NL1015207C2

NL1015207C2 - Optische opneeminrichting.

Info

Publication number: NL1015207C2
Application number: NL1015207A
Authority: NL
Inventors: Kazuya Kitamura; Yukio Kurata; Tetsuo Iwaki
Original assignee: Sharp Kk
Priority date: 1999-05-18
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2007-03-06
Also published as: NL1015207A1; KR100369207B1; JP3482154B2; US6438089B1; KR20000077290A; JP2000331369A

Description

(

Optische opneeminrichting j

! ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

Gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 5 optische opneeminrichting, die een objectieflens met een grote NA heeft, voor het vastleggen en weergeven van infor- | matie op en van een optische informatie-registratiemedium.

Beschrijving van de achtergrond van de techniek

Aangezien lichtgebruikende technieken een groot aantal 10 maatregelen mogelijk maken, zoals snelle verwerking door hoge frequenties, ruimtelijke informatieverwerking en fasenverwerking, zijn ze onderwerp van onderzoek en ontwikkeling en worden in de praktijk op uiteenlopende gebieden toegepast, waaronder communicatie, meting en regeling.

15 Voor de technieken worden zeer nauwkeurige objectief- lenzen gebruikt voor het reduceren van lichtbundels.

De laatste jaren zijn de verwachtingen voor beeldopna-me-inrichtingen, in het bijzonder die welke gebruik maken van licht, hoog, en zijn de technieken voor massa-opslag-20 capaciteit belangrijk geworden. Naast het belang van het verbeteren van een registratiemedium is het voor massa-opslag van optische informatie-registratie essentieel om te voorzien in een kleinere radius van een straalpunt, dat wil zeggen, een straalpunt voldoende te versmallen onder ge-25 bruikmaking van een objectieflens.

Zoals bekend, is een straalpunt-radius evenredig aan een lichtgolflengte en omgekeerd evenredig aan een NA (numerieke apertuur) van een objectieflens. Voor de golflengte zijn de laatste jaren de blauwe laserdioden of blauwe of 30 groene SHG-lasers ontwikkeld. Voor de grotere NA van een objectieflens is een grotere dichtheid verkregen zodat de NA voor DVD's (Digital Versatile Discs) 0,6 bedraagt, vergeleken met 0,45 voor CD's (Compact Discs). Het realiseren van 10 15 207 2 ί veel grotere NA's is in productietechnisch opzicht door toepassing van een enkele lens met twee a-sferische oppervlakken moeilijk. Daarom is in Japans octrooischrift Laid-Open nr. 10-123410 een optische opneeminrichting voor het 5 bereiken van een grotere NA die gebruik maakt van een twee groepen, twee elementen-lenzenstelsel beschreven.

Fig. 11 toont een 2-groepen, 2-elementen objectieflens die is beschreven in Japans octrooischrift Laid-Open nr. 10-123410. Een objectieflens 101 wordt gevormd door een eerste 10 lens 102 met twee a-sferische oppervlakken en een tweede lens 103 van een plano-convexe lens met een a-sferische vorm voor het convexe oppervlak, en de objectieflens heeft een NA van 0,85. Licht dat door objectief lens 101 heen gaat, gaat een transparant lichaam 104 in en vormt een straalpunt op 15 een beeldpunt 105.

De uitvinders hebben echter ontdekt dat bij een optische opneeminrichting met een objectieflens met grote NA de vorm van een straalpunt ovaal wordt door de gepolariseerde toestand van invallend licht, wat resulteert in ongunstige 20 effecten op bijvoorbeeld karakteristieken van golfstoring en overspraak.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Teneinde de hierboven beschreven problemen te verhelpen, is een doel van de onderhavige uitvinding het verschaf-25 fen van een optische opneeminrichting ter voorkoming van verslechtering van bijvoorbeeld de karakteristieken van golfstoring en overspraak die te wijten is aan ovale vervorming van een straalpunt.

Een optische opneeminrichting voor het bereiken van het 30 bovenstaande doel volgens de onderhavige uitvinding vangt een lichtstraal van een lichtbron op door een objectief lens en bestraalt een optisch registratiemedium. In de optische opneeminrichting heeft de objectieflens een numerieke apertuur (NA) van 0,7 of meer, en wordt de ellipticiteit van 35 gepolariseerd licht van de lichtstraal die op de objectief- J01 5 20 7 _ 3 lens valt, zodanig ingesteld dat deze groter dan (1,4 x | NA) - 0,7 is.

Door de numerieke apertuur van de objectief lens en de ellipticiteit van gepolariseerd licht van de lichtstraal die 5 op de objectief lens valt zodanig in te stellen dat aan de bovenstaande voorwaarde wordt voldaan, is het mogelijk om golfstoring-karakteristiek te verbeteren en overspraak te reduceren.

