektureinzellinse für chromatische Aberration wird durch die nachstehende Gleichung (15) anhand von X(h) gegeben, oder den Durchhang an dem Punkt, der um eine Entfernung h von der optischen Achse entfernt ist:

X(h)=ΔN (15)

wobei N die Nummer des ringförmigen Segmentes ist, zu welchem der Punkt in der Höhe h gehört, und der die Asphärizität beschreibende Koeffizient die nachstehende Funktion von N ist:

N=INT(2,70_*h²-0,0318_*h⁴+0,5)

ΔN=0,001165_*N.

Beispiel 3

Fig. 7 zeigt ein optisches System, in welchem die Korrektureinzellinse für die chromatische Aberration gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung als Objektivlinse eines finiten Systems für eine optische Disk verwendet wird. Ein Laserstrahl von einer (nicht gezeigten) Laserlichtquelle gelangt durch ein Substrat 4 von links aus und tritt als divergentes Licht in eine Objektivlinse 5 ein, welches durch diese Objektivlinse 5 so fokussiert wird, daß ein Punkt auf der Rückseite des Deckelglases D der optischen Disk gebildet wird. Ein optisches Entkopplungshologramm oder dergleichen wird auf dem Substrat 3 gebildet.

Die linke Seite der Objektivlinse 5 weist eine asphärische Oberfläche auf, auf welcher stufenförmig ringförmige Segmente gebildet sind, um eine Beugungslinsenoberfläche zur Verfügung zu stellen, und die echte Seite der Objektivlinse 3 wird durch eine kontinuierliche asphärische Oberfläche gebildet.

Eine Objektivlinse mit hoher NA des finiten Systems, welches in dem Beispiel 3 gezeigt ist, weist eine starke Brechkraft auf, oder muß Licht bei unterschiedlichen Wellenlängen verarbeiten, die nicht nahe beieinander liegen. In diesen Fällen erfährt die Brechungslinse allein wellenlängenabhängige Änderungen nicht nur bezüglich der Brennpunktlage, sondern auch bezüglich des Ausmaßes der sphärische Aberration; allerdings kann die Beugungslinse dazu verwendet werden, sphärische Aberrationen zu erzeugen, welche dazu ausreichen, diese Änderungen der sphärischen Aberration auszugleichen.

In einem Wellenlängenbereich nahe dem sichtbaren Licht kann es allgemein auftreten, daß die sphärische Aberration in einer positiven Linse, die bei der Bezugswellenlänge ordnungsgemäß korrigiert ist, in bezug auf Licht kürzerer Wellenlängen unterkorrigiert ist, welches einen höheren Brechungsindex erfährt, wogegen sie in bezug auf Licht längerer Wellenlängen überkorrigiert ist, welches einen niedrigeren Brechungsindex erfährt.

Um daher die Änderungen auszugleichen, die bezüglich der sphärischen Aberration auf der Grundlage derartiger Wellenlängenänderungen auftreten, kann die Geometrie der Beugungslinse so gewählt sein, daß ihre Brechkraft allmählich zum Umfang hin zunimmt. Die Änderung in einer sphärischen Aberration niedriger Ordnung kann als biquadratische Funktion anhand der Wellenfront-Aberration ausgedrückt werden; daher kann man auch die Änderungen der sphärischen Aberration infolge von Wellenlängenänderungen dadurch unterdrücken, daß die Form der Beugungslinse anhand einer zweiteiligen Funktion festgelegt wird, wobei der eine Teil proportional zum Quadrat von h ist, und der andere proportional zur vierten Potenz von h ist.

Die spezifischen numerischen Daten für das Beispiel 3 sind in den nachstehenden Tabellen 6 bis 8 angegeben. Die Form der ersten Oberfläche der Objektivlinse 4, die sich in Fig. 7 auf der linken Seite befindet, wird durch Gleichung (13) gegeben (siehe Beispiel 1), in welche die in Tabelle 8 angegebenen Werte eingesetzt sind. Fig. 8 zeigt die drei Aberrationen, die sich in dem System entwickeln, welches entsprechend den in den Tabellen 6 bis 8 angegebenen Daten aufgebaut ist: Koma, chromatische Aberration, ausgedrückt anhand der sphärischen Aberrationen, und Astigmatismus.

Tabelle 6

Tabelle 7

Tabelle 8

Wie auf den voranstehenden Seiten erläutert, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, daß eine asphärische Einzellinse die chromatische Aberration korrigiert, während sie andere Aberrationen unterdrückt, beispielsweise die sphärische Aberration und das Koma. Wird daher diese Linse als Objektivlinse verwendet, so stellt sie den Vorteil zur Verfügung, daß sich ihre Abmessungen und ihr Gewicht nicht sehr von den Werten bei einer asphärischen Objektivlinse nach dem Stand der Technik unterscheiden, und daß sie dennoch die chromatische Aberration korrigieren kann, um eine Defokussierung zu unterdrücken, die aufgrund von Variationen der Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle auftritt.

Wird eine Beugungslinsenoberfläche auf der Seite näher an dem entfernt konjugierten Punkt ausgebildet, nämlich auf der Seite, in welcher parallele Lichtstrahlen eintreten, wenn die Linse gemäß der Erfindung als Objektivlinse für eine optische Disk verwendet wird, kann man die Ablagerung von Schmutz oder Staub vermeiden, welcher durch einen Luftstrom befördert wird, der durch die sich drehende optische Disk hervorgerufen wird. Wenn im Gegensatz hierzu eine Beugungslinsenoberfläche auf der Seite näher an dem nahen konjugierten Punkt ausgebildet werden soll, wenn die erfindungsgemäße Linse als eine Kollimatorlinse verwendet wird, so kann die Beugungslinsenoberfläche auf einer im wesentlichen keine Brechkraft aufweisenden Seite dadurch ausgebildet werden, daß der Brechungsindex des verwendeten optischen Materials entsprechend ausgebildet wird. In diesem Fall kann die Beugungslinsenoberfläche eine einfache Form annehmen, die nur gegenüber einer ebenen Oberfläche verschoben ist, und daher läßt sie sich einfach herstellen.

Verschiedene Beispiele für die vorliegende Erfindung werden nachstehend beschrieben.

Eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 9 gezeigt. Die Vorrichtung ist insgesamt durch die Bezugsziffer 101 bezeichnet und weist mehrere stufenförmige Ebenen auf, auf der Lichteintritts-Oberfläche 101a, die auf der linken Seite liegt, wogegen die Austrittsoberfläche 101b aus einer einzigen Ebene besteht. Die Ebenen an der Eintritts-Oberfläche 101a sind als kreisringförmige Segmente ausgebildet, die konzentrisch zur optischen Achse verlaufen, wie in Fig. 10 gezeigt. In den Fig. 9 und 10 ist die Breite jedes kreisringförmigen Segments und der Höhenunterschied zwischen kreisringförmigen Segmenten vergrößert dargestellt, um das Verständnis zu erleichtern.

Der Verschiebungsbetrag in der optischen Richtung der benachbarten kreisringförmigen Zone einzelner Ebenen wird durch die nachstehende Bedingung definiert:

t=mλ₀/(n-1)

wobei m eine ganze Zahl ist, n der Brechungsindex, und λ₀ eine beliebige Wellenlänge in dem Betriebswellenlängen bereich.

Wie aus Fig. 11 hervorgeht, ist die optische Weglänge von Lichtstrahlen bei der Wellenlänge λ₀ um mλ₀ verschoben, wenn sie durch benachbarte Ebenen hindurchgehen, und nach dem Austritt aus der Austrittsoberfläche bilden sie wiederum eine ebene Welle.

Ändert sich die Wellenlänge zu λ₀+Δλ, so ist die Wellenfront um etwa mΔλ₀ zwischen benachbarten Ebenen verschoben (unter Vernachlässigung der Änderung, die beim Brechungsindex des Materials der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration aufgrund der Wellenlängenänderung auftritt), und die optische Weglängendifferenz stellt kein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge dar. Daher ist die austretende Wellenfront keine ebene Welle, sondern eine im allgemeinen kugelförmige Welle, welche eine Brechkraft aufweist, wie in Fig. 12 gezeigt ist.

Weist die Korrekturvorrichtung 101 für chromatische Aberration eine Form auf, die makroskopisch einer konkav ebenen Linse entspricht, so kann sie die chromatische Aberration ausgleichen, die sich bei üblicher Brechung unter Verwendung einer positiven Linse entwickelt; daher kann durch Verwendung dieser Vorrichtung in Kombination mit einer Objektivlinse für eine optische Disk, wie in Fig. 13 gezeigt, in welcher die Objektivlinse durch 102 bezeichnet ist, eine Korrektion der chromatische Aberration erzielt werden. Durch die Bezugsziffer 103 ist in Fig. 13 ein Abdeckglas einer optischen Disk bezeichnet.

Nachstehend wird die Wirkung der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration beschrieben, wenn diese in einer bestimmten Entfernung von der Objektivlinse entfernt angeordnet ist.

Man betrachtet eine optisches System, in welcher zwei Linsengruppen A und B um eine Entfernung L beabstandet sind. Tritt paralleles Licht in diese optisches System ein, so wird die Entfernung von der letzten Linsenoberfläche zur Abbildungsebene, welche allgemein der rückwärtige Brennpunkt fB genannt wird, durch die nachstehende Gleichung (1A) ausgedrückt, in welcher ΦA und ΦB die Brechkraft der jeweiligen Linsengruppe bezeichnen. Durch Differenzieren von Gleichung (1) nach ΦB,L und ΦA erhält man die Gleichung (2A), (3A) und (4A):

fB=(1-ΦAL)/(A+ΦB-ΦAΦBL) (1A)

dfB/dΦB=-(1-ΦAL)²/(ΦA+ΦB-ΦAΦBL)² (2A)

dfB/dL=-ΦA²/(ΦA+ΦB-ΦAΦBL)² (3A)

dfB/dΦA=-1/(ΦA+ΦB-ΦAΦBL)² (4A).

Nimmt man an, daß die Linsengruppe A eine Korrektur vorrichtung für chromatische Aberration ohne Brechkraft ist, so lassen sich die Differentalgleichungen (2A), (3A) und (4A) wie nachstehend angegeben vereinfachen:

dfB/dΦB=-1ΦB² (5A)

dfB/dL=0 (6A)

dfB/dΦA=-1/ΦB² (7A).

Hieraus kann folgendes geschlossen werden: weist die Linsengruppe A eine sehr geringe Brechkraft auf, so verursacht eine Änderung der Entfernung L keine Änderung der Brennpunktlage; ändert sich die Brechkraft der Linsengruppe B, so tritt eine Verschiebung der Brennpunktposition ein, die durch die Gleichung (5A) gegeben ist; und ändert sich die Brechkraft der Linsengruppe A, so tritt eine Änderung der Brennpunktlage auf, die durch die Gleichung (7A) gegeben ist.

Um sicherzustellen, daß keine Verschiebung der Brennpunkt position auftritt, selbst wenn eine Änderung der Wellenlänge entsprechende Änderungen der Brennkraft der Linsengruppen A und B hervorruft, kann man daher die jeweiligen Linsengruppen so wählen, daß das Ausmaß der Änderung der Brechkraft einer Linsengruppe das Ausmaß der Änderung der Brechkraft der anderen Linsengruppe ausgleicht, und zwar so, daß die Koeffizienten der Differenzierung der Brechkräfte der jeweiligen Linsengruppen bezüglich der Wellenlänge λ die Beziehung erfüllen, die durch die nachstehende Gleichung (8A) gegeben ist:

dΦA/dλ₀=dΦB/dλ₀ (8A).

Die Änderung der Brechkraft der Linsengruppe B in Reaktion auf die Wellenlängenänderung wird durch Gleichung (9A) in Beziehung auf die Änderung des rückwärtigen Brennpunkts ausgedrückt. Nimmt man an, daß die Linsengruppe B eine Beugungslinse ist, so wird ihre Brechkraft, die proportional zur Wellenlänge ist, durch die nachstehende Gleichung (10A) ausgedrückt:

dΦB/dλ₀=-(dfB/dλ₀)ΦB² (9A)

dΦA/dλ₀=ΦA/λ₀ (10A).

Durch Einsetzen der Gleichungen (9A) und (10A) in Gleichung (8A) ergibt sich die Brechkraft der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration, die als Beugungslinse ausgebildet ist, folgendermaßen:

ΦA=-(dfB/dλ₀)λ₀ΦB² (11A).

Nunmehr wird beispielhaft ein Fall betrachtet, in welchem die Linsengruppe B aus einer Objektivlinse besteht, die eine Brennweite von 3 mm aufweist, zur Verarbeitung von Licht von einem Laser, der bei einer Wellenlänge von 780 nm arbeitet, und einen Wert dfB/dλ₀=0,060 µm/nm aufweist. Die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration kann so ausgelegt sein, daß sie eine Brechkraft ΦA aufweist, die folgendermaßen ausgedrückt wird:

ΦA=0,06×10^-3·780·(1/3)²=1/192,3 (12A).

Daher kann die in der Objektivlinse auftretende chromatische Aberration dadurch korrigiert werden, daß eine positive Beugungslinse verwendet wird, die eine Brennweite von 192 mm aufweist. Allerdings wird darauf hingewiesen, daß zur Einstellung der Gesamtbrechkraft der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration auf 0 eine negative Brechungslinse mit einer Brennweite von -192 mm in Berührung mit dieser Beugungslinse angeordnet werden muß. Besteht die negative Linse aus einer Beugungslinse, so trägt die Dispersion zu einer geringfügigen Verbesserung der Korrekturwirkung für die chromatische Aberration bei.

Wird die diskutierte Negativlinse aus BSL (Handelsbezeichnung von Ohara Co., Ltd.; Brechungsindex = 1,51072 bei einer Wellenlänge λ₀=780 nm), so ergibt sich eine konkav-ebene Linse, die eine kugelförmige Eintrittsoberfläche mit einem Krümmungsradius von -98,058 mm aufweist, und eine ebene Austrittsoberfläche.

Sind allerdings die positive Beugungslinse und die negative Brechungslinse als getrennte Teile vorgesehen, so kann die Anzahl beteiligter Vorrichtungen nicht verringert werden, um geringere Herstellungskosten zu realisieren. Zu diesem Zweck wird die positive Beugungslinse vorzugsweise mit der negativen Brechungslinse in einer einstückigen Einheit vereinigt.

Zur Realisierung einer einstückigen Einheit kann die konkave Oberfläche der negativen Linse aus stufenförmigen Ebenen zusammengesetzt sein, die auf solche Weise angeordnet sind, daß der Verschiebungsbetrag t folgende Gleichung erfüllt: λ₀/(n-1)=1,5273 µm. Dieses Design ist hilfreich zur Bereitstellung einer Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration, welche die chromatische Aberration dadurch korrigieren kann, daß sie als Beugungslinse mit einer Brennweite von 192 mm arbeitet, und keine Brechkraft bei der zentralen Betriebswellenlänge von 780 nm aufweist, da sich das Licht der Beugung erster Ordnung geradlinig ausbreitet.

Es wird ein Koordinatensystem angenommen, welches sich in der Axialrichtung entlang dem Ausbreitungsweg des Lichtes erstreckt; wird die Koordinate des Punktes am Schnittpunkt mit der optischen Achse als 0 angenommen, so wird die Koordinate X(h) der Fläche, die von der optischen Achse um die Entfernung h beabstandet ist, durch die Gleichung (13A) ausgedrückt, wenn die Fläche eine gekrümmte Ebene ist, und durch die Gleichung (14A), wenn die Fläche aus stufenförmigen Ebenen besteht:

wobei Int(x) eine Funktion ist, welche den ganzzahligen Anteil von x ergibt, und C eine Konstante ist, welche die Beziehung 0 C < 1 erfüllt.

Wird die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration in Kombination mit der voranstehend erwähnten Objektivlinse eingesetzt, so ergibt sich im einzelnen eine Geometrie der Vorrichtung, die in Tabelle 9 nachstehend angegeben ist.

Tabelle 9

Bei dem voranstehend beschriebenen Beispiel ist der Verschiebungsbetrag t auf λ₀/(n-1) eingestellt; liegt die Betriebswellenlänge innerhalb eines engen Bereichs, so kann der Verschiebungsbetrag t auch auf mλ₀/(n-1) (m: ganze Zahl) eingestellt werden, und es kann das Licht der Beugung m-ter Ordnung verwendet werden, ohne den Beugungswirkungsgrad zu verringern.

