DE10057813A1

DE10057813A1 - Objektivlinse für einen optischen Schreib-Lesekopf

Info

Publication number: DE10057813A1
Application number: DE10057813A
Authority: DE
Inventors: Koichi Maruyama
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2001-05-23
Also published as: US6480344B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Objektivlinse (10), die aus einer Beugungslinse mit positiver Brechkraft und einer Beugungslinsenstruktur mit mehreren konzentrischen, ringförmigen Stufen besteht, die auf einer Fläche der Beugungslinse ausgebildet sind. Die Objektivlinse (10) ist eine bikonvexe Kunststofflinse mit zwei asphärischen Flächen (11, 12). Die Beugungslinsenstruktur hat eine solche Wellenlängenabhängigkeit, dass mindestens zwei gebeugte Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge und übereinstimmender Beugungsordnung Wellenfronten für mindestens zwei Arten optischer Speicherplatten mit unterschiedlicher Dicke ihrer Deckschichten (D1, D2) erzeugen. Ferner hat die Beugungslinsenstruktur eine vorbestimmte Brechkraft an jedem Punkt in einem mit der optischen Achse konzentrischen mittleren Ringbereich (Rm) im mittleren Radiusbereich der Beugungslinse (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Objektivlinse mit großem NA-Wert (numerische Apertur) für den optischen Schreib-Lesekopf eines optischen Speicherplattengeräts, das mit mehreren Arten optischer Speicherplatten arbeitet, deren Deckschichten unterschiedliche Dicke haben. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Objek tivlinse mit einer Beugungslinsenstruktur an der Fläche einer Beugungslinse.

Die optische Speicherplatte hat eine Informationsträgerschicht, auf der digitale Informationen aufgezeichnet sind, sowie eine transparente Deckschicht auf der Informationsträgerschicht.

Es gibt mehrere Arten optischer Speicherplatten. Die sogenannte CD (Compakt Disc) oder die CD-R (beschreibbare Compakt Disc) hat eine Deckschicht mit einer Dicke von 1,2 mm, und die Dicke der Deckschicht einer DVD-Speicherplatte (Digital Versatile Disc) ist 0,6 mm.

Ein solcher Unterschied der Dicke der Deckschicht ändert die relative Position der Informationsträgerschicht gegenüber einem Drehmechanismus, d. h. den Abstand zwischen dem optischen Schreib-Lesekopf und der Informationsträgerschicht. Je dicker die Deckschicht ist, um so größer ist der Abstand vom optischen Schreib- Lesekopf zur Informationsträgerschicht. Der optische Schreib-Lesekopf muss z. B. einen Strahlpunkt bewegen, der zu ihm einen Abstand von 0,6 mm in der Deck schicht hat, was einem Abstand von 0,4 mm in Luft entspricht, wenn die DVD durch eine CD oder eine CD-R ersetzt wird.

Obwohl sich ein paraxialer Strahlpunkt gemeinsam mit der Objektivlinse bewegt, ändert die Dicke der Deckschicht die sphärische Aberration. Wenn der optische Schreib-Lesekopf nur die Objektivlinse bewegt, wenn die Speicherplatte ausge wechselt wird, so wird die Wellenfront des Laserstrahls beeinträchtigt. Wenn die Objektivlinse, die im Hinblick auf minimale sphärische Aberration für die DVD entworfen wurde, z. B. zur Informationswiedergabe von einer CD benutzt wird, so wird die sphärische Aberration zur Wiedergabe der Informationen zu groß, auch wenn die Objektivlinse bewegt wird, um den Strahlpunkt zur Koinzidenz mit der Informationsträgerschicht zu bringen.

Es ist bereits ein optischer Schreib-Lesekopf bekannt, der den Laserstrahl beim Eintritt in die Objektivlinse abhängig von der Dicke der Deckschicht einstellt.

Die Japanische Offenlegungsschrift Hei 7-98431 beschreibt einen solchen opti schen Schreib-Lesekopf. Das optische System verwendet eine holografische Linse auf der Laserseite der Objektivlinse, um den Laserstrahl ausgehend von seiner Quelle in einen parallelen gebeugten Strahl nullter Ordnung und einen divergenten gebeugten Strahl erster Ordnung zu teilen. Der Strahl nullter Ordnung wird für eine optische Speicherplatte mit dünnerer Deckschicht (d. h. eine DVD), der Strahl erster Ordnung für eine optische Speicherplatte mit dickerer Deck schicht (d. h. eine CD oder eine CD-R) verwendet. Der Schreib-Lesekopf erzeugt die beugungsbegrenzten Strahlpunkte für die jeweilige optische Speicherplatte.

Da dieser Schreib-Lesekopf aber den Laserstrahl ausgehend von dem Laser immer in Beugungsstrahlen nullter und erster Ordnung teilt und nur einer dieser Strahlen jeweils zum Schreiben/Lesen von Informationen verwendet wird, ist der maximale Wirkungsgrad der Nutzung des Lichts nicht höher als 40%.

Da der gebeugte Strahl nur einer Beugungsordnung zum Schreiben/Lesen der Informationen verwendet wird, ist der gebeugte Strahl der anderen Beugungsord nung unnötig. Wird dieser Strahl nicht auf der Informationsträgerschicht der opti schen Speicherplatte gestreut, ändert sich die Lichtmenge dieses Strahls bei Reflexion an der optischen Speicherplatte abhängig von der aufgezeichneten Information, wodurch in dem Lesesignal eine Störkomponente entsteht.

Die Schreibdichte einer DVD ist höher als diejenige einer CD, weshalb der opti sche Schreib-Lesekopf einer DVD einen kleineren Strahlpunkt als der optische Schreib-Lesekopf für eine CD erzeugt, der im Folgenden auch als Exklusiv-CD- Kopf bezeichnet wird. Da der Durchmesser des Strahlpunktes eine positive Kor relation mit der Wellenlänge des Laserstrahls hat, erfordert der Schreib-Lesekopf für eine DVD eine Laserquelle, deren Wellenlänge 635 bis 660 nm ist, d. h. kürzer als die Wellenlänge eines Exklusiv-CD-Kopfes (d. h. 780 bis 830 nm). Andererseits erfordern die Reflexionseigenschaften einer CD-R einen Laser, dessen Wellen länge etwa 780 nm ist.

Wenn der bekannte optische Schreib-Lesekopf mit einem einzigen Laser arbeitet, dessen Laserstrahl eine kürzere Wellenlänge hat, können keine Informationen von einer CD-R gelesen werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Objektivlinse für einen optischen Schreib- Lesekopf anzugeben, mit der Informationen auf mehreren Arten optischer Spei cherplatten (CD, CD-R und DVD) geschrieben/gelesen werden können, wenn diese Speicherplatten unterschiedliche Dicke haben. Ferner soll eine Objektivlinse angegeben werden, die einen höheren Nutzungsgrad des Lichtes als bisherige Objektive hat.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmaie des Patentanspruchs 1, 8, 19 oder 20. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Erfindung hat die Beugungslinsenstruktur keine Stelle mit der Brechkraft 0. Bei einer Linse ist die Brechkraft der Kehrwert der Brennweite.

Bei dieser Konstruktion erzeugt der gebeugte Strahl vorbestimmter Beugungsord nung bei der ersten Wellenlänge einen Strahlpunkt auf der Informationsträger schicht der ersten optischen Speicherplatte, und der gebeugte Strahl derselben Beugungsordnung mit der zweiten Wellenlänge erzeugt einen Strahlpunkt auf der Informationsträgerschicht der zweiten optischen Speicherplatte.