In een voorkeuruitvoeringsvorm van de optische opneem-10 inrichting volgens de onderhavige uitvinding bestaat de lichtstraal die op de objectieflens valt uit elliptisch gepolariseerd licht, en is de langere asrichting van de ellips bijna evenwijdig aan de spoorbreedte-richting van het optisch registratiemedium.

15 Zo kan de straalpunt-radius in de spoorrichting zo klein mogelijk ingesteld worden en kunnen daardoor de nadelige effecten op de golfstoring-karakteristiek worden onderdrukt .

Bij de optische opneeminrichting volgens de onderhavige 20 uitvinding kan de objeetieflens worden gevormd door twee lenzen die op een identieke optische as zijn geplaatst.

De voorgaande en andere doelen, maatregelen, aspecten en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijker worden aan de hand van de volgende uitvoerige beschrij-25 ving van de onderhavige uitvinding wanneer deze wordt bekeken in combinatie met de bijbehorende tekeningen.

j

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN

Fig. 1 toont een optisch stelsel voor het beschrijven van het principe van de uitvinding.

30 Fig. 2 illustreert de verhoudingen tussen de ingangs- pupil van een objeetieflens en de polarisatierichting (richting van een electrisch veld-vector) van een lichtstraal die op de objectieflens valt.

Fig. 3 toont, in een z-y vlak, de verhoudingen tussen 35 de polarisatierichting van de lichtstraal bij een uitgangs- 10 15 207 4 positie vanaf de objectieflens en de uitgangspupil van de objectieflens.

Fig. 4 toont, in een z-x vlak, de verhoudingen tussen de polarisatierichting van de lichtstraal bij de uitgangs-5 positie vanaf de objectieflens en de uitgangspupil van de objectieflens.

Fig. 5 toont de verhoudingen tussen de ovaliteit van een straalpunt en de ellipticiteit van elliptisch gepolariseerd licht van een lichtstraal die op een objectief lens 10 valt wanneer NA 0,95 is.

Fig. 6 toont de verhoudingen tussen de ovaliteit van een straalpunt en de ellipticiteit van elliptisch gepolariseerd licht van een lichtstraal die op een objectief lens valt wanneer NA 0,85 is.

15 Fig. 7 toont de verhoudingen tussen de ovaliteit van een straalpunt en de ellipticiteit van elliptisch gepolariseerd licht van een lichtstraal die op een objectief lens valt wanneer NA 0,75 is.

Fig. 8 toont de verhoudingen tussen de ovaliteit van 20 een straalpunt en de ellipticiteit van elliptisch gepolariseerd licht van een lichtstraal die op een objectief lens valt wanneer NA 0,65 is.

Fig. 9 is een aanzicht voor het beschrijven van de ellipticiteit.

25 Fig. 10 toont een constructie van een optische opneem- inrichting volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

Fig. 11 toont een constructie van een 2-groepen 2-elementen objectieflens.

30 BESCHRIJVING VAN DE VOORKEURUITVOERINGSVORMEN

In het volgende zal het principe van de onderhavige uitvinding worden beschreven voordat een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt beschreven.

Fig. 1 toont een optisch stelsel voor het beschrijven 35 van de onderhavige uitvinding. In het optisch stelsel vol- 1015207 _ 5 gens fig. 1 wordt een objectief lens 1 gevormd door een eerste lens 2 en een tweede lens 3. Licht dat op objectief-lens 1 valt, gaat vanaf een eerste oppervlak 4 eerste lens 2 in en verlaat het vanaf een tweede oppervlak 5. Het inval-5 lende licht gaat vanaf een derde oppervlak 6 tweede lens 3 binnen en komt eruit vanaf een vierde oppervlak 7. Bijgevolg bestraalt het invallende licht een rechts gelegen registratiemedium 8 als een straal van een hoge NA.

De uitvinders ontdekten dat in een optisch stelsel 10 (objectieflens) dat zo'n straal met een grote NA uitvoert, de polarisatiekarakteristiek van licht dat op de objectieflens valt, de omtrek van een op een optisch registratiemedium gevormd straalpunt vervormt tot een ovale gedaante en, daardoor, de golfstoring-karakteristiek en dergelijke ver-15 slechtert.

In het volgende zal de reden worden beschreven waarom de straalpunt-omtrek een ovaal wordt. Hierbij is de beschrijving gebaseerd op een geval waarbij een straal lineair gepolariseerd licht op objectieflens 1 valt.