In diesem Zusammenhang wird besonders darauf hingewiesen, daß der Umfangsabschnitt der Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration gewöhnlich durch die geringere Breite des Kreisringsegmentes im Vergleich zu denen im zentralen Abschnitt ausgezeichnet ist. Durch allmähliche Vergrößerung des Wertes von m, beginnend bei 1, um so unterschiedliche Verschiebungsbeträge zu erzeugen, kann man daher verhindern, daß die Breite kreisringförmiger Segmente in dem Umfangsabschnitt zu schmal wird. Gleichung (14A) kann unter Berücksichtigung von m wie nachstehend angegeben abgeändert werden:

Bei dem voranstehend beschriebenen Beispiel ist die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration so aufgebaut, daß ihre Form makroskopisch die einer konkav ebenen Linse ist, wodurch sie die chromatische Aberration korrigieren kann, die sich in einer Konvexlinse entwickelt hat. Es wird darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung umgedreht werden kann, um eine plan-konkav Linse zu erzeugen, die vollständig ebenso arbeitet wie die konkav ebene Linse. Alternativ können beide Seiten der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration so ausgebildet sein, daß sie makroskopisch gekrümmte Oberflächen aufweisen, wie in Fig. 14 gezeigt. Die als Bezug dienende gekrümmte Oberfläche ist nicht auf die Kugeloberfläche beschränkt, die in dem Beispiel verwendet wird, und kann beispielsweise eine asphärische Oberfläche sein.

Weiterhin kann die Korrekturvorrichtung für eine chromatische Aberration als makroskopisch konvex-ebene Linse der in Fig. 15 gezeigten Art ausgebildet sein, oder als Bikonvexlinse der in Fig. 16 gezeigten Art; Vorrichtungen dieser Arten können zur Korrektur der chromatischen Aberration verwendet werden, die sich in der negativen Brechungslinse entwickelt hat.

Fig. 17 zeigt das optische System in einer magneto optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabe einrichtung, welche die voranstehend beschriebene Korrekturvorrichtung für eine chromatische Aberration enthält. Von einer als Lichtquelle dienenden Laserdiode 10 ausgehendes, divergentes Licht wird durch eine Kollimatorlinse 11 kollimiert und daraufhin so geformt, daß es einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und zwar durch ein Strahlformungsprisma 12. Der so geformte Laserstrahl wird durch ein Prisma 13 so reflektiert, daß er durch die Korrekturvorrichtung 101 für die chromatische Aberration gelangt; daraufhin wird der Strahl durch einen Spiegel 14 reflektiert und durch eine Objektivlinse 12 so fokussiert, daß er einen Punkt auf der Disk D bildet.

Sowohl die Objektivlinse 102 als auch der Spiegel 14 sind auf einem Schlitten 15 angebracht, der entlang von Führungsschienen 16 in der Radialrichtung der Disk D, angedeutet durch den Pfeil mit Doppelspitzen in Fig. 17, gleitbeweglich ist.

Das reflektierte Licht von der Scheibe D macht den zweiten Durchgang durch die Objektivlinse 102, den Spiegel 14 und die Korrekturlinse 101 für die chromatische Aberration, und wird durch das Prisma 13 reflektiert; ein Teil des reflektierten Lichtes gelangt durch eine Kondensorlinse 17, um auf einem Lichtempfangselement für die Signalwiedergabe aufgesammelt zu werden, und der Rest des Lichtes gelangt durch eine Kondensorlinse 19, um auf einem Lichtempfangselement 20 für eine Fehlersignalerfassung gesammelt zu werden. Entsprechend dem empfangenen, reflektierten Licht gibt das Element 18 die auf der Disk aufgezeichnete Information aus, wogegen das Element 19 ein Fehlersignal ausgibt, beispielsweise ein Spurfehlersignal oder ein Fokussierfehlersignal.

In Fig. 18 ist eine Abänderung des voranstehend beschriebenen optischen Systems dargestellt. Bei diesem abgeänderten Beispiel ist die Korrekturvorrichtung 101 für die chromatische Aberration an dem Prisma 13 angebracht.

Die Laserdiode erzeugt ein Ausgangssignal, welches in einem Aufzeichnungsmodus intermittierend in einem Bereich ansteigt, in welchem es die Magnetisierungsrichtung auf der Disk ändert, und welches in einem Reproduktionsmodus klein und konstant ist. Diese Änderung der Leistung führt zu einer entsprechenden Änderung der Oszillationswellenlänge. Wie voranstehend beschrieben, ist jedoch die Korrekturvorrichtung 101 für die chromatische Aberration zwischen der Lichtquelle und der Objektivlinse gemäß der vorliegenden Erfindung eingefügt, wodurch die Konvergenz der Lichtstrahlen geringfügig variiert werden kann, da dort eine Wellenlängenänderung auftritt, um so die unerwünschte Positionsverschiebung dort zu unterdrücken, wo die Kondensorlinse 102 Lichtstrahlen sammelt.

Wie auf den voranstehenden Seiten beschrieben, gestattet die vorliegende Erfindung es einem einzigen optischen Element, die chromatische Aberration zu korrigieren, die in einer positiven oder negativen Linse entwickelt wird, wodurch ein Linsensystem zur Verfügung gestellt wird, welches eine kleinere Anzahl an optischen Eleme 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002004323971 00004 99880nten verwendet, und dennoch frei von chromatischer Aberration ist. Daher trägt die vorliegende Erfindung zur Herstellung eines leichteren Linsensystems bei geringeren Kosten bei.

Wird die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung in einem optischen System für eine optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung verwendet, so kann eine Verschiebung der Position, in welcher die Kondensorlinse Lichtstrahlen aufsammelt, verhindert werden, die infolge einer Wellenlängenänderung der Lichtquelle auftritt, und dies sichert einen durchgehenden Betrieb der Einrichtung, selbst wenn die Betriebswellenlänge von einem Wert zu einem anderen umgeschaltet wird.

Die nachstehenden Ausführungsformen betreffen eine Vorrichtung zur Korrektur der an sich in optischen Systemen auftretenden chromatische Aberration. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht eine Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration, die in Kombination mit einer einzigen asphärischen Oberfläche verwendet werden soll, die bezüglich Aberrationen abgesehen von der chromatische Aberration korrigiert ist.

Die konventionelle Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration wird im wesentlichen in einem afokalen Abstand des optischen Systems angeordnet, und wandelt, abhängig von der Wellenlänge auftreffenden, parallelen Lichtes dieses entweder in divergentes oder konvergentes Licht um, um so die axiale chromatische Aberration auszugleichen, die in einer Objektivlinse entsteht.

Die bezüglich der chromatische Aberration zu korrigierende Linse ist typischerweise eine positive Linse, die bei einer einzigen Wellenlänge bezüglich der sphärischen Aberration korrigiert ist. Die Brennweite einer positiven Linse nimmt bei kürzeren Wellenlängen ab und steigt bei größeren Wellenlängen an (unter der Annahme, daß die Linse bei Wellenlängen in der Nähe des sichtbaren Lichts eingesetzt wird). Um die axiale chromatische Aberration auszugleichen und die Verschiebung der Brennpunktlage zu verhindern, können daher die in die Positivlinse eintretenden Lichtstrahlen in divergentes Licht umgewandelt werden, wenn das auftreffende Licht eine kurze Wellenlänge aufweist, und in konvergentes Licht, wenn das Licht eine große Wellenlänge aufweist.

Ein optisches System, welches diese konventionelle Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration verwendet, kann die axiale chromatische Aberration korrigieren; allerdings treten bei diesem optischen System variierende sphärische Aberrationen in Reaktion auf Wellenlängenänderungen auf, und daher war es unter Bedingungen, in denen ein breiter Änderungsbereich der Wellenlänge auftrat, für das optische System unmöglich, sowohl bei der Wellenlänge vor der Änderung als auch bei der Wellenlänge nach der Änderung eine gute Leistung aufrecht zu erhalten.

Selbst wenn eine Positivlinse bezüglich der sphärischen Aberration bei einer Bezugswellenlänge korrigiert ist, ist die sphärische Aberration in bezug auf Licht kürzerer Wellenlängen unterkorrigiert, welches einen höheren Brechungsindex erfährt, und bezüglich Licht längerer Wellenlängen überkorrigiert, welches einen geringeren Brechungsindex erfährt. Dies stellt die Änderung dar, die bei der sphärischen Aberration in Abhängigkeit von der Wellenlänge auftritt.

Wird paralleles Licht in entweder divergentes oder konvergentes Licht unter der Wirkung der konventionellen Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration umgewandelt, so verursacht diese Transformation, die der Änderung von einem Objekt im Unendlichen bei einer Positivlinse zu einem Objekt in einer finiten Entfernung entspricht, eine Änderung der sphärische Aberration. Als Ergebnis dieser Änderung ist die sphärische Aberration unterkorrigiert, wenn divergentes Licht in die Positivlinse eintritt, und überkorrigiert, wenn konvergentes Licht in die Positivlinse eintritt. Dies stellt die Änderung dar, die bezüglich der sphärische Aberration unter der Wirkung der Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration auftritt.

Die Änderungen der sphärische Aberration infolge dieser beiden Faktoren finden in derselben Richtung statt, und daher war es unmöglich, diese durch ein optisches System zu korrigieren, welches die konventionelle Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration verwendet.

Ist das Wellenlängenbetriebsband so schmal wie der erwartete Änderungsbereich der Oszillationswellenlänge einer Laserdiode, so ist die Änderung der sphärischen Aberration sehr gering und führt zu keinen großen Problemen. Wird allerdings erwartet, daß sich die Betriebswellenlänge über einen breiteren Bereich ändert, wie etwa in einem Fall, in welchem selektiv zwei Lichtquellen betrieben werden, die Licht bei Wellenlängen aussenden, die nicht nahe beieinander liegen, beispielsweise durch Verwendung einer Laserdiode im nahen Infrarot (780 nm) und einer Laserdiode im sichtbaren Rot (680 nm), oder die Verwendung eines He-Ne-Lasers (633 nm) und der SHG-Welle von einem YAG-Laser (532 nm), oder bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer Wellenlängen, so wird auch eine größere Änderung der sphärische Aberration erwartet, und muß durch irgendein Verfahren behandelt werden.

Die vorliegende Erfindung wurde auch unter Berücksichtigung dieser Umstände entwickelt, und weist in dieser Hinsicht den Vorteil auf, eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration zur Verfügung zu stellen, welche nicht nur die axiale chromatische Aberration korrigiert, die in einer positiven Linse auftritt, sondern auch die Änderung der sphärischen Aberration unterdrücken kann, selbst wenn sie bei zwei Lichtquellen eingesetzt wird, die Lichtstrahlen bei Wellenlängen aussenden, die nicht nahe beieinander liegen, und die bei diesen Wellenlängen selektiv betrieben werden.

Beispiele

Nachstehend werden einige Beispiele für die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Um sicherzustellen, daß sowohl die Änderung der sphärischen Aberration, die sich in Abhängigkeit von der Wellenlänge in einer Positivlinse einstellt, als auch die sphärische Aberration, die in Reaktion auf das Auftreffen divergenten oder konvergenten Lichtes auf die Positivlinse auftritt, durch die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration ausgeglichen werden, muß die Oberfläche der Vorrichtung, welche eine Korrekturwirkung bezüglich der chromatischen Aberration aufweist, so ausgebildet werden, daß sie eine Geometrie aufweist, welche eine sphärische Aberration erzeugt. Daher ist die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, daß sie eine divergente Wellenfront mit einer überkorrigierten sphärischen Aberration in Reaktion auf Auftreffen paralleler Lichtstrahlen bei einer Wellenlänge kürzer als einer Bezugswellenlänge erzeugt, und eine konzentrierte Wellenfront mit einer unterkorrigierten sphärischen Aberration in Reaktion auf das Auftreffen paralleler Lichtstrahlen bei einer Wellenlänge größer als die Bezugswellenlänge erzeugt.

Die Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration ist in zwei bestimmten Typen verfügbar: einem Brechungstyp, der dadurch hergestellt wird, daß eine positive und eine negative Linse zusammengeklebt werden, die aus Materialien bestehen, die im wesentlichen keinen Unterschied des Brechungsindex aufweisen, jedoch unterschiedliche Dispersionswerte bei der Bezugswellenlänge zeigen; und einem Beugungstyp, der stufenweise kreisringförmige Segmente aufweist, die entweder auf einer Lichteintritts- Oberfläche, einer Lichtaustritts-Oberfläche oder beiden Oberflächen ausgebildet sind, wobei die kreisringförmigen Segmente aus Ebenen senkrecht zur optischen Achse und konzentrisch mit dieser bestehen. Die voranstehend erwähnte sphärische Aberration kann dadurch erzeugt werden, daß sichergestellt wird, daß die geklebte Oberfläche (im Falle des Brechungstyps) oder die Basiskurve, welche eine makroskopische Krümmung des Krümmungsradius der stufenförmigen Ebenen darstellt (im Falle des Beugungstyps) eine asphärische Oberfläche ist, deren Krümmungsradius im Absolutwert mit zunehmender Entfernung von der optischen Achse abnimmt.

Sphärische Aberrationen niedriger Ordnung lassen sich allgemein durch eine biquadratische Funktion der Höhe der auftreffenden Strahlen ausdrücken; daher können die meisten der Änderungen der sphärische Aberration wirksam dadurch korrigiert werden, daß die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration mit einer Oberfläche versehen wird, die eine Asphärizität in der vierten Ordnung aufweist. Allerdings wird darauf hingewiesen, daß dann, wenn eine asphärische Einzellinse als die zu korrigierende Positivlinse verwendet wird, die asphärische Oberfläche der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration vorzugsweise als eine asphärische Oberfläche ausgebildet ist, die einer sphäroidförmigen Oberfläche gleicht, die eine positive Kegelschnittkonstante aufweist, und dies ermöglicht eine wirksamere Korrektur in der Hinsicht, daß die Komponente einer Änderung von Aberrationen höherer Ordnung behandelt werden kann.

Wenn die Abweichung ε(h) von der sphäroidförmigen Oberfläche an einem Punkt in einer Entfernung h von der optischen Achse durch die nachstehende Gleichung (1B) ausgedrückt wird, so erfüllt die betrachtete asphärische Oberfläche, welche der sphäroidförmigen Oberfläche gleicht, vorzugsweise die nachstehende Bedingung (2B) (im Falle des Brechungstyps) oder (4B) (im Falle des Beugungstyps), bei sämtlichen Werten der Entfernung h innerhalb des effektiven Maximalradius hindurchgehender Lichtstrahlen:

wobei ΔX(h) der Durchhang der asphärische Oberfläche ist; C die achsennahe Krümmung ist; K die Kegelschnittkonstante ist; λ₀ eine beliebige Wellenlänge im Betriebswellenlängenbereich ist; und λnMAX der Absolutwert der Differenz des Brechungsindex in dem Fall ist, in welchem die Differenz der Brechungsindizes der Medien auf beiden Seiten der geklebten Oberfläche in dem Betriebswellenlängenband am größten ist; und n der Brechungsindex ist.

Im Falle einer Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Beugungstyps ergibt sich, wenn die Axialverschiebung der Basiskurve an einem Punkt in einer Entfernung h von der optischen Achse durch AX(h) gegeben ist, die Verschiebung ΔX′(h) der Ebenen, die stufenförmig an einem Punkt gebildet werden, der eine Entfernung h von der optischen Achse aufweist, durch die folgende Gleichung (3B):

ΔX′(h)=(mλ₀/(n-1))INT(ΔX(h)/(mλ₀/(n-1)))+0,5) (3B)

wobei m eine ganze Zahl ist; n der Brechungsindex; λ₀ die Wellenlänge ist, bei welcher die Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration verwendet wird, oder eine beliebige Wellenlänge innerhalb des Betriebswellenlängen bereiches der Vorrichtung; und Int(x) eine Funktion ist, welche eine ganze Zahl nicht größer als x ergibt.

