DE3249662C2

DE3249662C2 - Scanning lens

Info

Publication number: DE3249662C2
Application number: DE19823249662
Authority: DE
Inventors: Ernst 8000 Muenchen De Rothe
Original assignee: Optische Werke G Rodenstock
Current assignee: Optische Werke G Rodenstock
Priority date: 1982-05-29
Filing date: 1982-05-29
Publication date: 1988-08-04

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abtastobjektiv für Abbildungsmaßstäbe β mit 0,2<β<1. Derartige Abtastobjektive werden für die optische Informationsspeicherung, für sogenannte "Bildplattenspieler" oder für "Kompakt-Plattenspieler" benötigt, bei denen auf einen Kollimator verzichtet wird.The invention relates to a scanning objective for imaging scales β with 0.2 < β <1. Such scanning objectives are required for optical information storage, for so-called "image record players" or for "compact record players", in which a collimator is dispensed with.

Zur Erhöhung der Aufzeichnungsdichte sollte das Abtastobjektiv möglichst gut korrigiert sein - wünschenswert wäre ein "beugungsbegrenztes" Objektiv. Je nach verwendeter Abtastlichtquelle (Halbleiterlaser bzw. Laserdiode) und Einsatzgebiet muß dabei das Abtastobjektiv für eine bestimmte Wellenlänge oder über einen kleineren oder größeren Wellenlängenbereich korrigiert sein.To increase the recording density, the scanning lens should be corrected as well as possible - would be desirable a "diffraction limited" lens. Depending on the used Scanning light source (semiconductor laser or laser diode) and The scanning lens must be used for a specific area of application Wavelength or over a smaller or larger one Wavelength range to be corrected.

Abtastobjektive mit weniger als vier Linsen für derartige Zwecke und die genannten Abbildungsmaßstäbe sind bislang nicht bekannt. Ein aus der AT-PS 3 53 493 bekanntes einlinsiges Abtastobjektiv mit zwei asphärischen Flächen ist lediglich für kleinere Abbildungsmaßstäbe geeignet.Scanning lenses with fewer than four lenses for such Purposes and the above-mentioned illustration standards are so far not known. A single lens known from AT-PS 3 53 493 Scanning lens with two aspherical surfaces only suitable for smaller image scales.

Ferner ist aus der JP-OS 55-45 084 ein zweilinsiges Abtastobjektiv mit einer asphärischen Fläche für kleine Abbildungsmaßstäbe bekannt. Damit ist auch bei diesem Stand der Technik weiterhin die Verwendung eines Kollimator-Objektivs erforderlich.Furthermore, JP-OS 55-45 084 is a two-lens scanning lens with an aspherical surface for small ones Picture scales known. So that is also with this State of the art continues to use a collimator lens required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Abtastobjektiv gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß es ohne Verwendung eines Kollimators mit wenigen Linsen eine praktisch beugungsbegrenzte Abbildung bei im wesentlichen monochromatischem Licht erreicht.The invention has for its object a scanning lens according to the preamble of claim 1 to further develop it without using a collimator With a few lenses, this is a practically diffraction-limited image achieved with essentially monochromatic light.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.An inventive solution to this problem is with their Developments characterized in the claims.

Durch die Verwendung zweier asphärischer Flächen wird es möglich, die sphärische Aberration dritter und fünfter Ordnung, den Asymmetriefehler (Koma) dritter und fünfter Ordnung sowie den Astigmatismus dritter Ordnung zu korrigieren. Dabei ist insbesondere die Stärke der Krümmung der Linsenflächen auf der Seite der größeren Schnittweite für die Korrektur des Astigmatismus und des Asymmetriefehlers wichtig. Bei der Lösung gemäß Anspruch 2 werden zwei Linsen mit sphärischen Flächen anstelle einer Linse mit asphärischer Fläche verwendet. Hierdurch ist es möglich, Gläser mit niedrigerem Brechungsindex, d. h. kostengünstigere Gläser zu verwenden.By using two aspherical surfaces, it becomes possible, the spherical aberration third and fifth Order, the asymmetry error (coma) third and fifth Correct order and third order astigmatism. In particular, the strength of the curvature of the lens surfaces on the side of the larger focal length for the correction of astigmatism and asymmetry error important. In the solution according to claim 2, two Lenses with spherical surfaces instead of a lens aspherical surface used. This makes it possible Glasses with lower refractive index, d. H. cheaper To use glasses.

