DE69735515T2

DE69735515T2 - Optische Anordnung zum Beschreiben und/oder Lesen eines optischen Aufzeichnungsmediums

Info

Publication number: DE69735515T2
Application number: DE69735515T
Authority: DE
Inventors: Norikazu Hachioji-shi Arai; Masaya Hachioji-shi Kobayashi
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: JP2009104786A; KR970071534A; EP0800170B1; EP0800170A3; DE69735515D1; US5818809A; EP0800170A2; KR100468168B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches System, bei dem Lichtstrahlen von einer Lichtquelle auf einer optischen Informationsaufzeichnungsfläche gesammelt werden, um Information auf ihrer Oberfläche aufzuzeichnen und zu reproduzieren, und insbesondere auf ein optisches System, bei dem ein Einfluss durch Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen unterdrückt wird.
Es sind verschiedene optische Systeme für ein konvergierendes optisches System vorgeschlagen worden, bei dem von einer Lichtquelle emittierte divergierende Lichtstrahlen in konvergierende Lichtstrahlen umgewandelt werden und zu einem Bild auf einem optischen Informationsaufzeichnungsmedium fokussiert werden, um Information auf einer Compact Disc (CD), die die populärste Art eines optischen Informationsmediums ist, aufzuzeichnen/zu reproduzieren bzw. zu lesen. Ein optisches System mit finiter Konjugation ist allgemein üblich, bei dem ein Halbleiter-Laser mit einer Schwingungswellenlänge von etwa 780 nm verwendet wird, und eine einzelne bzw. einzige Objektivlinse verwendet wird, bei der die numerische Apertur auf der Seite des optischen Informationsaufzeichnungsmediums etwa 0,45 beträgt und von der beide Oberflächen asphärisch sind (siehe beispielsweise die öffentlicher Einsichtnahme zugängliche japanische Patentveröffentlichung Nr. 56314/1986. In vielen Fällen besteht die einzelne Objektivlinse aus Harz und ihre Veränderung infolge der Temperatur war kein Problem wegen der relativ geringen Brennweite und numerischen Apertur. Auch hinsichtlich einer Veränderung infolge von Feuchtigkeit, auch wenn das Harz mit einem gesättigten Wasserabsorptionsverhältnis von etwa 1–2 Prozent verwendet wurde, bestand kein Problem.
In jüngster Zeit jedoch wird eine Steigerung der Dichte der Informationsaufzeichnung auf einem optischen Informationsaufzeichnungsmedium wie Optikplatten gefördert, und Hand in Hand damit wird eine Verringerung der Wellenlängen der Lichtquelle und folglich eine stärker Zunahme der NA optischer Systeme oder von Objektivlinsen gefördert. Speziell für DVD gibt es einen extremen Fortschritt bei der Dichtesteigerung und eine Wellenlänge von 635–650 nm und eine numerische Apertur von 0,6 sind für ein optisches System mit konvergierendem Licht erforderlich.
Um auf einem solchen hochdichten optischen Informationsaufzeichnungsmedium aufzuzeichnen/wiederzugeben bzw. zu reproduzieren, ist kein optisches System mit finiter Konjugation, das aus einer einzigen Objektivlinse besteht, verfügbar, da eine sphärische Aberration sich weitgehend ändert, wenn die Linse zur Fokussierung bewegt wird, und zwar wegen der großen numerischen Apertur der Objektivlinse, und außerdem auch, da ein starker Astigmatismus erzeugt wird, wenn die Linse in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse zur Nachführung bewegt wird.
Bei einem System, bei dem die Lichtquelle und die Objektivlinse zum Fokussieren und Nachführen integral bewegt werden, gibt es keine Fluktuation der Aberration, die zum Nachführen oder Fokussieren erforderliche Geschwindigkeit kann aber durch einen einfachen Mechanismus nicht erreicht werden.
Aus diesen Gründen ist die Anwendung eines optischen Systems, das aus einer Lichtquelle, einem optischen Kopplungssystem und einer Objektivlinse besteht, notwendig, so dass die Objektivlinse zum Fokussieren und Nachführen bewegt wird und eine Fluktuation der Aberration, die durch diese Bewegung verursacht wird, weitgehend unterdrückt wird, wodurch ein Absolutwert einer lateralen Vergrößerung der Objektivlinse auch auf weniger als einen vorbestimmten Wert begrenzt werden kann.
Allgemein wird als optisches Kopplungssystem ein optisches Kollimatorsystem eingesetzt, um divergierende Lichtstrahlen in parallele Lichtstrahlen umzuwandeln. In diesem Fall ist die laterale Vergrößerung mc des optischen Kopplungssystem gleich Null, von der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite aus betrachtet.
Als optisches Kollimatorsystem wird allgemein eine Kollimatorlinse aus einer zwei Elemente umfassenden Gruppe benutzt, bei der sphärische Glasoberflächen aneinander geklebt sind, und in jüngster Zeit wird auch eine einzelne asphärische Glaslinse eingesetzt. Ferner wird als Teil des optischen Kollimatorsystems eine einzelne asphärische Harzlinse bzw. Kunststofflinse ebenfalls verwendet.
Des weiteren sind auch verschiedene Typen von optischen Kollimatorsystemen bekannt, die aus einzelnen Linsen mit mehr als drei Elementen bestehen, wobei eine aus gering streuendem Material gefertigte positive Linse mit einer aus stark streuendem Material gefertigten negativen Linse kombiniert ist, um den Einfluss infolge von Fluktuationen der Wellenlänge von Halbleiterlasern zu reduzieren.
Beispiele sind in den öffentlicher Einsichtnahme zugänglichen japanischen Patentveröffentlichungen Nr. 258573/1994 und 5909/1996 offenbart, in denen der Divergenzgrad eines divergierenden Lichtstrahls, der von der Lichtquelle emittiert wird, verringert wird, und eine laterale Vergrößerung der Objektivlinse auf einen Negativwert eingestellt wird, der nahe Null ist, bei dem ein optisches Kopplungssystem verwendet wird, in dem eine laterale Vergrößerung mc, von der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite aus betrachtet, positiv ist.
In dem letzteren Beispiel wird eine doppelseitige asphärische Harz- bzw. Kunststofflinse als die Objektivlinse betrachtet, und eine einzelne Harzlinse, von der mindestens eine Oberfläche asphärisch ist, wird als das optische Kopplungssystem betrachtet.
In jedem der Beispiele werden Gegenmaßnahmen gegenüber einer sphärischen Aberration, die ein Problem ist, das entsteht, wenn die NA des optischen Systems und der Objektivlinse zunimmt, und die durch Änderungen der Umgebungstemperatur entsteht und durch Fokussieren variiert wird, hinsichtlich Fällen beschrieben, bei denen die Objektivlinse aus Kunstharz bzw. Kunststoff gefertigt ist.
In diesem Zusammenhang ist ein Beispiel in der japanischen Patentanmeldung Nr. 352208/1995 offenbart, in der eine Kopplungslinse mit einer negativen lateralen Vergrößerung mc, von der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite aus betrachtet, benutzt wird, und dadurch divergierende Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle emittiert werden, in konvergierende Lichtstrahlen umgewandelt werden, und bei der die laterale Vergrößerung der Objektivlinse auf einen Wert eingestellt wird, der positiv und nahe Null ist.
In dieser Veröffentlichung werden Bedingungen beschrieben, welche die sphärische Aberration verringern, die durch Änderungen der Umgebungstemperatur erzeugt werden, und zwar auf einen Grad, der fast kein Problem auch bei einer aus Harz hergestellten Objektivlinse hinsichtlich einer Verringerung der Wellenlänge der Lichtquelle und einer Vergrößerung der NA des optischen Systems oder der Objektivlinse verursacht, die für die optischen Systeme erforderlich sind, um auf ein optisches Informationsaufzeichnungsmedium wie DVD mit extrem hoher Dichte aufzuzeichnen/zu reproduzieren. Ferner wird folgendes beschrieben: als optisches Kopplungssystem wird eine einzelne Harz- bzw. Kunststofflinse verwendet, und dadurch kann die sphärische Aberration, die durch Änderungen der Umgebungstemperatur verursacht wird, weiter verringert werden.
In den obigen Beispielen ist jedoch keine Gegenmaßnahme offenbart, um Probleme zu überwinden, die durch Änderungen der Umgebungsfeuchtigkeit entstehen, wenn die Linse aus Harz gefertigt ist, und daher ist es nicht klar, ob das optische System Feuchtigkeitsänderungen beim Aufzeichnen/Reproduzieren auf dem/von dem hochdichten optischen Informationsaufzeichnungsmedium wie DVDs, zulässt. Übrigens ist ein optisches System bekannt, das aus einer Glaslinse und einer Kunststofflinse mit einer Brechungskraft von etwa Null als Kollimatorlinse besteht, um die emittierten Lichtstrahlen von einem Halbleiterlaser in parallel Lichtstrahlen umzuwandeln, und das für ein optisches System für eine Optikplatte verwendet wird, so dass eine Linse mit ausgezeichneter wärme- und feuchtigkeitsbeständiger Performance bereitgestellt werden kann (öffentlicher Einsichtnahme zugängliche japanische Patentveröffentlichungen Nr. 20377/1995 und 20378/1995). In den Beschreibungen der Veröffentlichungen:

(1) besteht ein Problem, bei dem, wenn eine Kollimatorlinse in einem optischen System mit infiniter Konjugation aus Kunststoff besteht, die Brennweite bzw. der Brennpunktabstand und der rückseitige Brennpunktabstand stark durch den Brechungsindex fluktuieren, der von der Temperaturänderung bewirkt wird, und die Position der Lichtquelle sich außerhalb der Brennpunktposition für die Linse befindet, so dass emittierte Lichtstrahlen nicht parallel sind und dadurch die optische Leistung beeinträchtigt wird.
(2) als Auswirkung der Erfindung kann eine Linse erhalten werden, bei der die Brennweite und der rückseitige Brennpunktabstand sich nur geringfügig ändern, wenn sich der Brechungsindex der Kunststofflinse ändert. Demgemäß ist eine Fluktuation der Brennweite in Bezug auf die Temperaturänderung gering, so dass diese Linse eingesetzt werden kann, wenn eine hitzebeständige Performance erforderlich ist. Ferner wird auch hinsichtlich einer Änderung der Feuchtigkeit der Brechungsindex der Linse basierend auf der Feuchtigkeitsabsorption geändert, die Änderung der Brennweite bzw. der Brennpunktabstand der Linse ist jedoch in Bezug auf diesen Brechungsindex gering, und diese Linse hat ebenfalls feuchtigkeitsbeständige Eigenschaften.

Bei dem obigen Punkt (1), wenn nur eine einzelne Kunststoff-Kollimatorlinse in Betracht gezogen wird, ist es eine Tatsache, dass sich die Brennweite und der rückseitige Brennpunktabstand mit einer Änderung des Brechungsindex infolge einer Temperaturänderung verändern. In dem gesamten optischen System zum Aufzeichnen/Reproduzieren auf einem optischen Informationsaufzeichnungsmedium, das aus einer Lichtquelle, einer einzelnen Kunststoff-Kollimatorlinse und einer Objektivlinse vom infiniten Konjugationstyp besteht, ist auch dann, wenn die von der Kollimatorlinse emittierten Lichtstrahlen nicht parallel sind, was durch eine Änderung des Brechungsindex infolge einer Temperaturänderung verursacht wird, die Fluktuation der sphärischen Aberration gering.
Übrigens hat bei dem obigen optischen System die Harz-Objektivlinse eine positive sphärische Aberration, da der Brechungsindex von Harzmaterialien abnimmt, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt. Andererseits ist bei der einzelnen Harz-Kollimatorlinse die sphärische Aberration, die bei der einzelnen Kollimatorlinse entsteht, gering, wenn der Brechungsindex des Harzmaterials infolge eines Temperaturanstiegs abnimmt, und als Einfluss des Temperaturanstiegs werden von der einzelnen Kollimatorlinse emittierte Lichtstrahlen zu divergierenden Lichtstrahlen, da der rückseitige Brennpunktabstand größer ist. Übrigens wird bei der Objektivlinse eine negative sphärische Aberration erzeugt, wenn der divergierende Lichtstrahl in die Linse eintritt. Demgemäß besteht die Kollimatorlinse aus einer einzelnen Harzlinse, und dadurch wird die Änderung der sphärischen Aberration infolge einer Änderung der Umgebungstemperatur in der Objektivlinse korrigiert.
Ferner ist es bei dem obigen Punkt (2) eine Tatsache, dass sich eine Änderung der Brennweite und des rückseitigen Brennpunktabstands verringert, indem bewirkt wird, dass der Brechungsindex der Kunststofflinse annähernd Null ist, wenn sich die gesamte Linse gleichmäßig unter einem entfeuchteten oder feuchten Zustand befindet. Bei einem Feuchtigkeitsabsorptionsprozess, der dem gleichmäßigen Entfeuchtungszustand folgt, oder bei einem Entfeuchtungsprozess, der dem gleichmäßigen Feuchtigkeitsabsorptionszustand folgt, wird eine Ungleichmäßigkeit einer Brechungsindexverteilung in der Linse erzeugt, und die sphärische Aberration ändert sich in einer Linse in der Drehsymmetrie um die optische Achse stark. Diese Tatsache für einzelne Harz-Objektivlinsen weitgehend bekannt. (siehe Seite 74 von KONICA TECHNICAL REPORT 3, "A moisture absorption simulation of a plastic objective lens for an optical disc").
Auch hinsichtlich einer einzelnen Harz-Kollimatorlinse oder einer Harzlinse, die ein optisches Kopplungssystem bilden, wird unabhängig von dessen Brechungskraft, seiner lateralen Vergrößerung oder seiner numerischen Apertur der Einfluss der Brechungsindexverteilung in der Linse auf die gleiche Weise wie bei der einzelnen Harz-Objektivlinse angenommen.
In der Tat werden im Fall einer Laserplatte, die eine geringe Aufzeichnungsdichte im Vergleich zu einer DVD aufweist, eine Lichtquelle mit einer Wellenlänge von etwa 780 nm und eine Objektivlinse vom infiniten Konjugationstyp mit einer Brennweite von 4,5 mm und einer numerischen Apertur von 0,50 (eine effektive Apertur beträgt 4,5 mm) verwendet, und als Kollimatorlinse wird eine Linse mit einer Brennweite von 17,0 mm und einer numerischen Apertur auf der Seite der Lichtquelle von 0,14 eingesetzt.
Sowohl bei der Objektivlinse als auch bei der Kollimatorlinse wird die Performance mit begrenzter Beugung durch eine kombinierte sphärische Glaslinse erzielt, die jeweils aus einer zwei Gruppen enthaltenden 3-Element-Linse und einer eine Gruppe enthaltenden 2-Element-Linse besteht.

