ES2267124T3 - Objetivo y aparato captador optico. - Google Patents
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Abstract
UN OBJETIVO QUE TIENE UNA ESTRUCTURA DE DOBLETE Y UNA ABERTURA NUMERICA DE 0,7 O MAYOR Y UN APARATO DE CAPTACION OPTICA DOTADO DE ESE OBJETIVO ESTAN ADAPTADOS A UN MEDIO DE GRABACION OPTICA QUE TIENE UNA DENSIDAD DE GRABACION DE ALTA INFORMACION, HALLANDOSE ESTRUCTURADO EL OBJETIVO DE MANERA QUE AL MENOS TENGA UN LADO CON UNA SUPERFICIE AESFERICA Y FABRICANDOSE LOS ELEMENTOS DEL OBJETIVO (3, 4) DE VIDRIO DE BAJA DIFUSION QUE TIENE UN NUMERO DE ABBE DE 40 O MAYOR.
Description
Objetivo y aparato captador óptico.
La presente invención se refiere a un objetivo y
un aparato captador óptico que tiene el objetivo dispuesto para leer
y escribir una señal de información de y en un soporte de grabación
óptica tal como un disco óptico, un disco magnetoóptico o una
tarjeta óptica.
Hasta ahora, soportes de grabación óptica, tales
como discos ópticos, discos magnetoópticos y tarjetas ópticas, han
sido usados extensamente para almacenar datos de información de
imagen dinámica, información de voz y datos para ordenadores porque
los soportes de grabación óptica pueden ser fabricados fácilmente y
el coste puede ser reducido. En años recientes hay una necesidad
creciente de aumentar la densidad de señales de información que
pueden ser grabadas, y de aumentar la capacidad, debido al progreso
rápido de la sociedad de la información.
Para aumentar la densidad de señales de
información que pueden ser grabadas en un soporte de grabación
óptica del tipo anterior, puede ser reducida la longitud de onda del
haz láser para leer la señal de información y puede ser aumentada la
abertura numérica (AN) del objetivo para hacer convergir el haz
láser en el soporte de grabación óptica (o sea, puede ser usado un
objetivo que tiene una gran abertura numérica AN). La razón de esto
se encuentra en que el tamaño mínimo de una traza de haz, que es
formada haciendo convergir el haz láser, no puede ser reducido a
\lambda/AN (\lambda: la longitud de onda del haz luminoso) o
menor.
Para acortar la longitud de onda del haz láser,
han sido desarrollados un diodo láser azul, un láser SHG (second
harmonic generation) azul y un láser SHG (second harmonic
generation) verde. Por otra parte, el aumento de la abertura
numérica (AN) del objetivo ha sido intentado haciendo que la AN del
objetivo de un denominado "videodisco digital" (DVD: digital
video disk) (un disco óptico digital adaptado a una videoseñal), que
tiene una densidad de grabación mayor que la de un denominado
"disco compacto" (CD: compact disk) (disco óptico digital
adaptado a una audioseñal o a datos de ordenador), tenga el valor
0,6 en comparación con la AN del CD (disco compacto) que es 0,45. El
objetivo del disco óptico es formado en una lente única esférica
(una lente esférica monocito) fabricada en un material de resina
sintética o una material de vidrio.
Para eliminar la influencia de la aberración de
coma producida debido a una inclinación del DVD (videodisco
digital), el sustrato del DVD tiene un espesor de 0,6 mm que es la
mitad que el del sustrato del CD (disco compacto) y que el del disco
magnetoóptico.
Para aumentar más la densidad de las señales de
información que pueden ser grabadas, en comparación con la densidad
conseguida por el DVD, es necesario un objetivo que tenga una
abertura numérica (AN) mayor que 0,6.
Sin embargo, para fabricar un objetivo que tenga
una AN no menor que 0,7, deben satisfacerse diversas exigencias.
Un objetivo que tiene una gran AN padece
aberración cromática que es atribuible al cambio en la longitud de
onda de un láser de semiconductor (salto en modo vertical que tiene
lugar cuando cambia la temperatura ambiental). Como el objetivo
monocito convencional tiene una AN que no es mayor que 0,6 con la
que no es generada aberración cromática en tal grado, la lente del
tipo anterior puede ser fabricada de vidrio óptico cuyo número de
Abbe es 50 o menor y que, por tanto, tiene difusión relativamente
alta y gran refringencia. Como el coste del vidrio óptico, que tiene
difusión y frecuencia altas, puede ser reducido, el vidrio óptico
anterior puede ser producido en serie satisfactoriamente. Por tanto,
el material anterior ha sido usado extensamente.
Sin embargo, los objetivos de gran AN de un tipo
que tiene una AN de 0,7 o mayor padecen gran aberración cromática si
están fabricados de vidrio óptico de alta difusión. En este caso,
desenfoque excesivo tiene lugar en la superficie de un disco óptico
en el que es grabada una señal. Por tanto, la aberración cromática
debe ser evitada usando vidrio óptico de baja difusión.
Como la parte principal de vidrio óptico de baja
difusión tiene una refringencia pequeña, la curvatura de la
superficie es aumentada excesivamente si es fabricado un objetivo
que tiene una distancia focal pequeña y una gran AN. En este caso,
un molde para fabricar la lente no puede ser maquinado fácilmente.
El nivel actual de la técnica para maquinar la superficie asférica
no puede fabricar precisamente un molde usando una broca de diamante
si el ángulo \theta formado entre la superficie de contacto de la
superficie asférica y un plano perpendicular al eje óptico es mayor
que 50 grados (según un informe, se han obtenido lentes
satisfactorias cuando el ángulo \theta es 55 grados
aproximadamente o menor).
Sin embargo, un objetivo que tiene una distancia
focal pequeña y una gran AN es diseñada usualmente para tener el
ángulo \theta antes mencionado que supera 55 grados. En este caso,
el descentrado admisible para la distancia entre dos lados de la
lente, cuando se fabrica el molde o la lente, es reducido en un
grado excesivo. Así, el rendimiento de fabricación se deteriora
excesivamente.
Por tanto, podría ser considerado factible
emplear una estructura de lente doble para distribuir la curvatura
en las cuatro superficies. Sin embargo, incluso una lente doble que
intente mantener una distancia de funcionamiento satisfactoriamente
larga implica curvatura excesivamente pronunciada de la superficie.
Además, el descentrado admisible entre las superficies de la lente y
el ángulo de campo admisible han de ser reducidos cuando la lente es
fabricada. Así, el rendimiento de fabricación se deteriora
excesivamente. Reducir la abertura de un objetivo, o sea, reducir el
diámetro de un objetivo, es una cuestión importante porque la
reducción permite que el tamaño del aparato captador óptico total
sea reducido y así puede ser conseguida una ventaja económica.
Mantener una distancia de funcionamiento suficientemente larga es un
factor importante para impedir el contacto entre el objetivo y el
disco óptico que es girado a gran velocidad.
Por tanto, el objetivo doble debe comprende una
lente que tiene una curvatura suave de la superficie sin deterioro
en el rendimiento de fabricación.
Aunque puede hacerse que la curvatura del
objetivo sea suave y así el rendimiento de fabricación del objetivo
puede ser mejorado si la abertura del objetivo es aumentada, es
incrementado el peso de la porción que incluye el objetivo. En este
caso, el tamaño del aparato captador óptico no puede ser reducido.
Además, debe ser mejorado el comportamiento funcional del actuador
(un mecanismo para accionar el objetivo) para mover el objetivo para
que siga al disco óptico. En este caso, el tamaño y el coste del
aparato captador óptico no pueden ser reducidos.
Si el objetivo que tiene una gran AN es empleado
aparece otro problema porque la oblicuidad de signo de RF y la señal
no pueden ser reproducidas fácilmente desde el disco óptico porque
la aberración de coma, que es generada debido a la oblicuidad del
disco óptico, es aumentada proporcionalmente al cubo de la AN.
En vista de lo anterior, un objeto de la
presente invención es proporcionar un método para leer/escribir una
señal de información de/en un soporte de grabación óptica que usa un
objetivo que tenga una abertura numérica (AN) suficientemente
grande, que sea capaz de corregir suficientemente la aberración
cromática y que pueda ser fabricado fácilmente.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un método que use un aparato captador óptico que tenga
el objetivo según la presente invención para escribir y leer
satisfactoriamente una señal de información en y de un soporte de
grabación óptica.
Para conseguir los objetos antes mencionados, la
presente invención está estructurada tal que la aberración cromática
de una lente doble que tenga una gran AN (abertura numérica) es
reducida o evitada usando vidrio óptico de baja difusión que tiene
un número de Abbe de 40 o mayor para fabricar los dos elementos de
lente. Para reducir el diámetro de la abertura o para obtener una
distancia de funcionamiento satisfactoriamente grande, unos primeros
medios están dispuestos de tal modo que el primer componente de
lente, que tiene una curvatura más pronunciada, está fabricado de
vidrio óptico que tiene una refringencia que es mayor que la
refringencia del vidrio óptico para fabricar el segundo componente
de lente que tiene una curvatura más suave. Así, puede hacerse que
la curvatura sea suave y puede ser evitado el deterioro del
rendimiento de fabricación. Como el vidrio óptico para fabricar la
lente que tiene la curvatura más pronunciada encuentra gran difusión
de longitud de onda en este caso, es obtenida una ligera desventaja
con vistas a corregir la aberración cromática. Unos segundos medios
están dispuestos tal que la abertura es limitada para ser 4,5 mm o
menor para reducir la abertura y el tamaño del aparato captador
óptico. Aunque emplee la abertura de 4,5 mm o menor, los márgenes
preferidos para la AN (abertura numérica), el diámetro de la
abertura y la distancia de funcionamiento son limitados para impedir
la curvatura pronunciada. Así, puede ser evitado el deterioro en el
rendimiento de fabricación. Las lentes antes mencionadas tienen una
curvatura de la superficie, una inclinación y un descentrado
admisible que satisfacen el margen con el que la lente puede ser
fabricada. Una lente obtenida así es capaz de tener una distribución
optimizada del poder refractante (de refracción) de los dos
elementos de lente de la lente doble. La distribución del poder
refractante puede ser optimizada porque la tolerancia de fabricación
de la lente puede ser incrementada significativamente si la relación
F_{l}/F de la distancia focal F_{l} de la lente adyacente al
objeto (adyacente a la fuente luminosa) a la distancia focal F del
sistema total satisface la relación
siguiente:
siguiente:
1,7 \ < \
(F_{l}/F) \ < \
2,5
El aparato captador óptico (un sistema de lente
de gran AN), que tiene el objetivo de gran AN, está dispuesto para
corresponder a una inclinación (oblicuidad de disco) de un soporte
de grabación óptica reduciendo el espesor de un sustrato
transparente (el sustrato de disco) para impedir la generación de
aberración de coma.
La presente invención proporciona un método para
leer o escribir una señal de información de/en un soporte de
grabación óptica, comprendiendo el método los pasos de:
proporcionar un captador óptico que comprende
una fuente luminosa y un objetivo (4,3), teniendo el objetivo una
abertura numérica AN de 0,7 o mayor y comprendiendo: un primer
componente de lente que tiene una primera superficie asférica que
tiene un radio finito de curvatura, y un segundo componente de lente
que tiene una segunda superficie asférica que tiene un radio finito
de curvatura; con los componentes primero y segundo de lente estando
fabricados de vidrio óptico que tiene un número de Abbe de 40 o
mayor en una línea d;
usar dicho captador óptico para leer o escribir
dicha señal de información de/en un soporte de grabación óptica que
tiene un sustrato transparente de espesor T, estando dicho sustrato
transparente dispuesto sobre, y soportando, una superficie de
grabación de señal; y
disponer el captador óptico tal que, en uso, su
objetivo hace convergir un haz láser, emitido desde dicha fuente
luminosa, sobre la superficie de grabación de señal del soporte de
grabación óptica a través del sustrato transparente, cuando el
captador óptico es situado a una distancia (DF) de funcionamiento
del soporte de grabación óptica, y el diámetro (DH) del haz láser
incidente en el objetivo es fijado tal que se satisfacen las
relaciones siguientes:
- 1,0 mm \leq DH <4,5 mm; 0,05 mm \leq DF; y
- si 0,7 \leq AN < 0,8, entonces DF \leq 0,25676 DH + 0,039189 mm,
- si 0,8 \leq AN < 0,9, entonces DF \leq 0,14054 DH - 0,064865 mm, y
- si 0,9 \leq AN, entonces DF \leq 0,096429 DH - 0,244640 mm.
Un aparato captador óptico usado en la presente
invención está estructurado preferiblemente tal que el número de
Abbe del vidrio óptico que forma los dos elementos de lente en la
línea d es 60 o mayor y se hace que la abertura numérica sea 0,8 o
mayor.
Un objetivo usado en la presente invención está
estructurado preferiblemente tal que cuando se hace la hipótesis de
que es n_{1} la refringencia (índice de refracción) del vidrio
óptico para formar uno de los elementos de lente para el que un
ángulo formado entre un plano tangencial de un plano en la periferia
del elemento de lente y un plano perpendicular a un eje óptico es
mayor que el ángulo del otro elemento de lente, y la refringencia
del vidrio óptico que forma el otro elemento de lente es n_{2}, se
satisface la relación siguiente:
n_{1} \ > \
n_{2}
Un objetivo usado en la presente invención está
estructurado preferiblemente tal que la relación F_{l}/F de la
distancia focal F_{l} de la lente dispuesta en el lado en el que
incide un haz láser y la distancia focal F del sistema total de la
lente satisface la relación siguiente:
1,7 \ < \
(F_{l}/F) \ < \
2,5.
Un objetivo usado en la presente invención está
estructurado preferiblemente tal que la aberración del objetivo es
corregida para corresponder al espesor T de un sustrato transparente
de un soporte de grabación óptica dispuesto en una superficie de
grabación de señal y que soporta la superficie de grabación de
señal, y el objetivo satisface las relaciones siguientes:
- si 0,7 \leq AN (abertura numérica) < 0,8, entonces T \leq 0,32 mm,
- si 0,8 \leq AN < 0,9, entonces, T \leq 0,20 mm, y
- si 0,9 \leq AN, entonces T \leq 0,11 mm,
Otros objetos, características y ventajas de la
invención serán evidentes a partir de la descripción detallada
siguiente de las realizaciones preferidas descritas en conjunción
con los dibujos adjuntos.