Die Bedingung 2(B) muß deswegen erfüllt sein, um eine optische Weglängendifferenz von 1λ₀ oder weniger zu erzeugen, wenn eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungstyps verwendet wird. Entsprechend muß die Bedingung (4B) erfüllt sein, um eine optische Weglängendifferenz von 1λ oder weniger zu erzeugen, wenn eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Beugungstyps verwendet wird. Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, so überschreitet der mittlere quadratische Fehlerwert (rms) der Wellenfront-Aberrationen 0,1 λ₀, und die Vorrichtung ist nicht länger zum Einsatz bei der Aufzeichnung oder der Wiedergabe optischer Information geeignet.

Fig. 19 ist ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch eine positive Objektivlinse zeigt, die durch die Korrekturvorrichtungen für chromatische Aberration korrigiert werden soll, die in den nachstehenden Beispielen 1B bis 3B verwendet werden. Die spezifischen numerischen Daten für diese Linse sind in Tabelle 1B angegeben, wobei NA die numerische Aperatur bezeichnet, f die Brennweite, ω den halben Betrachtungswinkel, fb den hinteren Brennpunkt, r den Krümmungsradius, d die Linsendicke oder die Luftentfernung zwischen benachbarten Linsen, ni den Brechungsindex bei der Wellenlänge i nm, und ν die Abbe- Zahl. Die ersten und zweiten Oberflächen in Fig. 19 definieren die Objektivlinse, die eine asphärische Oberfläche auf beiden Seiten aufweist, und die dritten und vierten Oberflächen definieren das Abdeck- oder Deckelglas einer optischen Disk.

Die asphärische Oberfläche wird durch nachstehende Gleichung ausgedrückt:

wobei X die Entfernung ist, um welche die Koordinaten an dem Punkt auf der asphärischen Oberfläche, an welchem die Höhe gegenüber der optischen Achse Y beträgt, von der Ebene tangential zur Spitze der asphärischen Oberfläche entfernt sind; C die Krümmung (1/r) der Spitze der asphärischen Oberfläche ist; K die Kegelschnittkonstante ist; und A4, A6, A8 und A10 die asphärischen Koeffizienten der vierten, sechsten, achten bzw. zehnten Ordnung darstellen.

Die Kegelschnittkonstanten und asphärischen Koeffizienten für die ersten und zweiten Oberflächen sind in Tab. 2B angegeben. Fig. 20 zeigt die sphärische Aberration SA, die Sinusbedingung SC und die chromatische Aberration, die anhand der sphärischen Aberrationen bei den Wellenlängen 780 nm und 680 nm angegeben ist.

Tabelle 1B

NA = 0,55; f 3,00; ω = 1,4°; fb = 1,088

Tabelle 2B

Beispiel 1B

Fig. 21 zeigt ein optisches System, bei welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungstyps gemäß Beispiel 1B der vorliegenden Erfindung mit der in Fig. 19 gezeigten Objektivlinse kombiniert ist. Die geklebte Oberfläche r2 der Korrekturvorrichtung ist ellipsoidförmig, und innerhalb des effektiven Radius ist ε(h) gleich Null. Die spezifischen numerischen Daten für das optische System sind in Tabelle 3B angegeben. Die ersten bis dritten Oberflächen definieren die Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration, die vierten und fünften Oberflächen definieren die Objektivlinse, und die sechsten und siebten Oberflächen definieren das Abdeckglas einer optischen Disk. Im Beispiel 1B sind die zweiten, vierten und fünften Oberflächen asphärisch, und die zugehörigen asphärischen Koeffizienten sind in Tabelle 4B aufgeführt. Fig. 22 zeigt die asphärischen und chromatischen Aberrationen, die bei dem optischen System auftreten, das entsprechend den in Tabelle 3B angegebenen Daten aufgebaut ist.

Tabelle 3B

FNO = 1 : 0,9; f = 3,00; ω = 1,4°; fb = 0,00

Tabelle 4B

Fig. 23 zeigt ein optisches System, welches denselben Aufbau aufweist wie in Beispiel 1B, mit der Ausnahme, daß die geklebte Oberfläche r2 sphärisch ist. Fig. 24 zeigt die sphärischen und chromatischen Aberrationen, die sich bei dem in Fig. 23 gezeigten optischen System ergeben. Aus einem Vergleich der Fig. 22 und 24 wird deutlich, daß das Ausmaß der Änderung der sphärischen Aberration infolge von Wellenlängenänderungen verringert ist, wenn die Geometrie der geklebten Oberfläche von sphärisch zu ellipsoidförmig geändert wird.

Beispiel 2B

Fig. 25 zeigt ein optisches System, in welchem eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration eines Beugungstyps mit der in Fig. 19 gezeigten Objektivlinse kombiniert ist. Wie aus den Fig. 26A und 26B hervorgeht, weist eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Beugungstyps kreisringförmige Segmente auf, die stufenförmig ausgebildet sind, und zwar senkrecht zur optischen Achse und konzentrisch mit dieser.

Tabelle 5B gibt numerische Daten für das optische System an, bei welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Beugungstyps gemäß Beispiel 2B mit der in Fig. 19 gezeigten Objektivlinse kombiniert ist. Die Korrekturvorrichtung ist so aufgebaut, daß die Basiskurve, welche eine makroskopische Krümmung der Oberfläche r1 in Stufenform bildet, eine asphärische Oberfläche der vierten Ordnung zur Verfügung stellt. Fig. 27 zeigt die sphärischen und chromatischen Aberrationen, die sich in dem optischen System entwickeln, das gemäß den in Tabelle 5B angegebenen Daten aufgebaut ist.

In Beispiel 2B sind die ersten, dritten und vierten Oberflächen asphärisch, und die zugehörigen asphärischen Koeffizienten sind in Tabelle 6B aufgeführt.

Tabelle 5B

FNO = 1 : 0,9; f = 3,00; ω = 1,4°; fb = 0,00

Tabelle 6B

Beispiel 3B

Tabelle 7B gibt numerische Daten für ein optisches System an, bei welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Beispiels 3B mit der in Fig. 19 gezeigten Objektivlinse kombiniert ist. Die Korrekturvorrichtung ist so aufgebaut, daß die Basiskurve, welche eine makroskopische Krümmung der Oberfläche r1 darstellt, die stufenförmig ausgebildet ist, eine ellipsoidförmige Oberfläche zur Verfügung stellt, und ε(h) innerhalb des effektiven Radius Null ist. Fig. 28 zeigt die sphärischen und chromatischen Aberrationen, die sich in dem optischen System ergeben, die entsprechend den in Tabelle 7B angegebenen Daten aufgebaut ist. Im Beispiel 3B sind die ersten, dritten und vierten Oberflächen asphärisch, und die zugehörigen Koeffizienten sind in Tabelle 8B angegeben.

Tabelle 7B

FNO = 1 : 0,9; f = 3,00; ω = 1,4°; fb = 0,00

Tabelle 8B

Fig. 29 zeigt die sphärischen und chromatischen Aberrationen, die sich in einem optischen System ergeben, welches denselben Aufbau aufweist wie in den Beispielen 2B und 3B, mit der Ausnahme, daß die Basiskurve für die stufenförmige Oberfläche eine sphärische Oberfläche bildet. Aus dem Vergleich der Fig. 27 und 28 wird deutlich, daß das Ausmaß der Änderung der sphärischen Aberration infolge von Wellenlängenänderungen verringert ist, wenn die Geometrie der Basiskurve entweder eine asphärische Oberfläche vierter Ordnung oder eine ellipsoidförmige Oberfläche bildet, statt einer sphärischen Oberfläche.

Fig. 30 ist ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch die positive Einzellinse zeigt, die eine asphärische Oberfläche auf beiden Seiten aufweist, und die durch die Korrekturvorrichtungen für chromatische Aberration gemäß den Beispielen 4B und 5B korrigiert werden soll. Die spezifischen numerischen Daten für diese Linse sind in den Tabellen 9B und 10B angegeben. Die sphärische Aberration, die allein in dieser Linse auftritt, sowie die chromatische Aberration, die anhand der sphärischen Aberrationen bei den Wellenlängen von 633 nm und 532 nm ausgedrückt ist, sind in Fig. 31 gezeigt.

Tabelle 9B

NA = 0,55; f = 3,29; ω = 1,7°; fb = 1,332

Tabelle 10B

Beispiel 4B

Fig. 32 ist ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch ein optisches System zeigt, bei welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungstyps gemäß Beispiel 4B der vorliegenden Erfindung mit der in Fig. 30 gezeigten Objektivlinse kombiniert ist. Die spezifischen numerischen Daten für das optische System sind in den Tabellen 11B und 12B angegeben. Die geklebte Oberfläche r2 der Korrekturvorrichtung ist ellipsoidförmig, und innerhalb des effektiven Radius ist ε(h) gleich Null. Fig. 33 zeigt die sphärischen und chromatischen Aberrationen, die in dem optischen System auftreten, das entsprechend den in den Tabellen 11B und 12B angegebenen Daten aufgebaut ist.

Tabelle 11B

FNO = 1 : 0,9; f = 3,29; ω = 1,7°; fb = 0,00

Tabelle 12B

Fig. 34 zeigt ein optisches System, welches denselben Aufbau wie voranstehend beschrieben aufweist, mit der Ausnahme, daß die geklebte Oberfläche r2 der Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration sphärisch ist, und Fig. 35 zeigt die sphärischen und chromatischen Aberrationen, die sich bei dem betreffenden optischen System ergeben. Offensichtlich ist die Verwendung einer ellipsoidförmigen, geklebten Oberfläche nicht nur in der Hinsicht wirksam, daß die Profile der sphärischen Aberrationskurven bei den beiden Wellenlängen eng aneinander angenähert werden, sondern auch in der Hinsicht, das Gesamtausmaß der sphärischen Aberrationen zu verringern.

Beispiel 5B

Fig. 36 ist ein vereinfachtes Diagramm, welches schematisch ein optisches System zeigt, bei welchem die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Beugungstyps gemäß Beispiel 5B der vorliegenden Erfindung mit der in Fig. 30 gezeigten Objektivlinse kombiniert ist. Die spezifischen numerischen Daten für das optische System sind in den Tabellen 13B und 14B angegeben. Bei der Korrekturvorrichtung des Beispiels 5B ist die Basiskurve für die stufenförmigen Ebenen ellipsoidförmig, und innerhalb des effektiven Radius ist ε(h) gleich Null. Die sphärischen und chromatischen Aberrationen, die sich bei dem optischen System ergeben, das entsprechend den in den Tabellen 13B und 14B angegebenen Daten aufgebaut ist, sind in Fig. 37 gezeigt.

Tabelle 13B

f = 3,29; ω = 1,7°; fb = 0,00

Tabelle 14B

Fig. 38 zeigt die sphärischen und chromatischen Aberrationen, die sich bei dem optischen System ergeben, das denselben Aufbau wie in Beispiel 5B aufweist, mit der Ausnahme, daß die Basiskurve für die stufenförmigen Ebenen in der Korrekturvorrichtung für die chromatische Aberration sphärisch ist. Aus dem Vergleich der Fig. 37 und 38 geht hervor, daß die Variation der sphärischen Aberration verringert wird, wenn die Basiskurve ellipsoidförmig ausgebildet ist.

Wie in den voranstehenden Seiten beschrieben, korrigiert die vorliegende Erfindung nicht nur die axiale chromatische Aberration, die in einer Kondensorlinse aufgrund von Wellenlängenänderungen auftritt, sondern kann auch die Variationen der sphärischen Aberration unterdrücken. Daher stellt die Erfindung den Vorteil zur Verfügung, daß der Bereich erweitert wird, über welchen die Schwankungen der Leistung des optischen Systems infolge von Wellenlängenänderungen unterdrückt werden können.

Infolge dieser Vorteile stellt die vorliegende Erfindung in der Hinsicht einen praktischen Vorteil zur Verfügung, daß selbst eine Linse, die noch bezüglich der chromatischen Aberration korrigiert werden muß, bei einer optischen Informationsaufzeichnungs-Einrichtung verwendet werden kann, welche zwei Wellenlängen verwendet, die verhältnismäßig weit voneinander entfernt sind, oder bei einer Informationslese-Einrichtung, die eine lichtemittierende Diode und eine weiße Lichtquelle verwendet, und dies unterstützt die Realisierung einer kompakten optisches Systemeinheit.

Die nachstehenden Ausführungsformen betreffen ein optisches System für eine optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung, welche Information auf einem Medium wie beispielsweise einer optischen Disk aufzeichnet oder wiedergibt. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ebenfalls eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration, die in dem optischen System eingebaut werden soll.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Umstände entwickelt, und eins ihrer Ziele besteht in der Bereitstellung eines optischen Systems für eine optische Informations-Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung, die wirksam bezüglich der chromatischen Aberration korrigiert ist, ohne mehr optische Elemente zu verwenden als in einem Fall, in welchem die chromatische Aberration nicht korrigiert ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration, die in dem optischen System eingesetzt werden soll.

Beispiele für das optische System für die optische Informations-Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, ebenso wie für die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration gemäß der Erfindung, sind nachstehend beschrieben.

Beispiel 1C

Fig. 39 zeigt das optische System für eine optische Informations- und Wiedergabeeinrichtung gemäß Beispiel 1C der vorliegenden Erfindung. Von einer Laserdiode 110, die als Lichtquelle dient, ausgehendes divergentes Licht wird durch eine Kollimatorlinse 120 kollimiert; das kollimierte Licht gelangt dann durch einen Strahlteiler 130 und wird durch eine Objektivlinse 140 so fokussiert, daß es einen Punkt auf einer optischen Disk 150 bildet. Das reflektierte Licht von der optischen Disk 150 tritt erneut in einen Strahlteiler 130 ein, und ein Teil des Lichtes wird reflektiert und gelangt durch eine Kondensorlinse 160, so daß es von einem Lichtempfangselement 170 aufgesammelt wird. Abhängig von dem empfangenen, reflektierten Licht gibt das Element 170 entweder die Information aus, die auf der optischen Disk aufgezeichnet ist, oder ein Signal wie beispielsweise ein Spurfehlersignal oder Fokussierfehlersignal.

Der Strahlteiler 130 besteht aus zwei Prismen 131 und 132, die durch eine Strahlteileroberfläche 130a miteinander Hybriden sind, und aus einer konkav-ebenen Linse 133, die an das Prisma 132 angeklebt ist, welches der Objektivlinse 140 gegenüberliegt. Das Prisma 132 und die Linse 133 bestehen typischerweise aus Materialien, die im wesentlichen den selben Brechungsindex aufweisen, jedoch unterschiedliche Abbe-Zahlen, wie nachstehend in Tabelle 1C angegeben ist. Diese Anordnung stellt den Vorteil zur Verfügung, daß die geklebte Oberfläche, die im wesentlichen keine Brechkraft aufweist, eine chromatische Aberration erzeugen kann, die zumindest dazu ausreicht, die chromatische Aberration auszugleichen, die in der Objektivlinse 140 auftritt.

Tabelle 1C

Falls gewünscht, kann eine konkave Oberfläche auf der Seite ausgebildet sein, die den Prismen gegenüberliegt, unter Verwendung eines Materials mit hoher Dispersion, wogegen eine plan-konvexe Linse aus einem Material niedriger Dispersion gebildet werden kann. Diese Anordnung stellt ebenfalls gute Korrekturwirkungen für die chromatische Aberration zur Verfügung.

Unabhängig davon, welche Anordnung gewählt wird, besteht der einzige Unterschied gegenüber jenem Teil, in welchem die chromatische Aberration nicht korrigiert wird, darin, daß die Form des Strahlteilers 130 geändert ist; daher kann ein optisches System zur Verfügung gestellt werden, das bezüglich der chromatischen Aberration wirksam korrigiert ist, ohne daß irgendwelche zusätzlichen Elemente verwendet werden.

In Beispiel 1C ist eine Oberfläche des Prismas 132 konvex ausgebildet. Falls gewünscht kann diese Oberfläche eben ausgebildet sein, und eine plankonvexe Linse mit einer konvex-ebenen Linse kombiniert werden, um eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration zu bilden, die an dem Strahlteiler 133 angebracht ist.