Bei der Objektivlinse ist die numerische Apertur groß, und die kombinierte sphärische Glaslinse ist teuer. Demgemäß wird zunächst eine asphärische Kunststofflinse angewandt. Auf diese Linse folgend wird als Teil der Kollimatorlinse eine asphärische Kunststofflinse der folgenden Spezifikation angewandt:

zu verwendende Wellenlänge:	780 nm
Brennweite:	17,0 mm
effektive Apertur:	4,76 mm (5,7 mm)
numerische Apertur auf der Seite der Lichtquelle:	0,14 (0,17)
Linsen-Außendurchmesser:	7,75
Linsenmaterial:	Acrylharz (gesättigte Wasserabsorptionsrate α = 1,0%)
Standard einer sphärischen Aberration:	innerhalb 0,031 λrms (bei NA 0,14)

(Numerische Werte in Klammern der obigen effektiven Apertur und der numerischen Apertur auf der Seite der Lichtquelle entsprechen jeweils dem Fall, bei dem diese Linse mit der oben beschriebenen Linse kombiniert ist, und die Nachführgröße beträgt 0,6 mm)
Eine Schnittansicht dieser Kollimatorlinse 30 ist in 2 gezeigt.
Das Ergebnis eines Tests hoher Feuchtigkeit dieser Kollimatorlinse ist in 3 gezeigt.
Die Testbedingung war wie folgt: nachdem die Linse in einem Behälter mit konstanter Temperatur und konstanter Feuchtigkeit bei einer Temperatur von +60°C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% 120 Stunden lang eingebracht wurde, wurde der Zustand auf einen Umgebungszustand mit normaler Temperatur und normaler Feuchtigkeit zurückgeführt, und Änderungen einer Wellenfront-Aberration wurden mit einem Interferometer 384 Stunden lang gemessen. Die Lichtquelle des Interferometers war eine He-Ne-Laser (Wellenlänge beträgt 633 nm).
Wie aus 3 ersichtlich ist, änderte sich die sphärische Aberrationskomponente um etwa 0,025 λrms während der Entfeuchtung. Wenn dieser Wert in die tatsächliche Wellenlänge der Lichtquelle von 780 nm umgewandelt wird, beträgt die Änderungsgröße 0,02 λrms. Wenn die sphärische Restaberration der Kollimatorlinse etwa gleich den Standardgrenzen ist, erreicht die maximale Größe der sphärischen Aberration 0,051 λrms, die Kollimatorlinse kann aber für eine Laserplatte verwendet werden. Bei dem optischen System zum Aufzeichnen/Reproduzieren auf einem hochdichten optischen Aufzeichnungsmedium wie einer DVD sind eine solche sphärische Aberration und die sie begleitenden Fluktuationen infolge einer Feuchtigkeitsabsorption gefürchtet, und daher wird eine kombinierte sphärische Glaslinse oder eine einzelne asphärische Glaslinse, die teuer sind, als optisches Kopplungssystem eingesetzt.
US-A-5408360 offenbart ein optisches System eines Pickups für eine optische Platte, der eine Laserdiode als Lichtquelle, eine Kollimatorlinse zum Kollimieren eines Laserstrahls sowie eine Objektivlinse zum Fokussieren des Lichtstrahls auf die auf einer Platte ausgebildeten Pits hat. Bei diesem Stand der Technik sind die Kollimatorlinse, die Objektivlinse und eine Detektorlinse aus Kunststoffmaterial gefertigt. Der Stand der Technik gibt allgemein als Beispiel Harzmaterialien zur Verwendung in den verschiedenen Linsen solcher optischer Systeme an, und offenbart einen breiten Bereich von Materialien in einem breiten Bereich von Wasserabsorptionsraten.
EP-A-0444850 betont, dass es zur Verengung eines Laserstrahls bis zu einem Beugungslimit für die spezifische Anwendung in einem optischen Floppy-Disc-System erforderlich ist, die Wellenaberration jeder optischen Komponente in dem System von einem Laser zu einer Objektivlinse konstant und unter dem Marechel-Kriterium zu halten.
Bei der vorliegenden Erfindung umfasst ein optisches System, wie es in den Ansprüchen 1 und 7 definiert ist, zum Aufzeichnen/Reproduzieren auf einem optischen Informationsaufzeichnungsmedium extrem hoher Dichte wie einer DVD eine Lichtquelle, ein optisches Kopplungssystem und eine Objektivlinse, wobei eine Nachführung durch Bewegen der Objektivlinse in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse durchgeführt wird. In diesem Fall kann auch dann, wenn ein Teil des optischen Kopplungssystems oder dieses insgesamt aus Kunststofflinsen besteht, ein optisches System erzielt werden, bei dem der Einfluss einer Feuchtigkeitsänderung auf einen zulässigen Grad gesenkt werden kann.
In der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 und 7 definiert ist, ist ein optisches System zum Aufzeichnen/Reproduzieren auf einem optischen Informationsaufzeichnungsmedium dadurch gekennzeichnet, dass:
das optische System mit einem optischen Kopplungssystem versehen ist, das sich zwischen einer Lichtquelle und einer Objektivlinse befindet und das eine positive Brennweite aufweist, um einen Lichtstrahl von der Lichtquelle zu der Objektivlinse zu leiten, wobei das optische System eine Nachführung durch Bewegen der Objektivlinse in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse des optischen Kopplungssystem durchführt, und wobei das optische Kopplungssystem mindestens eine Kunststofflinse aufweist, und der Maximal-Änderungsbetrag der Wellenfront-Aberration infolge einer Wasserabsorption der Kunststofflinse in dem optischen Kopplungssystem nicht größer als 0,02 λrms bei einer numerischen Apertur ist, die der maximalen Nachführung entspricht.
Demgemäß ist die Kunststofflinse in dem optischen Kopplungssystem dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Materialien mit einem gesättigten Wasserabsorptionsverhältnis von nicht mehr als 0,5 Prozent besteht, und konkret aus Polyolefin-Harz oder Norbornen-Harz hergestellt ist.
Bei diesem optischen System liegt die Größe der maximalen Nachführung zwischen 0,1 mm und 0,7 mm, die numerische Apertur NA₀ auf der Seite des Aufzeichnungsmediums der Objektivlinse beträgt NA₀ > 0,52, und die Wellenlänge λ der Lichtquelle beträgt nicht mehr als 700 nm.
Das optische Kopplungssystem besteht vorzugsweise aus einer einzelnen Kunststoff-Kopplungslinse, und die einzelne Kunststoff-Kopplungslinse ist dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der maximalen Änderung der Wellenfront-Aberration der einzelnen Kopplungslinse durch Wasserabsorption nicht mehr als 0,02 λrms bei der numerischen Apertur, die bei maximaler Nachführung der Objektivlinse erforderlich ist, beträgt. Die einzelne Kunststoff-Kopplungslinse ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Materialien mit einem gesättigten Wasserabsorptionsverhältnis von nicht mehr als 0,5 Prozent hergestellt ist, und konkret aus Polyolefin-Harz oder Norbornen-Harz hergestellt ist, wobei die Brennweite f_c 12 mm < f_c < 36 mm beträgt.
4(a) zeigt ein Modell einer Aberration in dem Fall, in dem das optische Kopplungssystem die sphärische Aberration aufweist. In der Zeichnung zeigt die Abszissenachse W die Wellenfront-Aberration und die Ordinatenachse ρ zeigt den Abstand von der optischen Achse, der durch die effektive Apertur der Objektivlinse normalisiert ist. Wenn die Objektivlinse auf der optischen Achse angeordnet wird, wird die Wellenfront in einem Bereich B verwendet, der symmetrisch um die optische Achse ist, und zwar bei der von dem optischen Kopplungssystem emittierten Wellenfront. Wenn jedoch die Objektivlinse durch Nachführung in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse um Δ bewegt wird, wird die Wellenfront in dem um Δ verschobenen Bereich C verwendet, wie in 4(b) gezeigt ist.
Die Wellenfront in dem Bereich C ist um die optische Achse der Objektivlinse asymmetrisch, und es wird tatsächlich ein Coma erzeugt.
Die Wellenfront W in 4(a) wird wie folgt ausgedrückt: W = A ρ4 (1)wobei A ein Koeffizient ist.
Wenn die Objektivlinse um Δ durch Nachführen senkrecht zu der optischen Achse bewegt wird, wird die Wellenfront W durch die folgende Gleichung ausgedrückt: W = A(ρ – Δ)4 = A ρ4 – 4 A Δ ρ3 + ... (2)
Der erste Ausdruck drückt die sphärische Aberration aus, und der zweite Ausdruck drückt das Coma aus. Das heißt, die Gleichung zeigt, dass das Coma, welches die Aufzeichnungs-/Wiedergabeleistung stark beeinflusst, durch Nachführung erzeugt wird.
Die sphärische Aberrationskomponente W_sa und die Comakomponente W_cm bei dem rms-Wert der Wellenfront-Aberration werden wie folgt ausgedrückt.
[Gleichung 1]
[Gleichung 2]
Es wird davon ausgegangen, dass eine Objektivlinse für DVD der folgenden Spezifikation in Kombination mit der herkömmlichen Kollimatorlinse verwendet wird.