Wenn die Beugungslinsenstruktur die beschriebene Brechkraftverteilung hat, ändert sich die Konvergenz des gebeugten Strahls mit der Beugungsordnung, wodurch der gebeugte Strahl nicht benötigter Beugungsordnung gestreut wird. Ferner hat der durch den mittleren Ringbereich laufende Strahl einen großen Einfluss auf die Erzeugung des Strahlpunktes. Deshalb werden bei der Erfindung durch die vorbestimmte Brechkraft im mittleren Ringbereich der Beugungslinsen struktur die Strahlen nicht benötigter Ordnung gestreut, während der Strahlpunkt mit dem gebeugten Strahl benötigter Ordnung scharf erzeugt wird, so dass eine Störkomponente im Lesesignal reduziert wird.

Die zusätzliche optische Weglänge, die sich durch die ringförmigen Stufen der Beugungslinsenstruktur ergibt, wird durch eine Differenzfunktion Φ(h) folgender maßen angegeben:

Φ(h) = (P₂h² + P₄h⁴ + P₆h⁶ + . . .) . m . λ

darin sind P₂, P₄ und P₆ Koeffizienten zweiter, vierter und sechster Ordnung, h die Höhe über der optischen Achse, m die Beugungsordnung und λ die Wellenlänge.

Bei der Erfindung ist diese Differenzfunktion Φ(h) so definiert, dass sich ihr Wert im mittleren Ringbereich monoton ändert, ohne einen Extremwert anzunehmen. Dies bedeutet, dass die Beugungslinsenstruktur an jedem Punkt im mittleren Ringbereich eine vorbestimmte Brechkraft hat.

Die Linsenfläche der Beugungslinse ist geteilt in einen Exklusivbereich großer numerischer Apertur, durch den ein Lichtstrahl nur für eine optische Speicher platte hoher Schreibdichte läuft, und einen gemeinsamen Bereich, durch den ein Lichtstrahl kleiner numerischer Apertur läuft, der für eine optische Speicherplatte mit geringer Schreibdichte ausreicht.

Die Beugungslinsenstruktur kann nur im gemeinsamen Bereich oder auch über den gesamten Bereich einschließlich des gemeinsamen Bereichs und des Exklu sivbereichs großer numerischer Apertur erzeugt werden.

Der mittlere Ringbereich ist vorzugsweise in dem gemeinsamen Bereich enthal ten. In diesem Fall kann die Beugungslinsenstruktur die Brechkraft an jedem Punkt im gemeinsamen Bereich haben, d. h. die optische Weglängendifferenz funktion Φ(h) kann so definiert sein, dass ihr Wert sich im gemeinsamen Bereich monoton ändert. Andererseits kann die Beugungslinsenstruktur einen Punkt haben, an dem die Brechkraft 0 ist, d. h. die optische Weglängendifferenzfunktion Φ(h) kann Extremwerte in einem den mittleren Ringbereich umgebenden Bereich annehmen.

Vorzugsweise liegt der gemeinsame Bereich in einem Kreis, durch den ein Licht strahl mit einem NA-Wert von 0,45 bis 0,5 läuft, und der mittlere Ringbereich ist als Bereich definiert, durch den ein Lichtstrahl mit einem NA-Wert von 0,2 bis 0,38 läuft.

Die Beugungslinsenstruktur hat vorzugsweise eine solche Wellenlängenabhängig keit, dass die sphärische Aberration sich in unterkorrigierter Richtung mit zuneh mender Wellenlänge des einfallenden Strahls ändert. Wie oben beschrieben, ändert sich die sphärische Aberration in überkorrigierter Richtung, wenn die Dicke der Deckschicht zunimmt. Wird ein Laser längerer Wellenlänge für eine optische Speicherplatte mit einer dickeren Deckschicht und ein Laser kürzerer Wellenlänge für eine optische Speicherplatte mit dünnerer Deckschicht verwendet, so wird die Änderung der sphärischen Aberration durch Änderung der Dicke der Deckschicht durch die vorstehend genannte Wellenlängenabhängigkeit der Beugungslinsen struktur korrigiert.

Die Beugungslinsenstruktur erfüllt vorzugsweise die folgende Bedingung (1) oder (2):

P₂ . (h₄₅)² . m < 3 (1)

P₂ . (h₄₅)² . m < 8 (2)

Darin ist h₄₅ die Höhe eines Punktes über der optischen Achse, an dem ein Licht strahl mit einem NA-Wert von 0,45 und mit der Wellenlänge für die optische Speicherplatte mit dickerer Deckschicht die Beugungslinsenstruktur schneidet.

Ist die Bedingung (1) erfüllt, so ist vorzugsweise auch die folgende Bedingung (3) erfüllt, und ist die Bedingung (2) erfüllt, so ist vorzugsweise auch die folgende Bedingung (4) erfüllt:

Φ(h₄₅)/λ < -7 (3)

Φ(h₄₅)/λ < 8 (4)

Wenn die Bedingung (1) erfüllt ist, so erfüllt die Beugungslinsenstruktur vorzugs weise die folgende Bedingung (5) über den gesamten Bereich der Linsenfläche:

Φ(h) < 0,5 λ (5)

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1A die Vorderseite einer Objektivlinse nach der Erfindung,

Fig. 1B den Vertikalschnitt der Objektivlinse nach Fig. 1A,

Fig. 1C eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 1B,

Fig. 2 das optische System eines Schreib-Lesekopfes mit einer Objek tivlinse nach Fig. 1A,

Fig. 3A ein Linsendiagramm mit einer Objektivlinse als erstes Ausführungs beispiel für eine optische Speicherplatte mit einer dünnen Deck schicht,

Fig. 3B das Linsendiagramm der Objektivlinse für eine optische Speicher platte mit einer dickeren Deckschicht,

Fig. 4 eine grafische Darstellung des Zusammenhangs des NA-Wertes und der optischen Weglängendifferenzfunktion für ein erstes, ein zweites und ein drittes Ausführungsbeispiel,

Fig. 5A und 5B Punktdiagramme zur Darstellung der Streuung eines gebeugten Strahls nullter Ordnung, wenn das erste Ausführungsbeispiel der Objektivlinse bei einer optischen Speicherplatte mit dickerer Deck schicht verwendet wird,

Fig. 6A und 6B Punktdiagramme zur Darstellung der Streuung eines gebeugten Strahls nullter Ordnung, wenn das zweite Ausführungsbeispiel der Objektivlinse bei einer optischen Speicherplatte mit dickerer Deck schicht verwendet wird, und

Fig. 7A und 7B Punktdiagramme zur Darstellung der Streuung eines gebeugten Strahls nullter Ordnung, wenn das dritte Ausführungsbeispiel der Objektivlinse bei einer optischen Speicherplatte mit dickerer Deck schicht verwendet wird.

Fig. 1A, 1B und 1C zeigen eine Objektivlinse 10. In Fig. 1A ist die Vorderansicht, in Fig. 1B der vertikale Schnitt und in Fig. 1C eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 1B dargestellt. Die Objektivlinse 10 befindet sich an dem optischen Schreib-Lese kopf eines optischen Speicherplattengeräts, das zum Schreiben/Lesen mehrerer Arten optischer Speicherplatten (d. h. CD, CD-R und DVD) geeignet ist, die Deck schichten unterschiedlicher Dicke haben.