la Figura 1 es una vista en corte transversal
vertical que muestra un ejemplo general de un objetivo usado en la
presente invención, fabricado de vidrio óptico que tiene un número
de Abbe de 50 o menor;
la Figura 2 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 1;
la Figura 3 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 1;
la Figura 4 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 1;
\newpage
la Figura 5 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 1;
la Figura 6 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
1;
la Figura 7 es un gráfico que muestra la Función
de Transferencia de Modulación (FTM) del objetivo mostrado en la
Figura 1;
la Figura 8 es un gráfico que muestra la Función
de Intensidad Puntual o Función de Intensidad de Imagen Puntual del
objetivo mostrado en la Figura 1;
la Figura 9 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de un ejemplo del objetivo usado
en la presente invención, en el que uno de los elementos de lente
tiene una curvatura particularmente pronunciada;
la Figura 10 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 9;
la Figura 11 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 9;
la Figura 12 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 9;
la Figura 13 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 9;
la Figura 14 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
9;
la Figura 15 es una vista en corte transversal
vertical que muestra el límite superior del objetivo según la
presente invención;
la Figura 16 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 15;
la Figura 17 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 15;
la Figura 18 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 15;
la Figura 19 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 15;
la Figura 20 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
15;
la Figura 21 es un gráfico que muestra el salto
de modo en un diodo láser de modo único;
la Figura 22 es un gráfico que muestra los
márgenes preferidos del diámetro del haz, de la distancia de
funcionamiento y de la AN (en un caso donde AN = 0,7);
la Figura 23 es un gráfico que muestra los
márgenes preferidos del diámetro del haz, de la distancia de
funcionamiento y de la AN (en un caso donde AN = 0,8);
la Figura 24 es un gráfico que muestra los
márgenes preferidos del diámetro del haz, de la distancia de
funcionamiento y de la AN (en un caso donde AN = 0,9);
la Figura 25 es un gráfico que muestra la
distribución de tamaño del polvo en un disco óptico;
la Figura 26 es un histograma de la relación
F_{l}/F de la distancia focal en un ejemplo de diseño en el que la
tolerancia de diseño es considerablemente grande;
la Figura 27 es un gráfico que muestra la
superficie de onda de una traza de haz cuando la oblicuidad de disco
de un DVD es 0,4 grados;
la Figura 28 es un gráfico que muestra el
espesor de un sustrato de disco de un disco óptico que genera la
aberración de frente de onda que es igual que la generada en la
Figura 27;
la Figura 29 es una vista lateral que muestra
los componentes básicos de una aparato captador óptico según la
presente invención;
la Figura 30 es una vista lateral que muestra
los componentes básicos de la estructura de una primera realización
del objetivo según la presente invención;
la Figura 31 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 30;
la Figura 32 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 30;
la Figura 33 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 30;
la Figura 34 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 30;
la Figura 35 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
30;
la Figura 36 es un gráfico que muestra la
Función de Transferencia de Modulación (FTM) del objetivo mostrado
en la Figura 30;
la Figura 37 es un gráfico que muestra la
Función de Intensidad Puntual o Función de Intensidad de Imagen
Puntual del objetivo mostrado en la Figura 30;
la Figura 38 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de una segunda realización del
objetivo según la presente invención;
la Figura 39 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 38;
la Figura 40 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 38;
la Figura 41 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 38;
la Figura 42 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 38;
la Figura 43 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
38;
la Figura 44 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de una tercera realización del
objetivo según la presente invención;
la Figura 45 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 44;
la Figura 46 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 44;
la Figura 47 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 44;
la Figura 48 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 44;
la Figura 49 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
44;
la Figura 50 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de una cuarta realización del
objetivo según la presente invención;
la Figura 51 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 50;
la Figura 52 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 50;
la Figura 53 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 50;
la Figura 54 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 50;
la Figura 55 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
50;
la Figura 56 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de una quinta realización del
objetivo según la presente invención;
la Figura 57 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 56;
la Figura 58 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 56;
la Figura 59 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 56;
la Figura 60 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 56;
la Figura 61 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
56;
la Figura 62 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de una sexta realización del
objetivo según la presente invención;
la Figura 63 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 62;
la Figura 64 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 62;
la Figura 65 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 62;
la Figura 66 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 62;
la Figura 67 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
62;
la Figura 68 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de una séptima realización del
objetivo según la presente invención;
la Figura 69 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 68;
la Figura 70 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 68;
la Figura 71 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 68;
la Figura 72 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 68;
la Figura 73 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
68;
la Figura 74 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de una octava realización del
objetivo según la presente invención;
la Figura 75 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 74;
la Figura 76 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 74;
la Figura 77 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 74;
la Figura 78 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 74;
la Figura 79 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
74;
la Figura 80 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de una novena realización del
objetivo según la presente invención;
la Figura 81 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 80;
la Figura 82 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 80;
la Figura 83 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 80;
la Figura 84 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 80;
la Figura 85 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
80;
la Figura 86 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de una décima realización del
objetivo según la presente invención;
la Figura 87 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 86;
la Figura 88 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 86;
la Figura 89 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 86;
\newpage
la Figura 90 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 86;
la Figura 91 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
86;
la Figura 92 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de un ejemplo comparativo de un
objetivo;
la Figura 93 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 92;
la Figura 94 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 92;
la Figura 95 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 92;
la Figura 96 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 92;
la Figura 97 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
92;
la Figura 98 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de un ejemplo comparativo
adicional de un objetivo;
la Figura 99 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 98;
la Figura 100 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 98;
la Figura 101 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 98;
la Figura 102 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 98;
la Figura 103 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
98;
la Figura 104 es una vista en corte transversal
vertical que muestra la estructura de una undécima realización del
objetivo según la presente invención;
la Figura 105 es un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo mostrado en la Figura 104;
la Figura 106 es un gráfico que muestra el
astigmatismo del objetivo mostrado en la Figura 104;
la Figura 107 es un gráfico que muestra la
aberración esférica del objetivo mostrado en la Figura 104;
la Figura 108 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) del objetivo
mostrado en la Figura 104; y
la Figura 109 es un gráfico que muestra la
aberración lateral (en el eje) del objetivo mostrado en la Figura
104.
Realizaciones de la presente invención serán
descritas ahora con referencia a los dibujos en la orden secuencial
siguiente.
1. Estructura esquemática del objetivo.
2. Lente de un tipo que usa vidrio óptico de
difusión baja que tiene el número vd de Abbe no menor que 40 (vd
\geq 40) en la línea d como el vidrio óptico de dos elementos de
lente.
3. Lente que satisface n_{1} > n_{2}
sobre la hipótesis de que la refringencia del componente de lente
que tiene una curvatura más pronunciada es n_{1} y la refringencia
del componente de lente que tiene una curvatura más suave es
n_{2}.
4. Lente que tiene el diámetro DH de haz y la
distancia DF de funcionamiento limitados como sigue:
- si 1,0 \leq DH < 4,5, 0,05 \leq DF y 0,7 \leq AN (abertura numérica) < 0,8, entonces DF \leq 0,25676 DH + 0,039189,
- si 0,8 \leq AN < 0,9, entonces DF \leq 0,14054 DH - 0,064865, y
- si 0,9 \leq AN, entonces DF \leq 0,096429 DH - 0,244640
- 4-1.
- Límite superior del diámetro del haz
- 4-2.
- Límite inferior de la distancia de funcionamiento
- 4-3.
- Límite superior de la distancia de funcionamiento
5. Lente en la que la relación (F_{l}/F) de la
distancia focal F_{l} de la lente adyacente a un objeto (adyacente
a la fuente luminosa) y la distancia focal F del sistema total
satisface 1,7(F_{l}/F) < 2,5.
6. Lente corregida para corresponder al espesor
T de un sustrato transparente de un soporte de grabación óptica como
sigue:
- si 0,7 \leq AN (la abertura numérica) < 0,8, entonces T \leq 0,32 mm,
- si 0,8 \leq AN < 0,9, entonces T \leq 0,20 mm, y
- si 0,9 \leq AN, entonces T \leq 0,11 mm.
7. Estructura del aparato captador óptico
8. Modificación.
El objetivo según la presente invención es una
lente doble (dos elementos en dos grupos) que tiene al menos cada
lado formado en una superficie asférica, como se muestra en la
Figura 1 y la Tabla 1, con el objetivo según la presente invención
siendo un objetivo de gran AN (abertura numérica) que tiene una AN
de 0,7 o mayor. O sea, el objetivo según la presente invención
comprende una primera lente 3 dispuesta adyacente a un objeto (por
ejemplo, adyacente a la fuente luminosa cuando se usa en un aparato
grabador/lector de discos ópticos) y una segunda lente 4 dispuesta
adyacente a una imagen (por ejemplo, un soporte de grabación
óptica). La placa plana paralela 5 mostrada en la Figura 1
corresponde a una porción transparente de un soporte de grabación
óptica que puede ser usado con el objetivo según la presente
invención; la placa 5 está situada en una posición adyacente a la
imagen.