zu verwendende Wellenlänge: 635 nm

Brennweite: 3,36 mm

effektive Apertur: 4,03 mm

numerische Apertur auf der Plattenseite: 0,6

Außendurchmesser der Linse: 5,8 mm
Die NA auf der Seite der Lichtquelle, die für eine Kollimatorlinse mit einer Brennweite von 17,0 mm erforderlich ist, beträgt 0,118, wenn die Nachführgröße der Objektivlinse Null ist, und 0,148, wenn der Maximalbetrag der Nachführung 0,5 mm beträgt.
Wenn ρ = 1 at, ist NA = 0,118, und Δ entsprechend dem Maximalbetrag der Nachführung ist Δ_max, dann ergibt sich: Δmax = (0,148 – 0,118)/0,118 = 0,25
Die maximale Nachführgröße von DVD wird als 0,1 bis 0,7 mm angenommen. Derzeit wird die Exzentrizität der Platte streng überwacht, und daher ist die Maximal-Nachführgröße von DVD bei etwa 0,2 mm akzeptabel. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass in der Zukunft die Anforderung für Aufzeichnungs-/Reproduktionsplatten, die außerhalb des Standards liegen, zunimmt, und in diesem Fall die maximale Nachführgröße als so groß wie möglich gefordert wird.
Wenn sie jedoch größer als 0,7 mm ist, wird die Gesamtgröße größer, und außerdem ist es schwierig, akzeptable mechanische Eigenschaften des Nachführmechanismus zu erhalten.
Wenn NA 0,14 beträgt, ist die Änderungsgröße der sphärischen Aberrations-Komponente der Wellenfront-Aberration der Kollimatorlinse bei Entfeuchtung 0,025 λrms, und da die sphärische Aberrations-Komponente proportional zu der vierten Potenz von NA ist, beträgt die Änderungsgröße der sphärischen Aberrations-Komponente 0,0127 λrms bei einer NA von 0,118.
Wenn demgemäß A aus dem Ausdruck (3) ermittelt wird,
[Gleichung 3]

A = 6√5 × 0,127 = 0,170ergibt sich aus dem Ausdruck (4) die durch die Nachführung erzeugte Coma-Komponente:

[Gleichung 4]
Andererseits beträgt der Standard der sphärischen Aberration, die in der Kollimatorlinse verbleibt, nicht mehr als 0,127 λrms unter der Bedingung der Wellenlänge von 635 nm und einer NA von 0,118.
Wenn die Nachführung 0,5 mm beträgt, wird ferner ein Coma von 0,02 λrms erzeugt. Infolgedessen wird auch dann, wenn ein Coma in der Kollimatorlinse und der Objektivlinse vorhanden ist, ein Coma von 0,04 λrms durch die verbleibende sphärische Aberration und die Fluktuation der sphärischen Aberration der Kollimatorlinse durch die Feuchtigkeitsabsorption und die Entfeuchtung erzeugt. In der optischen Platte wird dieses Coma in der Richtung angrenzenden Spur erzeugt, bei der DVD kann aber, da die Spurteilung hochdicht ist und enger ist als bei der Laserplatte, die Kollimatorlinse in dem in 2 gezeigten vorliegenden Beispiel nicht verwendet werden.
Da bei der Objektivlinse allgemein die numerische Apertur groß ist, wird das Coma durch die Exzentrizität der Linse erzeugt, und nicht in Abhängigkeit von der einzelnen asphärischen Linse oder der Kombinationslinse, wobei der Standard für das Coma allgemein nicht größer als 0,03 λrms ist. Ferner wird manchmal das in der Objektivlinse erzeugte Coma durch Schwenken/Kippen der Objektivlinse korrigiert. Das durch Nachführen der Objektivlinse erzeugte Coma kann jedoch nicht korrigiert werden, weil das Coma entsprechend der Nachführgröße erzeugt wird.
Um das Coma zu unterdrücken, das entsprechend der maximalen Nachführgröße von weniger als 0,03 λrms erzeugt wird, falls der Standard für die in dem optischen Kopplungssystem verbleibende sphärische Aberration der gleiche ist, ist es erforderlich, dass die Coma-Komponente W_cm,a', die entsteht, wenn die sphärische Aberration um W_sa,a durch Feuchtigkeitsabsorption und Entfeuchtung fluktuiert, und wenn eine Nachführung durchgeführt wird, weniger als 0,01 λrms beträgt.
Aus den Gleichungen (3) und (4) ergibt sich: [Gleichung 5]

Dann, W_sa,a = 0,0063 λrms.

