DE4006275C2 - Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-Vorrichtung für optische Information - Google Patents
Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-Vorrichtung für optische InformationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Objektivlinsensystem einer
Aufzeichnungs/Wiedergabe-Vorrichtung für optische Informationen.
Ein optisches System einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-
Vorrichtung für optische Information wie eine optische
Plattenvorrichtung, usw., enthält einen Lichtquellenteil
mit einem Halbleiterlaser und ein Objektivlinsensystem,
das den von dem Lichtquellenteil auf eine optische Platte
emittierten bzw. abgestrahlten Lichtstrom konvergiert
(fokussiert), und ein signalerfassendes optisches System,
das ausgelegt ist, Information, die auf der Platte
aufgezeichnet ist, und Fehlersignale durch von der optischen
Platte reflektierten Licht zu lesen.
Das Objektivlinsensystem ist weiterhin auf einem Stellglied
bzw. Stellantrieb angebracht, der derart ausgelegt
bzw. entworfen ist, daß die Objektivlinse fein bzw.
genau bzw. in kleinen Schritten zumindest in der Richtung
der optischen Achse bewegt werden kann (Fokussierhilfe
bzw. Fokussierantrieb), so daß eine Unschärfe bzw.
eine Defokussierung korrigiert werden kann, die durch
ein Verwerfen bzw. Deformieren der Platte hervorgerufen
wird.
Die Wellenlänge eines von dem Halbleiter-Laser emittierten
Lichtes, der als eine Lichtquelle verwendet wird,
wird übrigens durch Verändern der Ausgangsleistung und/
oder der Temperatur verschoben. Wenn die chromatische
Aberration des Linsensystems noch nicht korrigiert ist,
wird aus dem voranstehenden Grund die Position eines
Lichtkonvergierungspunktes durch Verschieben der Wellenlänge
variiert. Eine Unschärfe aufgrund einer vergleichsweise
geringen Veränderung einer Wellenlänge, die
durch eine Veränderung der Temperatur oder ähnliches
hervorgerufen wird, wird jedoch automatisch von der
zuvor erwähnten Fokussierhilfe korrigiert, wenn die
Kollimatorlinse bezüglich der chromatischen Aberration
und eines Temperaturwechsels korrigiert ist.
Zu dem Zeitpunkt, wenn ein Datensatz geschrieben wird,
wird eine Oszillationswellenlänge des Halbleiter-Lasers
augenblicklich um einige nm zwischen einem Bereich, wo
die Temperatur erhöht ist, und einem Bereich, wo die
Temperatur nicht erhöht ist, versetzt bzw. verschoben.
Die durch eine derart radikale Verschiebung verursachte
Unschärfe kann von der zuvor erwähnten Fokussierhilfe
nicht korrigiert werden.
Wenn die Lichtkonvergierungsposition nicht mit der Aufzeichnungsoberfläche
der Platte zusammenfällt, besteht
eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß ein unkorrektes
Schreiben oder Lesen bewirkt wird. Insbesondere, wenn
ein Schreiben bzw. ein Schreibvorgang vollzogen wird,
ist daher eine Korrektur der chromatischen Aberration
des Objektivlinsensystems wichtig.
Ein optisches System, bei dem die konvergierende Linse
selbst bezüglich der chromatischen Aberration korrigiert
ist, ist z. B. in der offengelegten japanischen Patentschrift
Nr. Sho 63-10118
offenbart.
Die Linse bzw. das Objektiv der offengelegten japanischen Patentschrift
Sho 63-10118 hat eine dreistückige Struktur mit
einer einzigen asphärischen Linsenfläche. Die der Lichtquelle
zugewandte Linsenfläche hat eine kleinere Brechkraft als die
abgewandte Linsenfläche. Aus der JP-A 61-177 408 ist ein Linsensystem,
für eine optische Platte bekannt, bei dem beide
Linsenflächen der konvergierenden Linse asphärisch ausgebildet
sind.
Die in den obengenannten Veröffentlichungen offenbarten
Linsen bzw. Objektive haben jedoch einen kurzen Arbeitsabstand.
Daher treten Probleme auf, daß der
Bereich, in dem das Objektivlinsensystem bewegbar ist,
zu eng ist.
Der Korrekturbetrag der chromatischen Aberration des
Fokussierfehler erfassenden optischen Systems ist jedoch
proportional zur zweiten Potenz des Verhältnisses M
zwischen einer Brennweite einer Kondensorlinse dieses
optischen Systems und einer Brennweite der Objektivlinse.
Daher ist es bei einer gewöhnlichen optischen Plattenvorrichtung,
bei einem Wert von M=10, hinsichtlich
der Größe eines Licht empfangenden Elementes schwierig,
die Vorrichtung derart auszulegen bzw. zu entwickeln,
daß die Kondensorlinse einen hinreichenden Korrekturbetrag
der chromatischen Aberration hat.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Linsensystem einer
Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung für optische Informationen
anzugeben, bei dem die chromatische Aberration korrigiert
ist, das ein geringes Gewicht und einen vergrößterten
Arbeitsabstand hat.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des neuen
Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das Objektivlinsensystem der Aufzeichnungs/Wiedergabe-
Vorrichtung für optische Information muß eine konvexe
Oberfläche haben, um eine stark konvergierende Kraft zum
Konvergieren des Lichtstromes auf die Aufzeichnungsoberfläche
der Platte zu bieten bzw. zu zeigen. Und um die
Konvergierungseffizienz bzw. den Konvergierungsgrad
hochzuhalten, ist es notwendig, die sphärische Aberration
und die Koma-Aberration vollständig zu korrigieren.