Die Objektivlinse 10 ist eine bikonvexe Kunststofflinse mit einer ersten und einer zweiten asphärischen Fläche 11 und 12. Auf der ersten Fläche 11 ist eine Beu gungslinsenstruktur ausgebildet, wie Fig. 1A zeigt. Diese Struktur besteht aus einer großen Anzahl konzentrischer ringförmiger Stufen, die jeweils einen keilför migen Querschnitt haben. Die Beugungslinsenstruktur erzeugt eine vorbestimmte optische Weglängendifferenz jeweils an der Grenze zwischen benachbarten ringförmigen Stufen.

Die Linsenfläche der Objektivlinse 10 ist in einen exklusiven Bereich Rh mit ho hem NA-Wert, durch den ein Lichtstrahl mit hohem NA-Wert läuft und der sich für eine optische Speicherplatte mit hoher Schreibdichte wie z. B. eine DVD eignet, und einen gemeinsamen Bereich Rc geteilt, durch den ein Lichtstrahl mit gerin gem NA-Wert läuft, der sich für eine optische Speicherplatte geringer Schreib dichte wie z. B. eine CD oder eine CD-R eignet. Die Beugungslinsenstruktur ist nur in dem gemeinsamen Bereich Rc ausgebildet. Sie kann aber auch über die ge samte Fläche einschließlich des gemeinsamen Bereichs Rc und des exklusiven Bereichs Rh mit hohem NA-Wert ausgebildet sein.

Die Beugungslinsenstruktur hat eine vorbestimmte Brechkraft an jedem Punkt eines mittleren Ringbereichs Rm, der konzentrisch zur optischen Achse in einem mittleren Bereich des Radius der Beugungslinse liegt. Der gemeinsame Bereich Rc liegt in einem Kreis, durch den ein Lichtstrahl mit einem NA-Wert von 0,45 bis 0,5 läuft, und der mittlere Ringbereich Rm ist als Bereich definiert, durch ein Lichtstrahl mit einem NA-Wert von 0,2 bis 0,38 läuft. Der mittlere Ringbereich Rm ist in dem gemeinsamen Bereich Rc angeordnet. Ein von dem mittleren Ringbe reich Rm umgebener Bereich ist als zentraler Bereich Re definiert.

Fig. 2 zeigt das optische System des Schreib-Lesekopfes, in dem sich die Objek tivlinse 10 befindet. Das optische System enthält einen ersten Lasermodul 21, einen zweiten Lasermodul 22, ein Strahlenkombinationselement 23, eine Sam mellinse 24 und die Objektivlinse 10. Jeder Modul 21 und 22 enthält einen Halb leiterlaser und einen Sensor auf einem gemeinsamen Substrat.

Die DVD ist eine erste optische Speicherplatte mit einer ersten Deckschicht D1 (durchgezogen dargestellt) mit einer Dicke von 0,6 mm. Die CD und die CD-R sind zweite optische Speicherplatten mit einer zweiten Deckschicht D2 (gestrichelt dargestellt) mit einer Dicke von 1,2 mm. Ferner ist die Schreibdichte der ersten optischen Speicherplatte höher als diejenige der zweiten optischen Speicherplat ten. Die Wellenlänge des Laserstrahls für die erste optische Speicherplatte muss kürzer als diejenige für die zweite optische Speicherplatte sein. Andererseits erfordern die Reflexionseigenschaften der CD-R einen Laser mit einer Wellen länge von ca. 780 nm.

Deshalb gibt der Halbleiterlaser des ersten Moduls 21 für die erste optische Spei cherplatte den Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 655 nm oder 657 nm ab, während der Halbleiterlaser des zweiten Moduls 22 für die zweite optische Spei cherplatte den Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 785 nm oder 787 nm abgibt.

Wird die erste optische Speicherplatte verwendet, so gibt der erste Modul 21 den Laserstrahl L1 ab (durchgezogen dargestellt). Der Laserstrahl L1 läuft durch das Strahlenkombinationselement 23 und wird mit der Sammellinse 24 gebündelt. Der gebündelte Laserstrahl L1 wird mit der Objektivlinse 10 zu einem Strahlpunkt auf der Informationsschicht der ersten optischen Speicherplatte durch die erste Deck schicht D1 hindurch konvergiert.

Wird die zweite optische Speicherplatte verwendet, so gibt der zweite Modul 22 den Laserstrahl L2 ab (gestrichelt dargestellt). Dieser wird an dem Strahlenkombinationselement 23 reflektiert und mit der Sammellinse 24 gebündelt. Der gebün delte Laserstrahl L2 wird mit der Objektivlinse 10 zu einem Strahlpunkt auf der Informationsschicht der zweiten optischen Speicherplatte durch die zweite Deck schicht D2 hindurch konvergiert.

Die Beugungslinsenstruktur auf der Objektivlinse 10 hat eine solche Wellenlän genabhängigkeit, dass ein gebeugter Strahl erster Ordnung eine geeignete Wel lenfront für die erste optische Speicherplatte mit einer Wellenlänge von 655 nm oder 657 nm erzeugt, und sie erzeugt eine geeignete Wellenfront für die zweite optische Speicherplatte mit einer Wellenlänge von 785 nm oder 787 nm. Die Beugungslinsenstruktur hat eine solche Wellenlängenabhängigkeit, dass sich die sphärische Aberration mit zunehmender Wellenlänge des einfallenden Strahls in unterkorrigierter Richtung ändert.

Die sphärische Aberration ändert sich in überkorrigierter Richtung, wenn die Dicke der Deckschicht zunimmt. Ferner ändert die Beugungslinsenstruktur die sphäri sche Aberration in unterkorrigierter Richtung, wenn die Wellenlänge des einfallen den Laserstrahls zunimmt. Da ein Laserstrahl längerer Wellenlänge für die zweite optische Speicherplatte und ein Laserstrahl kürzerer Wellenlänge für die erste optische Speicherplatte verwendet wird, wird die Änderung der sphärischen Aber ration infolge Änderung der Dicke der Deckschicht durch die Änderung der sphäri schen Aberration infolge Wellenlängenabhängigkeit der Beugungslinsenstruktur ausgeglichen.

Ferner stellt ein nicht dargestellter Fokussiermechanismus die Position der Objek tivlinse 10 auf der optischen Achse so ein, dass der Strahlpunkt auf der jeweiligen Informationsträgerschicht erzeugt wird.

Eine zusätzliche optische Wegfänge, die sich durch eine Beugungslinsenstruktur ergibt, wird durch die folgende Weglängendifferenzfunktion Φ(h) angegeben:

Φ(h) = (P₂h² + P₄h⁴ + P₆h⁶ + . . .) . λ

Darin sind P₂, P₄ und P₆ Koeffizienten zweiter, vierter und sechster Ordnung, h die Höhe über der optischen Achse und λ die Wellenlänge des einfallenden Strahls. Die Funktion Φ(h) repräsentiert die optische Weglängendifferenz eines imaginä ren Strahls, der nicht durch die Beugungslinsenstruktur gebeugt wird, und eines Strahls, der durch sie gebeugt wird, an einer Stelle mit der Höhe h über der opti schen Achse. In einem solchen Ausdruck repräsentiert ein negativer Wert des Koeffizienten P₂ zweiter Ordnung eine positive paraxiale Brechkraft der Beu gungslinsenstruktur. Ferner nimmt die negative Brechkraft mit dem Abstand zur optischen Achse zu, wenn der Koeffizient P₄ vierter Ordnung größer als 0 ist.