Dieser Wert bedeutet, dass die Änderung der sphärischen Aberrations-Komponente bei einer numerischen Apertur von 0,148, die der maximalen Nachführgröße von 0,5 nm entspricht, 0,016 λrms beträgt.
Das heißt, die Änderungsmenge der Übergangs-Wellenfront-Aberration, die durch Feuchtigkeitsabsorption und Entfeuchtung verursacht wird, kann weniger als etwa 0,02 λrms betragen, wenn andere Aberrationen als die sphärische Aberration berücksichtigt werden, und zwar bei der numerischen Apertur, die der maximalen Nachführgröße (beispielsweise 0,5 mm) in dem optischen Kopplungssystem des optischen Systems zum Aufzeichnen/Reproduzieren auf einem hochdichten optischen Informationsaufzeichnungsmedium, wie einer DVD.
Ein Messverfahren für den maximalen Änderungsbetrag der Wellenfront-Aberration der Kunststofflinsen oder des Linsensystems, das Kunststofflinsen aufweist, mit der numerischen Apertur, die der Zeit maximaler Nachführung entspricht, wird nachstehend beschrieben.
Nachdem das zu messende Objekt 168 Stunden lang in dem Behälter mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit gelagert wurde, und zwar bei einer Temperatur von +60°C und der relativen Feuchtigkeit von 90%, wird die Wellenfront-Aberration des Objekts durch ein Interferometer 384 Stunden lang nach einer Rückkehr zu der normalen Temperatur von 25°C und der normalen relativen Luftfeuchtigkeit von 50% gemessen, und die Differenz zwischen der maximalen Wellenfront-Aberration und der minimalen Wellenfront-Aberration wird als der maximale Änderungsbetrag der Wellenfront-Aberration definiert.
Hierbei bedeutet die numerische Apertur, die der Zeit der maximalen Nachführung entspricht, die numerische Apertur auf der Seite der Lichtquelle der Kunststofflinsen oder des Kunststofflinsen aufweisenden Linsensystems, das heißt, die numerische Apertur, die dem maximalen Lichtfluss entspricht, der durch Nachführen der Objektivlinse geändert werden kann.
5 ist eine Darstellung des gesamten optischen Systems. Hierbei ist die numerische Apertur einer Kopplungslinse 13, die der Zeit der maximalen Nachführung entspricht, mit "A" in der Zeichnung bezeichnet. In diesem Zusammenhang stellt "B" in der Zeichnung die numerische Apertur dar, wenn der Nachführbetrag "0" ist, und ein Lichtstrahl an der äußersten Peripherie (EP) des Lichtflusses, der der numerischen Apertur entspricht, durch einen Aperturstopp 5 geregelt wird, so dass er der numerischen Apertur NA₀ auf der Seite eines Informationsaufzeichnungsmediums 7 einer Objektivlinse 16 entspricht. Hierbei ist ein Lichtstrahl am äußersten Umfang des Lichtflusses zur Zeit von "A" in der Zeichnung äquivalent zu dem Fall, bei dem ein Lichtstrahl vom äußersten Umfang des Lichtflusses zur Zeit "B" in der Zeichnung vertikal um Δ_max durch Nachführung in der Zeichnung verschoben ist.
Eine Messung der Wellenfront-Aberration wird beispielsweise mittels eines Twyman-Green-Interferometers gemäß 6 durchgeführt. Bei der Messung der Wellenfront-Aberration wird die gleiche Wellenlänge wie die der für das optische Aufzeichnungs-/Reproduktionssystem des tatsächlichen optischen Informationsaufzeichnungsmediums verwendeten Lichtquelle benutzt.
Wenn jedoch die Wellenlänge der Lichtquelle des Interferometers nicht gleich derjenigen der Lichtquelle ist, die für das optische Aufzeichnungs-/Reproduktionssystem des tatsächlichen optischen Informationsaufzeichnungsmediums benutzt wird, ist, kann die Wellenfront-Aberration durch die folgenden Verfahren gemessen werden.
Eine Korrekturplatte CP wird zwischen einen Referenz- Konkavspiegel CM des Interferometers und das Messobjekt 13 eingefügt, oder die laterale Vergrößerung des Messobjekts wird so verschoben, dass die gleichen Wirkungen wie bei der Korrektur der Wellenlänge erzielt werden. Ferner kann das Messergebnis auch durch die Simulierung der optischen Gestaltung umgewandelt werden.
Um ein solches optisches Aufzeichnungs-/Reproduktionssystem für das optische Informationsaufzeichnungsmedium durch Verbessern einer Eigenschaft eines Harzmaterials zu realisieren, kann ein gesättigtes Wasserabsorptionsverhältnis α < 0,5% sein. In dieser Hinsicht ist vorzuziehen, dass α = 0% ist, um den Standard der restlichen sphärischen Aberrations-Komponente für die Kopplungslinse voll zu erfüllen. Als Testverfahren des gesättigten Wasserabsorptionsverhältnisses wurde ASTM (American Society for Testing Materials) D570 angewandt (die Testbedingung: eine Probe wird eine Woche lang in Wasser von 23°C gegeben).
Es gibt verschiedene Typen von Harzmaterialien für eine optische Anwendung mit einem α von weniger als 0,5 Prozent. Als Harz mit einem relativ geringen Doppelbrechungsgrad wird Polyolefin-Harz, wie z.B. Zeonex (Warenzeichen) von Nihon Zeon Co. oder APEL (Warenzeichen) von Mitsui Petrochemical Industries, oder ein Norbornen-Harz, produziert durch ARTON (Warenzeichen) von Japan Synthetic Rubber Co. bevorzugt.
Als Objektivlinse zur DVD-Anwendung sind die folgenden Eigenschaften erforderlich:
Zu der Platte mit der Dicke von 0,6 wird eine Arbeitsdistanz von mehr als 1,0 mm gehalten, und die Gesamtgröße ist so klein wie möglich. Ferner ist bei CDs die minimale Bewegungsdistanz von 1,6 mm für eine 1,2 mm dicke Platte nötig, wenn die gleiche Objektivlinse entlang der optischen Achse zur Reproduktion bzw. Wiedergabe bewegt wird.
Bei Betrachtung des obigen Falls und in einem Fall, bei dem die asphärische Einzel-Objektivlinse vom infiniten Konjugationstyp als Objektivlinse verwendet wird, ist die Brennweite zwischen 1,8 und 5 mm erforderlich, und es wird bevorzugt, die Brennweite zwischen 2,4 und 4,5 mm einzustellen.
Die Brennweite von 1,8 mm entspricht dem Fall, bei dem die notwendige minimale Bewegungsdistanz für die exklusive Verwendung einer DVD beibehalten wird, und die Brennweite von 5 mm entspricht dem Fall, bei dem DVDs und CDs gegeneinander ausgetauscht werden können, und die Kunststofflinse durch ein Seitengießloch-Gießsystem erzeugt wird. Wenn die Brennweite größer ist, wird die Gesamtgröße des optischen Systems größer. Ferner wird bei kürzerer Brennweite ein Gießvorgang nötig, der spezielles Glasmaterial mit einem hohen Brechungsindex benutzt.
Die laterale Vergrößerung m_t des gesamten optischen Systems liegt zwischen –1/10 und –1/4 und wird bevorzugter zwischen –1/8 und –1/5 eingestellt.
Aufgrund der obigen Anforderung ist in dem Fall, in dem die Objektivlinse eine vom infiniten Konjugationstyp ist, die Brennweite f_c des optischen Kopplungssystems 7,2 mm < fc 50 mm,und bevorzugter: 12 mm < fc < 36 mm.
Übrigens wird normalerweise die Objektivlinse entlang der optischen Achse zur Fokussierung bewegt. Wenn in diesem Fall die laterale Vergrößerung |m₀| der Objektivlinse groß ist, wird eine Fluktuation der sphärische Aberration der Objektivlinse durch die Fokussierung zu einem Problem, und daher ist |m₀| < 1/10 bevorzugt.
Demgemäß wird, wenn m₀ nicht 0 ist, die laterale Vergrößerung mc, von der Seite der Objektivlinse des optischen Kopplungssystems aus betrachtet, aus der folgenden Beziehung erhalten: mc = m0/mt
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Ansicht zur Darstellung einer optischen Anordnung eines Beispiels 1 eines optischen Systems zum Aufzeichnen/Wiedergeben eines optischen Informationsaufzeichnungsmediums der vorliegenden Erfindung,
2 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Beispiels einer herkömmlichen Kollimatorlinse,
3 eine graphische Darstellung von Ergebnissen eines Test hoher Feuchtigkeit des einzelnen Kollimatorlinsenkörpers in 2,
4 eine Darstellung des Einflusses der Nachführung in dem Fall, in dem das optische Kopplungssystem eine sphärische Aberration aufweist,
5 eine schematische Ansicht zur Darstellung des gesamten Systems eines Beispiel des optischen Systems zum Aufzeichnen/Wiedergeben des optischen Informationsaufzeichnungsmediums der vorliegenden Erfindung,
6 eine Ansicht eines Strahlengangs zur Darstellung eines Aufbaus eines Twyman-Green-Interferometers, das zum Messen der Wellenfront-Aberration benutzt wird,
7 eine graphische Darstellung der Änderung der Wellenfront-Aberration durch Nachführung in dem optischen System des Beispiels 1 der vorliegenden Erfindung,
8 eine graphische Darstellung der Änderung der Wellenfront-Aberration in Bezug auf den Nachführbetrag, wenn die Temperatur des optischen Systems auf 30°C bei dem optischen System von Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung ansteigt,
9 eine graphische Darstellung der Änderung der Wellenfront-Aberration durch die Änderung der Umgebungsbedingungen bei einer Kollimatorlinse des optischen Systems von Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung,
10 eine Ansicht der optischen Anordnung von Beispiel 2 des optischen Systems zum Aufzeichnen/Wiedergeben auf dem optischen Informationsaufzeichnungsmedium der vorliegenden Erfindung,
11 eine graphische Darstellung der Wellenfront-Aberration durch Nachführung bei dem optischen System von Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung,
12 eine graphische Darstellung der Änderung der Wellenfront-Aberration in Bezug auf die Nachführgröße, wenn bei dem optischen System von Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung die Temperatur des optischen Systems auf 30°C ansteigt, und
13. eine graphische Darstellung der Änderung der Wellenfront-Aberration infolge von Änderungen der Umweltbedingungen bei der Kopplungslinse des optischen Systems von Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. Die bei diesen Beispielen verwendete Wellenlänge beträgt 635 nm. Die Symbole in den Tabellen stellen folgendes dar:

r_i:: Krümmungsradius am Scheitel der i-ten Linsenoberfläche von der Lichtquelle
d_i:: Oberflächenintervall der i-ten Linse von der Lichtquelle
n_i:: Brechungsindex des Linsenmaterials der i-ten Linse von Der Lichtquelle
f_c:: Brennweite der Kollimatorlinse,
f₀:: Brennweite der Objektivlinse,
U:: Abstand zwischen dem Objekt und dem Bild des optischen Systems
T:: Abstand zu der Lichtquelle, von der ersten Oberfläche des optischen Systems aus betrachtet

Die Form der asphärischen Oberfläche wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt, wenn der Scheitel der Oberfläche ein Ursprung ist, die Krümmung des Scheitels C ist, ein Koeffizient des Konus k ist, ein Koeffizient der asphärischen Oberfläche A_i ist, und ein Exponent der asphärischen Oberfläche P_i (≥ 4) ist.
[Gleichung 6]
Beispiel 1:
Als optisches Kopplungssystem wird eine Kollimatorlinse 3 angewandt, durch die ein Lichtfluss von der Lichtquelle 1 in parallele Lichtstrahlen umgewandelt wird, und wird mit einer Objektivlinse 6 vom infiniten Konjugationstyp kombiniert.
Wenn f_c = 25,2 mm und f₀ = 3,37 mm ist, dann ist m_t = –1/7,5, T = –22,557 mm und U = 35,973 mm.
4. Oberfläche

κ = –7,09000 × 10^–1

6. Oberfläche

κ = –9,90670 × 10^–1

A₁ = 6,06760 × 10^–3 P₁ = 4,0000

A₂ = 2,43360 × 10^–4 P₂ = 6,0000

A₃ = 6,88550 × 10^–6 P₃ = 8,0000

A₄ = –5,62880 × 10^–6 P4 = 10,0000

7. Oberfläche

κ = –2,73090 × 10^–1

A₁ = 9,23170 × 10^–3 P₁ = 4,0000

A₂ = –4,00540 × 10^–3 P₂ = 6,0000

A₃ = 8,31010 × 10^–4 P₃ = 8,0000

A₄ = –7,33530 × 10^–5 P₄ = 10,0000
Eine Schnittansicht von Beispiel 1 ist in 1 dargestellt. In 1 passiert ein von einer Lichtquelle 1 emittierter Lichtstrahl ein Abdeckglas 2 und dann eine Kollimatorlinse 3, um sich in den Lichtstrahl zu verwandeln, der fast kollimiert ist, und wird dann durch einen Apertur-Stopp 5 auf einen vorgeschriebenen Lichtstrahl begrenzt und tritt in eine Objektivlinse 6 ein. Der in die Objektivlinse 6 eingetretene Lichtstrahl wird durch einen transparenten Träger 7 auf eine Informationsaufzeichnungsfläche 8 konvergiert. Bei diesem optischen System sind die Simulationsergebnisse einer Änderung der Wellenfront-Aberration jeweils in 7 in Bezug auf den Nachführbetrag in einem Fall dargestellt, bei dem die Kollimatorlinse 3 als Entwurfswert (Nicht-Aberration) gestaltet ist, und in dem Fall, in dem Kollimatorlinse selbst eine sphärische Aberration von 0,02 λrms in Bezug auf eine effektive Apertur von 5,04 mm der Kollimatorlinse bei einem Nachführbetrag von 0,5 mm aufweist.
Wenn die Kollimatorlinse 3 keine Aberration aufweist, ändert sich die Wellenfront-Aberration nicht durch Nachführung. Wenn andererseits die Kollimatorlinse 3 eine sphärische Aberration dritter Ordnung aufweist, wird die Wellenfront-Aberration durch Nachführung beeinträchtigt.
8 zeigt das Simulationsergebnis einer Änderung der Wellenfront-Aberration in Bezug auf einen Nachführbetrag, wenn die Temperatur des optischen Systems um 30°C angehoben wird (ΔT = 30°C). Da in diesem Fall die Kollimatorlinse und die Objektivlinse 6 aus Harz gefertigt sind, wird davon ausgegangen, dass die Brechungsindizes sich jeweils um –0,0036 ändern. Obwohl sich die sphärische Aberration des gesamten optischen Systems ändert, ist die Änderung der Wellenfront-Aberration durch Nachführung gering.
Die Kollimatorlinse 3 ist aus einem Material mit einem gesättigten Wasserabsorptionsverhältnis α von weniger als 0,1% hergestellt. 9 zeigt Ergebnisse, bei denen eine Kollimatorlinse 3 in einem Behälter mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit von +60°C Temperatur und 90% RH relativer Luftfeuchtigkeit 168 Stunden lang gelagert war; danach wurden ihre Bedingungen auf die normale Umgebungstemperatur- und -feuchtigkeitsbedingung zurückgestellt und Änderungen der Wellenfront-Aberration durch ein Interferometer gemessen. Da als Lichtquelle 1 ein He-Ne-Laser mit 633 nm Wellenlänge benutzt wird, ist seine Wellenlänge annähernd identisch zu der Wellenlänge der Entwurfsarbeit, womit eine Umwandlung umgangen wird. Der Bequemlichkeit der Messung halber wird ein Apertur-Stopp benutzt, der zu dem Lichtfluss an dem äußersten Umfang der optischen Achse passt. Unter diesen Bedingungen betragen die gesamte Wellenfront-Aberration und Fluktuationen von sphärischen Aberrations-Komponenten in der Wellenfront-Aberration weniger als 0,005 λrms, und auch wenn alle Fluktuationen als Fluktuationen der sphärischen Aberration angenommen werden, betragen sie weniger als 0,015 λrms.
Wie oben beschrieben wurde und wie klar aus den 7, 8 und 9 ersichtlich ist, ist eine Beeinträchtigung der Nachführeigenschaft infolge von Feuchtigkeitsänderungen auch bei einem hochdichten Medium, wie z.B. einer DVD, gering, und es kann ein optisches System, das auch die ausgezeichnete Temperatureigenschaft aufweist, mit geringen Kosten hergestellt werden.
Beispiel 2:
Als optisches Kopplungssystem gemäß 10 wird eine Kopplungslinse 13 verwendet, durch die ein Lichtfluss von der Lichtquelle 1 in konvergierende Lichtstrahlen umgewandelt wird, und mit einer Objektivlinse 16 kombiniert, die für konvergierende Lichtstrahlen konjugieren ist.
f_c = 18,1 mm f₀ = 3,80 mm
Ein Bildvergrößerungsverhältnis mc, von der Objektivlinsenseite der Kopplungslinse 13 aus betrachtet, und ein Vergrößerungsverhältnis m₀ der Objektivlinse 16 sind jeweils wie folgt gegeben:
mc = –0,63 und m₀ = 1/12, dann m_t = 1/7,5;
T = –26,84 mm; und U = 14,18 mm.
3. Oberfläche