El objetivo según la presente invención es una
denominada lente infinita que tiene un punto objeto (OBJ) (fuente
luminosa) situado en una posición infinitamente distante. Cuando el
objetivo de la presente invención es usado para leer un soporte de
grabación óptica, un haz luminoso emitido desde el punto objeto (por
ejemplo un haz láser) es formado en un haz paralelo, y después se
permite que pase a través de un diafragma 2 de modo que el haz láser
se hace incidir en la primera superficie S1 (una superficie de
incidencia de la primera lente 3). Después, el haz láser es emitido
desde la segunda superficie s2 (una superficie de emisión de la
primera lente 3) y después se hace incidir en la tercera superficie
S3 (una superficie de incidencia de la segunda lente 4). Después,
el haz láser es emitido desde la cuarta superficie S4 (una
superficie de emisión de la segunda lente 4) y después es hecho
incidir en la quinta superficie S5 (una superficie de incidencia de
la placa plana paralela 5). Después, el haz láser es formado en una
imagen en un punto 6 de formación de imagen o IMG en una sexta
superficie S6 (una superficie de emisión de la placa plana
paralela 5).
paralela 5).
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\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo según la presente invención es mostrado en la Figura 2, el
que muestra el astigmatismo del mismo es mostrado en la Figura 3 y
el que muestra la aberración esférica del mismo es mostrado en la
Figura 4. Un gráfico que muestra la aberración lateral (ángulo de
vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 15 y el que muestra la
aberración lateral (en el eje) es mostrado en la Figura 6.
Como el objetivo según la presente invención
responde al cambio en la longitud de onda del láser de
semiconductor, que es la fuente luminosa, como el objetivo según la
presente invención tiene una gran AN, debe ser considerada la
corrección de la aberración cromática. La aberración cromática es la
aberración que es generada porque la refringencia del vidrio óptico
se hace diferente de acuerdo con la longitud de onda de la luz. La
posición y el tamaño de la imagen se hacen diferentes de acuerdo con
la longitud de onda.
Como el objetivo convencional que tiene una AN
pequeña para uso en un disco óptico, tal como el CD (disco compacto)
convencional, o una impresora láser no genera una gran cantidad de
aberración cromática, el vidrio óptico (que tiene un número de Abbe
menor que 40) es usado extensamente. La razón de esto es que el
vidrio óptico antes mencionado puede ser fabricado fácilmente y así
es permitida la producción en serie.
Sin embargo, el sistema de lente tiene mayor
poder refractante (de refracción) en proporción a la AN y, de este
modo, la aberración cromática tiene lugar considerablemente
atribuible al cambio en la refringencia producido cuando la longitud
de onda ha sido cambiada. Además, la aberración cromática tiene
lugar considerablemente en un sistema de distancia focal grande.
Por otra parte, el láser de semiconductor
encuentra salto de modo, como se muestra en la Figura 21, de acuerdo
con el cambio en la temperatura del diodo láser y, de este modo, la
longitud de onda de salida es cambiada rápidamente. Si es generada
aberración cromática en el objetivo, el desenfoque producido
atribuible al salto de modo no puede ser seguido ni eliminado por un
actuador biaxial para mover el objetivo.
Por consiguiente, la lente debe ser fabricada de
vidrio óptico de baja difusión para impedir la generación de la
aberración cromática. El objetivo diseñado como se describió antes,
como se muestra en la Figura 1 y la Tabla 1, comprende las lentes
primera y segunda 3 y 4 ambas de las cuales tienen un número vd de
Abbe de 40,5 y una refringencia de 1,73. Cuando el grado de abertura
es limitado por el diafragma 2, el desenfoque con respecto al cambio
en la longitud de onda de un láser de semiconductor de + 5 nm es
0,478 \mum cuando la AN es 0,8.
En la Figura 7 se muestra una función de
transferencia de modulación (FTM) en la dirección del eje óptico
cuando la frecuencia espacial es 80/mm, y la función de intensidad
puntual es mostrada en la Figura 8.
Si un objetivo de gran AN, adaptable a un disco
óptico que sirve como un soporte de grabación óptica, genera un
desenfoque mayor que 0,496 \mum que es la mitad de la profundidad
focal de 0,992 \mum cuando la longitud de onda del láser de
semiconductor ha sido cambiada en P-P10 nm (\pm 5
nm), la traza del haz en la superficie de grabación de señal del
disco óptico no puede ser interrumpida completamente. Cuando la
longitud de onda ha sido cambiada en P-P10 nm (\pm
5 nm), la lente fabricada de vidrio óptico mostrada en la Figura 1 y
que tiene el número vd de Abbe de 40,5 genera el desenfoque de 0,475
\mum que es sustancialmente el desenfoque admisible. Por tanto, la
presente invención está estructurada tal que se hace que el límite
inferior del número vd de Abbe apropiado del vidrio óptico para
fabricar la lente sea 40 para impedir la aberración cromática. Es
preferible que el límite superior del número vd de Abbe sea un valor
grande para impedir la aberración cromática. Por tanto, la presente
invención está estructurada tal que el margen del número vd de Abbe
del vidrio óptico para fabricar la lente, que tiene la AN de 0,7 o
mayor, es determinado para que sea 40 o mayor para evitar
eficazmente la aberración cromática.
En una primera realización que se describirá
después, será descrito un ejemplo de un objetivo fabricado de vidrio
óptico que tiene un número de Abbe más grande (vd = 61,3). En este
caso, la aberración cromática puede ser impedida aunque la distancia
focal sea alargada o la AN sea agrandada.
Aunque la aberración cromática sea evitada
usando el vidrio óptico de baja difusión antes mencionado, surge el
problema siguiente: la curvatura de la lente es aumentada demasiado
excesivamente para permitir la fabricación de la lente si es usado
el vidrio óptico de baja difusión que tiene una refringencia pequeña
porque gran fuerza de refracción es requerida al vidrio óptico para
fabricar el objetivo que tiene una gran AN. En este caso, el vidrio
óptico debe ser cambiado para aumentar la refringencia y permitir
que la curvatura sea suave.
Sin embargo, en este caso se deteriora la
difusión en el vidrio óptico disponible. Por tanto, las dos lentes
deben ser fabricadas de vidrio óptico que tenga el número de Abbe de
40 o mayor. Si vidrio óptico que tiene un número de Abbe mayor es
empleado para fabricar la lente que tiene una curvatura suave y si
el vidrio óptico que tiene un número de Abbe menor (sin embargo, no
inferior a 40) es empleado para fabricar la lente que tiene
curvatura más pronunciada, el deterioro en la aberración cromática
puede ser evitado muy significativamente.
El estado donde la curvatura es demasiado
pronunciada para fabricar la lente es un estado donde el ángulo
\theta formado entre una tangente (un plano tangencial) de la
superficie de una lente en una posición, en la que se hace incidir
un haz láser que tiene la altura máxima entre los haces láser
incidentes, y una perpendicular (un plano perpendicular al eje
óptico) el eje óptico supera 55 grados (65 grados en el caso
mostrado en la Figura 9) en la superficie (plano 53 en el caso
mostrado en la Figura 9) que tiene la curvatura más pronunciada como
se muestra en la Figura 9. En este caso, un molde para fabricar la
lente anterior no puede ser fabricado exactamente. Los valores
diseñados del objetivo mostrado en la Figura 9 son los mostrados en
la Tabla 2.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 10, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 11 y la aberración esférica del mismo
es mostrada en la Figura 12. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 13 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 14.
Como se describió antes, la curvatura de la
lente es hecha para que sea suave para satisfacer el margen con el
que la lente puede ser fabricada, mientras evita satisfactoriamente
la aberración cromática, de modo que el rendimiento de fabricación
de la lente es mejorado eficazmente.
Un objetivo diseñado como se describió antes
será descrito a continuación como una segunda realización.
- si 1,0 \leq DH < 4,5, 0,05 \leq DF y 0,7 \leq AN (la abertura numérica) entonces DF \leq 0,025676DH + 0,039189
- si 0,8 \leq AN < 0,9, entonces DF \leq 0,14054DH - 0,064865, y
- si 0,9 \leq AN, entonces DF \leq 0,096429 DH - 0,244640.
Para que sea adaptable a un soporte de grabación
óptica tal como un disco óptico, se exige preferiblemente que el
objetivo doble tenga una abertura reducida (una distancia focal
acortada) para reducir el tamaño y el coste del aparato captador
óptico. Como el objetivo según la presente invención está compuesto
por dos elementos de lente, la reducción en la abertura es una
cuestión importante. La razón de esto está en que el peso de la
lente anterior es incrementado en comparación con una lente de
elemento único si la abertura es grande.
Si la abertura de una lente de diámetro grande
es reducida simplemente, la distancia DF de funcionamiento es
acortada indeseablemente. En la práctica, la reducción no puede ser
realizada a veces como se desea porque al menos una distancia de
funcionamiento de 50 \mum debe ser provista para impedir el
contacto entre el objetivo y el polvo en la superficie del soporte
de grabación óptica. Si se intenta la provisión de una distancia de
funcionamiento satisfactoriamente larga, la cantidad de corrección
de la aberración esférica es incrementada excesivamente. En este
caso, el coeficiente asférico es incrementado y la curvatura de la
superficie es aumentada rápidamente. Como resultado, el rendimiento
de fabricación se deteriora.
Se hace que el límite para reducir la abertura
sea diferente dependiendo de la AN, así como la distancia de
funcionamiento. La razón de esto es que la cantidad de corrección de
la aberración esférica varía dependiendo de la AN de la lente.
Desde el punto de vista de diseñar y fabricar
una lente, una lente que tiene comportamiento funcional mejorado
puede ser fabricada fácilmente cuando la abertura es grande.
Por tanto, los márgenes del diámetro del haz, de
la distancia DF de funcionamiento y de la AN, adecuados para
fabricar la lente doble, serán descritos ahora con referencia a las
Figuras 22 a 24.
Como se indica con A mostrada en las Figuras 22
a 24, es determinado el límite superior del diámetro del haz. Si el
diámetro del haz es grande, el tamaño del aparato captador óptico no
puede ser reducido y el peso del objetivo y el de tubo de objetivo
(el portaobjetivo) son aumentados. En este caso, el actuador para
realizar el servo de enfoque debe tener comportamiento funcional
mejorado, lo que es desventajoso desde un punto de vista
económico.
Por ejemplo, un objetivo mostrado en la Figura
15, que tiene un diámetro de haz efectivo de 4,5 mm y comprende dos
elementos de lente, tiene un peso grande de unos 250 mg. El peso de
un objetivo adaptado para el uso con CDs (discos compactos) o DVDs.
(videodiscos digitales) es de unos 200 mg incluyendo el alojamiento
de lente. Como la relación f=k/2m (m: masa, k = constante elástica y
f: frecuencia de resonancia) es satisfecha en consideración al
comportamiento funcional del actuador biaxial, preferiblemente para
servocontrol porque f es llevada a una posición fuera del servo de
enfoque. Si se hace que el peso total preferido del objetivo
incluyendo el alojamiento de lente es hecho que sea 500 mg o menor,
una lente que tiene un peso de 500 mg o menor incluyendo el
alojamiento de lente no puede ser diseñada fácilmente en el caso de
una lente más pesada que el objetivo que tiene un diámetro efectivo
de 4,5 mm y mostrado en la Figura 15 que tiene un peso de 250 mg. En
este caso, el actuador biaxial debe tener comportamiento funcional
mejorado y el coste de fabricación es elevado excesivamente para el
uso práctico. Por tanto, es preferible que el diámetro efectivo de
la lente doble sea 4,5 mm o menor.
Los datos de diseño para el objetivo mostrado en
la Figura 15 son mostrados en la Tabla 3. Un gráfico que muestra la
distorsión del objetivo anterior es mostrado en la Figura 16, el
astigmatismo del mismo es mostrado en la Figura 16 y la aberración
esférica del mismo se muestra en la Figura 18. Un gráfico que
muestra la aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es
mostrado en la Figura 19 y un gráfico que muestra la aberración
lateral (en el eje) es mostrado en la Figura 20.
El límite inferior de la distancia DF de
funcionamiento es determinado como se indica con B mostrada en las
Figuras 22 a 24. Como la cantidad de corrección de la aberración
esférica puede ser reducida en proporción a la distancia de
funcionamiento, la lente puede ser fabricada fácilmente. Desde el
punto de vista del uso real, una cierta distancia de funcionamiento
debe ser provista para impedir una colisión entre el objetivo y un
soporte de grabación óptica, por un ejemplo de disco óptico, que
está siendo girado a gran velocidad, cuando la búsqueda de enfoque
es realizada, o el contacto entre el polvo en la superficie del
soporte de grabación óptica y el objetivo cuando el servo de enfoque
es puesto en marcha.
Los tamaños (diámetros) del polvo en la
superficie del soporte de grabación óptica, que se permite
permanecer en el ambiente de una habitación, son usualmente 50
\mum o menores, como se muestra en la Figura 25. Por tanto, la
distancia de funcionamiento debe ser 50 \mum o mayor.
La cantidad de aberración esférica, que puede
ser corregida por la lente doble, con respecto a una cierta AN y al
diámetro del haz, depende de la distancia de funcionamiento. En la
presente invención, diversas lentes son diseñadas en consideración a
la curvatura (el ángulo \theta es 55 grados o mayor), el
descentrado admisible (\pm 10 \mum o mayor) y el ángulo de vista
admisible (1 grado o mayor). Ejemplos del límite superior de la
distancia de funcionamiento que realiza los márgenes admisibles son
como se indica con los puntos 1 a 9 mostrados en las Figuras 22 a
24. Si la distancia de funcionamiento supera los límites superiores
antes mencionados, la aberración esférica es aumentada
excesivamente y, por tanto, la curvatura de la lente es incrementada
excesivamente. Por tanto, si el diseño es realizado de tal modo que
la distancia de funcionamiento no está incluida en las regiones
sombreadas mostradas en las Figuras 22 a 24, la lente no puede ser
fabricada fácilmente o la lente no puede ser usada con el soporte de
grabación óptica. Los márgenes preferidos son expresados con
aproximación lineal realizada sobre la base de los ejemplo
diseñados, como sigue:
- si 1,0 \leq DH < 4,5, 0,05 \leq DF y 0,7 \leq AN < 0,8, entonces DF \leq 0,25676DH + 0,039189 (véase la Figura 22),
- si 0,8 \leq AN < 0,9, entonces DF \leq 0,14054DH - 0,064865 (véase la Figura 23),
- si 0,9 \leq AN, entonces DF \leq 0,096429DH - 0,244640 (véase la Figura 24).
El descentrado admisible (\pm 10 \mum o
mayor) es un valor determinado sobre la base de la precisión cuando
la lente es fabricada mediante moldeo por inyección usando un molde.
El ángulo de vista admisible (1 grado o mayor) es un valor
determinado sobre la base de la precisión de montaje con respecto a
la inclinación de la lente doble relativa al eje óptico.
Objetivos que satisfacen las condiciones antes
mencionadas mostradas en las Figuras 22 a 24 serán descritos a
continuación tal que el objetivo correspondiente al punto 2 mostrado
en la Figura 22 será descrito como una octava realización, el
correspondiente al punto 3 mostrado en la Figura 22 será descrito
como una novena realización y el correspondiente al punto 9 mostrado
en la Figura 24 será descrito como una décima realización.
La lente antes mencionada es una lente diseñada
para distribuir óptimamente el poder refractante de los dos
elementos de lente para conseguir un rendimiento de fabricación
satisfactorio de la lente, o sea, la curvatura de la superficie, el
descentrado admisible y el ángulo de vista admisible dentro del
margen en el que la lente puede ser fabricada. Cuando el estado de
distribución del poder refractante, que es expresado por la relación
(F_{1}/F) de la distancia focal F_{1} de la primera lente 3 (la
lente adyacente al objeto) a la distancia focal F del sistema total,
satisface el margen siguiente
1,7 \ < \
(F_{1}/F) \ < \
2,5,
puede ser obtenida una tolerancia
de fabricación satisfactoriamente grande para la lente y el poder
refractante puede ser distribuido
óptimamente.
El hecho anterior indica que la distribución
óptima de poder es conseguida cuando el poder de la primera lente 3
(la lente adyacente al objeto) es ½ aproximadamente del poder del
sistema total.
Si (F_{1}/F) \leq 1,7, la distancia focal
F_{1} de la primera lente 3 (la lente adyacente al objeto) es
pequeña, o sea, el poder es grande. En este caso, se hace que sean
estrictas la curvatura, el descentrado admisible y la inclinación
admisible para la primera lente 3 (la lente adyacente al objeto). Si
2,5 \leq (F_{1}/F), la distancia focal F_{1} de la primera
lente 3 (la lente adyacente al objeto) es alargada y el poder es
reducido. Sin embargo, el poder de la segunda lente 4 (la lente
adyacente a la imagen) es aumentado. En este caso, se hace que sean
estrictas la curvatura, el descentrado admisible y la inclinación
admisible.
Cuando solo es considerada la tolerancia de
fabricación para la lente, el margen antes mencionado es ampliado a
veces de acuerdo con la AN, el diámetro efectivo del haz y la
distancia de funcionamiento. Como resultado del diseño y de la
investigación de diversas lentes y tolerancias de fabricación, fue
obtenido un histograma relativo a las lentes que permitió gran
tolerancia de fabricación, como se muestra en la Figura 26. Es
decir, la distribución de poder puede ser realizada óptimamente y la
tolerancia de fabricación puede ser ampliada significativamente si
se satisface la relación siguiente
1,7 \ < \
(F_{1}/F) \ < \
2,5
Una lente que satisface la relación antes
mencionada será descrita a continuación como una tercera
realización.
- Si 0,7 \leq AN (abertura numérica) < 0,8, entonces T \leq 0,32 mm,
- si 0,8 \leq AN < 0,9, entonces T \leq 0,20 mm, y
- si 0,9 \leq AN, entonces T \leq 0,11 mm.
El soporte de grabación óptica, por ejemplo el
disco óptico, para uso en el aparato captador óptico, al que es
aplicado el objetivo según la presente invención, tiene un sustrato
transparente (el sustrato de disco) que tiene un espesor de 0,1 mm
que es significativamente menor que 1,2 mm, que es el espesor del CD
(disco compacto) convencional, y que 0,6 mm que es el espesor del
DVD (videodisco digital). La razón de esto es que el margen de
oblicuidad es equivalente o superior que el margen de oblicuidad
realizado por la estructura convencional reduciendo la aberración de
coma que es generada debido a la oblicuidad del soporte de grabación
óptica. Como la cantidad de la aberración de coma, que es generada
debido a la oblicuidad del disco, es aumentada proporcionalmente al
cubo de la AN, una oblicuidad pequeña de disco deteriora rápidamente
la RF cuando una señal es leída usando un objetivo de gran AN.
W_{31} \ = \
(T(n^{2}-1)n^{2} \ sen \ \theta s \ cos \ \theta s) \
/ \ (2(n^{2}-sen^{2} \ \theta s)^{(5/2)}) \ = \
(T(n^{2}-1)AN^{3} \ \theta s) \ / \
(2n^{3})
donde n: refringencia del sustrato
transparente, T: espesor del sustrato transparente y \thetas:
ángulo de
oblicuidad.
Como puede comprenderse por la ecuación antes
mencionada, la aberración de coma es aumentada proporcionalmente al
espesor T del sustrato transparente. Por tanto, la reducción en el
espesor T del sustrato transparente es un medio eficaz para superar
la oblicuidad. Un objetivo (AN = 0,6) adaptado al DVD (videodisco
digital) (comprendiendo el sustrato de disco que tiene un espesor de
0,6 mm) genera aberración de frente de onda de 0,043 rms
aproximadamente en la superficie de formación de imagen, como se
muestra en la Figura 27, cuando existe una oblicuidad (una
oblicuidad radial) que tiene un ángulo \thetas de oblicuidad = 0,4
grados. Cuando existe un oblicuidad (una oblicuidad radial) de
\thetas = 0,4 grados cuando la AN es aumentada para superar 0,6,
se hace que la aberración de frente de onda en la superficie de
formación de imagen sea 0,043 rms haciendo que el espesor del
sustrato transparente sea 0,32 mm aproximadamente en un caso donde
la AN es 0,7, 0,20 mm aproximadamente en un caso donde la AN es 0,8
a 0,9, y 0,11 mm aproximadamente en el caso donde la AN es 0,9, como
se muestra en la Figura 28. Si el espesor del sustrato transparente
es menor que los valores antes mencionados, la aberración de frente
de onda puede ser reducida más.
El aparato captador óptico según la presente
invención puede ser un aparato para reproducir un disco óptico 12,
como se muestra en la Figura 29. El aparato captador óptico tiene el
objetivo según la presente invención.
Un haz luminoso polarizado linealmente emitido
desde un láser de semiconductor (no mostrado) que es una fuente
luminosa, hecho para ser un haz luminoso paralelo y que tiene una
longitud de onda de 635 nm, es dejado pasar a través de un divisor 7
de haz polarizador (de polarización) y una placa 8 de \lambda/4
(1/4 de longitud de onda) a fin de ser llevado a un estado
polarizado circularmente. El haz láser polarizado circularmente es
dejado pasar a través del objetivo y el sustrato 5 de disco a fin de
convergir en la superficie de grabación de señal de disco óptico 12.
El sustrato 5 de disco es un sustrato delgado que tiene un espesor
de 0,1 mm. El objetivo anterior es una lente formada combinando dos
lentes asféricas 3 y 4 y que tiene una AN desde 0,7 a 0,95.
El disco óptico 5,12 antes mencionado es un
disco monocapa o multicapa fabricado uniendo una placa de vidrio que
tiene un espesor de 1,2 mm para reforzar la resistencia del sustrato
5 de disco que tiene un espesor de 0,1 mm.
El haz láser reflejado por la superficie de
grabación de señal es devuelto por el trayecto óptico original y
después es dejado pasar a través de la placa 8 de \lambda/4. Así,
se hace que el haz láser sea un haz láser polarizado linealmente
girado en 90 grados respecto a la dirección polarizada linealmente
hacia delante. El haz láser es reflejado por el divisor 7 de haz
linealmente polarizador y después es dejado pasar a través de una
lente 13 de enfoque (una lente convergente) y una lente múltiple 14
a fin de ser detectado como una señal eléctrica por un fotodetector
15.
La lente múltiple 14 tiene típicamente una
superficie de incidencia conformada como una superficie cilíndrica y
una superficie de emisión conformada en una forma cóncava. La lente
múltiple 14 consigue astigmatismo para permitir que una señal de
error de enfoque sea detectada a partir del haz láser incidente por
un denominado método de astigmatismo. El fotodetector 15 es
típicamente un fotodiodo que tiene seis elementos dispuestos para
producir señales eléctricas para realizar el ajuste de enfoque por
el método de astigmatismo y el ajuste de seguimiento por un
denominado método de tres haces.