Um die Koma-Aberration zu begrenzen bzw. einzudämmen,
ist es notwendig, die Abbesche Sinusbedingung einzuhalten.
Hierzu ist es notwendig, eine stark konvexe konvergierende
Oberfläche auf der Lichtquellenseite vorzusehen.
Diese stark konvergierende Oberfläche ist
in der Nähe der Platte angeordnet, um einen ausreichenden
Arbeitsabstand zu erhalten.
Diese konvergierende Linse wird durch eine asphärische
Linse gebildet mit einem in Richtung auf periphere Teile
der Linse größer werdenden Krümmungsradius, um die sphärische
Aberration und die Koma-Aberration durch eine
einzelne Linse zu korrigieren, und auch, um eine hinreichende
Randdicke zu erlangen, die für die Verarbeitung
notwendig ist, während die Mittendicke derselben klein
gehalten bzw. beschränkt wird.
Das Objektivlinsensystem muß weiterhin ein die chromatische
Aberration korrigierendes Element enthalten, das
kaum bzw. auf jeden Fall die Kraft bzw. Brechkraft hat,
um die chromatische Aberration der konvergierenden Linse
zu korrigieren.
Das die chromatische Aberration korrigierende Element
ist aus einer Kombination einer positiven Linse bzw.
Linse positiver Brechkraft mit einer negativen Linse
bzw. Linse negativer Brechkraft aufgebaut, die eine
unterschiedliche Abbesche Zahl haben. Um den korrigierten
Betrag der chromatischen Aberration zu erhöhen, ist
es wünschenswert, daß diese Linsen miteinander zementiert
bzw. verklebt bzw. verkittet werden. Der Grund
liegt darin, daß, wenn ein räumlicher Abstand zwischen
der positiven Linse und der negativen Linse existiert,
eine Totalreflektion am Umfangs- bzw. peripheren Teil
auftritt, wodurch eine Verdunkelung erzeugt wird, und
daß eine Aberrationsfluktuation auftritt, wenn ein
Abstandsfehler auftritt.
Daher besteht ein Objektivlinsensystem gemäß der vorliegenden
Erfindung aus einer konvergierenden Linse, deren
beide Oberflächen durch eine konvexe asphärische Oberfläche
gebildet werden und die einen Krümmungsradius
haben, der sich von dem Mittelpunkt derselben in Richtung
auf den Umfang bzw. die Peripherie erhöht, und
wobei der Krümmungsradius derart ausgelegt bzw. angeordnet
ist, daß eine kleine Oberfläche desselben in Richtung
auf die Seite des Lichtquellenteils zeigt; und aus
einem die chromatische Aberration korrigierenden Elemente
mit nahezu keiner Brechkraft, das auf der Seite der
Lichtquelle der konvergierenden Linse angeordnet und
ausgelegt ist, eine chromatische Aberration der konvergierenden
Linse zu korrigieren, wobei das Element aus
einer positiven und einer negativen Linse aufgebaut ist,
die miteinander verkittet sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.
Fig. 1 ist ein Linsendiagramm bzw. -schema, welches
Beispiel 1 eines Objektivlinsensystems gemäß
der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in
Fig. 1 gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 3 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 1
gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die durch Wellenlängenfluktuation
verursachte Bewegung einer Lichtkonvergierungsposition
von der einzelnen Einheit
der konvergierenden Linse zeigt, die in
Fig. 1 gezeigt ist.
Fig. 5 ist ein Linsenschema, das Beispiel 2 eines
Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
Fig. 6 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in
Fig. 5 gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 7 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 5
gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 8 ist ein Linsenschema, das Beispiel 3 eines
Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
Fig. 9 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in
Fig. 8 gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 10 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 8
gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 11 ist ein Linsenschema, das Beispiel 4 eines
Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
Fig. 12 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in
Fig. 11 gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 13 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 11
gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 14 ist ein Linsenschema, das Beispiel 5 eines
Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
Fig. 15 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des
Objektivlinsensystems, das in Fig. 14 gezeigt
ist.
Fig. 16 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 14
gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 17 ist ein Linsenschema, das Beispiel 6 eines
Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
Fig. 18 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in
Fig. 17 gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 19 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 17
gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 20 ist ein Linsenschema, das Beispiel 7 eines
Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
Fig. 21 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in
Fig. 20 gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 22 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 20
gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 23 sind verschiedene Aberrationsdiagramme einer
einzelnen Einheit des konvergierenden Objektivs,
das in Fig. 20 gezeigt ist.
Fig. 24 sind Wellenaberrationsdiagramme einer einzelnen
Einheit des in Fig. 20 gezeigten konvergierenden
Objektivs.