Fig. 40 zeigt eine Abänderung des Beispiels 1C. Bei diesem abgeänderten Beispiel tritt Laserlicht von der Laserdiode 110 in eine Richtung parallel zur Oberfläche der optischen Disk 150 aus; es gelangt dann durch eine Kollimatorlinse 120 und einen Strahlteiler 130. Ein Spiegel 190, der als Ablenkungseinrichtung für den optischen Weg dient, reflektiert das Laserlicht zur optischen Disk 150, und das reflektierte Licht wird durch eine Objektivlinse 140 fokussiert, so daß ein Punkt auf der optischen Disk 150 gebildet wird. Wie gezeigt, besteht der Strahlteiler 130 aus Prismen 131 und 132′, sowie aus einer konvex-ebenen Linse 133′.

Beispiel 2C

Fig. 41 zeigt das optische System für eine optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung gemäß Beispiel 2C der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel besteht der Strahlteiler 130 aus zwei Prismen 131 und 134, die miteinander durch die Strahlteileroberfläche 130a vereinigt werden, und Ebenen senkrecht zur optischen Achse sind stufenförmig auf einer Strahldurchlaßoberfläche 130a des Prismas 134 als kreisringförmige Segmente ausgebildet, die konzentrisch zur optischen Achse verlaufen, und zwar auf solche Weise, daß sie makroskopisch eine konkave Form ergeben.

Der Verschiebungsbetrag t in der optischen Richtung der benachbarten kreisringförmigen Zone wird durch nachstehende Gleichung angegeben:

t=λ₀(n-1)

wobei n der Brechungsindex des Prismas 134 ist, und λ₀ die Bezugswellenlänge ist, bei welcher eine Wellenfrontänderung auftritt, oder bei welcher keine chromatische Aberration auftritt.

Die Oberfläche 134a, auf welcher stufenförmige, kreisringförmige Ebenen ausgebildet sind, arbeitet als ein Beugungsgitter; wenn auftreffendes Licht eine Wellenlänge gleich der Bezugswellenlänge aufweist, läßt die Oberfläche 134a das auftreffende Licht hindurch, ohne irgendwelche Änderung der Wellenfront hervorzurufen, wenn jedoch die Wellenlänge des auftreffenden Lichtes sich von der Bezugswellenlänge unterscheidet, so erzeugt die Oberfläche eine vorbestimmte chromatische Aberration, die ausreichend ist, die chromatische Aberration auszugleichen, die in der Objektivlinse 140 auftritt.

Beispiel 3C

Die Fig. 42 und 43 zeigen ein optisches System für eine optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung gemäß Beispiel 3C der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel gelangen von einer Laserdiode 110 ausgehende Lichtstrahlen durch eine Kollimatorlinse 120, und das sich ergebende parallele Licht gelangt durch einen Strahlteiler 180, der eine Strahlformungsfähigkeit aufweist. Das Licht wird dann durch einen Spiegel 190 reflektiert und eine Objektivlinse 140 fokussiert, so daß ein Punkt auf der optischen Disk 150 gebildet wird.

Der Strahlteiler 180 besteht aus zwei Prismen 181 und 132, die miteinander durch eine Strahlteileroberfläche 180a Hybriden sind, und aus einer konvex-ebenen Linse 183, die an das Prisma 182 angeklebt ist. Die Prismen und die Linse sind aus den Materialien gebildet, die in Tabelle 2C nachstehend angegeben sind.

Tabelle 2C

Da die Prismen 181 und 182 aus zwei Materialien bestehen, die im wesentlichen denselben Brechungsindex aufweisen, jedoch unterschiedliche Dispersionswerte, ist die Biegung des optischen Weges über der geklebten Oberfläche 180a gering, und es lassen sich die gewünschten Wirkungen bezüglich der Strahlformung und der Korrektur der chromatischen Aberration erzielen, ohne die Größe des Strahlteilers 180 allzu sehr zu erhöhen.

Wie im Falle, der in Fig. 39 gezeigt ist, gelangen die Lichtstrahlen, die durch den Strahlteiler 180 von dem Licht abgetrennt wurden, welches von der optischen Disk 150 reflektiert wurde, durch eine (nicht gezeigte) Kondensor linse, so daß sie auf dem Lichtempfangselement 170 gesammelt werden.

Beispiel 4C

Fig. 44 zeigt das optische System für eine optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung gemäß Beispiel 4C der vorliegenden Erfindung. Lichtstrahlen, die von der Laserdiode 110 ausgehen, gelangen durch eine Kollimatorlinse 120 und einen Strahlteiler 130. Das von dem Strahlteiler 130 austretende Licht gelangt in einen optischen Wegdeflektor 190, der das Licht zur optischen Disk 150 ablenkt. Im Beispiel 4C ist der optische Wegdeflektor 190 so ausgebildet, daß er eine Korrekturwirkung bezüglich der chromatischen Aberration ausweist.

Der optische Wegdeflektor 190 besteht aus zwei Prismen 191 und 192, die durch eine Spiegeloberfläche 191a miteinander Hybriden sind, und aus einer konkav-ebenen Linse 193, die an das Prisma 192 eingeklebt ist. Das Prisma 192 und die Linse 193 bestehen aus zwei Materialien, die im wesentlichen den selben Brechungsindex aufweisen, jedoch unterschiedliche Dispersionswerte, und durch diese Anordnung wird es dem Deflektor 190 ermöglicht, die chromatische Aberration zu korrigieren, die in der Objektivlinse 140 auftritt. Bei diesem Beispiel ist der optische Wegdeflektor 190 so angeordnet, daß die Korrekturoberfläche für die chromatische Aberration der Objektivlinse gegenüberliegt; falls gewünscht, kann der Deflektor 190 umgekehrt angeordnet sein, so daß die Korrekturoberfläche für die chromatische Aberration näher an der Kollimatorlinse angeordnet ist.

Das von der optischen Disk 150 reflektierte Licht wird dann durch den Strahlteiler 130 reflektiert und gelangt durch eine (nicht gezeigte) Kondensorlinse, so daß es dann auf dem Lichtempfangselement gesammelt wird.

Beispiel 5C

Fig. 45 zeigt das optisches System für eine optische Informations-Aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung gemäß Beispiel 5C der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel ist ein Prisma 194 als Ablenkteil für den optischen Weg vorgesehen, und kreisringförmige Ebenen konzentrisch zur optischen Achse sind stufenförmig auf der Lichtdurchlaßoberfläche 194a auf solche Weise ausgebildet, daß diese kreisringförmigen Ebenen eine makroskopisch konkave Form erzeugen, und diese stufenartigen Ebenen auf der Oberfläche 194a die Fähigkeit zeigen, die chromatische Aberration zu korrigieren, die in der Objektivlinse 140 auftritt.

Der Teilungsabstand der kreisringförmigen Ebenen und die Funktion der Lichtdurchlaßoberfläche 194a sind ebenso wie beim Beispiel 2C. In dem momentan beschriebenen System sind ein Strahlteiler, eine Kondensorlinse und ein Lichtempfangselement zwischen der Kollimatorlinse 120 und dem Prisma 194 vorgesehen, jedoch nicht in Fig. 45 gezeigt.

Wie im Beispiel 4C kann das Prisma 194 so angeordnet sein, daß die mit den stufenartigen Ebenen versehene Oberfläche entweder der Objektivlinse oder der Kollimatorlinse gegenüberliegt.

Wie auf den voranstehenden Seiten beschrieben, verwendet die vorliegende Erfindung eine Strahlteiler oder einen Deflektor (Ablenkmittel) für den optischen Weg zur Bereitstellung einer Korrekturwirkung für chromatische Aberration, und dies unterstützt die Bereitstellung verbesserter optischer Systeme, die bezüglich der chromatischen Aberration wirksam korrigiert sind, ohne die Anzahl der Elemente zu erhöhen, welche die optischen Systeme bilden.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung betrifft die vorliegende Erfindung die Korrektur der chromatischen Aberration in einer Linse, insbesondere bei einer Hybridlinse, die ein Beugungselement dazu verwendet, die chromatische Aberration zu korrigieren, die bei einer einfachen Linse auftritt.

Das Ausmaß der chromatischen Aberration, welches in einer Linse auftritt, wird durch die Eigenschaften, insbesondere den Dispersionswert, der Baumaterialien dieser Linse bestimmt. Beim Auftreten einer Dispersion ändert sich die Brechkraft einer Linse mit der Wellenlänge, und daher kann die chromatische Aberration, die in einer Einzellinse auftritt, nicht durch diese selbst wirksam korrigiert werden. Beim Entwurf eines optischen Systems, welches die Korrektur der chromatischen Aberration erfordert, besteht daher die übliche Praxis darin, zwei oder mehr Linsenelemente so zu kombinieren, daß sich die Linsenbrechkräfte, die aufgrund der Dispersion sich entsprechend der Wellenlänge unterscheiden, einander ausgleichen, um so die gewünschte Korrektur der chromatischen Aberration zu erzielen.

Eine unterschiedliche Vorgehensweise wurde vorgeschlagen in "Applications of Diffractive Optics", SPIE Band 1354, International Lens Design Conference (1990). Bei dieser Vorgehensweise werden kreisringförmige Ebenen, die kon zentrisch zur optischen Achse verlaufen, stufenförmig auf einer Oberfläche einer Glaslinse ausgebildet, um eine Beugungswirkung zur Verfügung zu stellen, die zur Korrektur der chromatischen Aberration eingesetzt wird, die in der Glaslinse auftritt. Kreisringförmige Ebenen können stufenförmig auf der Oberfläche einer Glaslinse durch eine Ätzbearbeitung zur Verfügung gestellt werden, jedoch ist dieses Bearbeitungsverfahren nicht für eine Herstellung in großem Maßstab geeignet, und muß durch Glasformverfahren ersetzt werden. Theoretisch kann diese Vorgehensweise Glaseinzellinsen zur Verfügung stellen, die bezüglich der chromatischen Aberration korrigiert sind.

In der Praxis ist Glas so viskos, daß eine so feine Struktur wie die Beugungsoberfläche nicht exakt von der Form auf das Glas übertragen werden kann. Kann die Beugungsoberfläche nicht korrekt übertragen werden, und falls Abschnitte, die einen Höhenunterschied zeigen sollten, glatt ausgebildet werden, so tritt Licht außer dem gebeugten Licht der gewünschten Ordnung aus der Linse aus; und wenn daher die geformte oder gegossene Linse bei einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung eingesetzt wird, so vergrößert sich der Durchmesser eines Strahlpunktes, der auf dem Medium gebildet wird, in solchem Ausmaß, daß die Bitfehlerrate beim Schreiben oder Lesen optischer Information ansteigt. Wird die Linse als Photolinse verwendet, so steigt das Störlicht an, oder die Auflösung nimmt ab.

Im Vergleich zu Glaslinsen weisen Kunststofflinsen den Vorteil auf, daß eine feine Struktur einfach von der Form übertragen werden kann; daher sind Kunststofflinsen zur Herstellung eines Beugungselements geeignet. Allerdings besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines ungleichmäßigen Brechungsindex von Kunststofflinsen bei dem Formgebungsvorgang; darüber hinaus kann sich die Leistung von Kunststofflinsen entsprechend der Feuchte in einer Benutzungsumgebung ändern, oder in Reaktion auf die Änderung der Feuchte.

Wird eine Kunststofflinse, deren Brechungsindex in ihrem Inneren nicht gleichmäßig ist, als Fokussierlinse verwendet, so vergrößert sich der Punktdurchmesser. Wird diese Kunststofflinse in einer Linse mit großer Apertur verwendet, beispielsweise einer Photolinse, so tritt eine deutliche Bildverschlechterung auf. Daher sind Kunststofflinsen mit einer ungleichförmigen Brechungsindexverteilung nicht zum Einsatz bei einer dieser Anwendungen geeignet.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung dieser Gegebenheiten entwickelt, und ein Ziel der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer bezüglich der chromatischen Aberration korrigierten Hybridlinse, auf welche ein Muster eines Beugungselements exakt übertragen werden kann, und welche keine ungleichmäßige Verteilung innerer Brechungsindizes aufweist, selbst im Falle von Änderungen der Umgebungsbedingungen usw., und so eine gleichbleibende Linsenleistung zur Verfügung stellt.

Beispiele für die Hybridlinse gemäß der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Wie schematisch in Fig. 46A gezeigt ist, weist die Hybridlinse bei diesen Beispielen eine Glaslinse 201 auf, die eine Brechungswirkung aufweist, und ein Kunststoff- Beugungselement 202, welches mit einer Oberfläche der Glaslinse 201 Hybriden ist.

Abhängig von der Art der Beugung sind Beugungselemente entweder als ein Amplitudentyp oder als ein Phasentyp erhältlich, wobei letzterer unterteilt wird in einen Indexmodulationstyp und einen Relieftyp. In den Beispielen wird ein Beugungselement des Phasentyps und des Relieftyps verwendet, angesichts des hohen Nutzungsgrades des Lichtes und der einfachen Herstellung.

Wie in Fig. 46B gezeigt ist, ist die Seite des Phasen- und Relief-Typ-Beugungselements 202, die nicht mit der Glaslinse 201 Hybriden ist, mit mehreren kreisringförmigen Oberflächen 203 versehen, die konzentrisch zur optischen Achse Ax angeordnet sind, und die stufenförmig ausgebildet sind, und zwar auf solche Weise, daß die Linsendicke als Funktion der Entfernung von der optischen Achse Ax zunimmt.

Eine Differenz der optischen Weglänge tritt zwischen Licht auf, welches durch ein Medium mit einer Dicke von t gelangt, und Licht, welches durch Luft hindurchgeht, und diese Wellenlängendifferenz ist durch (n-1)t gegeben, wobei n der Brechungsindex des Mediums ist. Daher muß die axiale Differenz der Dicke des Beugungselements 202 zwischen benachbarten kreisringförmigen Segmenten gleich t sein, welches sich aus der nachstehenden Gleichung (1D) ergibt, oder gleich einem ganzzahligen Vielfachen von t:

t(h)=λ/(n-1) (1D)

wobei λ₀ eine beliebige Wellenlänge im Betriebswellenlängenbereich ist.

Weiterhin erfüllt das Verhältnis zwischen t(n-1), oder der optischen Weglängendifferenz infolge von t (also die axiale Differenz der Dicke des Beugungselements zwischen einzelnen kreisringförmigen Segmenten) und der Wellenlänge λ₀ vorzugsweise die nachstehende Bedingung (A):

0,8t(n-1)/λ₀10 (A).

Wenn die Hybridlinse bei diesem Beispiel als eine Linse mit hoher numerischer Apertur NA verwendet werden soll, beispielsweise als eine Linse, die auf einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung verwendet werden soll, oder in einem Fall, in welchem die Linse als eine Weitwinkellinse verwendet werden soll, erfüllt das Verhältnis zwischen t(n-1) und λ₀ vorzugsweise die nachstehende Bedingung (2D):

0,8t(n-1)/λ₀1 (2D).

Hierbei wird angenommen, daß t(n-1)/λ gleich 1 ist. Wenn eine Linse, die eine Laserdiode als Lichtquelle verwendet, der bei verschiedenen Wellenlängen arbeitet, wobei der Bezugswert (λ₀) bei 780 nm liegt, aus LAL 13 hergestellt werden soll (Handelsbezeichnung der Ohara Company, Ltd.; n780=1,68468), so wird die axiale Differenz (t) der Dicke des Beugungselements zwischen einzelnen kreisringförmigen Oberflächen wie nachstehend angegeben berechnet:

t = 0,780 × 10⁻³/(n - 1)
= 0,780 × 10⁻³/0,68468 = 1,14 × 10⁻³ (3D)

Die Differenz von 1,14 µm in der Dicke ist so fein, daß es beim Glasformverfahren unmöglich ist, das Muster der Form exakt auf das hochviskose Glas zu übertragen. Zur Lösung dieses Problems wird bei der vorliegenden Erfindung das Kunststoff-Beugungselement 202 verwendet.

Beispiel 1D

Fig. 47 zeigt ein optisches System, welches die Hybridlinse gemäß Beispiel 1D der vorliegenden Erfindung verwendet, wobei die Hybridlinse als eine Objektivlinse in einem optischen Disksystem verwendet wird. Parallele Lichtstrahlen, welche in das optische System von links aus eintreten, werden durch die Objektivlinse fokussiert, die aus der Glaslinse 201 und dem Beugungselement 202 besteht, so daß ein Punkt auf der Aufzeichnungsoberfläche gebildet wird, die sich auf der inneren (rechten) Seite des Abdeckglases der optischen Disk D befindet.