Die tatsächliche mikroskopische Form der Beugungslinsenstruktur besteht aus einer großen Anzahl konzentrischer Ringe. Die Formfunktion Φ'(h) ergibt sich durch Subtraktion von λ . m (m: ganze Zahl) von Φ(h) folgendermaßen:

Φ'(h) = [MOD(P₂h² + P₄h⁴ + . . . . C, 1)-C] . λ_B

λB ist eine Wellenlänge maximaler Intensität, für die die Stufen der Beugungslin senstruktur eine optische Weglängendifferenz von einer Wellenlänge erzeugen, und bei dieser Wellenlänge nimmt der Beugungsgrad ein Maximum an. C ist eine Konstante, die eine Phasendifferenz an der Grenze zwischen benachbarten Ringen bezogen auf den Punkt auf der optischen Achse angibt, wo Φ(h) den Wert 0 annimmt (0 ≦ C < 1). Die Funktion MOD (x, y) gibt den Rest an, wenn x durch y geteilt wird. MOD (P₂h² + P₄h⁴ + . . . + C, 1) hat an der Grenze den Wert 0. Die Beugungslinsenstruktur ist auf der Basiskurve der Linsenfläche der Beugungslinse ausgebildet. Die Neigungen und die Stufenhöhen der ringförmigen Stufen sind so bemessen, dass die optischen Weglängendifferenzen durch Φ'(h) angegeben werden.

Wie oben beschrieben, hat die Beugungslinsenstruktur im mittleren Ringbereich eine vorbestimmte Brechkraft. Die optische Weglängendifferenzfunktion Φ(h) ist also so definiert, dass ihr Wert sich im mittleren Ringbereich Rm monoton ändert, ohne einen Extremwert anzunehmen.

Mit dieser Konstruktion werden die gebeugten Strahlen nicht benötigter Ordnung geeignet gestreut, während der Strahlpunkt mit dem gebeugten Strahl benötigter Ordnung scharf erzeugt wird, so dass die Störkomponente in einem aufgezeich neten Signal verringert wird.

Da die Objektivlinse 10 bei zwei unterschiedlichen Arbeitswellenlängen verwendet wird, unterscheidet sich die Wellenlänge maximaler Intensität von mindestens einer Arbeitswellenlänge. Deshalb kann der Beugungsgrad mindestens einer Arbeitswellenlänge, die gegenüber der Wellenlänge maximaler Intensität unter schiedlich ist, nicht 100% werden, und es werden gebeugte Strahlen nicht benö tigter Ordnung unvermeidbar erzeugt.

Die folgenden Tabellen 1 und 2 zeigen die Beugungsgrade der Beugungslinsen struktur, die bei den verschiedenen Wellenlängen maximaler Intensität aufleuch tet, für verschiedene Bewertungswellenlängen. Tabelle 1 zeigt die Beugungsgrade des gebeugten Strahls erster Ordnung, d. h. der benötigten Ordnung. Tabelle 2 zeigt die Beugungsgrade der gebeugten Strahlen nullter und zweiter Ordnung, d. h. der nicht benötigten Ordnungen.

Tabelle 1

Tabelle 2

Die Tabelle 2 zeigt, dass bei einer Wellenlänge maximaler Intensität von 720 nm die Beugungsgrade der nullten und der zweiten Ordnung etwa 0,8% und 1,2% bei der kurzen Wellenlänge von 655 nm und etwa 0,8% und 1,0% bei der langen Wellenlänge von 785 nm betragen. Wenn die gebeugten Strahlen nullter und zweiter Ordnung auf der Informationsträgerschicht der optischen Speicherplatte geeignet gestreut werden, werden sie an der optischen Speicherplatte reflektiert und durch die aufgezeichneten Informationen im breiten Bereich beeinträchtigt. Deshalb werden die reflektierten Lichtmengen der gebeugten Strahlen nullter und zweiter Ordnung gemittelt und bleiben unverändert. In diesem Fall beeinträchtigen die gebeugten Strahlen nicht benötigter Ordnung das Lesesignal nicht, auch wenn sie auf einen Fotodetektor treffen.

Wenn andererseits die gebeugten Strahlen nullter und zweiter Ordnung nicht geeignet an der Informationsträgerschicht der optischen Speicherplatte gestreut werden, so enthalten sie die aufgezeichneten Informationen des schmalen Be reichs. Deshalb ändern sich die reflektierten Lichtmengen der gebeugten Strahlen nullter und zweiter Ordnung. In diesem Fall verursachen die gebeugten Strahlen nicht benötigter Ordnung einen Störanteil in dem Lesesignal, wenn sie auf einen Fotodetektor treffen. Dieser Störanteil, der sogenannte "Jitter", kann aus dem Lesesignal nicht ausgesondert werden. Überschreitet er zulässige Grenzwerte, so kann der optische Schreib-Lesekopf die aufgezeichneten Informationen nicht wiedergeben. Deshalb müssen die gebeugten Strahlen nicht benötigter Ordnung in geeigneter Weise gestreut werden.

Hierzu sollte die Beugungslinsenstruktur an jedem Punkt über den gesamten Bereich der Linsenfläche oder im mittleren Ringbereich Rm eine vorbestimmte Brechkraft haben. Trifft dies zu, so ändert sich die Konvergenz des gebeugten Strahls mit der Beugungsordnung, wodurch der gebeugte Strahl nicht benötigter Ordnung gestreut wird. Hat die Beugungslinsenstruktur im mittleren Ringbereich Rm keine Brechkraft, so wird der durch den mittleren Ringbereich Rm laufende gebeugte Strahl nicht benötigter Ordnung nicht ausreichend gestreut, wodurch der Jitter erzeugt wird.

Im Umfangsbereich des gemeinsamen Bereichs Rc wird die Variation der sphäri schen Aberration der unterschiedlichen Beugungsordnungen größer, und daher werden die gebeugten Strahlen nicht benötigter Ordnung infolge sphärischer Aberration gestreut, auch wenn die Beugungslinsenstruktur in einem den mittleren Ringbereich Rm umgebenden Bereich keine Brechkraft hat. Deshalb ist es wichtig, dass die Beugungslinsenstruktur im mittleren Ringbereich Rm eine vorbe stimmte Brechkraft hat.

Die Beugungslinsenstruktur soll die Bedingung (1) oder (2) erfüllen:

P₂ . (h₄₅)² . m < 3 (1)

P₂ . (h₄₅)² . m < 8 (2)

Ist die Bedingung (1) erfüllt, so ist die folgende Bedingung (3) erfüllt, und ist die Bedingung (2) erfüllt, so ist die folgende Bedingung (4) erfüllt:

Φ(h₄₅)/λ < -7 (3)

Φ(h₄₅)/λ < 8 (4)

Wenn die Beugungslinsenstruktur die vorstehende Wellenlängenabhängigkeit derart hat, dass sich die sphärische Aberration in unterkorrigierter Richtung än dert, wenn die Wellenlänge des einfallenden Strahls zunimmt, hat der Koeffizient P₄ vierter Ordnung der optischen Weglängendifferenzfunktion Φ(h) einen negati ven Wert. Der Koeffizient P₂ zweiter Ordnung beeinträchtigt die optische Leistung hinsichtlich sphärischer Aberration nicht.

Wenn ferner der Koeffizient P₄ vierter Ordnung einen negativen Wert hat, so verringert ein positiver Wert des Koeffizienten P₂ zweiter Ordnung den Variations bereich der optischen Weglängendifferenzfunktion Φ(h). Je kleiner dieser Bereich ist, um so kleiner ist die Anzahl der ringförmigen Stufen.

Die tatsächliche Form der Beugungslinsenstruktur besteht aus Stufen mit einer Länge entsprechend einer Wellenlänge in Richtung der optischen Achse an der Stelle, wo die optische Weglängendifferenzfunktion Φ(h) gleich dem ganzzahligen Mehrfachen der Wellenlänge ist. Dies erinnert an eine Fresnel-Linse mit mehreren konzentrischen Ringen.