Fig. 25 ist ein Linsenschema, das Beispiel 8 eines
Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
Fig. 26 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in
Fig. 25 gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 27 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 25
gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 28 ist ein Linsenschema, das Beispiel 9 eines
Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
Fig. 29 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in
Fig. 28 gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 30 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 28
gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 31 sind verschiedene Aberrationsdiagramme einer
einzelnen Einheit des konvergierenden Objektivs,
das in Fig. 28 gezeigt ist.
Fig. 32 sind Wellenaberrationsdiagramme einer einzelnen
Einheit des in Fig. 28 gezeigten konvergierenden
Objektivs.
Fig. 33 ist ein Linsenschema, das Beispiel 10 eines
Objektivlinsensystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
Fig. 34 sind verschiedene Aberrationsdiagramme des in
Fig. 33 gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 35 sind Wellenaberrationsdiagramme des in Fig. 33
gezeigten Objektivlinsensystems.
Fig. 36 sind verschiedene Aberrationsdiagramme einer
einzelnen Einheit des in Fig. 33 gezeigten
konvergierenden Objektivs.
Fig. 37 sind Wellenaberrationsdiagramme einer einzelnen
Einheit des in Fig. 33 gezeigten konvergierenden
Objektivs.
Fig. 38 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel
eines Objektivtubus zeigt, in dem ein Objektivlinsensystem
montiert ist.
Fig. 39 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres
Beispiel eines Objektivtubus zeigt, in dem ein
Objektivlinsensystem montiert ist.
Was das die chromatische Aberration korrigierende Element
betrifft: Je geringer der Krümmungsradius der
gekitteten Oberflächen ist und je größer der Unterschied
zwischen positivem und negativem Lichtbrechungsindex
ist, desto bedeutsamer wird die Erzeugung der Aberration.
Da das Element selbst kaum Brechkraft hat, ist es
schwierig, wenn die Aberration in der gekitteten Oberfläche
erzeugt wird, die Aberration innerhalb des Elementes
zu korrigieren. Demgemäß wird es notwendig, die
Erzeugung der Aberration an den gekitteten Oberflächen
so weit wie möglich zu begrenzen.
Um die Aberration zu begrenzen, gibt es eine Einrichtung,
den Krümmungsradius groß zu machen, und eine
Einrichtung, den Unterschied im Lichtbrechungsindex
gering zu machen. Wenn jedoch die gekitteten Oberflächen
sehr eng an eine Oberfläche gebracht werden, kann jedoch
die ursprüngliche Funktion zur Korrektur der chromatischen
Aberration nicht zu Tage treten. Demgemäß gibt es
eine Grenze bezüglich der Reduktion der durch die vorherige
Einrichtung verursachten Aberration. Im Gegensatz
hierzu, wenn die Lichtbrechungsindizes nahezu gleichgemacht
werden, kann die Erzeugung der sphärischen Aberration
und der Koma-Aberration begrenzt werden, selbst
wenn der Krümmungsradius beträchtlich wird. Durch Ableiten
bzw. Differenzieren bzw. Unterscheiden bzw. Ändern
der Dispersion wird es möglich, eine Veränderung in der
chromatischen Aberration zu erreichen bzw. anzuwenden.
Um die obengenannten Anforderungen zu erfüllen, erfüllt
das in den folgenden Beispielen gezeigte Objektivlinsensystem
die im folgenden angegebenen Bedingungen.
| f/fc | <0,20 (1)
| r₂/f | <0,70 (2)
νn780 <700 (3)
νp780 <800 (4)
np780 <1,55 (5)
| np780-nn780 | ×10⁶<20 000 (6)
(np780-1) (1-νn780/νp780) <0,2 (7)
Die in den Beziehungen verwendeten symbolischen Zeichen
haben die folgenden Bedeutungen:
f: Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems
fc: Brennweite des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes
r₂: Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche
nn780, nn830: Lichtbrechungsindizes bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm
np780, np830: Lichtbrechungsindizes bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm
νn780: Dispersion bzw. Streuung einer negativen Linse in der Nachbarschaft der Wellenlänge
von 780 nm, wobei νn780 = nn780/(nn780-nn830)
νp780: Dispersion einer positiven Linse in der Nachbarschaft der Wellenlänge von 780 nm, wobei νp780 = np780/(np780-np830)
fc: Brennweite des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes
r₂: Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche
nn780, nn830: Lichtbrechungsindizes bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm
np780, np830: Lichtbrechungsindizes bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm
νn780: Dispersion bzw. Streuung einer negativen Linse in der Nachbarschaft der Wellenlänge
von 780 nm, wobei νn780 = nn780/(nn780-nn830)
νp780: Dispersion einer positiven Linse in der Nachbarschaft der Wellenlänge von 780 nm, wobei νp780 = np780/(np780-np830)
Die Beziehung (1) setzt eine Lichtbrechungsleistung des
die chromatische Aberration korrigierenden Elementes
fest. Wenn f/fc kleiner ist als -0,02, dann ist es
schwierig, den ausreichenden Arbeitsabstand aufrechtzuerhalten.