Die Oberfläche, die auf der linken Seite liegt, oder auf der Seite, die am nächsten am Objekt liegt, ist eine diskontinuierliche Oberfläche, auf welcher kreisringförmige Segmente ausgebildet sind, und die als Beugungsoberfläche dient. Die Basiskurve, welche die makroskopische Form dieser diskontinuierlichen Oberfläche darstellt, ist asphärisch. Die Glaslinse 201 weist eine sphärische Oberfläche auf beiden Seiten auf.

Die spezifischen numerischen Daten für das Beispiel 1D sind in der Tabelle 1D angegeben, in welcher die Bezeichnung λ₀ eine beliebige Wellenlänge im Betriebswellenlängenbereich angibt, f die Brennweite, NA die numerische Aperatur, r den Krümmungsradius, d die Linsendicke oder die Entfernung in der Luft zwischen einzelnen Linsen, nd den Brechungsindex an der d-Linie, νd die Abbe-Zahl, und n780 den Brechungsindex bei der Wellenlänge 780 nm. Fig. 48 zeigt die beiden Aberrationen, die in dem System auftreten, welches entsprechend den in Tabelle 1D angegebenen Daten aufgebaut ist: die chromatische Aberration, ausgedrückt anhand der sphärischen Aberrationen bei 770 nm, 780 nm und 790 nm, sowie den Astigmatismus (S, sagittal; M, meridional).

Tabelle D1

λ₀ = 780 nm; f = 3,30 nm; NA = 0,55

Die Form der ersten Oberfläche der Hybridlinse wird durch die Koeffizienten vorgegeben, die in Tabelle 2D aufgeführt sind (nachstehend), wenn der Durchhangsog X(h) der asphärischen Oberfläche an dem Punkt, der von der optischen Achse um eine Entfernung h beabstandet ist, durch die nachstehende Gleichung (4D) gegeben ist, bei welcher das Glied ΔN dem üblichen Ausdruck für eine asphärische Oberfläche hinzugefügt ist.

Das Symbol N bezeichnet die Nummer für das kreisringförmige Segment, zu welchem der Punkt in der Höhe h gehört, und jeder der Koeffizienten, welche die asphärische Oberfläche festlegen, ist eine Funktion von N. Die Bezeichnung INT(x) bezeichnet eine Funktion zum Herausziehen des ganzteiligen Anteils von x:

wobei r der Krümmungsradius der Spitze oder des Scheitels der asphärischen Oberfläche ist; K die Kegelschnittkonstante ist; und A4, A6, A8 und A10 die asphärischen Koeffizienten der vierten, sechsten, achten beziehungsweise zehnten Ordnung sind.

Tabelle 2D

In dem Fall, in welchem eine Objektivlinse aus einem Glas mit einem hohen Brechungsindex hergestellt wird, kann eine Linsenleistung erzielt werden, die dazu ausreicht, eine Objektivlinse mit einer hohen numerischen Apertur NA zur Verfügung zu stellen, ohne eine asphärische Oberfläche zu verwenden, und daher kann eine sphärische Linse wirksam verwendet werden, wie im voranstehenden diskutierten Beispiel 1D.

Beispiel 2D

Fig. 49 zeigt ein optisches System, welches die Hybridlinse gemäß Beispiel 2D der vorliegenden Erfindung verwendet. Auch in diesem Beispiel wird die Hybridlinse als eine Objektivlinse in einem optischen Disksystem verwendet. Die spezifischen numerischen Daten für das Beispiel 2D sind in Tabelle 3D angegeben. Die erste Oberfläche der betrachteten Hybridlinse ist eine Beugungsoberfläche, wogegen die dritte Oberfläche eine übliche, glatte asphärische Oberfläche ist. Fig. 50 zeigt die Aberrationen, die in dem System auftreten, welches entsprechend den in Tabelle 3D angegebenen Daten aufgebaut ist.

Tabelle 3D

λ₀ = 780 nm; f = 3,30 mm; NA = 0,55

Die Form der ersten Oberfläche wird durch die Koeffizienten festgelegt, die in der (nachstehenden Tabelle 4D) angegeben sind, wenn der Durchhang X(h) der asphärischen Oberfläche an dem Punkt, der von der optischen Achse um eine Entfernung h beabstandet ist, durch die vorstehend erwähnte Gleichung (4D) gegeben ist.

Tabelle 4D

Die Asphärizität der dritten Oberfläche wird durch die in der (nachstehenden) Tabelle 5D angegebenen Koeffizienten gegeben, wenn der Durchhang X(h) der asphärischen Oberfläche an dem Punkt, der von der optischen Achse um eine Entfernung h beabstandet ist, durch die nachstehende Gleichung (5D) gegeben ist, in welcher die jeweiligen Bezeichnungen dieselbe Bedeutung haben wie in der Gleichung (4D).

Je niedriger der Brechungsindex ist, desto niedriger ist die Temperatur, bei welcher optische Materialien ausgeformt werden können, um aus Glas ausgeformte Linsen herzustellen. Daher ist die Verwendung eines optischen Materials mit niedrigem Brechungsindex wünschenswert, wenn durch das Formverfahren eine Glaslinse hergestellt werden soll. In diesem Fall kann die Oberfläche der Linse auf der Seite, welche der Seite gegenüberliegt, an welcher die geklebte Oberfläche liegt, asphärisch ausgebildet werden, wie im Beispiel 2D, und diese Linsenkonstruktion ist wirksam zur Korrektur der chromatischen Aberration in ausreichendem Ausmaß, so daß die Linse zufriedenstellende Eigenschaften als Objektivlinse mit hoher numerischer Apertur NA zeigt.

Tabelle 5D

Fig. 51 zeigt eine Einzellinse nach dem Stand der Technik, welche auf beiden Seiten eine asphärische Oberfläche aufweist, und welche ebensogut arbeitet wie die Linse des Beispiels 2D, abgesehen von der chromatischen Aberration. Die spezifischen numerischen Daten für diese Linse nach dem Stand der Technik sind nachstehend in Tabelle 6D angegeben, und die zugehörigen asphärischen Koeffizienten sind in der (nachstehenden) Tabelle 7D aufgeführt. Die Aberrationen, die sich in dem System einstellen, welches entsprechend diesen Daten aufgebaut ist, sind in Fig. 52 gezeigt. Aus dem Vergleich der Fig. 50 und 52 wird die Korrekturwirkung bezüglich chromatischer Aberration des Beugungselements deutlich.

Tabelle 6D

λ₀ = 780 nm; f = 3,30 mm; NA = 0,55

Tabelle 7D

Bei den Beispielen 1D und 2D können Objektivlinsen zur Verfügung gestellt werden, welche im wesentlichen dieselben Abmessungen und dasselbe Gewicht wie asphärische Linsen nach dem Stand der Technik aufweisen, die jedoch wirksam bezüglich chromatischer Aberration korrigiert sind. Einen weiteren Vorteil stellt die Tatsache dar, daß der Abschnitt dieser Linsen, der eine Brechkraft aufweist, eine Glaslinse ist, und daher ist die Abbildungsleistung dieser Linsen vollständig immun gegen die Wirkungen von Feuchteänderungen, und im wesentlichen immun gegenüber Temperaturänderungen.

Beispiel 3D

Fig. 53 zeigt ein optisches System, welches die Hybridlinse gemäß Beispiel 3D der vorliegenden Erfindung verwendet. In diesem Beispiel wird die Hybridlinse als Kollimatorlinse in einer optischen Diskeinrichtung verwendet. Eine planparallele Platte C, die auf der rechten Seite von Fig. 53 dargestellt ist, ist ein Abdeckglas für die Laserdiode.

Die spezifischen numerischen Daten für das Beispiel 3D sind in Tabelle 8D angegeben. Bei dem betrachteten Beispiel ist die erste Oberfläche eine übliche asphärische Oberfläche, und die dritte Oberfläche ist eine Beugungsoberfläche. Fig. 54 zeigt die Aberrationen, die in dem System auftreten, welches gemäß der in Tabelle 8D angegebenen Daten aufgebaut ist.

Tabelle 8D

λ₀ = 780 nm; f = 10,8 mm; NA = 0,20

Die Asphärizität der ersten Oberfläche ist durch die in der nachstehenden Tabelle 9D angegebenen Koeffizienten gegeben, wenn der Durchhang X(h) der asphärischen Oberfläche an dem Punkt, der von der optischen Achse um eine Entfernung h entfernt ist, durch die voranstehende Gleichung (5D) gegeben ist.

Tabelle 9D

Die Form der dritten Oberfläche ist durch die in der (nachstehenden) Tabelle 10D aufgeführten Koeffizienten gegeben, wenn der Durchhang X(h) an dem Punkt, der von der optischen Achse um eine Entfernung h beabstandet ist, durch die folgende Gleichung (6D) ausgedrückt wird:

X(h) = ΔN (6D)

Tabelle 10D

Bei einer Linse mit hoher numerischer Apertur NA treten Lichtstrahlen in das Beugungselement schräg in dem Umfangsabschnitt der Linse ein, und daher stellt, im Vergleich zum zentralen Abschnitt, in welchem das Licht beinahe senkrecht auftrifft, der Umfangsabschnitt der Linse einen längeren optischen Weg zur Verfügung, selbst wenn die beiden Flächen dieselbe Dicke aufweisen. Um daher sicherzustellen, daß die Phasendifferenz für jedes kreisringförmige Segment sowohl in den zentralen als auch in den Umfangsabschnitten dieselbe ist, muß die Differenz der Dicke des Beugungselements zwischen einzelnen kreisringförmigen Segmenten so gewählt sein, daß sie vom Zentrum nach außen hin abnimmt.

Es wird beispielsweise eine Linse betrachtet, die eine vergleichbare numerische Apertur NA aufweist wie die in Beispiel 3D verwendete Linse; bei einer derartigen Linse kann eine Kontinuität bezüglich der Phase dadurch sichergestellt werden, daß die Differenz der Dicke zwischen kreisringförmigen Segmenten in dem äußersten Bereich kleiner ausgebildet wird als die Differenz im zentralen Bereich, und zwar um etwa 1%. Allerdings verursacht in praktischen Anwendungen die Diskontinuität der Phase keine Probleme, die dann auftritt, wenn die Dickendifferenz zwischen kreisringförmigen Segmenten in der gesamten Linse gleich ausgebildet wird. Daher wird im diskutierten Beispiel 3D ΔN als lineare Funktion von N ausgedrückt, und die Differenz der Dicke zwischen einzelnen kreisringförmigen Segmenten ist so gewählt, daß sie sowohl im zentralen als auch im Umfangsabschnitt der Linse gleich ist.

Es wird weiterhin darauf hingewiesen, daß im Falle einer Linse wie der des Beispiels 3D, die nicht eine sehr hohe numerische Apertur NA aufweist, die Ausbildung der Beugungsoberfläche einer ebenen Oberfläche allein gewünscht ist, angesichts der Einfachheit, mit welcher sich die Bearbeitung der Herstellungsform und die Formmessung durchführen lassen.

Beispiel 4D

Fig. 55 zeigt ein optisches System, bei welchem die Hybridlinse von Beispiel 4D der vorliegenden Erfindung als Teil eines Teleobjektivsystems verwendet wird. Die spezifischen numerischen Daten für Beispiel 4D sind in der (nachstehenden) Tabelle 11D angegeben, in welcher die Bezeichnung ω den halben Betrachtungswinkel und fb den rückwärtigen Brennpunkt angibt.

Ein Beugungselement, welches aus einem thermisch aushärtenden Kunststoffmaterial gebildet ist, ist mit der Objektseite (die in Fig. 55 links liegt) der ersten Linse dieses Teleobjektivsystems Hybriden, die sich am nächsten an dem Objekt befindet. Infolge der geringen Dicke des Beugungselements sind jedoch die erste und zweite Oberfläche so dargestellt, daß sie sich in Fig. 55 überlappen.

Das betrachtete Teleobjektivsystem soll in einem Wellenlägenband zwischen 435 und 656 nm verwendet werden, und die Bezugswellenlänge λ₀ für das Beugungselement zum Zeitpunkt von dessen Entwurf beträgt 546,07 nm. Fig. 56 zeigt die Aberrationen, die sich in dem System ergeben, welches entsprechend den in Tabelle 11D aufgeführten Daten aufgebaut ist.

Tabelle 11D

f = 293,1 mm (bei 588 nm)

NA = 2,8; ω = 4,2°; fb = 72,40

Die Form der ersten Oberfläche wird durch die in der (nachstehenden) Tabelle 12D angegebenen Koeffizienten gegeben, wenn der Durchhang X(h) an dem Punkt, der von der optischen Achse um eine Entfernung h beabstandet ist, durch die nachstehende Gleichung (7D) ausgedrückt wird. Der effektive Radius der ersten Linse beträgt 52,3 mm, und ihre erste Oberfläche ist eine Beugungsoberfläche, die aus 133 kreisringförmigen Oberflächen besteht:

Tabelle 12D

Fig. 57 zeigt eine Abänderung des Teleobjektivs von Fig. 4D, bei welchem die Hybridlinse, die am nächsten an dem Objekt liegt, durch eine einfache Linse ersetzt ist, welche kein Beugungselement aufweist, und bei welchem ein Filter zur Korrektur der chromatischen Aberration, Hybriden mit einem Beugungselement, näher am Objekt angeordnet ist als die einfache Linse. Das Beugungselement ist mit der Bildseite des Filters Hybriden. Auch in diesem Fall ist das Beugungselement so dünn, daß die zweite und dritte Oberfläche so in Fig. 57 dargestellt sind, daß sie einander überlappen.

Die spezifischen numerischen Daten für dieses abgeänderte Linsensystem sind in Tabelle 13D aufgeführt. Die erste und die darauffolgenden Oberflächen weisen dieselben Daten auf, wie die dritte und darauffolgende Oberflächen in dem Linsensystem des Beispiels 4D, und die Aberrations- und andere Leistungseigenschaften der beiden Linsensysteme sind ebenfalls dieselben.

Tabelle 13D

Die Form der dritten Oberfläche wird durch die Koeffizienten festgelegt, die in der (nachstehenden) Tabelle 14D aufgeführt sind, wenn der Durchhang X(h) an dem Punkt, der von der optischen Achse um eine Entfernung h beabstandet ist, durch die voranstehende Gleichung (6D) gegeben ist.

Tabelle 14D

Fig. 58 zeigt ein Teleobjektivsystem, welches vergleichbare Leistungen aufweist wie das System des Beispiels 4D, abgesehen von der Tatsache, daß die chromatische Aberration durch eine bestimmte Kombination optischer Materialien korrigiert ist, ohne ein Beugungselement zu verwenden. Die spezifischen numerischen Daten für dieses Linsensystem sind in Tabelle 15D angegeben. Die Aberrationen, die sich in dem System einstellen, welches gemäß dieser Daten konstruiert ist, sind in Fig. 59 gezeigt. Aus dem Vergleich der Fig. 56 und 59 kann man ersehen, daß bei Verwendung eines Beugungselements die chromatische Aberration auf sehr wirkungsvolle Weise selektiv korrigiert werden kann, ohne andere Leistungseigenschaften zu beeinflussen.

Tabelle 15D

f = 293,1 mm (bei 588 nm)

N = 2,9; ω = 4,2°; fb = 72,00

Die voranstehende Beschreibung bei den Beispielen 1D bis 4D ist auf die Fälle beschränkt, in welchen die Hybridlinse gemäß der vorliegenden Erfindung entweder als Objektivlinse oder als Kollimatorlinse für eine optische Disk oder als Teil eines Teleobjektivsystems verwendet wird. Allerdings wird darauf hingewiesen, daß die Hybridlinse auch bei anderen Arten optischer Systeme einsetzbar ist, es sei denn, daß der Betrachtungswinkel sehr breit ist.

Wie voranstehend beschrieben kombiniert die vorliegende Erfindung eine Glaslinse mit einem Kunststoff- Beugungselement, um so eine bezüglich der chromatischen Aberration korrigierte Hybridlinse zur Verfügung zu stellen, deren Leistung weniger empfindlich auf Umgebungsänderungen ist, und auf welche ein Beugungsmuster auf exakte Weise übertragen werden kann.

Die folgenden Beispiele für die vorliegende Erfindung betreffen eine optische Vorrichtung zur Korrektur der chromatischen Aberration unter Verwendung der Brechung und Beugung von Licht.

Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird eine optische Vorrichtung zur Verfügung gestellt, welche die chromatische Aberration korrigieren kann, die in einer Einzellinse auftritt, wenn die Betriebswellenlänge von dem Bezugswert abweicht. Wenn eine Wellenfront-Aberration (chromatische Aberration) in einer Einzellinse auftritt, wenn die Betriebswellenlänge gegenüber dem Bezugswert verschieden ist, gleicht genauer gesagt die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung diese Aberration dadurch aus, daß sie an einer brechenden Oberfläche eine divergente oder konvergente Wellenfront des entgegengesetzten Typs erzeugt.

Die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur zur Korrektur der chromatischen Aberration eingesetzt werden, die bei einer Einzellinse auftritt, sondern auch zur Korrektur der chromatischen Aberration, die in einer Hybridlinse auftritt. Selbst wenn mehrere Linsenelemente manchmal nicht die chromatische Aberration korrigiert, aus verschiedenen Gründen, die mit dem Brechungsindex, der Durchlässigkeit usw. zusammenhängen, insbesondere bei kurzen Wellenlängen nahe bei λ₀=300 nm, ist nur eine Art an optischem Material verfügbar, und die Korrektur der chromatischen Aberration ist schwierig zu erreichen. Die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung kann die chromatische Aberration selbst im Bereich derartig kurzer Wellenlängen korrigieren.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Konturen der zentralen brechenden Oberfläche und der kreisringförmigen brechenden Oberflächen in der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration kreisförmig ausgebildet, bei einer Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu diesen brechenden Oberflächen, und die Stufenentfernung t zwischen benachbarten brechenden Oberflächen ist wie nachstehend angegeben ausgewählt:

t=λ₀m/2n (m ist eine ganze Zahl)

wobei λ₀ die Bezugswellenlänge innerhalb des Betriebswellenlängenbandes ist, und n der Brechungsindex der brechenden Oberfläche auf der Eintrittsseite.

Wenn die Korrekturvorrichtung schräg in den optischen Weg eingesetzt werden soll, so können die Konturen der zentralen brechenden Oberfläche und der kreisringförmigen brechenden Oberflächen elliptisch ausgebildet werden, gesehen in einer Richtung senkrecht zu diesen brechenden Oberflächen, und die Stufenentfernung t wird wie nachstehend angegeben gewählt:

t=Aλ₀m/2n (m ist eine ganze Zahl)

wobei λ₀ die Bezugswellenlänge innerhalb des Betriebswellenlängenbandes ist, n der Brechungsindex der brechenden Oberfläche auf der Einfallsseite, und A das Verhältnis zwischen der Hauptachse und der Nebenachse der Ellipse.

Der Wert von m erfüllt vorzugsweise die Bedingung 1|m|10. Weist m den Wert 0 auf, so bedeutet dieses einen brechenden Spiegel, dessen Oberfläche insgesamt eben ist; daher kann eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps nicht hergestellt werden, wenn m nicht 1 oder größer ist. Wenn andererseits m den Wert 10 überschreitet, so tritt ein ernsthafter Nachteil bei starken Änderungen der Wellenlänge auf, und zwar in der Hinsicht, daß der Anteil des Lichtes mit Beugungen höherer Ordnung zunimmt, so daß der Wirkungsgrad der Lichtnutzung verringert wird. Das Vorzeichen des Wertes von m legt fest, ob die brechende Oberfläche insgesamt makroskopisch konvex oder konkav ist.

Ist die Breite jeder kreisringförmigen brechenden Oberfläche so gewählt, daß sie umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der optischen Achse ist, kann die Wellenfront, die bei der Änderung der Wellenlänge auftreffendes Lichtes erzeugt wird, allgemein kugelförmig ausgebildet werden. Wenn angenommen werden muß, daß die zu kombinierende Linse eine starke Änderung der sphärischen Aberration infolge der Wellenlängenänderungen erfährt, so kann sie durch entsprechende Wahl der Breite der kreisringförmigen Segmente auf der brechenden Oberfläche im Entwurfszustand korrigiert werden; allerdings reicht es vom Gesichtspunkt einer breiten Einsetzbarkeit her aus, die Breite jeder kreisringförmigen brechenden Oberfläche so zu wählen, daß sie umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der optischen Achse ist.

Die zentrale brechende Oberfläche und die kreisringförmigen brechenden Oberflächen können Ebenen aufweisen, die zueinander parallel angeordnet sind; alternativ hierzu können diese Oberflächen gekrümmt sein.

Die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung soll mit einer Linse kombiniert werden, um die chromatische Aberration zu korrigieren, die in dieser Linse auftritt. Im einzelnen entwickelt, wenn Licht in die Linse eintritt, welches eine Wellenlänge verschieden von einer Bezugswellenlänge aufweist, die Linse eine chromatische Aberration, und zur Korrektur dieser Aberration ändert die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Wellenfront des auftreffenden Lichtes mittels Brechung.

Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Korrektureinrichtung für chromatische Aberration zur Verfügung, bei welcher die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps, die voranstehend beschrieben wurde, in den optischen Weg zwischen einem Kollimator zum Kollimieren des in eine Linse eintretenden Lichtes und die Linse eingefügt wird. Eine beispielhafte Verwendung dieser Einrichtung besteht in der Korrektur der Aberration, die sich in einer Einzellinse entwickelt, die zum Fokussieren von Laserlicht zur Ausbildung eines Punktes auf einer optischen Disk in einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung verwendet wird.

Beispiele

Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezug auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiele beschrieben. Die Fig. 60 und 61 zeigen die Theorie für den Betrieb der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung.

Zuerst wird Bezug auf Fig. 60 genommen. Die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps, welche insgesamt durch die Bezugsziffer 311 bezeichnet ist, weist eine kreisförmige, zentrale brechende Oberfläche 311ac auf der optischen Achse O auf, und drei koaxiale, kreisförmige, kreisringförmige brechende Oberflächen 311bc, 311cc und 311dc, die um die zentrale brechende Oberfläche 311ac herum angeordnet sind. Nur drei kreisringförmige brechende Oberflächen sind in Fig. 60 gezeigt, jedoch weist in der Praxis die Korrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen etwa 10 bis etwa 100 kreisringförmige brechende Oberflächen auf. Die Beugungslinse nach dem Stand der Technik weist sogar einige 100 kreisringförmige Segmente auf, und dies stellt einen der Faktoren dar, durch welchen sich die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Reflexions- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung von der konventionellen Beugungslinse unterscheidet.

Die kreisförmige zentrale brechende Oberfläche 311ac und die kreisförmigen, kreisringförmigen brechenden Oberflächen 311bc, 311cc und 311dc weisen Ebenen auf, die parallel zueinander angeordnet sind, und in ihrer Lage entlang der optischen Achse O um eine Stufenentfernung (t) versetzt sind; insgesamt führen diese brechenden Oberflächen zu einer makroskopisch konvexen Form. Zur Klarheit wird angenommen, daß sich die Korrekturvorrichtung 311 in Luft befindet (n=1).

Weiterhin wird angenommen, daß die Bezugswellenlänge des in die brechende Oberfläche eintretenden Lichtes λ₀ ist. Dann ist die Stufenentfernung t gegeben durch t=λ₀/2, und dies entspricht dem Fall, in welchem in der Gleichung t=λ₀m/2n Werte von m=1 und n=1 vorliegen.

Es wird hier nunmehr der Fall betrachtet, in welchem Licht in Form einer ebenen Welle (Strahlen parallelen Lichts) mit der Bezugswellenlänge λ₀ in die Korrekturvorrichtung 311 eintritt. Benachbarte Linien 312 geben die Positionen an, die entlang des optischen Weges durch das sich ausbreitende Licht in Form einer ebenen Welle mit einer bestimmten Phase (beispielsweise 0°) eingenommen werden, mit der Bezugswellenlänge λ₀. Da das die Bezugswellenlänge aufweisende Licht die Gleichung t=λ₀/2 erfüllt, bleibt es eine ebene Welle, selbst nachdem es durch die kreisförmige, zentrale brechende Oberfläche 311ac oder die kreisförmigen, kreisringförmigen brechenden Oberflächen 311bc-311dc gebrochen wurde.

Allgemein ausgedrückt ist die optische Weglängendifferenz, die bei der Brechung in einem Medium (Brechungsindex: n; Dicke: t) entlang dem optischen Weg auftritt, durch 2nt gegeben. Wenn die Korrekturvorrichtung 311 stufenartige brechende Oberflächen aufweist, deren Stufenentfernung t ist, wie durch t(h)=λ₀/2n ausgedrückt wird (h ist die Entfernung von der optischen Achse O), oder durch mt (m ist eine ganze Zahl), ändert daher die Wellenfront des Lichts mit der Bezugswellenlänge keinesfalls nach der Brechung ihre Form, da dann, wenn sie durch benachbarte brechende Bereiche gebrochen wird, die einzige auftretenden Änderung bei ihrer Wellenfront in einer Phasenverschiebung von mλ besteht, und sich das gebrochene Licht weiter ausbreitet, ohne seine Wellenfront zu ändern.

Fig. 61 zeigt den Fall, in welchem eine ebene Welle mit einer Wellenlänge λ₀′, die geringfügig größer als die Bezugswellenlänge λ₀ ist, in die Korrekturvorrichtung 311 eintritt, die ebenso ausgebildet ist, wie in Fig. 60. Die Entfernung zwischen benachbarten Linien 312′ ist größer als die Entfernung zwischen benachbarten Linien 312 (siehe Fig. 60), und zwar um die Wellenlängenverschiebung. Im Falle der Brechung durch die Korrekturvorrichtung 311 breitet sich das Licht, welches auf der kreisförmigen, zentralen brechenden Oberfläche 311ac gebrochen wird, in der kürzesten Entfernung durch das Medium aus, wogegen das Licht, welches durch die kreisförmige, kreisringförmige brechende Oberfläche 311dc gebrochen wird, die längste Entfernung zurücklegt. Weiterhin wird darauf hingewiesen, das Licht mit einer größeren Wellenlänge als die Bezugswellenlänge die Eigenschaft aufweist, daß seine Wellenfront desto weiter voreilt, je länger die Ausbreitungsentfernung des Lichtes ist. Dies führt dazu, daß die Phase der Wellenfront von Licht, welches durch die kreisförmige, zentrale brechende Oberfläche 311ac und die kreisförmigen, kreisringförmigen brechenden Oberflächen 311bc-311dc gebrochen wurde, als Funktion der Entfernung von der optischen Achse O voreilt, und die Wellenfronten der gebrochenen Lichtstrahlen werden insgesamt so gekrümmt, daß eine einzige konvergente Wellenfront erzeugt wird. Mit anderen Worten veranlaßt die Korrekturvorrichtung 311, welche stufenförmig brechende Oberflächen aufweist, die makroskopisch eine Form zur Verfügung stellen, die zur Strahleneintrittsseite konvex ist, in Form einer ebenen Welle auftreffendes Licht dazu, als konvergente Wellenfront gebrochen zu werden, wenn das Licht eine größere Wellenlänge als die Bezugswellenlänge hat. Dies ist äquivalent zur Feststellung, daß die Lichtbrechung durch die Korrekturvorrichtung 311 eine chromatische Aberration erzeugt, welche die chromatische Aberration ausgleicht, die sich in einer positiven Linse einstellt, die eine Brechwirkung aufweist, und daher kann die Vorrichtung die erforderliche Korrektur der chromatischen Aberration erzielen.

Im Gegensatz hierzu ist die Wellenfront von Licht, welches eine kürzere Wellenlänge aufweist als die Bezugswellenlänge, verzögert, da das Licht eine längere Entfernung durch das Medium zurücklegt, und wird aus diesem Grunde durch die Wirkung der Korrekturvorrichtung 211 divergent gemacht. Die Korrekturvorrichtung 311, die stufenförmige brechende Oberflächen aufweist, die makroskopisch eine zur Strahleneintrittsseite hin konvexe Form zur Verfügung stellen, veranlaßt mit anderen Worten in Form einer ebenen Welle auftreffendes Licht dazu, als divergente Wellenfront gebrochen zu werden, wenn es eine kürzere Wellenlänge als die Bezugswellenlänge aufweist. Dies ist äquivalent zu der Aussage, daß die Lichtbrechung durch die Korrekturvorrichtung 311 eine chromatische Aberration erzeugt, welche die chromatische Aberration ausgleicht, die in einer Negativlinse entsteht, welche eine Brechungswirkung aufweist, und daher kann die Vorrichtung die erforderliche Korrektur der chromatischen Aberration erzielen.

Ob die stufenförmigen brechenden Oberflächen, die auf der Korrekturvorrichtung 311 ausgebildet werden sollen, eine makroskopisch konvexe oder konkave Form erzeugen, hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise davon, ob die zu korrigierende chromatische Aberration in einer Positivlinse oder einer Negativlinse entsteht.

Die Breiten s1, s2 und s3 der kreisförmigen, kreisringförmigen brechenden Oberflächen 311bc, 311cc beziehungsweise 311dc sind jeweils so ausgewählt, daß sie umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der optischen Achse O sind.

Die Fig. 62 und 63 zeigen ein Beispiel für die vorliegende Erfindung, bei welcher die Korrekturvorrichtung, die insgesamt durch die Bezugsziffer 311A bezeichnet ist, in einem Winkel von 45° in bezug zur optischen Achse O angeordnet ist. Die brechende Oberfläche dieser Korrekturvorrichtung weist eine elliptische brechende Oberfläche 311ae auf, die in einer Richtung senkrecht zur brechenden Oberfläche gesehen im Zentrum der optischen Achse O angeordnet ist, sowie koaxiale elliptische, kreisringförmige brechende Oberflächen 311be, 311ce und 311de, die um die zentrale brechende Oberfläche 311ae herum angeordnet sind.

Das Verhältnis A zwischen der Haupt- und Nebenachse der Ellipse ist so festgelegt, daß jede der orthogonalen Projektionen der brechenden Oberflächen 311ae-311de auf eine Ebene senkrecht zur optischen Achse O ein Kreis ist. Mit anderen Worten ist A gleich 2^½.

Wird die durch die elliptische brechende Oberfläche 311ae festgelegte Ellipse durch (X²/A²)+(Y²/1)=r² (r ist eine Konstante) in einem XY-Koordinatensystem ausgedrückt, dann ist die Stufenentfernung t zwischen der brechenden Oberfläche 311ae und der benachbarten kreisringförmigen brechenden Oberfläche 311be sowie einzelnen kreisringförmigen brechenden Oberflächen 311be, 311ce und 311de gegeben durch t=λ·₀·2⁻^½. Wie bei dem in den Fig. 60 und 61 gezeigten Beispiel entspricht dies dem Fall, in welchem n=1 und m=1 in der Gleichung t=Aλ₀m/2n (m ist eine ganze Zahl) sind. Daher stellt das vorliegende Beispiel vollständig dieselben Vorteile zur Verfügung wie das vorherige Beispiel.

Die beiden voranstehend diskutierten Beispiele betreffen den Fall, in welchem m=1 ist; ist der Betriebswellenlängenbereich nicht sehr breit, so kann der Wert von m auf 2 oder mehr eingestellt sein, wenn die Stufenentfernung t festgelegt wird, und das Licht in der Beugung der m-ten Ordnung kann sicher verwendet werden, ohne den Beugungswirkungsgrad herabzusetzen. Insbesondere in dem Fall, in welchem die Breite kreisringförmiger Segmente vom Zentrum nach außen hin abnimmt, kann man allmählich den Wert von m erhöhen, beginnend von 1, innerhalb einer einzigen Vorrichtung. In diesem Fall kann die axiale Entfernung ΔX(h) einer bestimmten kreisringförmigen brechenden Oberfläche von der zentralen brechenden Oberfläche als Funktion der Entfernung h von der optischen Achse O durch nachstehende Gleichung festgelegt werden:

ΔX(h)=(mλ₀/2n)Int{[r-(1-h²/r²)^½)/(mλ/2n)]+0,5}

wobei Int(x) eine Funktion ist, welche eine ganze Zahl nicht größer als x ergibt.