El objetivo según la presente invención no está
limitado a la lente del denominado sistema infinito que tiene un
punto objeto (la fuente luminosa). El objetivo puede ser diseñado
como una lente de sistema finito estructurada tal que el punto
objeto (la fuente luminosa) está situado para una distancia
finita.
Ahora se describirán realizaciones del objetivo
según la presente invención. En las realizaciones, el material para
fabricar el sustrato transparente 5 es CG (que tiene una
refringencia de 1,533 cuando la longitud de onda es 635 nm y de
1,5769 cuando la longitud de onda es 680 nm).
Primera
realización
Un objetivo según esta primera realización es
mostrado en la Figura 30 y tiene una estructura en la que las lentes
3 y 4 están fabricadas con vidrio óptico de baja difusión (BACD5)
que tiene un número vd de Abbe de 61,3 en la línea d y una
refringencia de 1,589.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 31, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 32 y la aberración esférica del mismo
es mostrada en la Figura 33. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 34 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 35.
Cuando se hace que la AN sea 0,8 limitando la
abertura usando el diafragma 2, el desenfoque con respecto al cambio
en la longitud de onda del láser de semiconductor de + 5 nm es 0,331
\mum. En la Figura 36 se muestra la función de transferencia de
modulación (FTM) cuando la frecuencia espacial en la dirección del
eje óptico cerca del punto de formación de imagen es 80/mm y la
función de intensidad de imagen puntual es mostrada en la Figura 37.
Como puede comprenderse a partir de la Figura 36, el pico del grado
de modulación es desplazado y desenfocado respecto a la posición 0,0
de enfoque (foco).
Las condiciones del diseño son las mostradas en
la Tabla 4. La lente según esta realización es capaz de impedir
satisfactoriamente la aberración cromática aunque la distancia focal
sea alargada o aunque la AN sea aumentada.
Segunda
realización
Un objetivo según esta realización es mostrado
en la Figura 38 y tiene una estructura en la que las lentes 3 y 4
están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que tiene un número vd de
Abbe en la línea d de 81,6 y de vidrio óptico (BACD5) que tiene un
número vd de Abbe de 61,3.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 39, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 40 y la aberración esférica del mismo
es mostrada en la Figura 41. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 42 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 43. Las condiciones del diseño son las mostradas en la
Tabla 5. El objetivo según esta realización está estructurado de tal
manera que el vidrio óptico que tiene una refringencia mayor es
empleado para fabricar la segunda lente 4 (la lente adyacente a la
imagen) en comparación con la de la primera lente 3 (la lente
adyacente al objeto). Así, la aberración cromática es evitada
satisfactoriamente y se hace que la curvatura de la segunda lente 4
(la lente adyacente a la imagen) sea suave de modo que el maquinado
de la lente sea realizado fácilmente.
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Tercera
realización
Un objetivo según esta realización es mostrado
en la Figura 44 y tiene una estructura en la que las lentes 3 y 4
están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que tiene un número vd de
Abbe de 81,6 y de vidrio óptico (BACD5) que tiene un número vd de
Abbe de 61,3.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 45, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 46 y la aberración esférica del mismo
es mostrado en la Figura 47. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 48 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 49. Las condiciones del diseño son las mostradas en la
Tabla 6. El objetivo según esta realización satisface las
condiciones antes mencionadas como 1,7 < (F_{1}/F) < 2,5.
Por tanto, el diseño según esta realización permite que la
distribución de poder sea efectuada óptimamente y que sea aumentada
la tolerancia de fabricación de las lentes 3 y 4.
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Cuarta
realización
Un objetivo según esta realización es mostrado
en la Figura 50 y tiene una estructura en la que las lentes 3 y 4
están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que tiene un número vd de
Abbe de 81,6 en la línea d y de vidrio óptico (BACD5) que tiene un
número vd de Abbe de 61,3.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 51, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 52 y la aberración esférica del mismo
es mostrada en la Figura 53. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 54 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 55. Las condiciones del diseño son las mostradas en la
Tabla 7.
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Quinta
realización
Un objetivo según esta realización es mostrado
en la Figura 56 y tiene una estructura en la que las lentes 3 y 4
están fabricadas de vidrio óptico (694.532) que tiene un número de
Abbe de 53,2 en la línea d.
\newpage
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 57, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 58 y la aberración esférica del mismo
es mostrada en la Figura 59. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 60 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 61. Las condiciones del diseño son las mostradas en la
Tabla 8.
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Sexta
realización
Un objetivo según esta realización es mostrado
en la Figura 62 y tiene una estructura en la que las lentes 3 y 4
están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que tiene un número vd de
Abbe de 81.6 en la línea d.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 63, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 64 y la aberración esférica del mismo
es mostrada en la Figura 65. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 66 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 67. Las condiciones del diseño son las mostradas en la
Tabla 9.
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Séptima
realización
Un objetivo según esta realización es mostrado
en la Figura 68 y tiene una estructura en la que las lentes 3 y 4
están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que tiene un número vd de
Abbe de 81,6 en la línea d.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 69, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 70 y la aberración esférica del mismo
es mostrado en la Figura 71. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 72 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 73. Las condiciones del diseño son las mostradas en la
Tabla
10.
10.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
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Octava
realización
Un objetivo según esta realización es mostrado
en la Figura 74 y tiene una estructura en la que las lentes 3 y 4
están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que tiene un número vd de
Abbe de 81,6 en la línea d y de vidrio óptico (BACD5) que tiene un
número vd de Abbe de 61,3.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 75, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 76 y la aberración esférica del mismo
es mostrada en la Figura 77. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 78 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 79. Las condiciones de diseño son las mostradas en la
Tabla 11. El objetivo según esta realización es un objetivo que
satisface los márgenes del diámetro del haz, la distancia de
funcionamiento (DF) y la AN mostrados en las Figuras 22 a 24, con el
objetivo según esta realización correspondiendo al punto 2 mostrado
en la Figura 22.
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Novena
realización
Un objetivo según esta realización es mostrado
en la Figura 80 y tiene una estructura en la que las lentes 3 y 4
están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que tiene un número vd de
Abbe de 81,6 en la línea d y de vidrio óptico (BACD5) que tiene un
número vd de Abbe de 61,3.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 81, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 82 y la aberración esférica del mismo
es mostrada en la Figura 83. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 84 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 85. Las condiciones del diseño son las mostradas en la
Tabla 12. El objetivo según esta realización es un objetivo que
satisface los márgenes del diámetro del haz, la distancia de
funcionamiento (DF) y la AN mostrados en las Figuras 22 a 24, con el
objetivo según esta realización correspondiendo al punto 3 mostrado
en la Figura 22.
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Décima
realización
Un objetivo según está realización es mostrado
en la Figura 86 y tiene una estructura en la que las lentes 3 y 4
están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que tiene un número vd de
Abbe en la línea d de 81,3 y de vidrio óptico (BACD5) que tiene un
número vd de Abbe de 61,3.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 87, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 88 y la aberración esférica del mismo
es mostrada en la Figura 89. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 90 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 91. Las condiciones del diseño son las mostradas en la
Tabla 13. El objetivo según esta realización es un objetivo que
satisface los márgenes del diámetro del haz, la distancia de
funcionamiento (DF) y la AN mostrados en las Figuras 22 a 24, con el
objetivo según esta realización correspondiendo al punto 9 mostrado
en la Figura 24.
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Ejemplo
comparativo
Un objetivo según un ejemplo comparativo es
mostrado en la Figura 92 y tiene una estructura en la que las lentes
3 y 4 están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que tiene un número
vd de Abbe en la línea de de 81,6 y de vidrio óptico (BK7) que tiene
un número vd de Abbe de 64,1.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 93, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 94 y la aberración esférica del mismo
es mostrado en la Figura 95. Un gráfico que muestra la aberración
lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la Figura 96 y
un gráfico que muestra la aberración lateral (en el eje) es mostrado
en la Figura 97. Las condiciones del diseño son las mostradas en la
Tabla 14.
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Ejemplo comparativo
adicional
Un objetivo según un ejemplo comparativo
adicional es mostrado en la Figura 98 y tiene una estructura en la
que las lentes 3 y 4 están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que
tiene un número vd de Abbe en la línea d de 81,6 y de vidrio óptico
(BK7) que tiene un número vd de Abbe de 64,1.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 99, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 100 y la aberración esférica del
mismo es mostrada en la Figura 101. Un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la
Figura 102 y un gráfico que muestra la aberración lateral (en el
eje) es mostrado en la Figura 103. Las condiciones del diseño son
las mostradas en la Tabla
15.
15.
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Undécima
realización
Un objetivo según esta realización es mostrado
en la Figura 104 y tiene una estructura en la que las lentes 3 y 4
están fabricadas de vidrio óptico (FCD1) que tiene un número vd de
Abbe de 81,3 en la línea d y de vidrio óptico (BACD5) que tiene un
número vd de Abbe de 61,3.
Un gráfico que muestra la distorsión del
objetivo anterior es mostrado en la Figura 105, el astigmatismo del
mismo es mostrado en la Figura 106 y la aberración esférica del
mismo es mostrada en la Figura 107. Un gráfico que muestra la
aberración lateral (ángulo de vista: 0,5 grados) es mostrado en la
Figura 108 y un gráfico que muestra la aberración lateral (en el
eje) es mostrado en la Figura 109. Las condiciones del diseño son
las mostradas en la Tabla 16.
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Como se describió antes, la presente invención
está estructurada tal que el objetivo que tiene una abertura
numérica (AN) de 0,7 es realizado mediante una lente doble que
incluye una superficie asférica y el aparato captador óptico
comprende el objetivo anterior de modo que es usado prácticamente un
soporte de grabación óptica que exhibe una gran densidad de
grabación de información.
O sea, el objetivo usado en la presente
invención está fabricado de vidrio óptico que tiene un número de
Abbe de 40 o mayor de modo que la aberración cromática es evitada
aunque la AN sea aumentada. Si un láser de semiconductor es empleado
como la fuente luminosa, la tolerancia para el cambio en la longitud
de onda del láser de semiconductor puede ser aumentada y, de este
modo, el rendimiento de fabricación puede ser mejorado.
Como el objetivo usado en realizaciones
preferidas de la presente invención está estructurado tal que es
aumentada la refringencia del componente de lente que tiene una
curvatura más pronunciada, puede hacerse que la curvatura sea suave
y que la lente pueda ser fabricada fácilmente.
Como el objetivo usado en realizaciones
preferidas de la presente invención está estructurado tal que el
diámetro del haz, la AN y la distancia de funcionamiento son
limitadas, el tamaño del aparato captador óptico puede ser reducido,
la distancia focal puede ser acortada y la lente que tiene una gran
AN puede ser fabricada fácilmente. Como el objetivo usado en
realizaciones preferidas de la presente invención tiene un tamaño
pequeño, puede ser reducido el tamaño del actuador biaxial para
mover el objetivo.
Como el objetivo usado en realizaciones
preferidas de la presente invención tiene la distancia focal
apropiada, la distribución de poder de los dos elementos de lente
puede ser realizada óptimamente. Así, cada elemento de lente puede
ser fabricado fácilmente y el comportamiento funcional del mismo
puede ser mejorado fácilmente, produciendo así un rendimiento
satisfactorio de fabricación.
O sea, las realizaciones preferidas de la
presente invención usan un objetivo que es capaz de corregir
satisfactoriamente la aberración cromática aunque tenga una abertura
numérica (AN) suficientemente grande, cuyo peso puede ser reducido y
que puede ser fabricado fácilmente.
El aparato captador óptico usado en la presente
invención, que tiene el objetivo antes mencionado y está adaptado al
soporte de grabación óptica que comprende el sustrato transparente,
cuyo espesor es especificado, es capaz de corregir la aberración de
coma. Como resultado, el soporte de grabación óptica puede ser
fabricado fácilmente.
Aunque la invención ha sido descrita en su forma
preferida con un cierto grado de particularidad, se comprende que la
presente descripción de la forma preferida puede ser cambiada en los
detalles de construcción y en la combinación y la disposición de las
partes sin apartarse del alcance de la invención como se reivindica
en lo sucesivo.
Claims (2)
1. Un método para leer o escribir una señal de
información de/en un soporte de grabación óptica, comprendiendo el
método los pasos de:
proveer un captador óptico que comprende una
fuente luminosa y un objetivo (4,3), teniendo el objetivo una
abertura numérica AN de 0,7 o mayor y comprendiendo:
un primer componente (4) de lente que tiene una
primera superficie asférica (s3) que tiene un radio finito de
curvatura; y
un segundo componente (3) de lene que tiene una
segunda superficie asférica (s1) que tiene un radio finito de
curvatura;
con los componentes primero y segundo (4,3) de
lente estando fabricados de vidrio óptico que tiene un número de
Abbe de 40 o mayor en una línea d;
usar dicho captador óptico para leer o escribir
dicha señal de información de/en un soporte (12) de grabación óptica
que tiene un sustrato transparente (5) de espesor T, con dicho
sustrato transparente (5) estando dispuesto sobre, y soportando, una
superficie de grabación de señal; y
disponer el captador óptico tal que, en uso, su
objetivo hacer convergir un haz láser, emitido desde dicha fuente
luminosa, sobre la superficie de grabación de señal del soporte (12)
de grabación óptica, a través de dicho sustrato transparente (5),
cuando el captador óptico es situado a una distancia (DF) de
funcionamiento del soporte (12) de grabación óptica, y el diámetro
(DH) del haz láser incidente en el objetivo (4,3) es fijado tal que
sean satisfechas las relaciones siguientes:
- 1,0 mm \leq DH < 4,5 mm;
- 0,05 mm \leq DF; y
- si 0,7 \leq AN < 0,8, entonces DF \leq 0,25676DH + 0,039189 mm,
- si 0,8 \leq AN < 0,9, entonces DF \leq 0,14054DH - 0,064865 mm, y
- si 0,9 \leq AN, entonces DF \leq 0,096429DH - 0,244640 mm.
2. El método de lectura/escritura según la
reivindicación 1, en el que:
si 0,7 \leq AN < 0,8, entonces cuando el
captador es situado a la distancia de funcionamiento (DF) desde un
soporte (12) de grabación óptica que tiene un sustrato (5) de
espesor T \leq 0,32 mm, el objetivo está adaptado para hacer
convergir la luz láser sobre la superficie de grabación de señal de
dicho soporte de grabación óptica,
si 0,8 < AN < 0,9, entonces cuando el
captador óptico es situado a la distancia de funcionamiento (DF)
desde un soporte (12) de grabación óptica que tiene un sustrato (5)
de espesor T \leq 0,20 mm, el objetivo está adaptado para hacer
convergir la luz láser sobre la superficie de grabación de señal de
dicho soporte de grabación óptica, y
si 0,9 \leq AN, entonces cuando el captador
óptico es situado a la distancia de funcionamiento (DF) desde un
soporte (12) de grabación óptica que tiene un sustrato (5) de
espesor T \leq 0,11 mm, el objetivo está adaptado para hacer
convergir la luz láser sobre la superficie de grabación de señal de
dicho soporte de grabación óptica.
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