Wenn f/fc größer ist als +0,02, erhält die
Linse einen großen Durchmesser und ein großes Gewicht.
Die Beziehung (2) setzt eine Bedingung zum Aufrechterhalten
der Kantendicke bzw. Randdicke und zum Begrenzen
der Mittendicke der positiven Linse des die chromatische
Aberration korrigierenden Elementes fest. Wenn
diese Bedingung nicht erfüllt wird, wenn ein Krümmungsradius
der gekitteten Oberfläche zu klein ist, wird eine
sphärische Aberration höherer Ordnung erzeugt, und wenn
die Gesamtlänge des Linsensystems zu groß wird, ist es
unmöglich, das Gewicht desselben einzuschränken bzw. zu
begrenzen.
Je höher übrigens die Lichtbrechungsindizes der
positiven und der negativen Linse des die chromatische
Aberration korrigierenden Elementes sind, desto größer
ist der Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche. Wenn
eine Differenz zwischen den Lichtbrechungsindizes der
positiven und der negativen Linse klein ist und der
Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche groß ist, ist
es wünschenswert, daß die Dispersion der positiven Linse
groß und die Dispersion der negativen Linse klein ist.
Bei Glasmaterial gilt im allgemeinen: Je höher der
Lichtbrechungsindex ist, desto höher ist eine Dispersion.
Wenn daher Glasmaterial der negativen Linse die
Beziehung (3) erfüllt, wird der die chromatische Aberration
korrigierende Effekt erhalten und der Lichtbrechungsindex
derselben ist höher als 1,70.
Wenn ein Glasmaterial der positiven Linse des die chromatische
Aberration korrigierenden Elementes die Beziehung
(4) erfüllt, ist das Element in der Lage, einen,
die chromatische Aberration ausreichend korrigierenden
Effekt zu erlangen. Wenn dieses Glasmaterial die Beziehung
(5) jedoch nicht erfüllt, wird eine größere Aberration
in der gekitteten Oberfläche aufgrund der Differenz
im Lichtbrechungsindex zwischen der positiven und der
negativen Linse erzeugt.
Die Beziehung (6) zeigt die Bedingung zum Begrenzen der
Differenz im Lichtbrechungsindex der positiven und der
negativen Linse des die chromatische Aberration
korrigierenden Elementes und zum Reduzieren der
Erzeugung weiterer Aberrationen mit Ausnahme der
chromatischen Aberration soweit wie möglich.
Selbst in dem Fall, daß die Bedingung der Gleichung (6)
erfüllt wird, ist es jedoch wünschenswert, daß der
Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche so groß wie
möglich ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß, wenn
der Krümmungsradius der zementierten Oberflächen gering
ist, die Dicke des gesamten die chromatische Aberration
korrigierenden Elementes groß wird, um die Ecken- bzw.
Randdicke der positiven Linse zu erhalten, während, wenn
eine Linse mit einem großen numerischen Öffnungswert
(NA) verwendet wird, eine sphärische Aberration höherer
Ordnung erzeugt wird. Daher muß das die chromatische
Aberration korrigierende Element aus einer Kombination
von Materialien gebildet werden, die in der Lage ist,
den Krümmungsradius der gekitteten Oberflächen so weit
wie möglich zu erhöhen, jedoch innerhalb einer Grenze,
innerhalb der sich der die chromatische Aberration
korrigierende Effekt zeigt.
Die Gleichung (7) zeigt die Bedingung zum Regulieren der
Dispersionsqualität eines die chromatische Aberration
korrigierenden Elementes, um den die chromatische
Aberration korrigierenden Effekt zu erfüllen bzw.
erzielen. Für den Fall, daß diese Bedingung nicht
erfüllt ist, selbst wenn eine konvergierende Linse die
geringste Dispersion CaFK95 (Handelsname: Sumida Kogaku)
unter den Rohmaterialien zur Verwendung als
asphärische Linse hat, die zur Zeit erhältlich sind,
wird das die chromatische Aberration korrigierende
Element zu dick, um die chromatische Aberration
ausreichend zu korrigieren, was somit zu einem Problem
bezüglich des Gewichtes oder Raumes führt.
Fig. 1 zeigt Beispiel 1 des Objektivlinsensystems und
die konkreten Zahlenwerte des Aufbaus sind in Tabelle 2
gezeigt.
Dieses Objektivlinsensystem hat ein die chromatische
Aberration korrigierendes Element 1 und eine
konvergierende Linse 2, die in dieser Reihenfolge von
einer Lichtquellenseite aus (in der Figur die linke
Seite) angeordnet sind.
Das die chromatische Aberration korrigierende Element 1
umfaßt eine positive Linse und eine negative Linse, die
miteinander verkittet sind.
Die konvergierende Linse 2 ist aus einer asphärischen
Linse gebildet, deren Krümmungsradius sich in Richtung
auf deren Umfangsabschnitt vergrößert.