Fig. 64 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher die Korrekturvorrichtung 311A für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps bei einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung eingesetzt wird. Von einer Laserlichtquelle 321 ausgehendes Laserlicht wird durch eine Kollimatorlinse 322 kollimiert, durch ein Strahlformprisma 323 so geformt, daß es einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, und tritt in einen Strahlteiler 324 ein. Ein Teil des abgetrennten Laserlichts wird durch die Korrekturvorrichtung 311A reflektiert, die auf einem Schlitten 334 befestigt ist, so daß es in eine Objektivlinse 326 eintritt. Der Schlitten 334 ist entlang der Führungsschienen 335 in der Radialrichtung einer optischen Disk 327 verschiebbar, die durch den Pfeil mit zwei Spitzen in Fig. 64 angedeutet ist. Das auf die Objektivlinse 326 auffallende Laserlicht wird auf die optische Disk 327 fokussiert, und das reflektierte Licht von der Disk tritt erneut in die Korrekturvorrichtung 311A ein, welche es zum Strahlteiler 324 zurückführt. Ein Teil des rückkehrenden Lichtes gelangt durch eine Linse 330 in ein signalwiedergabeoptisches System 328, um einem Sensor 332 zugeführt zu werden, und der Rest gelangt durch eine Linse 331 in ein servooptisches System 329, um einem Sensor 333 zugeführt zu werden.

Es sind verschiedene Arten der optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung bekannt, die auf diese Weise arbeiten, und durch Kombination der Objektivlinse 326 (die eine Einzellinse ist) mit der Korrekturvorrichtung 311A kann die chromatische Aberration, die in der Objektivlinse 326 auftritt, wirksam korrigiert werden.

Auf den nächsten Seiten wird dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung mit mehr Einzelheiten unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben, welche sämtlich die chromatische Aberration korrigieren sollen, die in einer positiven Objektivlinse entsteht.

Beispiel 1E

Fig. 65 zeigt eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration, welche eine brechende Oberfläche senkrecht zur optischen Achse O aufweist, die insgesamt durch die Bezugsziffer 311 bezeichnet ist. Die Vorrichtung 311 ist zur Korrektur der chromatischen Aberration ausgebildet, welche in einer Objektivlinse auftritt, die die in Fig. 70 gezeigte Geometrie aufweist, und die in Fig. 71 gezeigten Eigenschaften. In Fig. 70 ist die Objektivlinse durch die Bezugsziffer 341 bezeichnet, und die Bezugsziffer 342 bezeichnet eine optische Disk. Parallele Laserlichtstrahlen, die von einer Kollimatorlinse herkommen, werden durch die Objektivlinse 341 so fokussiert, daß ein Punkt auf der inneren Aufzeichnungsoberfläche der optischen Disk 342 ausgebildet wird; daher entspricht die Objektivlinse 341 der Objektivlinse 326 in der in Fig. 64 gezeigten Einrichtung.

Die Objektivlinse 341 weist folgende Spezifikationen auf:

Brennweite\|3,3 mm
Betriebswellenlänge (Bezugswellenlänge)	780 nm
Verschiebung des hinteren Brennpunkts in Reaktion auf eine Wellenlängenänderung um den Einheitsbetrag df₃/dλ₀	11 µmnm

Die numerischen Daten für die Objektivlinse 341 sind in Tabelle 1E aufgeführt.

Die in Fig. 71 verwendeten Symbole weisen die folgenden Bedeutungen auf: SA, sphärische Aberration; SC, Sinusbedingung; S, sagittal; M, meridional. In der Tabelle 1E bezeichnet r_i den Krümmungsradius einer einzelnen Linsenoberfläche; d_i die Linsendicke oder die Luftentfernung zwischen einzelnen Linsen; und N den Brechungsindex.

Tabelle 1E

NA = 0,55; F = 3,30; ω = 1,7°

Die Korrekturvorrichtung 311 des Beispiels 1E ist für senkrechten Einfall und Brechung durch die entgegengesetzte Oberfläche gedacht; falls man annimmt, daß die Korrekturvorrichtung 311 einer positiven Linse mit einer Brennweite von 126 mm entspricht, so ist die Brechkraft der Beugungslinse proportional zur Wellenlänge, und es kann die chromatische Aberration korrigiert werden, die in der Objektivlinse 341 auftritt. Wenn allerdings die Objektivlinse und Korrekturvorrichtungen als zwei getrennte Elemente verwendet werden, verursacht eine Änderung ihrer Entfernung eine entsprechende Änderung der Höhe des Strahleneinfalls auf die Objektivlinse; um dieses Problem zu vermeiden müssen die Objektivlinse und Korrekturvorrichtung in einer einstückigen Anordnung kombiniert werden. Daher ist die Korrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so ausgelegt, daß sie eine makroskopische Form aufweist, die einer Negativlinse entspricht, die eine Brennweite (f) von -126 mm aufweist, und deren brechende Oberfläche eben ausgebildet ist, um sicherzustellen, daß Licht erster Ordnung nicht der Brechungswirkung der Beugung ausgesetzt wird.

Ist die Brechung eine Vorderseiten-Oberflächenbrechung in Luft, so ist n=1,0 und zur Herstellung einer Negativlinse mit f=-126 mm auf der brechenden Oberfläche muß der Krümmungsradius r=252,0 mm betragen. Falls eine Oberfläche mit dieser Krümmung dadurch eben ausgebildet wird, daß Ebenen mit der axialen Stufenentfernung t bereitgestellt werden, die auf λ₀/390 nm=0,390 µm eingestellt ist, so kann man sowohl die Wirkung einer Beugungslinse f=126 mm erhalten, als auch die Wirkung einer Brechungslinse mit f=-126 mm, wodurch sichergestellt wird, daß Licht der ersten Ordnung sich geradlinig ausbreitet.

Im einzelnen wird X(h), oder die Axialentfernung jeder der kreisringförmigen brechenden Oberflächen 311bc, 311cc und 311dc von der zentralen brechenden Oberfläche 311ac als Funktion der Entfernung h von der optischen Achse, wie nachstehend angegeben, ausgedrückt:

ΔX(h)=(λ/2n)Int{[r-(1-(1-h²/r²)^½ )/(λ/2n)]+0,5},

wobei Int(x) eine Funktion ist, die eine ganze Zahl nicht größer als x ergibt. Sind diese brechenden Oberflächen so angeordnet, daß sie eine makroskopische Form zur Verfügung stellen, welche durch diese Gleichung ausgedrückt wird, so kann man die chromatische Aberration korrigieren, die in der Objektivlinse 341 entsteht. Die nachstehende Tabelle 3E gibt Daten an zur Beschreibung der Gesamtform der Korrekturvorrichtung 311, die in Fig. 65 gezeigt ist.

h (mm)
ΔX (µm)
0,000∼0,313
0,0
∼0,542	0,39
∼0,700	0,78
∼0,829	1,17
∼0,940	1,56
∼1,039	1,95
∼1,130	2,34
∼1,214	2,73
∼1,292	3,12
∼1,366	3,51
∼1,436	3,90
∼1,503	4,29
∼1,567	4,68
∼1,628	5,07
∼1,688	5,46
∼1,745	5,85
∼1,800	6,24
∼1,854	6,63
∼1,906	7,02
∼1,957	7,41
∼2,007	7,80

Falls die Korrekturvorrichtung 311 mit dieser Geometrie in die Strahlen parallelen Lichtes zwischen der Kollimatorlinse und der Objektivlinse 314 eingesetzt wird, und wenn das gebrochene Licht von der Vorrichtung 311 durch den Strahlteiler abgetrennt wird, so kann eine Defokussierung (chromatische Aberration) infolge der Änderung der Betriebswellenlänge der Laserdiode ausgeglichen werden. Mit anderen Worten kann die chromatische Aberration, die in Fig. 71 gezeigt ist, und die sich in der einfachen Objektivlinse 314 entwickelt, wirksam korrigiert werden.

Fig. 69 zeigt schematisch die chromatische Aberration, die in der Objektivlinse 341 entsteht, und wie diese durch die Korrekturvorrichtung 311 korrigiert wird. Weist das ankommende Laserlicht die Bezugswellenlänge λ₀=780 nm auf, so arbeitet das optische System in der Hinsicht ordnungsgemäß, daß das gewünschte Bild von dem Sensor 322 (s. Fig. 64) aufgenommen wird, als Ergebnis der Bearbeitung durch die Objektivlinse 341 und die Korrekturvorrichtung 311. Mit anderen Worten tritt eine Defokussierung auf.

Ändert sich allerdings die Wellenlänge des ankommenden Laserlichts auf λ′₀=770 nm, so entsteht in der Objektivlinse 341 eine chromatische Aberration (Wellenfront-Aberration), wie durch die Kurve B in Fig. 69 gezeigt. Diese Wellenfront-Aberration wird in dem Umfangsabschnitt der Linse mehr oder weniger unterkorrigiert. Andererseits transformiert in Reaktion auf die Wellenlängenverschiebung zum Bereich kürzerer Wellenlängen hin die Korrekturvorrichtung 311 das als ebene Welle auftreffende Licht, um eine divergente Wellenfront zu erzeugen. Wie durch die Kurve C in Fig. 69 gezeigt wird, wird diese divergente Wellenfront mehr oder weniger überkorrigiert. Daher gleichen sich die beiden Wellenfronten einander aus, und die zusammengesetzte Wellenfront ist so, daß sie ein gewünschtes, fokussiertes Bild erzeugt. Mit anderen Worten kann durch die Korrekturvorrichtung 311 gemäß der vorliegenden Erfindung die chromatische Aberration korrigiert werden, die in der Objektivlinse 341 als Ergebnis der Wellenlängenverschiebung entsteht.

Beispiel 2E

In dem System des Beispiels 1E wird das gebrochene Licht von der Korrekturvorrichtung 311 durch den Strahlteiler abgetrennt, und es gibt eine Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Verlusten in dem Strahlteiler. Zur Lösung dieses Problems wird vorzugsweise die Korrekturvorrichtung so, wie sie ist, innerhalb von 45° zur optischen Achse angeordnet, wie in Fig. 64 gezeigt, in welcher die Korrekturvorrichtung durch 311A bezeichnet ist. In diesem Fall besteht, wie bereits unter Bezug auf die Fig. 62 und 63 beschrieben wurde, die brechende Oberfläche der Korrekturvorrichtung 311A aus einer elliptischen zentralen brechenden Oberfläche 311ae und drei elliptischen kreisringförmigen brechenden Oberflächen 311be bis 311de. Bedenkt man, daß die effektive Phasendifferenz, die bei der Wellenfront in einem Schritt auftritt, sin 45°≅0,707 beträgt, so ist die Stufenentfernung t etwa 1,41 mal so groß wie die Stufenentfernung, die im Beispiel 1E verwendet wurde (1/sin 45°≅1,41). Daher weist die Korrekturvorrichtung 311A mit 45° Einfallswinkel, welche ebenso wirksam arbeitet wie die Vorrichtung 311 des Beispiels 1E, eine Geometrie auf, die körperlich in Fig. 66 gezeigt und numerisch in der nachstehenden Tabelle 3E angegeben ist.

Tabelle 3E

Wenn die Korrekturvorrichtung 311A mit dieser Geometrie in die parallelen Lichtstrahlen zwischen der Kollimatorlinse und der Objektivlinse 314 eingesetzt wird (zwischen die Kollimatorlinse 322 und die Objektivlinse 326 in dem in Fig. 64 gezeigten Fall), kann eine Defokussierung (chromatische Aberration) infolge der Variation der Betriebswellenlänge der Laserdiode wirksam ausgeglichen werden.

Beispiel 3E

In den Beispielen 1E und 2E ist die brechende Oberfläche auf der vorderseitigen Oberfläche der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration vorgesehen. Allerdings kann die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung auch als Brechungstyp der rückseitigen Oberfläche aufgebaut sein. Fig. 67 zeigt ein Beispiel der Korrekturvorrichtung, die für eine derartige Brechung an der rückwärtigen Oberfläche ausgebildet ist, und in Fig. 67 insgesamt durch 311B bezeichnet ist. Die Korrekturvorrichtung dieses Typs mit Rückseitenoberflächenbrechung weist den Vorteil auf, daß ihre Leistung auf keine Weise beeinträchtigt wird, wenn Staub oder Schmutz auf den Stufen abgelagert werden, die auf der brechenden Oberfläche auf der Rückseite ausgebildet sind. Im Falle einer Rückseitenoberflächenbrechung nimmt das Verhältnis der Betriebswellenlänge zum Brechungsindex in dem Medium ab (n<1), und daher wird die Stufenentfernung t kürzer als in den Beispielen 1E und 2E (da n<1 in der Gleichung t=λ₀m/2n ist). Die nachstehende Tabelle 4E zeigt die Geometrie der brechenden Oberfläche der Aberrationskorrekturvorrichtung 311B mit 45° Einfallswinkel, die aus einem optischen Material mit n=1,51072 hergestellt wurde.

Tabelle 4E

Beispiel 4E

Der Einfallswinkel auf die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung ist keineswegs auf 0° oder 45° beschränkt. Es ist nur erforderlich, daß die Orthogonalprojektionen der zentralen brechenden Oberfläche und der kreisringförmigen brechenden Oberflächen auf eine Ebene senkrecht zur optischen Achse Formen beschreiben, die rotationssymmetrisch in Bezug auf die optische Achse sind, welche das Drehzentrum darstellt. Fig. 68 und Tabelle 5E zeigen ein Beispiel für die Geometrie einer Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration (die durch 311c bezeichnet ist), welche ebenso wirksam arbeitet wie die Vorrichtungen der Beispiele 1E bis 3E, wenn der Einfallswinkel 30° ist. Da 1/sin 30°=2 ist, ist die im Beispiel 4E eingesetzte Stufenentfernung t länger als die in den Beispielen 1E bis 3E gewählte Stufenentfernung; daher weist die Korrekturvorrichtung des Beispiels 4E den Vorteil einer einfacheren Herstellung auf.

Tabelle 5E

Beispiel 5E

Die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung kann in anderen Abschnitten als denen vorgesehen sein, in welchen sich Strahlen parallelen Lichtes ausbreiten. In diesem Beispiel 5E wird die vorliegende Erfindung bei der brechenden Oberfläche einer katadioptrischen Linse eingesetzt, wie in Fig. 72 gezeigt, wobei die katadioptrische Linse und die brechende Oberfläche durch 343 bzw. 344 bezeichnet sind. Numerische Daten für die katadioptrische Linse 343 sind in der nachstehenden Tabelle 6E angegeben, und die verschiedenen Aberrationen, die in dieser Linse entstehen, sind in Fig. 73 gezeigt, wobei die d-, g-, C-, F- und e-Linien sich auf die chromatischen Aberrationen beziehen, die anhand der sphärischen Aberration ausgedrückt sind, und ebenfalls als die lateralen chromatischen Aberrationen, die bei den jeweiligen Wellenlängen entstehen. In Tabelle 6E bezeichnet ν die Abbe-Zahl.

Tabelle 6E

F_N₀ = 1 : 5,6; f = 44,68

Die vierte Oberfläche dieser Linse stellt die brechende Oberfläche 344 zur Verfügung.

Die katadioptische Linse 343 bildet ein Bild bei einer Vergrößerung von 1/6 aus, und durch diese Linse kann das Bild eines Objekts, welches oberhalb der optischen Achse liegt, unterhalb der Achse fokussiert werden. Allerdings kann die Linse keine zufriedenstellende Korrektur der axialen chromatischen Aberration erreichen, und bei Wellenlängen in der Nähe von 580 nm beträgt df_B/dλ₀ 7,0 µm/nm. Entsprechend der Theorie der vorliegenden Erfindung wird die brechende Oberfläche 344 der Linse 343 aus kreisringförmigen Segmenten gebildet, und die auf diese Weise erzeugte Oberfläche kann die axiale chromatische Aberration korrigieren, die in der Linse 343 entsteht. Mit anderen Worten ist die brechende Oberfläche 344 für senkrechten Einfall und Brechung durch die rückseitige Oberfläche ausgebildet (was der in Fig. 65 gezeigten Vorrichtung entspricht, mit der Ausnahme, daß die brechende Oberfläche für Rückseitenoberflächenbrechung ausgebildet ist, wie bei der in Fig. 67 gezeigten Vorrichtung. Die nachstehende Tabelle 7E zeigt die Geometrie der brechenden Oberfläche 344 der Linse 343, die aus einem optischen Material mit n=1,49176 hergestellt wurde.

h (mm)
ΔX (µm)
0,000∼0,59
0,19
∼1,02	0,39
∼1,32	0,59
∼1,56	0,78
∼1,77	0,98
∼1,96	1,18
∼2,13	1,37
∼2,29	1,57
∼2,44	1,77
∼2,58	1,96
∼2,71	2,16
∼2,84	2,36
∼2,96	4,56
∼3,07	2,75
∼3,18	2,95
∼3,29	3,15
∼3,40	3,34
∼3,50	3,54
∼3,60	3,74
∼3,69	3,98
∼3,79	4,13
∼3,88	4,33
∼3,97	4,52
∼4,06	4,72
∼4,14	4,92
∼4,22	5,12
∼4,31	5,31

Die brechende Oberfläche mit dieser Geometrie kann die in Fig. 73 gezeigten chromatischen Aberrationen korrigieren.