In jedem Falle ist es entscheidend, daß die erste Fläche der ersten Linse als asphärische Fläche ausgebildet ist, da hierdurch die Korrektur der Koma fünfter Ordnung weiter verbessert wird. Dies steht im Gegensatz der Lehre der JP-OS 55-45 084, die ein Objektiv beschreibt, bei der nicht die erste Fläche asphärisch ausgebildet ist.In any case, it is crucial that the first surface the first lens is designed as an aspherical surface, since this continues the correction of the fifth order coma is improved. This is contrary to the teaching of the JP-OS 55-45 084, which describes a lens in which not the first surface is aspherical.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further developments of the invention are in the subclaims specified.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigt:The invention is described below using exemplary embodiments described in more detail with reference to the drawing, in which shows:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Objektiv mit zwei Linsen, Fig. 1 shows a section through an inventive lens with two lenses,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Objektiv mit drei Linsen, Fig. 2 shows a section through an inventive lens with three lenses,

Fig. 3 die Pfeilhöhendifferenz z zwischen einer erfindungsgemäßen asphärischen Fläche mit dem gleichen Scheitelkrümmungsradius als Funktion der Schnittweite s′ und Fig. 3 shows the arrow height difference z between an aspherical surface according to the invention with the same apex radius of curvature as a function of the focal length s ' and

Fig. 4 die relative Abweichung der asphärischen Fläche von einer sphärischen Fläche mit dem gleichen Scheitelkrümmungsradius als Funktion der Strahlhöhe h. Fig. 4 shows the relative deviation of the aspherical surface from a spherical surface with the same apex radius of curvature as a function of the beam height h .

Die Fig. 1 und 2 zeigen zur Erläuterung der verwendeten Bezeichnungen Schnitte durch erfindungsgemäße Abtastobjektive mit zwei bzw. drei Linsen. Die Radien der Linsenfläche sind mit Ri (i =1 . . . 4 bzw. 6), die Linsendicken mit l 1, l 3 und l 5, die Luftabstände mit l 2 und l 4 und die Brechzahlen mit n 1, n 3 bzw. n 5 bezeichnet. Die Linsenflächen sind in Richtung des Abtaststrahls numeriert. Figs. 1 and 2 show for explanation of the terms used sections through Abtastobjektive invention with two or three lenses. The radii of the lens surface are Ri ( i = 1... 4 and 6), the lens thicknesses with l 1, l 3 and l 5, the air gaps with l 2 and l 4 and the refractive indices with n 1, n 3 and n 5 denotes. The lens surfaces are numbered in the direction of the scanning beam.

In den Tabellen 1 und 2 sind die numerischen Daten spezieller Ausführungsbeispiele angegeben, und zwar in Tabelle 1 von Objektiven mit zwei Linsen und zwei asphärischen Flächen und in Tabelle 2 von Objektiven mit drei Linsen und einer asphärischen Fläche. In den Tabellen ist ferner jeweils angegeben, wie groß die Schnittweite s ′ ist, und welche Fläche (bzw. Flächen) asphärisch ausgebildet sind. Die asphärischen Flächen werden folgendermaßen dargestellt:Tables 1 and 2 show the numerical data of specific exemplary embodiments, specifically in table 1 of lenses with two lenses and two aspherical surfaces and in table 2 of lenses with three lenses and one aspherical surface. The tables also show how large the focal length s ' is, and which surface (or surfaces) are aspherical. The aspherical surfaces are shown as follows:

Hierbei sindHere are

h der Abstand eines Flächenpunktes von der optischen Achse,
z die Pfeilhöhe, d. h. der in Richtung der optischen Achse gemessene Abstand zwischen dem Flächenscheitel und einem Flächenpunkt mit dem Abstand h von der optischen Achse,
ρ (=1/R) die Krümmung im Flächenscheitel, und
K, AC 4, AC 6, AC 8 und AC 10 die asphärische Koeffizienten. h the distance of a surface point from the optical axis,
z the arrow height, ie the distance, measured in the direction of the optical axis, between the surface vertex and a surface point with the distance h from the optical axis,
ρ (= 1 / R) the curvature in the surface vertex, and
K, AC 4, AC 6, AC 8 and AC 10 are the aspherical coefficients.

Die zu einer bestimmten Fläche gehörenden asphärischen Koeffizienten sind ebenfalls in den Tabellen angegeben.The aspherical coefficients belonging to a certain surface are also given in the tables.

In den Tabellen ist bei allen Ausführungsbeispielen die Brennweite f auf 10 normiert. Bei typischen Anwendungsfällen beträgt die Brennweite jedoch zwischen 3 und 15 mm, die numerische Apertur liegt zwischen 0,3 und etwa 0,7, der Bildwinkel zwischen 1° und 4°, und der Abbildungsmaßstab β zwischen -0,2 und -1 : 1.In all of the exemplary embodiments, the focal length f is normalized to 10 in the tables. In typical applications, however, the focal length is between 3 and 15 mm, the numerical aperture is between 0.3 and about 0.7, the image angle between 1 ° and 4 °, and the imaging scale β between -0.2 and -1: 1 .

Die Objektive sind für monochromatische Anwendung bzw. für einen sehr schmalen Spektralbereich, beispielsweise den Bereich zwischen 790 nm und 810 nm korrigiert.The lenses are for monochromatic use or for a very narrow spectral range, for example the Corrected range between 790 nm and 810 nm.