κ = –4,13770

4. Oberfläche

κ = –6,11760 × 10^–1

A₁ = 2,60960 × 10^–5 P₁ = 4,0000

6. Oberfläche

κ = –9,01750 × 10^–1

A₁ = 5,40980 × 10^–3 P₁ = 4,0000

A₂ = 2,97160 × 10^–4 P₂ = 6,0000

A₃ = 1,63600 × 10^–6 P₃ = 8,0000

A₄ = –2,71680 × 10^–6 P₄ = 10,0000

7. Oberfläche

κ = –2,25470 × 10

A₁ = 1,19200 × 10^–2 P₁ = 4,0000

A₂ = –4,39840 × 10^–3 P₂ = 6,0000

A₃ = 8,74010 × 10^–4 P₃ = 8,0000

A₄ = –7,46390 × 10^–5 P₄ = 10,0000
Eine Schnittansicht von Beispiel 2 ist in 10 gezeigt. In 10 passiert ein von einer Lichtquelle 1 emittierter Lichtstrahl ein Abdeckglas 2 und dann eine Kopplungslinse 13, um in den Lichtstrahl umgewandelt zu werden, der fast konvergiert wird, und wird dann durch einen Apertur-Stopp 5 auf einen vorgeschriebenen Lichtstrahl begrenzt und tritt in eine Objektivlinse 16 ein. Der in die Objektivlinse 16 eingetretene Lichtstrahl wird weiter über einen transparenten Träger 7 auf eine Informationsaufzeichnungsfläche 8 konvergiert. Bei diesem optischen System sind die Simulationsergebnisse einer Änderung der Wellenfront-Aberration jeweils in 11 in Bezug auf den Nachführbetrag in einem Fall gezeigt, in dem die Kopplungslinse 13 als Entwurfswert (Nicht-Aberration) gestaltet ist, und in dem Fall, in dem Kopplungslinse selbst eine sphärische Aberration von 0,02 λrms dritter Ordnung in Bezug auf eine effektive Apertur der Kopplungslinse 13 aufweist, und zwar bei einem Nachführbetrag von 0,5 mm.
Die Wellenfront-Aberration ändert sich durch ein Nachführen, auch wenn die Kopplungslinse 13 keine Aberration aufweist. Diese Aberration umfasst hauptsächlich eine außerachsige Aberration, die offensichtlich dann erzeugt wird, wenn die Lichtquelle von der optischen Achse der Objektivlinse 16 verschoben wird, und wenn der Verstoß gegen die Sinusbedingung (offense against sine condition) der Objektivlinse 16 durch eine bekannte Methode korrigiert wird, ist der Astigmatismus eine Hauptkomponente. Wenn andererseits die Kopplungslinse 13 eine sphärische Aberration dritter Ordnung aufweist, wird das Coma durch Nachführen zusätzlich zu dem Astigmatismus beeinträchtigt.
12 zeigt das Simulationsergebnis einer Änderung der Wellenfront-Aberration in Bezug auf einen Nachführbetrag, wenn die Temperatur des optischen Systems um 30°C ansteigt (ΔT = 30°C). Da in diesem Fall sowohl die Kopplungslinse 13 als auch die Objektivlinse 16 aus Harz hergestellt sind, wird davon ausgegangen, dass sich ihr Brechungsindex jeweils um –0,0036 ändert. Die sphärische Aberration des gesamten optischen Systems ändert sich, die Änderung der Wellenfront-Aberration durch Nachführung ist jedoch gering.
Die Kopplungslinse 13 ist aus einem Material mit einem gesättigten Wasserabsorptionsverhältnis α von weniger als 0,1% hergestellt.
13 zeigt ein Ergebnis, bei dem eine Kopplungslinse 13 in einem Behälter konstanter Temperatur und Feuchtigkeit von +60°C Temperatur und 90% RH relativer Luftfeuchtigkeit 168 Stunden lang gelagert wurde; anschließend wurden die Linsenbedingungen auf die normale Umgebungstemperatur- und -feuchtigkeitsbedingungen zurückgeführt, und Änderungen der Wellenfront-Aberration wurden mit einem Interferometer gemessen. Da als Lichtquelle 1 ein He-Ne-Laser mit einer Wellenlänge von 633 nm benutzt wird, ist seine Wellenlänge annähernd identisch zu der Entwurfs-Wellenlänge, so dass eine Umwandlung umgangen wird. Wegen der Bequemlichkeit der Messung wird ein Apertur-Stopp 5, der zu dem Lichtfluss an der äußersten Peripherie der optischen Achse passt, benutzt. Unter diesen Bedingungen beträgt die gesamte Wellenfront-Aberration und Fluktuation der sphärischen Aberrations-Komponente in der Wellenfront-Aberration weniger als 0,005 λrms, und auch wenn alle Fluktuationen als Fluktuationen der sphärischen Aberration angenommen werden, betragen sie weniger als 0,015 λrms.
Wie oben beschrieben wurde und wie klar aus den 11, 12 und 13 hervorgeht, ist eine Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung der Nachführeigenschaft infolge von Feuchtigkeitsänderungen auch in einem hochdichten Medium wie einer DVD gering, und ein optisches System, das auch eine ausgezeichnete Temperatureigenschaft aufweist, kann mit geringen Kosten hergestellt werden.
Obwohl in den obigen Beispielen Fälle, bei denen die laterale Vergrößerung der Objektivlinse N₀ = 0 und N₀ > 0 gezeigt sind, ist ein Fall, bei dem N₀ < 0 ist, der gleiche wie der obige.
Das heißt, eine Kopplungslinse kann verwendet werden, durch die ein Lichtstrahl von der Lichtquelle in einen divergierenden Lichtstrahl umgewandelt wird, und sie wird mit einer Objektivlinse kombiniert, die für den divergierenden Lichtstrahl konjugierend ist.
Ferner ist oben ein Fall beschrieben, bei dem das optische Kopplungssystem aus einer einzelnen Linse besteht. Wenn das optische Kopplungssystem aber aus mehreren Einzellinsen besteht, und einige der Linsen aus Harz bzw. Kunststoff gefertigt sind, so dass die chromatische Aberration korrigiert wird, kann die Harzlinse die obigen Bedingungen erfüllen.
Um weniger als 0,02 λrms bei der numerischen Apertur zu erreichen, bei der der maximale Änderungsbetrag der Wellenfront-Aberration infolge von Wasserabsorption der Kunststofflinse in dem optischen Kopplungssystem einer maximalen Nachführung entspricht, kann ferner auch ein Verfahren zum Eliminieren des Einflusses der Brechungsindex-Verteilung in dem Wasserabsorptions-/Entfeuchtungsprozess, bei dem die äußere Form und die Dicke berücksichtigt wird, oder durch Überziehen mit einem Material, um die Wasserabsorption an der Außenform oder Linsenoberfläche zu mindern, abgesehen von der Verwendung von Harzmaterial mit niedrigem gesättigten Wasserabsorptionsverhältnis oder ähnlichen Verfahren, verwendet werden.
In dem optischen Aufzeichnungs-/Reproduktionssystem eines Typs, bei der die CD auch als DVD verwendet wird, kann durch Bewegen des optischen Kopplungssystems entlang der optischen Achse die vorliegende Erfindung erfüllt werden, indem der maximale Änderungsbetrag der Wellenfront-Aberration in Betracht gezogen wird, wenn die numerische Apertur auf der Seite der Lichtquelle des optischen Kopplungssystems groß ist.
Wie aus Beispielen und charakteristischen Ansichten klar zu erkennen ist, kann auch dann, wenn eine Kunststofflinse in dem optischen Kopplungssystem aus einem Material gefertigt ist, bei dem eine Beeinträchtigung der Wellenfront-Aberration durch Wasserabsorption gering ist, auch wenn die Kopplungslinse und die Objektivlinse jeweils aus Einzellinsen bestehen, eine Beeinträchtigung der Wellenfront-Aberration durch Nachführung gemindert werden, und dadurch kann ein gewünschtes optisches System zum Reproduzieren bzw. Wiedergeben auf einem hochdichten Informationsaufzeichnungsmedium wie einer DVD erhalten werden.