Wenn die Beugungslinsenstruktur auf der asphärischen Linsenfläche der Beu gungslinse ausgebildet ist, so ist zu ihrer Erzeugung ein mechanisches Verfahren mit einer Präzisionsdrehbank an Stelle des lithografischen Verfahrens geeignet. Bei dem mechanischen Verfahren wird das Muster der Beugungslinsenstruktur auf der Präzisionsdrehbank an der Formfläche einer Form mit einem Schneid werkzeug erzeugt, und dann wird dieses Muster auf ein Spritzgussformstück übertragen. Dieses ist dann eine Objektivlinse.

Die Bearbeitung mit dem Schneidwerkzeug verursacht aber unvermeidbare Schneidfehler von einigen Mikrometern an einer Kante an der Grenze zwischen benachbarten ringförmigen Stufen, wodurch der Beugungsgrad verringert wird. Da die Formfläche im Querschnitt keilförmige Stufen hat, sind die Übergänge benach barter Stufen Vertiefungen. Der Boden einer solchen Vertiefung ist durch Schnei den mit hoher Genauigkeit nur schwierig herzustellen. Daher sollte die Anzahl der ringförmigen Stufen im Hinblick auf leichtere Herstellung möglichst klein sein. Wird die Herstellung erleichtert, so kann das Muster der Beugungslinsenstruktur genau erzeugt werden, wodurch der Beugungsgrad groß bleibt.

Hat der Koeffizient P₂ zweiter Ordnung einen positiven Wert, so nimmt die Funk tion Φ(h) ein positives lokales Maximum an. Liegt dieses Maximum im mittleren Ringbereich Rm, so werden die gebeugten Strahlen nicht benötigter Ordnung nicht gestreut, wodurch der Jitter erzeugt wird. Deshalb sollte die Höhe h, bei der die Funktion Φ(h) das lokale Maximum annimmt, außerhalb des mittleren Ringbe reichs Rm liegen. Dies wird durch die Bedingungen (1) und (2) bestimmt.

Sind die Bedingungen (1) und P2 ≦ 0 erfüllt, so ist die Funktion Φ(h) so definiert, dass ihr Wert sich monoton über die gesamte Linsenfläche ändert und kein loka les Maximum annimmt. Sind die Bedingungen (1) und P2 < 0 erfüllt, so nimmt die Funktion Φ(h) das lokale Maximum im zentralen Bereich Re an, der von dem mittleren Ringbereich Rm umgeben ist. Wenn andererseits die Bedingung (2) erfüllt ist, so ändert sich der Wert der Funktion Φ(h) monoton über die gesamte Linsenfläche oder sie nimmt das lokale Maximum außerhalb des mittleren Ringbe reichs Rm an.

Die Bedingungen (3) und (4) definieren Bereiche, in denen die Funktion Φ(h) im Umfangsbereich des gemeinsamen Bereichs Rc liegen sollte. Ist die Bedingung (1) erfüllt, so nimmt die Funktion Φ(h) allmählich mit zunehmender Höhe h im gemeinsamen Bereich Rc ab. Wenn in diesem Fall die Bedingung (3) auch erfüllt ist, so nimmt der Gradient der Funktion Φ(h) in negativer Richtung zu, wodurch das lokale Maximum außerhalb des mittleren Ringbereichs Rm gehalten wird.

Wenn andererseits die Bedingung (2) erfüllt ist, nimmt die Funktion Φ(h) mit zunehmender Höhe h im gemeinsamen Bereich Rc allmählich zu. Ist in diesem Fall die Bedingung (4) auch erfüllt, so nimmt der Gradient der Funktion Φ(h) in positiver Richtung zu, wodurch das lokale Maximum außerhalb des gemeinsamen Bereichs Rc gehalten wird.

Überschreitet die Länge des lokalen Maximums eine Wellenlänge, so liegt die ringförmige Stufe mit dem lokalen Maximum tiefer als die benachbarten ringförmi gen Stufen. Dies bedeutet, dass die innere Grenzfläche der vorstehenden ring förmigen Stufe der optischen Achse und die äußere Grenzfläche dieser ringförmi gen Stufe dem Umfang der Objektivlinse 10 zugewandt ist. Eine derartige Beu gungslinsenstruktur erfordert eine nur schwierig zu bearbeitende Form. Deshalb erfüllt die Beugungslinsenstruktur die folgende Bedingung (5), mit der eine ver tiefte ringförmige Stufe verhindert wird:

Φ(h) < 0,5 λ (5)

Die Beugungslinsenstruktur wird erzeugt durch Zuordnen von Vertiefungen und Erhöhungen zu der Linsenfläche der Beugungslinse. Jede Grenze zwischen benachbarten ringförmigen Stufen der Beugungslinsenstruktur befindet sich an der Position, wo die aktuelle Formfunktion Φ(h) den Wert 0,5 λ annimmt, und die Stufe einer Wellenlänge erscheint an jeder Grenze. Dies bedeutet, dass die eine Seite längs des Radius der keilförmigen Querschnittsform der ringförmigen Stufe gegenüber der Linsenfläche um 0,5 λ vorsteht, die andere Seite gegenüber der Linsenfläche um -0,5 λ vertieft ist. Ist das lokale Maximum kleiner als 0,5 λ, so sind alle Grenzflächen, die weitgehend parallel zur optischen Achse liegen, der optischen Achse oder dem Umfang der Objektivlinse 10 zugewandt. Die Beu gungslinsenstruktur wird also ohne die vertiefte ringförmige Stufe erzeugt.

Im Folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der vorstehend beschriebenen Konstruktion erläutert. Die Objektivlinse 10 ist dabei jeweils für den kompatiblen Schreib-Lesekopf der ersten optischen Speicherplatte wie einer DVD und der zweiten optischen Speicherplatte wie einer CD oder einer CD-R erzeugt. Die Beugungslinsenstruktur befindet sich auf der ersten Fläche 11 der Objektivlinse 10. Der gebeugte Strahl erster Ordnung wird als benötigter Strahl verwendet.

Fig. 3A zeigt die Objektivlinse 10 als erstes Ausführungsbeispiel für die Deck schicht D₁ der ersten optischen Speicherplatte, und Fig. 3B zeigt die Objektivlinse 10 des ersten Ausführungsbeispiels für die Deckschicht D₂ der zweiten optischen Speicherplatte. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Beugungslinsenstruk tur im gemeinsamen Bereich (0 ≦ h < 1,66) erzeugt, und der exklusive Bereich mit hohem NA-Wert (1,66 ≦ h) ist als kontinuierliche asphärische Oberfläche ohne Stufen erzeugt. Eine Basiskurve, die die Form der Fläche der Beugungslinse ohne Beugungslinsenstruktur angibt, ist für den gemeinsamen Bereich eine asphärische Fläche unterschiedlich gegenüber dem exklusiven Bereich mit hohem NA-Wert.

Die numerischen Konstruktionen des ersten Ausführungsbeispiels sind in Tabelle 3 angegeben. Die Flächennummern 1 und 2 gelten für die Objektivlinse 10, die Flächennummern 3 und 4 für die Deckschicht der optischen Speicherplatte. In Tabelle 3 ist NA die numerische Apertur, f (Einheit: mm) ist die Gesamtbrenn weite, λ₁ (Einheit: nm) ist die Wellenlänge für die erste optische Speicherplatte, λ₂ (Einheit: nm) ist die Wellenlänge für die zweite optische Speicherplatte, λ_B (Ein heit: nm) ist eine Wellenlänge maximaler Intensität, r (Einheit: mm) ist der Krüm mungsradius einer Fläche (Werte am Scheitel der asphärischen Fläche), d1 (Ein heit: mm) ist der Abstand zwischen den Flächen längs der optischen Achse für die erste optische Speicherplatte, d₂ (Einheit: mm) ist der Abstand für die zweite optische Speicherplatte, und nλ ist der Brechungsindex bei einer Wellenlänge von λ nm.

Die Basiskurve des gemeinsamen Bereichs und des exklusiven Bereichs mit hohem NA-Wert der ersten Fläche 11 und die zweite Fläche 12 sind rotations symmetrische asphärische Flächen. Eine solche Fläche wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

X(h) ist ein Sagittalwert, d. h. der Abstand einer Kurve zu einer tangentialen Ebene an einer Stelle der Fläche mit der Höhe h über der optischen Achse. c ist die Krümmung (1/r) des Scheitels der Fläche, K ist eine Konizitätskonstante, A₄, A₆, A₈, A₁₀ und A₁₂ sind Asphärizitätskoeffizienten vierter, sechster, achter, zehnter und zwölfter Ordnung.

Die Krümmungsradien der asphärischen Flächen in Tabelle 3 sind Werte auf der optischen Achse. Die Konstante K und die Koeffizienten A₄ bis A₁₂ sind in Tabelle 4 angegeben, und die Koeffizienten der optischen Weglängendifferenzfunktion, die die Beugungslinsenstruktur definieren, sind in Tabelle 5 angegeben. Δ ist der Abstand (Einheit: mm) längs der optischen Achse zwischen zwei asphärischen Flächen. Eine asphärische Fläche ist die Basiskurve des gemeinsamen Bereichs und die andere asphärische Fläche ist eine imaginäre asphärische Fläche, die von dem exklusiven Bereich mit hohem NA-Wert ausgeht. Das Minuszeichen des Abstandes Δ bedeutet, dass die imaginäre asphärische Fläche auf der Einfallseite der Basiskurve des gemeinsamen Bereichs liegt.

Tabelle 3

Tabelle 4

Tabelle 5

Im Folgenden wird die Objektivlinse 10 des zweiten Ausführungsbeispiels be schrieben. Hier ist die Beugungslinsenstruktur im gemeinsamen Bereich (0 ≦ h < 1,69) und der Exklusivbereich mit hohem NA-Wert (1,66 ≦ h) als kontinuierliche asphärische Fläche ohne Stufen erzeugt. Die Basiskurve des gemeinsamen Bereichs ist eine von dem exklusiven Bereich mit hohem NA-Wert unterschiedli che asphärische Fläche. Da die Form der Objektivlinse des zweiten Ausführungs beispiels ähnlich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ist, ist das Linsen diagramm nicht dargestellt. Die Grundkonstruktion der Objektivlinse des zweiten Ausführungsbeispiels ist in Tabelle 6 angegeben, die Asphärizitätskoeffizienten sind in Tabelle 7 angegeben, und der Koeffizient der optischen Weglängendiffe renzfunktion sind in Tabelle 8 angegeben.

Tabelle 6

Tabelle 7

Tabelle 8

Im Folgenden wird eine Objektivlinse 10 als drittes Ausführungsbeispiel beschrie ben. Hier ist eine gemeinsame Basiskurve für den gemeinsamen Bereich und den exklusiven Bereich mit hohem NA-Wert angewendet. Die Beugungslinsenstruktur ist über den gesamten Bereich der ersten Fläche 11 ausgebildet. Da die Form der Objektivlinse des dritten Ausführungsbeispiels ähnlich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ist, ist kein Linsendiagramm dargestellt. Die Grundkonstruk tion der Objektivlinse des dritten Ausführungsbeispiels ist in Tabelle 9 angegeben, die Asphärizitätskoeffizienten sind in Tabelle 10 angegeben, und der Koeffizient der optischen Weglängendifferenzfunktion ist in Tabelle 11 angegeben.

Tabelle 9

Tabelle 10

Tabelle 11

Die folgende Tabelle 12 zeigt die Werte der optischen Weglängendifferenzfunk tion Φ(h) für das erste, das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel. Ferner zeigt Fig. 4 eine grafische Darstellung der Funktion Φ(h).

Tabelle 12

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind mit P₂h₄₅ ²m = -3,36 und Φ(h₄₅)/λ = -14,32 die Bedingungen (1) und (2) erfüllt. Da die Koeffizienten P₂ und P₄ negativ sind, hat die optische Weglängendifferenzfunktion kein lokales Maximum, wie Fig. 4 zeigt. Die Funktion nimmt mit zunehmender Höhe h im gemeinsamen Bereich monoton ab. Da in diesem Fall der Variationsbereich der optischen Weglängen differenzfunktion breiter wird, steigt die Anzahl der Stufen der Beugungslinsen struktur relativ. Da aber die Funktion kein lokales Maximum hat, sind die Beu gungsgrade der jeweiligen Beugungsordnung in jedem Punkt der Beugungslin senstruktur unterschiedlich, wodurch die gebeugten Strahlen nicht benötigter Ordnung, nämlich der nullten und der zweiten Ordnung, gestreut werden, während der Strahlpunkt mit dem gebeugten Strahl erster Ordnung scharf erzeugt wird. Dies kann den Jitter extrem reduzieren.

Wird die erste optische Speicherplatte verwendet, so wird die Lichtmenge des gebeugten Strahls nicht benötigter zweiter Ordnung größer und dieser Strahl sollte gestreut werden. Wird die zweite optische Speicherplatte verwendet, so wird die Lichtmenge des gebeugten Strahls nicht benötigter zweiter Ordnung größer, und dieser Strahl sollte gestreut werden. Der Streueffekt für den gebeugten Strahl nullter Ordnung bei Verwendung der zweiten optischen Speicherplatte ist durch die Strahlpunktdiagramme angegeben. Fig. 5A und 5B zeigen die Diagramme, deren jedes die Streuung des gebeugten Strahls nullter Ordnung zeigt, wenn die Objektivlinse des ersten Ausführungsbeispiels bei der zweiten optischen Spei cherplatte verwendet wird. In den Figuren sind Maßstäbe angegeben.