20 Fig. 2 toont de verhoudingen tussen de invalspupil 17 van objectieflens 1 en de polarisatierichting (richting van een electrisch veld-vector) van een lichtstraal die op de objectieflens valt. In de figuur is te zien dat een vlak loodrecht op de bewegingsrichting (z-as) van de lichtstraal 25 een x-y vlak is en dat de lichtstraal lineair gepolariseerd is in de richting van de y-as.

Fig. 3 toont in een z-y vlak de verhoudingen tussen de polarisatierichting 20 van de in fig. 2 getoonde lichtstraal op een uitgangspositie vanaf objectieflens 1 en de uitgangs-30 pupil 19 van objectieflens 1. Fig. 4 toont in een z-x vlak de verhoudingen tussen de polarisatierichting 20 van de lichtstraal op de uitgangspositie vanaf objectieflens 1 en de uitgangspupil 19 van objectieflens 1. Hierbij geeft 21 een beeldvormingsvlak (vlak van optische schijf) in de fig. 35 3 en 4 aan.

1015207 6

Zoals in fig. 3 en 4 te zien is, loopt polarisatierich-ting 20 van de lichtstraal die uit uitgangspupil 19 komt evenwijdig aan beeldvormingsvlak 20 in het z-x vlak (zie fig. 4) , terwijl polarisatierichting 20 ten opzichte van 5 beeldvormingsvlak 20 kantelt in het z-y vlak (zie fig. 3) .

Wanneer polarisatierichting 20 ten opzichte van beeldvormingsvlak 21 kantelt zoals hierboven is beschreven, is het zo dat wanneer de lichtstraal beeldvormingsvlak 21 raakt, de uitsteeksels van electrische velden op beeldvormingsvlak 21 10 elkaar storen, hetgeen een diffractiepatroon beïnvloedt. Bijgevolg kan de straalpunt niet kleiner worden gemaakt.

Daarom wordt, wanneer een lineair gepolariseerde lichtstraal zoals hierboven beschreven op objectieflens 1 valt, de straalpunt-radius in een richting vergroot. Met andere 15 woorden, het straalpunt neemt een ovale gedaante aan.

Dit is van toepassing op zowel de elliptische polarisatie als ook op de lineaire polarisatie van licht dat invalt op objectieflens 1. Met andere woorden, wanneer de ellips langere as-richting van gepolariseerd licht van een licht-20 straal die op een objectieflens valt, evenwijdig loopt aan de y-as, is de invloed van het electrisch veld-interferentie op een beeldvormingsvlak groter in de y-as dan de x-as, en wordt de lichtpunt-radius in de richting van de y-as groter dan de lichtpunt-radius in de richting van de x-as. In het 25 volgende zal het geval van elliptische polarisatie uitvoerig worden beschreven.

De fig. 5 tot en met 8 tonen de verhoudingen tussen de ovaliteit (kortere radius/langere radius) die een verhouding van langere radius tot de kortere radius van een straalpunt 30 op een optisch registratiemedium-vlak en de ellipticiteit van elliptisch gepolariseerd licht van een lichtstraal die op een objectieflens valt wanneer de NA van de objectieflens 0,95, 0,85, 0,75 en 0,65 bedraagt. Hier is de ellipticiteit (a/b)2(=(kortere as ellips/langere as ellips)2), waarbij een 35 ellipticiteit van 0 duidt op lineaire polarisatie en een ellipticiteit van 1,0 duidt op cirkelvormige polarisatie.

10 15 207 _ 7

Verder is de straalpunt-radius een radius van een gedeelte dat een intensiteit heeft van ten minste l/e2 maal de piek-intensiteit van de lichtstraal. Hierbij is "e" een basis is van een natuurlijk logaritme (=2,718...).

5 Zoals in de figuren te zien is, is de ovaliteitswaarde van een straalpunt kleiner, dat wil zeggen, de mate van ovaalheid van het straalpunt is groter op een gedeelte met een lagere ellipticiteitswaarde van gepolariseerd licht. In een gedeelte met een grotere ellipticiteitswaarde is de 10 ovaliteitswaarde van een straalpunt groter, dat wil zeggen, de mate van ovaalheid van het straalpunt is kleiner. Naarmate de NA van een objectieflens toeneemt, wordt de ovaliteitswaarde van een straalpunt kleiner, dat wil zeggen, de mate van ovaalheid wordt hoger. Met andere woorden, een 15 grotere invalshoek voor een beeldvormingsvlak verschaft een hoge mate van ovaalheid. Dit komt omdat de polarisatierich-ting een grotere hoek ten opzichte van het beeldvormingsvlak (optische registratie-vlak) krijgt, zoals weergegeven in fig. 2 tot en met 4.