Konkrete numerische Konstruktionswerte sind in Tabelle 2
gezeigt. In den Tabellen sind angegeben: Ein numerischer
Öffnungswert NA, eine Brennweite f des Objektivlinsensystems
bei einer Wellenlänge von 780 nm, ein halber Ausschnittswinkel
bzw. Bildwinkel ω, ein Arbeitsabstand wd
zwischen einer letzten Fläche des Objektivlinsensystems
und der ersten Fläche der optischen Platte OD, der
Krümmungsradius r einer Oberfläche, eine Linsendicke
oder ein räumlicher Abstand d, ein Lichtbrechungsindex
n₇₈₀ einer Linse bei einer Wellenlänge von 780 nm, eine
Dispersion ν₇₈₀ einer Linse in der Nachbarschaft der
Wellenlänge von 780 nm.
Die Oberflächen Nr. 4 und 5 bezeichnen die konvergierende
Linse. Was das Glasmaterial betrifft, ist die konvergierende
Linse aus Polymethylmethacrylat und das Oberflächen-
bzw. Abdeckungsglas OD der optischen Platte ist
BK7.
Die asphärischen vierten und fünften Oberflächen werden
wie folgt ausgedrückt:
wobei X ein Abstand ist von einer Tangentialebene des
Scheitels einer asphärischen Oberfläche auf der asphärischen
Oberfläche, wo die Höhe Y ist, zu der optischen
Achse, C der Krümmungsradius (1/r) des Scheitels der
asphärischen Oberfläche ist, K der Koeffizient eines
zirkularen Konus ist und A₄ bis A₁₈ Koeffizienten der
asphärischen Oberfläche sind. Diese asphärischen Koeffizienten
der konvergierenden Linse sind in Tabelle 3
gezeigt.
Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems
sind in Fig. 2 gezeigt und die Wellenaberrationen sind
in Fig. 3 gezeigt.
4te Oberfläche | |
5te Oberfläche | |
K = -0,6848E+00|K = -0,1514E+01 | |
A₄ = 0,1011E-02 | A₄ = 0,1259E-01 |
A₆ = -0,1518E-03 | A₆ = -0,2710E-02 |
A₈ = -0,2169E-04 | A₈ = 0,3962E-03 |
A₁₀ = -0,5843E-05 | A₁₀ = -0,3097E-04 |
A₁₂ = 0,0000E+00 | A₁₂ = 0,0000E+00 |
Für einen Fall, daß eine einzelne Einheit des in Fig. 1
gezeigten konvergierenden Objektivs als ein Objektivlinsensystem
verwendet wird, tritt eine Unschärfe durch
Verschieben einer Wellenlänge auf, da eine chromatische
Aberration nicht zu korrigieren ist. Eine Wellenaberration
wird gemäß der Unschärfe erzeugt.
Eine Verschlechterung der Wellenaberration, die auf der
Unschärfe des einzelnen Körpers der konvergierenden
Linse basiert, ergibt sich, wie in Fig. 4 gezeigt. Aus
Fig. 4 wird ersichtlich, daß, wenn die Wellenlänge um
5 nm verschoben wird, eine Wellenaberration von etwa
0,04 λ erzeugt wird. Um die Fähigkeit bzw. Wirksamkeit
als Objektivlinse aufrechtzuerhalten, beträgt die Grenze
der Wellenaberration etwa 0,05 λ. Da jedoch Unschärfen
aufgrund von anderen Faktoren als der chromatischen
Aberration existieren, besteht jedoch tatsächlich eine
Möglichkeit, daß die obige Grenze durch Verschieben der
Wellenlänge um etwa 5 nm überschritten wird.
Fig. 5 zeigt Beispiel 2 des Objektivlinsensystems und
konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in
Tabelle 4 gezeigt. Die asphärischen Koeffizienten der
konvergierenden Linse sind in Tabelle 5 gezeigt.
4te Oberfläche | |
5te Oberfläche | |
K = -0,6514E+00|K = -0,1868E+01 | |
A₄ = 0,3191E-02 | A₄ = 0,1388E-01 |
A₆ = 0,7439E-04 | A₆ = -0,3220E-02 |
A₈ = 0,9645E-04 | A₈ = 0,3918E-03 |
A₁₀ = -0,2868E-04 | A₁₀ = -0,2037E-04 |
A₁₂ = 0,0000E+00 | A₁₂ = 0,0000E+00 |
Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems
sind in Fig. 6 gezeigt und die Wellenaberrationen sind
in Fig. 7 gezeigt.
Fig. 8 zeigt Beispiel 3 des Objektivlinsensystems und
konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in
Tabelle 6 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der
konvergierenden Linse sind in Tabelle 7 angegeben.
Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems
sind in Fig. 9 gezeigt und die Wellenaberrationen sind
in Fig. 10 gezeigt.
4te Oberfläche | |
5te Oberfläche | |
K = -0,6700E+00|K = -0,1070E+01 | |
A₄ = 0,1489E-02 | A₄ = 0,1175E-01 |
A₆ = -0,3270E-04 | A₆ = -0,2023E-02 |
A₈ = 0,7407E-05 | A₈ = 0,2206E-03 |
A₁₀ = -0,7601E-05 | A₁₀ = -0,1196E-04 |
A₁₂ = 0,0000E+00 | A₁₂ = 0,0000E+00 |
Fig. 11 zeigt Beispiel 4 des Objektivlinsensystems und
konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in
Tabelle 8 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der
konvergierenden Linse sind in Tabelle 9 angegeben.
Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems
sind in Fig. 12 gezeigt und die Wellenaberrationen sind
in Fig. 13 gezeigt.
4te Oberfläche | |
5te Oberfläche | |
K = -0,6557E+00|K = -0,4790E+00 | |
A₄ = 0,2626E-02 | A₄ = 0,1031E-01 |
A₆ = -0,1800E-03 | A₆ = -0,2770E-02 |
A₈ = 0,8108E-04 | A₈ = 0,3247E-03 |
A₁₀ = -0,4767E-04 | A₁₀ = -0,2010E-04 |
A₁₂ = 0,0000E+00 | A₁₂ = 0,0000E+00 |
Fig. 14 zeigt Beispiel 5 des Objektivlinsensystems und
konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in
Tabelle 10 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der
konvergierenden Linse sind in Tabelle 11 gezeigt.
Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems
sind in Fig. 15 gezeigt und die Wellenaberrationen sind
in Fig. 16 gezeigt.
4te Oberfläche | |
5te Oberfläche | |
K = -0,7522E+00|K = 0,000E+00 | |
A₄ = 0,1876E-02 | A₄ = 0,5351E-02 |
A₆ = -0,1244E-04 | A₆ = -0,8424E-03 |
A₈ = 0,2321E-04 | A₈ = 0,5166E-04 |
A₁₀ = -0,7525E-05 | A₁₀ = -0,7905E-06 |
A₁₂ = 0,0000E+00 | A₁₂ = 0,0000E+00 |
Die Beispiele 6 bis 10 erfüllen zusätzlich zu den obigen
Bedingungen (1) bis (7) neue Bedingungen.
Zunächst sind die Beziehungen (1) und (6) auf engere
Bereiche begrenzt, wie angegeben:
| np780-nn780 | ×10⁵<1000 (6)
| f/fc | <0,01 (1)
Um eine neue Bedingung (1) zu erfüllen, wird die sphärische
Aberration reduziert, wenn eine Differenz im Lichtbrechungsindex
zwischen der positiven und der negativen
Linse des die chromatische Aberration korrigierenden
Elementes reduziert wird. Und wenn das Objektivlinsensystem
die neue Bedingung (6) erfüllt, wird eine Brechkraft
des die chromatische Aberration korrigierenden
Elementes reduziert. Daher kann eine Erzeugung der
Aberration begrenzt werden, selbst wenn ein Positionsfehler
zwischen der konvergierenden Linse und dem die
chromatische Aberration korrigierenden Element auftritt.
Weiterhin ist es wünschenswert, die folgenden Beziehungen
(8), (9) zu erfüllen:
| r₁/f | <7 (8)
| r₃/f | <7 (9)
Die symbolischen Zeichen, die in den Beziehungen
verwendet werden, haben die folgenden Bedeutungen:
r₁: Krümmungsradius der innenliegenden bzw. nach
innen zeigenden bzw. eigenen Oberfläche des
die chromatische Aberration korrigierenden
Elementes
r₃: Krümmungsradius der nach außen zeigenden Oberfläche des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes
f: Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems
r₃: Krümmungsradius der nach außen zeigenden Oberfläche des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes
f: Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems
Wenn die Bedingungen erfüllt werden, wird eine Winkelvergrößerung
des die chromatische Aberration korrigierenden
Elementes begrenzt. Selbst wenn das die chromatische
Aberration korrigierende Element keine große Brechkraft
hat, wenn es eine Winkelvergrößerung hat, wird die
Linse bezüglich ihres Durchmessers groß und der Arbeitsabstand
erhöht sich.
Fig. 17 zeigt Beispiel 6 des Objektivlinsensystems und
konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in
Tabelle 12 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der
konvergierenden Linse sind in Tabelle 13 gezeigt.
Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems
sind in Fig. 18 gezeigt und die Wellenaberrationen sind
in Fig. 19 gezeigt.
4te Oberfläche | |
5te Oberfläche | |
K = -0,4168E+00|K = -0,5220E+00 | |
A₄ = -0,9556E-03 | A₄ = 0,1663E-01 |
A₆ = -0,1979E-03 | A₆ = -0,3824E-02 |
A₈ = 0,3396E-05 | A₈ = 0,5343E-03 |
A₁₀ = -0,1894E-04 | A₁₀ = -0,3071E-04 |
A₁₂ = 0,0000E+00 | A₁₂ = 0,0000E+00 |
Fig. 20 zeigt Beispiel 7 des Objektivlinsensystems und
konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in
Tabelle 14 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der
konvergierenden Linse sind in Tabelle 15 angegeben.
Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems
sind in Fig. 21 und die Wellenaberrationen in Fig. 22
gezeigt. Um auch die Beeinflussung zu bestimmen, die
durch das die chromatische Aberration korrigierende
Element gegeben ist, sind verschiedene Aberrationen und
die Wellenaberrationen von einer einzelnen Einheit der
konvergierenden Linse bzw. des konvergierenden Objektivs
in den Fig. 23 und 24 gezeigt.
4te Oberfläche | |
5te Oberfläche | |
K = -0,5223E+00|K = -0,3168E+01 | |
A₄ = -0,1400-03 | A₄ = 0,1740E-01 |
A₆ = -0,4966E-04 | A₆ = -0,4011E-02 |
A₈ = 0,1654E-04 | A₈ = 0,5593E-03 |
A₁₀ = -0,1292E-04 | A₁₀ = -0,3494E-04 |
A₁₂ = 0,0000E+00 | A₁₂ = 0,0000E+00 |
Fig. 25 zeigt Beispiel 8 des Objektivlinsensystems und
konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in
Tabelle 16 angegeben. Die konvergierende Linse ist die
gleiche wie im Beispiel 7.
Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems
sind in Fig. 26 und die Wellenaberrationen sind in Fig. 27
gezeigt.
Fig. 28 zeigt Beispiel 9 des Objektivlinsensystems und
konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in
Tabelle 17 angegeben. Die asphärischen Koeffizienten der
konvergierenden Linse sind in Tabelle 18 gezeigt.
4te Oberfläche | |
5te Oberfläche | |
K = -0,5086E+00|K = -0,9722E+00 | |
A₄ = 0,5580E-04 | A₄ = 0,1344E-01 |
A₆ = -0,1938E-04 | A₆ = -0,2130E-02 |
A₈ = 0,3046E-04 | A₈ = 0,1502E-03 |
A₁₀ = -0,1039E-04 | A₁₀ = 0,2659E-05 |
A₁₂ = 0,0000E+00 | A₁₂ = 0,0000E+00 |
Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems
sind in Fig. 29 und die Wellenaberration in Fig. 30
gezeigt. Um auch die Beeinflussung zu bestimmen, die
durch das die chromatische Aberration korrigierende
Element gegeben ist, sind verschiedene Aberrationen und
die Wellenaberrationen von einer einzelnen Einheit des
konvergierenden Objektivs in den Fig. 31 und 32 gezeigt.
Fig. 33 zeigt Beispiel 10 des Objektivlinsensystems und
konkrete numerische Zahlenwerte des Aufbaus sind in
Tabelle 19 angegeben. Die Koeffizienten der asphärischen
Oberfläche des konvergierenden Objektivs sind in Tabelle
20 angegeben. Verschiedene Aberrationen dieses Objektivlinsensystems
sind in Fig. 34 und die Wellenaberrationen
in Fig. 35 gezeigt. Um auch die Beeinflussung zu bestimmen,
die durch das die chromatische Aberration korrigierende
Element gegeben ist, sind verschiedene Aberrationen
und die Wellenaberrationen von einer einzelnen
Einheit des konvergierenden Objektivs in den Fig. 36 und
37 gezeigt.
4te Oberfläche | |
5te Oberfläche | |
K = -0,5627E+00|K = -0,4708E+01 | |
A₄ = -0,1402E-03 | A₄ = 0,2011E-01 |
A₆ = -0,6290E-04 | A₆ = -0,5946E-02 |
A₈ = 0,4537E-04 | A₈ = 0,9448E-03 |
A₁₀ = -0,2548E-04 | A₁₀ = -0,6470E-04 |
A₁₂ = 0,0000E+00 | A₁₂ = 0,0000E+00 |
Eine Beziehung zwischen den obenerwähnten Beispielen
und den bedingenden Gleichungen sind in den Tabellen 21
und 22 gezeigt.
Fig. 38 zeigt ein Beispiel einer Anordnung des obenerwähnten
Objektivlinsensystems in einem Objektivtubus.
In dem Objektivtubus 3 ist ein innerer Flansch 3a
ausgebildet. Das die chromatische Aberration
korrigierende Element 1 ist in den inneren Flansch 3a
von einer linken Seite in der Figur aus gesehen
eingebettet und durch eine Ringmutter 4 festgelegt.
Die konvergierende Linse 2 ist andererseits in den
Objektivtubus 3 von der rechten Seite in der Figur aus
eingesetzt und ist positioniert durch Einlegen bzw.
Anstoßen in den inneren Flansch 3a.
Fig. 39 zeigt ein weiteres Beispiel einer Anordnung des
Objektivlinsensystems. In diesem Beispiel ist das die
chromatische Aberration korrigierende Element 1 in den
inneren Flansch 5a von der linken Seite in der Figur aus
eingesetzt bzw. eingebettet und durch die Ringmutter 4
festgelegt, wie in dem oben erläuterten Beispiel.
Die konvergierende Linse 2 hat eine Rippe 2a, die
entlang der Richtung der optischen Achse hervorsteht,
und einen Eck- bzw. Randabschnitt 2b, der sich in die
äußere Richtung hervorstehend erstreckt. In diesem Fall
besteht die konvergierende Linse 2 aus Kunststoff und
diese Linse ist einstückig mit der Rippe 2a und dem
Randabschnitt 2b ausgebildet. Darüber hinaus ist es
möglich, daß die konvergierende Linse 2 einstückig mit
dem Objektivtubus 5 ausgebildet wird.
Claims (8)
1. Linsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung
für optische Information, mit einer
konvergierenden Linse zum Konvergieren eines
Lichtstromes, der von einer Lichtquelle auf ein
Medium abgestrahlt wird, wobei die Linse zwei
konvexe asphärische Oberflächen unterschiedlicher Brechkraft hat, deren
Krümmungsradien von der Mitte der Linse in
Richtung des Linsenrandes zunehmen, und einem
die chromatische Aberration der konvergierenden
Linse korrigierenden Element mit nahezu keiner
Brechkraft, das auf der Lichtquelle der
Linse angeordnet ist, wobei das Element aus einer
positiven und einer negativen Linse besteht, die
miteinander verkittet sind,
das Linsensystem (1) besteht,
Linsensystem die Beziehung
|f/fc| < 0,20erfüllt, worin f die Brennweite des gesamten Linsensystems
und fc die Brennweite des Elementes
(1) ist, und wobei
die asphärische Oberfläche mit größerer
Brechkraft der Lichtquelle zugewandt ist.
2. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-
Vorrichtung für optische Information nach Anspruch
1, wobei das Linsensystem die folgende Beziehung
erfüllt:
|f/fc| < 0,01,wobei f die Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems
und fc die Brennweite des die chromatische Aberration
korrigierenden Elementes ist.
3. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-
Vorrichtung für optische Information nach Anspruch
1, wobei das Linsensystem die folgende Beziehung
erfüllt:
|r₂/f| < 0,70,wobei f die Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems
und r₂ der Krümmungsradius der gekitteten Oberfläche
ist.
4. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-
Vorrichtung für optische Information nach Anspruch
1, wobei das die chromatische Aberration korrigierende
Element die folgende Beziehung erfüllt:
νn780 < 700
νp780 < 800
np780 < 1,55,wobei:
nn780, nn830: Lichtbrechungsindex einer negativen Linse bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm,
np780, np830: Lichtbrechungsindex einer positiven Linse bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm,
νn780: Dispersion einer negativen Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νn780 = nn780/(nn780-nn830)
νp780: Dispersion einer positiven Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νp780 = np780/(np780-np830).
νp780 < 800
np780 < 1,55,wobei:
nn780, nn830: Lichtbrechungsindex einer negativen Linse bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm,
np780, np830: Lichtbrechungsindex einer positiven Linse bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm,
νn780: Dispersion einer negativen Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νn780 = nn780/(nn780-nn830)
νp780: Dispersion einer positiven Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νp780 = np780/(np780-np830).
5. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-
Vorrichtung für optische Information nach Anspruch
1, wobei das die chromatische Aberration korrigierende
Element des Linsensystems die folgende Beziehung
erfüllt:
|np780-nn780| × 10⁵ < 20 000,wobei np780 der Lichtbrechungsindex der positiven Linse
ist und nn780 der Lichtbrechungsindex der negativen
Linse ist.
6. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-
Vorrichtung für optische Information nach Anspruch
1, wobei das die chromatische Aberration korrigierende
Element des Linsensystems die folgende Beziehung
erfüllt:
|np780-nn780| × 10⁵ < 1000wobei np780 der Lichtbrechungsindex der positiven Linse
ist und nn780 der Lichtbrechungsindex der negativen
Linse ist.
7. Objektivlinsensystem einer Aufzeichungs/Wiedergabe-
Vorrichtung für optische Information nach Anspruch
1, wobei das Linsensystem mit einem die chromatische
Aberration korrigierenden Element die folgende
Beziehung erfüllt:
(np780-1)(1-νn780/νp780) < 0,2,wobei:
nn780, nn830: Lichtbrechungsindex einer negativen Linse bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm,
np780, np830: Lichtbrechungsindex einer positiven Linse bei Wellenlängen von 780 nm und 830 nm,
νn780: Dispersion einer negativen Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νn780 = nn780/(nn780-nn830), und
νp780: Dispersion einer positiven Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νp780 = np780/(np780-np830).
nn780, nn830: Lichtbrechungsindex einer negativen Linse bei Wellenlängen von 780 nm, 830 nm,
np780, np830: Lichtbrechungsindex einer positiven Linse bei Wellenlängen von 780 nm und 830 nm,
νn780: Dispersion einer negativen Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νn780 = nn780/(nn780-nn830), und
νp780: Dispersion einer positiven Linse in der Nachbarschaft einer Wellenlänge von 780 nm, wobei νp780 = np780/(np780-np830).
8. Objektivlinsensystem einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-
Vorrichtung für optische Information nach Anspruch
1, wobei das die chromatische Aberration korrigierende
Element die folgenden Beziehungen erfüllt:
|r₁/f| < 7|r₃/f| < 7wobei
r₁: Krümmungsradius der innenliegenden Oberfläche des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes,
r₃: Krümmungsradius der nach außen zeigenden Oberfläche des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes, und
f: Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems.
r₁: Krümmungsradius der innenliegenden Oberfläche des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes,
r₃: Krümmungsradius der nach außen zeigenden Oberfläche des die chromatische Aberration korrigierenden Elementes, und
f: Brennweite des gesamten Objektivlinsensystems.
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