Diese Punktdiagramme zeigen, dass die Objektivlinse des ersten Ausführungs beispiels den gebeugten Strahl nicht benötigter Ordnung streuen kann, während der Strahlpunkt mit dem gebeugten Strahl benötigter Ordnung scharf erzeugt wird.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die bildseitige Brennweite der Objek tivlinse bei Verwendung der ersten optischen Speicherplatte kürzer als bei Ver wendung der zweiten optischen Speicherplatte, was auf die Brechkraft der Beu gungslinsenstruktur der Objektivlinse zurückzuführen ist. Der exklusive Bereich mit hohem NA-Wert, in dem die Beugungslinsenstruktur nicht ausgebildet ist, ist für die Anwendung der ersten optischen Speicherplatte optimiert. Obwohl der durch den Bereich Rh mit hohem NA-Wert laufende Laserstrahl zu dem Strahlpunkt konvergiert wird, wenn die erste optische Speicherplatte verwendet wird, wird er bei Verwendung der zweiten optischen Speicherplatte defokussiert. Als Ergebnis wird der Strahlpunkt für die zweite optische Speicherplatte mit geringerer Schreib dichte nicht zu klein, und daher muss keine Blende vorgesehen sein, die den auf den exklusiven Bereich mit hohem NA-Wert fallenden Laserstrahl abschirmt.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind mit P₂h₄₅ ²m = 23,12 und Φ(h₄₅)/λ = 13,39 die Bedingungen (3) und (4) erfüllt. Da die Koeffizienten P₂ und P₄ entge gengesetzte Vorzeichen haben, nimmt die optische Weglängendifferenzfunktion Φ(h) in dem gemeinsamen Bereich Rc das lokale Maximum an. Da aber der Koeffizient P₂ relativ groß ist, liegt das lokale Maximum bei NA = 0,45, d. h. außerhalb des mittleren Ringbereichs Rm, wie Fig. 4 zeigt. Da die Variation der sphäri schen Aberration zwischen den Beugungsordnungen außerhalb des mittleren Ringbereichs Rm groß wird, werden die gebeugten Strahlen nicht benötigter Ordnung gestreut, auch wenn die Funktion Φ(h) darin das lokale Maximum an nimmt. Ferner konvergiert der durch den mittleren Ringbereich Rm laufende Laserstrahl, der einen großen Einfluss auf das Auftreten des Jitters hat, an unter schiedlichen Stellen der optischen Achse entsprechend den Beugungsordnungen, da die Funktion Φ(h) im mittleren Bereich Rm kein lokales Maximum annimmt. Daher werden die nicht benötigten gebeugten Strahlen bezüglich der Informati onsträgerschicht der optischen Speicherplatte defokussiert und gestreut. Insge samt werden die gebeugten Strahlen nullter und zweiter Ordnung gestreut, wäh rend der Strahlpunkt mit dem gebeugten Strahl erster Ordnung scharf erzeugt wird. Dies kann den Jitter extrem reduzieren.

Fig. 6A und 6B zeigen mit Punktdiagrammen jeweils die Streuung des gebeugten Strahls nullter Ordnung, wenn die Objektivlinse des zweiten Ausführungsbeispiels mit der zweiten optischen Speicherplatte verwendet wird. Die Maßstäbe in Fig. 6A und 6B stimmen mit denjenigen der Fig. 5A und 5B überein. Diese Punktdia gramme zeigen, dass die Objektivlinse des zweiten Ausführungsbeispiels gleich falls den gebeugten Strahl nicht benötigter Ordnung streut. Obwohl die Objek tivlinse des ersten Ausführungsbeispiels eine größere Streuwirkung für den ge beugten Strahl nicht benötigter Ordnung als die Objektivlinse des zweiten Ausfüh rungsbeispiels hat, reicht der Effekt des zweiten Ausführungsbeispiels zur Verrin gerung des Jitters aus.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiels sind mit P₂h₄₅ ²m = 2,44 und mit Φ(h₄₅)/λ = -8,26 die Bedingungen (1) und (2) erfüllt. Da die Koeffizienten P₂ und P₄ entge gengesetzte Vorzeichen haben, nimmt die optische Weglängendifferenzfunktion Φ(h) im gemeinsamen Bereich Rc das lokale Maximum an. Da aber der Koeffizi ent P₂ relativ klein ist, liegt die Höhe des lokalen Maximums bei NA = 0,15 im zentralen Bereich Re, wie Fig. 4 zeigt. Da der zentrale Bereich Re kleiner als der mittlere Ringbereich Rm ist, ist der Einfluss der gebeugten Strahlen nicht benö tigter Ordnung, die durch den zentralen Bereich Re laufen, auf den Strahlpunkt kleiner als der Einfluss der gebeugten Strahlen nicht benötigter Ordnung, die durch den mittleren Ringbereich Rm laufen. Daher wird der Strahlpunkt durch die gebeugten Strahlen nicht benötigter Ordnung nicht beeinträchtigt, auch wenn die Funktion Φ(h) im zentralen Bereich Re das lokale Maximum hat. Der durch den mittleren Ringbereich Rm laufende Laserstrahl konvergiert an unterschiedlichen Punkten der optischen Achse entsprechend den Beugungsordnungen, da die Funktion Φ(h) im mittleren Bereich Rm kein lokales Maximum annimmt. Deshalb werden die nicht benötigten gebeugten Strahlen bezüglich der Informationsträger schicht der optischen Speicherplatte defokussiert und gestreut. Insgesamt werden die gebeugten Strahlen nullter und zweiter Ordnung gestreut, während der Strahl punkt durch den gebeugten Strahl erster Ordnung scharf erzeugt wird. Dies kann den Jitter verringern.

Da die Objektivlinse des dritten Ausführungsbeispiels die Bedingung (5) über die gesamte Linsenfläche erfüllt, hat die Beugungslinsenstruktur keine vertiefte ring förmige Stufe, was ihre Herstellung erleichtert.

Fig. 7A und 7B zeigen die Punktdiagramme jeweils zur Darstellung der Streuung des gebeugten Strahls nullter Ordnung, wenn die Objektivlinse des dritten Ausfüh rungsbeispiels mit der zweiten optischen Speicherplatte verwendet wird. Die Maßstäbe in Fig. 7A und 7B entsprechen denjenigen in Fig. 5A und 5B. Die Punktdiagramme zeigen, dass die Objektivlinse des dritten Ausführungsbeispiels den gebeugten Strahl nicht benötigter Ordnung gleichfalls streut. Obwohl die Objektivlinse des ersten Ausführungsbeispiels einen größeren Streueffekt für den gebeugten Strahl nicht benötigter Ordnung als die Objektivlinse des dritten Ausführungsbeispiels hat, ist hier der Streueffekt zum Reduzieren des Jitters ausreichend.

Es sei bemerkt, dass die bildseitige Brennweite der Objektivlinse bei der ersten optischen Speicherplatte weitgehend mit der bildseitigen Brennweite bei Verwen dung der zweiten optischen Speicherplatte bei dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel übereinstimmt. Daher erfordert der Schreib-Lesekopf mit der Objektivlinse des zweiten oder des dritten Ausführungsbeispiels eine Abschirmung für den Laserstrahl, der in den exklusiven Bereich mit hohem NA-Wert fällt, wenn die zweite optische Speicherplatte verwendet wird. Als Abschirmung kann bei spielsweise ein kurze Wellenlängen durchlassendes Filter verwendet werden, das den Laserstrahl mit einer Wellenlänge unter 700 nm überträgt.

Wie oben beschrieben, kann die Variation der Aberration infolge Änderung der Dicke der Deckschicht durch die Beugungslinsenstruktur auf der Linsenfläche der Objektivlinse korrigiert werden, so dass eine Objektivlinse nach der Erfindung in einem Schreib-Lesekopf für eine CD, eine CD-R und eine DVD mit hohem Wir kungsgrad eingesetzt werden kann. Ferner werden gebeugte Strahlen nicht benö tigter Ordnung gestreut, während der Strahlpunkt scharf mit dem gebeugten Strahl benötigter Ordnung erzeugt wird, wodurch der Störanteil in einem Lesesignal verringert werden kann.

Claims

1. Objektivlinse für einen optischen Schreib-Lesekopf, mit
einer Beugungslinse mit positiver Brechkraft und
einer Beugungslinsenstruktur mit mehreren konzentrischen, ringförmigen Stufen auf mindestens einer Fläche der Beugungslinse, dadurch gekenn zeichnet,
dass die Beugungslinsenstruktur eine solche Wellenlängenabhängigkeit hat,
dass mindestens zwei gebeugte Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge und übereinstimmender Beugungsordnung Wellenfronten für mindestens zwei Arten optischer Speicherplatten mit unterschiedlich dicken Deckschichten er zeugen, und
dass die Beugungslinsenstruktur an jedem Punkt in einem mittleren, mit der optischen Achse konzentrischen Ringbereich in einem mittleren Radiusbe reich der Beugungslinse eine vorbestimmte Brechkraft hat.