20 Wanneer intussen de ovaliteitswaarde van een straalpunt dat een optisch registratiemedium bestraalt, kleiner wordt dan 0,9, wordt de golfstoring-karakteristiek onderhevig aan opmerkelijke nadelige invloeden wanneer de langere radiusrichting van het straalpunt evenwijdig loopt aan de spoor-25 richting van het optisch registratiemedium. Wanneer de langere radius-richting van het straalpunt evenwijdig loopt aan de spoorbreedte-richting, worden golfstoring en slag sterker. Daarom is de ovaliteitswaarde van een straalpunt wenselijk groter dan 0,9. Als we dit punt in overweging 30 nemen, is het duidelijk dat wanneer de NA 0,65 is zoals weergegeven in fig. 8, de invloeden niet zo groot zijn, terwijl wanneer de NA groot is zoals in de fig. 5 tot 7 (NA a 0,7 zoals onderzocht door de uitvinders), de ovaliteitswaarde van een straalpunt kleiner dan 0,9 wordt en de 35 nadelige invloeden als hierboven beschreven kunnen optreden.

101 5 2 0 7 8

Wanneer de voorwaarde om de ovaliteit van een straal-punt op 0,9 of meer in te stellen wordt onderzocht op basis van de fig. 5 tot 8, wordt het volgende verkregen.

(de ellipticiteit van gepolariseerd licht)>(1·4χΝΑ)-0,7 (1) 5 Wanneer aan de voorwaarde wordt voldaan, is het mogelijk om de golfstoring-karakteristiek te verbeteren en overspraak te reduceren. Hoewel de voorwaarde van uitdrukking (1) wordt gevonden op basis van de fig. 5 tot 8 als hierboven beschreven, wordt de ovaliteit van een straalpunt vastgesteld door 10 een hoek tussen de polarisatierichting en het beeldvormings-vlak, dat wil zeggen, een NA zoals beschreven met betrekking tot de fig. 2 tot 4. Daarom is uitdrukking (1) een voorwaarde die van toepassing is op alle objeetieflenzen.

Het is gewenst dat een grotere radius-richting, dat wil 15 zeggen, de langere hartlijn-richting van een ellips wanneer elliptisch gepolariseerd licht op een objectieflens valt, de spoorbreedte-richting op een optisch registratiemedium is.

In een grote dichtheid-registratiemedium kunnen nadelige invloeden op de golfstoring-karakteristiek worden onderdrukt 20 door de straalpunt-radius in de spoorrichting (in een richting die loodrecht op de spoorbreedte-richting staat) zo klein mogelijk in te stellen. Het vergrote straalpunt in de spoorbreedte-richting oefent nadelige invloeden uit op overspraak en dergelijke. Dit kan echter worden voorkomen 25 door land/groef-opname, het opheffen van overspraak, of dergelijke.

In het volgende zal een specifieke constructie van een !

optische opneeminrichting worden beschreven. I

i

Fig. 10 toont een constructie van een optische opneem-30 inrichting volgens de onderhavige uitvinding. In de figuur heeft een objectief lens 1 een constructie die lijkt op die j welke is getoond in fig. 1. j

Een laserstraal (lineair gepolariseerd licht) met een golflengte van 63 5 nm, die wordt geëmitteerd uit een LD 35 (laserdiode) 9 als een lichtbron, wordt door een collimator-lens 10 gevormd tot een evenwijdige lichtflux, door een vor- 1015 207 9 mingsprisma 11 verbreed en in lichtflux in de spoorbreedte-richting gevormd, door een polarisatiebundelsplitser 12 en een 1/4 λ plaat 13 gevoerd voordat hij op een eerste opper-I vlak 4 van een eerste lens 2 van objectief lens 1 valt. De ; 5 lichtflux die door objeetieflens 1 heen gaat vormt een straalpunt op een signaalregistratievlak van een optisch i registratiemedium 8. Op optisch registratiemedium 8 gere flecteerd licht volgt de hierboven beschreven route terug, reflecteert op polarisatiebundelsplitser 12, en detecteert 10 een RF (radiofrequentie)-signaal, een RES (radiale fout- signaal) en een FES (focusfout-signaal) op een lichtont-vangst-gedeelte 16. Hier geeft 15 een convexe lens aan.

De hierin gebruikte configuratie van objectieflens 1 is als weergegeven in Tabel l hieronder.