Wie auf den voranstehenden Seiten beschrieben wurde, wird die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps gemäß der vorliegenden Erfindung aus einem einzigen brechenden Element hergestellt, und dennoch kann sie wirksam die chromatische Aberration korrigieren, die in einer 02240 00070 552 001000280000000200012000285910212900040 0002004323971 00004 02121Linse entsteht, die in Kombination mit dieser Vorrichtung verwendet wird. Da das brechende Element in weitem Maße in der Optik verwendet wird, muß man nur dieses brechende Element so bearbeiten, daß die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, und daher kann die gewünschte Korrektur der chromatischen Aberration erzielt werden, ohne daß irgendwelche speziellen optischen Elemente hinzugefügt werden. Wird die Korrekturvorrichtung bei einer optischen Informations aufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung verwendet, kann darüber hinaus eine Defokussierung infolge einer Variation der Wellenlänge des Laserlichts durch ein kostengünstiges System-Layout korrigiert werden.

Gemäß der Erfindung wird daher ein Korrekturelement für die chromatische Aberration zur Verfügung gestellt, welches eine zentrale Oberfläche aufweist, die ein Drehzentrum auf der optischen Achse hat, sowie mehrere kreisringförmige Zonenoberflächen, die koaxial zur zentralen Oberfläche verlaufen. Die Positionen der zentralen Oberfläche, der zonalen Oberflächen außerhalb der zentralen Oberfläche und der benachbarten kreisringförmigen zonalen Oberflächen sind um eine konstante Stufenentfernung t verschoben, so daß diese Oberflächen makroskopisch eine konvexe Oberfläche oder eine konkave Oberfläche bilden. Die Stufenentfernung t ist so festgelegt, daß Lichtstrahlen, die als ebene Wellen in Bezug auf Licht mit einer Bezugswellenlänge eingeführt werden, als ebene Wellen ausgestrahlt werden, und Lichtstrahlen, die sich bezüglich der Wellenlänge von dem Licht der Bezugswellenlänge unterscheiden, und als ebene Wellen eingeführt wurden, als divergente oder konvergente Wellenoberflächen ausgesandt werden. Die Breite jeder kreisringförmigen Zone ist vorzugsweise auf einen Wert gesetzt, der umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der optischen Achse ist. Durch diese Abmessungen ist es im Falle einer Änderung der Wellenlänge möglich, die erzeugte Wellenoberfläche im wesentlichen kugelförmig auszubilden.

Claims

1. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration mit einer Beugungsoberfläche, wobei die Beugungsoberfläche aufweist:

- eine zentrale Oberfläche, welche in Bezug auf eine optische Achse rotationssymmetrisch ist, und
- mehrere ringförmige Oberflächen, die konzentrisch zur zentralen Oberfläche angeordnet sind,
- wobei die zentrale Oberfläche, eine der ringförmigen Oberflächen gerade außerhalb der zentralen Oberfläche und die übrigen ringförmigen Oberflächen in ihrer Position um dieselbe Stufenentfernung t in Richtung der optischen Achse jeweils versetzt sind, und
- wobei die Beugungsoberfläche in makroskopischem Maßstab optisch eine im wesentlichen konkave oder konvexe Form aufweist.

2. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung t durch folgende Bedingung festgelegt ist: t=mλ₀/(n-1)wobei m eine ganze Zahl ist, n der Brechungsindex des Mediums ist, aus welchem die Beugungsoberfläche gebildet ist, und λ₀ eine willkürliche Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist.

3. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Oberfläche und die mehreren ringförmigen Oberflächen senkrecht zur optischen Achse angeordnet sind.

4. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der mehreren ringförmigen Oberflächen umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zwischen jeder ringförmigen Oberfläche und der optischen Achse ist.

5. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in makroskopischem Maßstab die Beugungsoberfläche optisch eine im wesentlichen konkave Form aufweist.

6. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsoberfläche auf zumindest einer Oberfläche einer Einzellinse vorgesehen ist, die zumindest eine asphärische Oberfläche aufweist, deren Krümmungsradius von der optischen Achse zum Umfang der Vorrichtung hin zunimmt, und daß die Entfernung zwischen der Linsenoberfläche, auf welcher die Beugungsoberfläche vorgesehen ist, und der zentralen Oberfläche, einer der ringförmigen Oberflächen etwas außerhalb der zentralen Oberfläche und der übrigen ringförmigen Oberflächen von der optischen Achse zum Umfang der Vorrichtung hin zunimmt.

7. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die folgende Bedingung erfüllt ist: 0,8t(n-1)/λ₀10wobei λ₀ eine willkürliche Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist, t der Betrag der Axialverschiebung jeder der ringförmigen Oberflächen und n der Brechungsindex des Mediums, aus welchem die Vorrichtung besteht.

8. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in einem optischen System einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung vorgesehen ist und als Objektiveinzellinse arbeitet, welche auftreffende parallele Lichtstrahlen dazu veranlaßt, auf einem optischen Aufzeichnungsmedium fokussiert zu werden, wobei die Beugungsoberfläche auf der Oberfläche vorgesehen ist, auf welche die parallelen Lichtstrahlen auftreffen.

9. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in einem optischen System einer optischen Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung vorgesehen ist, die eine Laserdiode aufweist, wobei die Vorrichtung als Kollimatorlinse arbeitet, welche das divergente Licht von der Laserdiode kollimiert, wobei die Beugungsoberfläche auf der Oberfläche vorgesehen ist, auf welche das divergente Licht auftrifft.

10. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Oberfläche und die mehreren ringförmigen Oberflächen Ebenen sind, welche senkrecht zur optischen Achse verlaufen, und die makroskopische Form der Beugungsoberfläche eine asphärische Oberfläche ist, deren Krümmungsradius im Absolutwert mit zunehmender Entfernung von der optischen Achse zum Umfang der Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration hin abnimmt, wobei die Axialverschiebung ΔX′(h) der Ebenen, welche durch die mehreren ringförmigen Oberflächen gebildet werden, gegenüber der Ebene, die durch die zentrale Oberfläche gebildet wird, an einem Punkt mit der Entfernung h von der optischen Achse durch die Gleichung (3B) gegeben ist: ΔX′(h)=(mλ₀/(n-1))Int((ΔX(h)/(mλ₀/(n-1)))+0,5) (3B)wobei ΔX′(h) eine Verschiebung der asphärischen Oberfläche gegenüber der Ebene ist, welche durch die zentrale Oberfläche festgelegt ist, an einem Punkt mit einer Entfernung h von der optischen Achse; m eine ganze Zahl ist; n der Brechungsindex des Mediums ist, aus welchem die Vorrichtung besteht; λ₀ die Wellenlänge ist, bei welcher die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration verwendet wird, oder eine willkürliche Wellenlänge innerhalb des Betriebswellenlängenbereiches; und Int(X) eine Funktion ist, die eine ganze Zahl nicht größer als X ergibt.

11. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die asphärische Oberfläche einer späroidförmigen Oberfläche gleicht, die eine positive Kegelschnittkonstante aufweist, wobei dann, wenn die Abweichung ε(h) von der sphäroidförmigen Oberfläche an einem Punkt mit einer Entfernung h gegenüber der optischen Achse durch Gleichung (1B) ausgedrückt wird, die asphärische Oberfläche die Bedingung (4B) für sämtliche Werte der Entfernung h innerhalb des effektiven Maximalradius hindurchgehender Lichtstrahlen erfüllt: wobei C die achsennahe Krümmung ist; K die Kegelschnittkonstante; und λ₀ die maximale Betriebswellenlänge.

12. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsoberfläche auf zumindest einer Strahldurchlaßoberfläche eines Strahlteilers vorgesehen ist, welcher zwei oder mehrere Prismen aufweist, die durch eine Strahlteileroberfläche miteinander verbunden sind.

13. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungsoberfläche auf zumindest einer Strahldurchlaßoberfläche einer Ablenkeinrichtung für den optischen Weg vorgesehen ist, welche zumindest ein Prisma und zumindest eine Ablenkoberfläche aufweist.

14. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Glaslinse vorgesehen ist, die eine Brechkraft aufweist, sowie ein Kunststoff-Beugungselement, dessen eine Oberfläche mit der Glaslinse verbunden ist, und dessen andere Oberfläche mit der Beugungsoberfläche versehen ist; wobei die Dicke des Kunststoff- Beugungselements in der Richtung der optischen Achse als Funktion der Entfernung von der optischen Achse zunimmt.

15. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiterhin die nachstehende Bedingung erfüllt: 0,8t(n-1)/λ₀wobei λ₀ eine willkürliche Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist, und n der Brechungsindex des Mediums, aus welchem das Beugungselement besteht.

16. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche, welche nicht mit dem Beugungselement der Glaslinse verbunden ist, eine kontinuierliche, asphärische Oberfläche ist.

17. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Oberfläche und die mehreren ringförmigen Oberflächen Brechungsoberflächen sind.

18. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen der zentralen Brechungsoberfläche und der mehreren ringförmigen Oberflächen kreisförmig sind, und daß die Entfernung t gegeben ist durch: t=λ₀m/2nwobei λ₀ eine willkürliche Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist; m eine ganze Zahl; und n der Brechungsindex des Mediums, welches sich auf der Lichteinfallsseite der brechenden Oberflächen befindet.

19. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen der zentralen Brechungsoberfläche und der mehreren ringförmigen Oberflächen elliptisch sind, und daß die Entfernung t gegeben ist: t=Aλ₀m/2ntwobei λ₀ eine willkürliche Wellenlänge in dem Betriebswellenlängenbereich ist; m eine ganze Zahl; n der Brechungsindex des Mediums, welches sich auf der Lichteinfallsseite der Brechungsoberfläche befindet; und A das Verhältnis zwischen der Haupt- und Nebenachse der Ellipse.

20. Korrekturvorrichtung für chromatische Abberation nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung weiterhin die nachstehende Bedingung erfüllt: 1t·2n/λ₀10.

21. Korrekturvorrichtung für chromatische Abberation des Brechungs- und Beugungstyps nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite jeder kreisringförmigen Brechungsoberfläche so gewählt ist, daß sie umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von der optischen Achse ist.

22. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Brechungsoberfläche und die kreisringförmigen Brechungsoberflächen Ebenen aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind.

23. Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Brechungsoberfläche und kreisringförmigen Oberflächen gekrümmt sind.

24. Korrektureinrichtung für die chromatische Aberration, bei welcher eine Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps nach Anspruch 1 in Kombination mit einer Linse auf solche Weise vorgesehen ist, daß beim Eintritt von Licht in die Linse mit einer Wellenlänge, die sich von der Bezugswellenlänge unterscheidet, die Korrekturvorrichtung das auftreffende Licht so bricht, daß sie dessen Wellenfront ändert, wodurch die chromatische Aberration korrigiert wird, die in der Linse auftritt.

25. Korrektureinrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturvorrichtung für chromatische Aberration des Brechungs- und Beugungstyps in den optischen Weg zwischen einen Kollimator zum Kollimieren des auf die Linse auftreffenden Lichtes und die Linse eingefügt ist.

26. Korrektureinrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse eine Einzellinse zum Fokussieren von Laserlicht zur Ausbildung eines Punktes auf einer optischen Disk ist.

27. Korrektureinrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellinse eine asphärische Linse ist.

28. Korrektureinrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine divergente Wellenfront mit einer überkorrigierten sphärischen Aberration in Reaktion auf das Auftreffen paralleler Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge kürzer als eine Bezugswellenlänge erzeugt, und eine konzentrierte Wellenfront mit einer unterkorrigierten sphärischen Aberration in Reaktion auf das Auftreffen paralleler Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge länger als die Bezugswellenlänge erzeugt.

29. Korrektureinrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer positiven und einer negativen Linse besteht, die zusammengeklebt sind, und aus Materialien bestehen, die im wesentlichen keine Differenz im Brechungsindex aufweisen, jedoch unterschiedliche Dispersionswerte bei der Bezugswellenlänge, wobei die geklebte Oberfläche eine asphärische Oberfläche ist, deren Absolutwert des Krümmungsradius mit steigender Entfernung von der optischen Achse abnimmt.

30. Korrektureinrichtung für chromatische Aberration nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die geklebte Oberfläche eine asphärische Oberfläche ist, die einer sphäroidförmigen Oberfläche gleicht, welches eine positive Ellipsenkonstante aufweist, wobei dann, wenn die Abweichung ε(h) von der sphäroidförmigen Oberfläche an einem Punkt mit einer Entfernung h von der optischen Achse durch Gleichung (1B) ausgedrückt wird, die geklebte Oberfläche die Bedingung (2B) für sämtliche Werte der Entfernung h innerhalb des effektiven Maximalradius hindurchgehender Lichtstrahlen erfüllt: wobei ΔX(h) der Durchhang der sphärischen Oberfläche ist; C die achsennahe Krümmung; K die Kegelschnittkonstante; λ₀ eine willkürliche Wellenlänge oder maximale Betriebswellenlänge; und ΔnMAX der Absolutwert der Differenz des Brechungsindex in dem Fall, in welchem die Differenz zwischen dem Brechungsindizes der Medien auf beiden Seiten der geklebten Oberfläche im Betriebswellenlängenband am größten ist.

31. Optisches System für eine optische Informationsaufzeichnungs- und Wiedergabeeinrichtung gekennzeichnet durch:

- eine Lichtquelle;
- eine Objektivlinse, welche Lichtstrahlen von der Lichtquelle zur Fokussierung auf einem optischen Aufzeichnungsmedium veranlaßt; und
- einen Strahlteiler, durch welchen das reflektierte Licht von dem optischen Aufzeichnungsmedium gegenüber dem optischen Weg auftreffender Lichtstrahlen isoliert wird;
-wobei der Strahlteiler eine Oberfläche aufweist, welche eine chromatische Aberration erzeugt, welche zumindest eine chromatische Aberration ausgleicht, die in der Objektivlinse entsteht.

32. Optisches System nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler zwei oder mehrere Prismen aufweist, die miteinander durch eine Strahlteileroberfläche verbunden sind, sowie eine Linse, die an zumindest eines der Prismen angeklebt ist, wobei die chromatische Aberration durch die Oberfläche erzeugt wird, an welcher das Prisma an die Linse geklebt ist.

33. Optisches System für eine optische Informationsaufzeichnung- und Wiedergabeeinrichtung, gekennzeichnet durch:

- eine Lichtquelle;
- eine Ablenkeinrichtung für den optischen Weg, welche Lichtstrahlen von der Lichtquelle dazu veranlaßt, in Richtung auf ein optisches Aufzeichnungsmedium abgelenkt zu werden;
- eine Objektivlinse, welche die abgelenkten Lichtstrahlen dazu veranlaßt, auf dem optischen Aufzeichnungsmedium fokussiert zu werden;
- einen Strahlteiler, durch welchen das reflektierte Licht von dem optischen Aufzeichnungsmedium gegenüber dem optischen Weg auftreffender Lichtstrahlen isoliert wird;
- wobei die Ablenkeinrichtung für den optischen Weg mit einer Oberfläche versehen ist, welche eine chromatische Aberration erzeugt, die zumindest die chromatische Aberration ausgleicht, welche in der Objektivlinse auftritt.

34. Optisches System nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung für den optischen Weg zumindest ein Prisma und eine Linse aufweist, welche an das zumindest eine Prisma angeklebt ist, wobei die chromatische Aberration durch die Oberfläche erzeugt wird, an welcher das Prisma an die Linse angeklebt ist.