2. Objektivlinse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beu gungslinse einen exklusiven Bereich mit hohem NA-Wert hat, durch den ein Lichtstrahl mit einem ersten NA-Wert läuft, der nur für eine optische Spei cherplatte mit einer ersten Schreibdichte erforderlich ist, und dass die Beu gungslinse einen gemeinsamen Bereich hat, durch den ein Lichtstrahl mit ei nem zweiten NA-Wert läuft, der kleiner als der erste NA-Wert ist und für eine optische Speicherplatte mit einer zweiten Schreibdichte kleiner als die erste Schreibdichte ausreicht, wobei der gemeinsame Bereich in der Mitte der Lin senfläche angeordnet und von dem exklusiven Bereich mit hohem NA-Wert umgeben ist und den mittleren Ringbereich enthält.

3. Objektivlinse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beu gungslinsenstruktur an jedem Punkt in dem gemeinsamen Bereich die vor bestimmte Brechkraft hat.

4. Objektivlinse nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Ringbereich zum Durchgang eines Lichtstrahls mit einem NA-Wert von 0,2 bis 0,38 definiert ist.

5. Objektivlinse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Beugungslinsenstruktur in einem den mittleren Bereich umgebenden Bereich keine Brechkraft hat.

6. Objektivlinse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Grenz fläche zwischen benachbarten konzentrischen, ringförmigen Stufen der opti schen Achse zugewandt ist.

7. Objektivlinse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Grenz fläche zwischen benachbarten konzentrischen, ringförmigen Stufen dem Umfang der Beugungslinse zugewandt ist.

8. Objektivlinse für einen optischen Schreib-Lesekopf, mit
einer Beugungslinse mit positiver Brechkraft und
einer Beugungslinsenstruktur mit mehreren konzentrischen, ringförmigen Stufen auf mindestens einer Fläche der Beugungslinse, dadurch gekenn zeichnet,
dass die Beugungslinsenstruktur eine solche Wellenlängenabhängigkeit hat,
dass mindestens zwei gebeugte Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge und übereinstimmender Beugungsordnung Wellenfronten für mindestens zwei Arten optischer Speicherplatten mit unterschiedlich dicken Deckschichten er zeugen, und
dass eine optische Weglängendifferenzfunktion Φ(h) derart definiert ist, dass sich ihr Wert in einem mittleren, mit der optischen Achse konzentrischen Ringbereich im mittleren Radiusbereich der Beugungslinse monoton ändert, wenn eine zusätzliche optische Weglänge, die durch die Beugungslinsen struktur hinzugefügt wird, mit der folgenden optischen Weglängendifferenz funktion ausgedrückt ist:
Φ(h) = (P₂h² + P₄h⁴ + P₆h⁶ + . . .) . m . λ
wobei P₂, P₄ und P₆ Koeffizienten zweiter, vierter und sechster Ordnung sind und h die Höhe über der optischen Achse, m die Beugungsordnung und λ die Wellenlänge ist.

9. Objektivlinse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beu gungslinse einen exklusiven Bereich mit hohem NA-Wert hat, durch den ein Lichtstrahl mit einem ersten NA-Wert läuft, der nur für eine optische Spei cherplatte mit einer ersten Schreibdichte erforderlich ist, und dass die Beu gungslinse einen gemeinsamen Bereich hat, durch den ein Lichtstrahl mit ei nem zweiten NA-Wert läuft, der kleiner als der erste NA-Wert ist und für eine optische Speicherplatte mit einer zweiten Schreibdichte kleiner als die erste Schreibdichte ausreicht, wobei der gemeinsame Bereich in der Mitte der Lin senfläche angeordnet und von dem exklusiven Bereich mit hohem NA-Wert umgeben ist und den mittleren Ringbereich enthält.

10. Objektivlinse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wert der optischen Weglängendifferenzfunktion Φ(h) in dem gemeinsamen Bereich monoton ändert.

11. Objektivlinse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Ringbereich zum Durchgang eines Lichtstrahls mit einem NA-Wert von 0,2 bis 0,38 definiert ist.

12. Objektivlinse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Weglängendifferenzfunktion Φ(h) in einem den mittleren Ringbereich umge benden Bereich einen Extremwert annimmt.

13. Objektivlinse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beu gungslinsenstruktur eine solche Wellenlängenabhängigkeit hat, dass die sphärische Aberration mit zunehmender Wellenlänge des einfallenden Licht strahls sich in unterkorrigierter Richtung ändert.

14. Objektivlinse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die fol gende Bedingung erfüllt ist:
P₂ . (h₄₅)² . m < 3 (1)
in der h₄₅ die Höhe eines Punktes über der optischen Achse ist, in dem ein Lichtstrahl mit einem NA-Wert von 0,45 und einer Wellenlänge entsprechend der optischen Speicherplatte mit dickerer Deckschicht die Beugungslinsen struktur schneidet.

15. Objektivlinse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die fol gende Bedingung erfüllt ist:
Φ(h₄₅)/λ < -7 (3)

16. Objektivlinse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die fol gende Bedingung erfüllt ist:
P₂ . (h₄₅)² . m < 8 (2)
in der h₄₅ die Höhe eines Punktes über der optischen Achse ist, in dem ein Lichtstrahl mit einem NA-Wert von 0,45 und einer der optischen Speicher platte mit dickerer Deckschicht entsprechenden Wellenlänge die Beugungs linsenstruktur schneidet.

17. Objektivlinse nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die fol gende Bedingung erfüllt ist:
Φ(h₄₅)/λ < 8 (4)

18. Objektivlinse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beu gungslinsenstruktur die folgende Bedingung über den gesamten Bereich der Linsenfläche erfüllt:
Φ(h) < 0,5 λ (5)

19. Objektivlinse für einen optischen Schreib-Lesekopf, mit
einer Beugungslinse mit positiver Brechkraft und
einer Beugungslinsenstruktur mit mehreren konzentrischen, ringförmigen Stufen auf mindestens einer Fläche der Beugungslinse, dadurch gekenn zeichnet, dass
die Beugungslinsenstruktur eine solche Wellenlängenabhängigkeit hat, dass mindestens zwei gebeugte Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge mit über einstimmender Beugungsordnung Wellenfronten für mindestens zwei Arten optischer Speicherplatten mit unterschiedlicher Dicke der Deckschicht er zeugen, und dass
jede Grenzfläche zwischen benachbarten konzentrischen, ringförmigen Stufen der optischen Achse zugewandt ist.

20. Objektivlinse für einen optischen Schreib-Lesekopf, mit
einer Beugungslinse mit positiver Brechkraft, und
einer Beugungslinsenstruktur mit mehreren konzentrischen, ringförmigen Stufen auf mindestens einer Fläche der Beugungslinse, dadurch gekenn zeichnet, dass die Beugungslinsenstruktur eine solche Wellenlängenabhän gigkeit hat, dass mindestens zwei gebeugte Strahlen unterschiedlicher Wel lenlänge und übereinstimmender Beugungsordnung Wellenfronten für min destens zwei Arten optischer Speicherplatten mit unterschiedlicher Dicke der Deckschicht erzeugen, und
dass jede Grenzfläche zwischen benachbarten konzentrischen, ringförmigen Stufen dem Umfang der Beugungslinse zugewandt ist.