Tabel 1 oppervlak- krommings- oppervlak- brekingsindex Abbe-constante nummer radius interval van glas van glas (mm) __(mm)______ _STÜ_ ONEINDIG _0___ 2,29957 1,8 nd=l,4955 vd=81,6 K:-0,546649 A:0,G77362E-03 B:-,533334E-05 C:-,531520E-04 _ D:-,431210E-05 ___ 9,13242 1,512127 __ K:-32,35G495 52 A:0,250189E-02 B:0,276494E-03 C:-,448344E-04 D:-,127558E-03 E:0,328G18E-06 F:0.243U94E-04 __G:-,451777E-05 ___ 1,11556 1,2 nd=l,58913 vd=Gl,3 K:-0,317089 53 A:-,G2G846E-02 B:0,G27G22E-02 C:0,7G912GE-02 __D:-,150332E-01 __ g4 ONEINDIG Q3 S5__ONEINDIG__OJL nd=l,51680 v d=64,2

BEELD ONEINDIG

brandpuntsafstand: 2,349 mm NA: 0,85 10 1 5 207 ! j ί ίο

De NA van de hierbij gebruikte objectief lens 1 is 0,85 als weergegeven in de onderste rij van Tabel 1, eerste lens 2 heeft twee a-sferische oppervlakken, en tweede lens 3 is een plano-convexe lens met een a-sferische vorm voor zijn 5 convexe oppervlak. Hierbij worden de a-sferische oppervlak-coëfficiënten voorgesteld door het volgende.

Z= (l/r)y2/{l + (1- (l+K) (1/r) 2y2}+Ay4+By6+Cy8+Dy10+Ey12+Fy14+Gy16 In de uitdrukking is Z een afstand in de optische as-rich-ting tussen een punt op het a-sferische oppervlak op een 10 hoogte van y vanaf de optische as en de top van het a-sferische oppervlak, is y een hoogte vanaf de optische as, is r een krommingsradius bij de top van het a-sferische oppervlak, is K een conische constante, en zijn A, B, C, D, E, F, G a-sferische oppervlak-coëfficiënten.

15 Licht dat op objectief lens 1 valt was elliptisch gepo lariseerd licht en de ellipticiteit bedroeg 0,8. In de langere as-richting van de ellips werd in de spoorbreedte-richting op een optisch registratiemedium elliptisch gepolariseerd licht gevormd. In het optische stelsel, was de 20 straalpunt die op het optisch registratiemedium wordt gevormd, ovaal, en bedroeg de ovaliteit (kortere as/langere as) 0,97.

Zoals hierboven beschreven, door het ontwerpen en inrichten van een optisch stelsel dat een objectieflens 25 bevat om te voldoen aan de hierboven beschreven voorwaarde van uitdrukking (1), kan de ovaliteit van een straalpunt dat een optisch registratiemedium bestraalt 0,9 of meer worden gemaakt, en kunnen de golfstoring-karakteristiek en dergelijke worden verbeterd.

30 Ofschoon de onderhavige uitvinding in bijzonderheden beschreven en weergegeven is, zal het duidelijk zijn dat dit ' alleen bij wijze van illustratie en voorbeeld is en niet moet worden opgevat als beperking, en de leer en omvang van de onderhavige uitvinding alleen wordt beperkt door de 35 inhoud van de aangehechte conclusies.

- conclusies - 10 1 5 207

Claims

1. Optische opneeminrichting om een lichtstraal van een lichtbron (9) op te vangen door een objectieflens (1) en een optisch registratiemedium (16) te bestralen, met het 5 kenmerk, dat de objeetieflens (1) een numerieke apertuur (NA) van 0,7 of meer heeft, en een ellipticiteit van gepolariseerd licht van de lichtstraal die op de objectieflens (1) valt, zodanig ingesteld 10 dat deze groter dan (1,4 x NA) - 0,7 is.

2. Optische opneeminrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lichtstraal die op de obj ectief lens (1) valt, uit gepolariseerd licht bestaat, en een langere asrichting van de ellips bijna evenwijdig loopt aan een spoor- 15 breedte-richting van het optisch registratiemedium (16).

3. Optische opneeminrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de objectief lens (1) twee lenzen (2, 3) bevat die op een identieke optische as zijn geplaatst.

4. Optische opneeminrichting volgens conclusie 3, met 20 het kenmerk, dat de lenzen (2, 3) bestaan uit een eerste lens (2) die twee a-sferische oppervlakken heeft en een tweede lens (3) die een plano-convexe lens is en een a- sferische vorm voor zijn convexe lens heeft.

5. Optische opneeminrichting volgens conclusie 2, met 25 het kenmerk, dat een 1/4 golflengte-plaat aan een lichtin- valsoppervlak-zijde van de objectieflens is opgesteld om licht dat op de objectieflens valt elliptisch te polariseren . 10 1 5 207