Claims

Optisches System zum Aufzeichnen oder Reproduzieren von Information in einem optischen Informationsaufzeichnungsmedium, mit: (a) einer Lichtquelle (1) mit einer Wellenlänge λ, (b) einer Objektivlinse (6), (c) Nachführmitteln zum Nachführen der Objektivlinse (6) durch Bewegen der Objektivlinse (6) in einer Richtung senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Systems, und (d) einem optischen Koppelungs-Linsensystem, das mindestens eine Kunststofflinse (3) umfasst und eine positive Brennweite aufweist, und das zwischen der Lichtquelle (1) und der Objektivlinse (6) zum Leiten eines von der Lichtquelle (1) zur Objektivlinse (6) emittierten Lichtstrahls vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Änderungsbetrag einer Wellenfront-Aberration des optischen Koppelungs-Linsensystems bei einer numerischen Apertur, die einem Maximalbetrag der Nachführung entspricht, 0,02 λrms oder weniger beträgt, wobei der maximale Änderungsbetrag in der Wellenfront-Aberration des optischen Koppelungs-Linsensystems als eine Differenz zwischen der maximalen Wellenfront-Aberration und der minimalen Wellenfront-Aberration festgelegt ist und durch ein Interferometer 384 Stunden lang bei einer Temperatur von 25°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% gemessen wird, nachdem das optische Koppelungs-Linsensystem 168 Stunden lang in einem Behälter mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit bei einer Temperatur von +60°C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% aufbewahrt wurde, und eine Sättigungswasserabsorptionsrate der in dem optischen Koppelungs-Linsensystem enthaltenen Kunststofflinse (3) 0,5% oder weniger beträgt.
Optisches System nach Anspruch 1, wobei die Kunststofflinse (3), die in dem optischen Koppelungs-Linsensystem enthalten ist, entweder aus Polyolefinharz oder Norbornenharz hergestellt ist.
Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Maximalbetrag der Nachführung des Nachführmittels 0,1mm bis 0,7mm beträgt.
Optisches System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei eine numerische Apertur NA₀ der Objektivlinse (6) auf einer Seite des optischen Informationsaufzeichnungsmediums den folgenden Ausdruck erfüllt: NA0 > 0,52.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wellenlänge λ der Lichtquelle (1) 700 nm oder weniger beträgt.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sättigungswasserabsorptionsrate der in dem optische Koppelungs-Linsensystem enthaltenen Kunststofflinse (3) weniger als 0,1% beträgt.
Optisches Koppelungs-Linsensystem zur Anwendung in einem optischen System zum Aufzeichnen oder Reproduzieren von Information in bzw. auf einem optischen Informationsaufzeichnungsmedium, wobei das optische Koppelungs-Linsensystem eine positive Brennweite aufweist und zwischen einer Lichtquelle (1) mit einer Wellenlänge λ und einer Objektivlinse (16), welche sich zur Nachführung in einer Richtung senkrecht zu einer optischen Achse des optischen Systems zum Aufzeichnen oder Reproduzieren bewegt, angeordnet ist, um von der Lichtquelle (1) zur Objektivlinse (16) emittiertes Licht zu leiten, wobei das optische Koppelungs-Linsensystem umfasst: eine Kunststofflinse (13), dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Änderungsbetrag einer Wellenfront-Aberration des optischen Koppelungs-Linsensystems bei einer numerischen Apertur, die einem Maximalbetrag der Nachführung entspricht, 0,02 λrms oder weniger beträgt, wobei der maximale Änderungsbetrag in der Wellenfront-Aberration des optischen Koppelungs-Linsensystems als eine Differenz zwischen der maximalen Wellenfront-Aberration und der minimalen Wellenfront-Aberration festgelegt ist und durch ein Interferometer 384 Stunden lang bei einer Temperatur von 25°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% gemessen wird, nachdem das optische Koppelungs-Linsensystem 168 Stunden lang in einem Behälter mit konstanter Temperatur und Feuchtigkeit bei einer Temperatur von +60°C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% aufbewahrt wurde, und eine Sättigungswasserabsorptionsrate der in dem optischen Koppelungs-Linsensystem enthaltenen Kunststofflinse (3) 0,5% oder weniger beträgt.
Optisches Koppelungs-Linsensystem nach Anspruch 7, wobei die Kunststofflinse (13), die in dem optischen Koppelungs-Linsensystem enthalten ist, entweder aus Polyolefinharz oder Norbornenharz hergestellt ist.
Optisches Koppelungs-Linsensystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine numerische Apertur NA₀ der Objektivlinse (16) auf einer Seite des optischen Informationsaufzeichnungsmediums den folgenden Ausdruck erfüllt: NA0 > 0,52.
Optisches Koppelungs-Linsensystem nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Wellenlänge λ der Lichtquelle (1) 700 nm oder weniger beträgt.
Optisches Koppelungs-Linsensystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Sättigungswasserabsorptionsrate der in dem optischen Koppelungs-Linsensystem enthaltenen Kunststofflinse (13) weniger als 0,1% beträgt.
Optisches Koppelungs-Linsensystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das optische Koppelungs-Linsensystem eine Einzel-Kunststofflinse ist.
Optisches Koppelungs-Linsensystem nach Anspruch 12, wobei eine Sättigungswasserabsorptionsrate der Einzel-Kunststofflinse 0,5% oder weniger beträgt.
Optisches Koppelungs-Linsensystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Einzel-Kunststofflinse entweder aus Polyolefinharz oder Norbornenharz hergestellt ist.
Optisches Koppelungs-Linsensystem nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei eine Brennweite fc der Einzel-Kunststofflinse den folgenden Ausdruck erfüllt: 12mm < fc < 36mm.