Auch können tatsächlich ausgeführte Objektive von den in den Tabellen angegebenen Ausführungsbeispielen hinsichtlich ihrer Daten abweichen, sofern die abweichenden Objektive einen ähnlichen Korrektionszustand haben; diese Abweichungen liegen typischerweise in einem Bereich von etwa ±5% um die in den Tabellen angegebenen Daten.Lenses actually executed can also be of the type shown in the Examples given in terms of their tables Data deviate if the different lenses one have similar correction status; these deviations lie typically in a range of about ± 5% around that in data given in the tables.

Fig. 3 zeigt exemplarisch Werte für den in Richtung der optischen Achse gemessenen Abstand zwischen einer erfindungsgemäß ausgebildeten asphärischen Fläche und einer sphärischen Fläche mit dem gleichen Scheitelkrümmungsradius als Funktion der Schnittweite s′ bei einer numerischen Apertur sin u′=0,45 (Brennweite f auf 1 normiert. Tatsächliche Werte können von der dargestellten Kurve um +100% und -50% abweichen. Fig. 3 shows an example of values for the distance measured in the direction of the optical axis between an aspherical surface designed according to the invention and a spherical surface with the same apex radius of curvature as a function of the focal length s ' with a numerical aperture sin u' = 0.45 (focal length f on 1. Normalized values can deviate from the curve shown by + 100% and -50%.

Fig. 4 zeigt typische Werte für den in Richtung der optischen Achse gemessenen Abstand zwischen einer erfindungsgemäßen asphärischen Fläche und einer sphärischen Fläche mit dem gleichen Scheitelkrümmungsradius als Funktion des Abstandes h von der optischen Achse (Strahlhöhe h). Bei einem Wert der Strahlhöhe h, der gleich der halben Brennweite ist (0,5 bei auf 1 normierter Brennweite) ist der Abstand zwischen den beiden Flächen auf 1 normiert. Fig. 4 shows typical values for the measured in the direction of the optical axis distance between an aspherical surface according to the invention and a spherical surface with the same apex curvature radius as a function of the distance h from the optical axis (ray height h). With a value of the beam height h which is equal to half the focal length (0.5 for a focal length standardized to 1), the distance between the two surfaces is standardized to 1.

Claims

1. scanning objective for magnifications 0.2 < β <1.0, with two lenses ( 1, 2 ) positive refractive power, in each of which the surface on the side of the larger focal length is more curved, and each of which has at least one aspherical surface , which is designed in such a way that, compared to a spherical surface with the same apex radius of curvature, the thickness of the lens increases towards the outside and fulfills the following condition equations: z _sph ( h ) - z _asph ( h ) | <4 * | z _sph ( h / 2) | - z _asph ( h / 2) || z _sph ( h ₁) - z _asph ( h ₁) | / | z _sph ( h 1/2) - z _asph ( h 1/2) | <| z _sph ( h ₂) - z _asph ( h ₂) | / | z _sph ( h ₂ / 2) - z _asph ( h ₂ / 2) | for h ₁ < h ₂ where z is the arrow height of the corresponding spherical or aspherical surface for the distance h, h _i ( i = 1.2) from the optical axis.

2. Scanning objective for imaging scales 0.2 < β <1.0, with two optical elements of positive refractive power, of which the first element in the beam direction has an aspherical surface, which is the first lens surface in the beam direction and is designed such that in comparison to of a spherical surface with the same apex radius of curvature the thickness of the lens increases towards the outside and fulfills the following condition equations: z _sph ( h ) - z _asph ( h ) | <4+ | z _sph ( h / 2) - z _asph h / 2) || z _sph ( h ₁) - z _asph ( h ₁) | / | z _sph ( h 1/2) - z _asph ( h 1/2) | <| z _sph ( h ₂) - z _asph ( h ₂) | / | z _sph ( h ₂ / 2) - z _asph ( h ₂ / 2) | for h ₁ < h ₂ where z is the arrow height of the corresponding spherical or aspherical surface for the distance h , h _i ( i = 1.2) from the optical axis, and of which the second optical member in the beam direction consists of two free-standing lenses ( 2, 3 ).

3. Scanning objective according to claim 1 or 2, characterized by the following values for the relative deviation Δ z of the aspherical surface from the spherical surface with the same apex radius of curvature: h 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Δ z 0.005 0.03 0.11 0.4 1.0 2.2 whereby the focal length f is normalized to 1 and the relative deviation Δ z is defined as follows: Δ z = | z _sph ( Hz _asph H ) | / N and N is selected such that Δ z is normalized from 0.5 to 1 at a distance h from the optical axis.

4. scanning lens according to one of claims 1 to 3, characterized in that both faces of the first lens are aspherical surfaces, at least one of which is so is formed that compared to a spherical Area with the same apex radius of curvature the thickness the lens increases towards the outside.

5. Scanning objective according to one of claims 1 to 4, characterized by the following data: