JP3085961B2 - 長尺物観察用光学装置 - Google Patents

長尺物観察用光学装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は長尺物、すなわち一方の方向の寸法が他方の
方向のそれより著しく大きい目標物の観察用の光学装置
に関する。
(従来の技術) 長尺物(または長尺のゾーン)の観察は一つの問題を
有する。例えばフランス特許8408252(公開番号2569072
号)に示されるような磁気テープの光学読取がある。こ
の特許は磁気テープであってその長手方向にすべて平行
な例えば1500本という多数のトラックを有するテープの
読取に関する。これらトラックに含まれるデータは同時
に読まれる。これらトラックにデータエレメントが1ミ
クロン程度の長さにわたり記録されていればそしてこの
テープの幅が1cm程度であれば、これらトラックの同時
読取には幅1ミクロン、長さ1cmのゾーンを観察する必
要がある。
(発明が解決しようとする課題) このような長尺物の観察の問題は屈折のために光学系
の観察視野が大となればその分解能が低下するから解決
は困難である。
光学系のディジタル開口αと分解能dは次式で結合さ
れることが知られている。
但しλは光の波長である。また、ディジタル開口が大
きい程観察視野の範囲が小さくなることも知られてい
る。
このように良好な分解能は視野の拡大とは相入れな
い。この例では目標物が1cmとなると約1ミクロンの分
解能を得ることは困難である。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明は拡大した視野について高い分解能を得ること
を可能にする。
これは目標物に透明プレートにより、この目標物の大
寸法の方向に沿った軸を有する円筒レンズ等を与えるこ
とからなる。
(作 用) この円筒レンズの軸を通る面においての集束度すなわ
ち倍率はあまり重要でないがこの軸に垂直の面すなわち
観察されるべき目標物の小寸法の方向に沿った面ではレ
ンズは分解能を増加させる倍率をもって集束する。しか
しながらこの円筒レンズの焦点距離(目標物の小寸法方
向について考えた距離)は目標物の焦点距離に対して小
さく、この円筒レンズはこのレンズに対する大きな収差
を生じさせない。
円筒レンズの焦点距離は好適には100ミクロンと1mmの
間である。
目標物の焦点距離と円筒レンズのそれの比は10と100
の間であるとよい。
本発明の解決法は極めて簡単である。
観察すべき目標物と実質的に同じ寸法の長い円筒レン
ズは長手方向に平面をもつ1本の光ファイバからつくる
ことが出来る。この平面は例えば直径面に沿っている。
その大寸法方向に沿った平面をもつものがあってもな
いものであってもこの光ファイバは長い透明プレートに
接着される。
上記のようにこの円筒レンズは目標物の観察そしてオ
プションとして照明のための光学装置の部分を形成す
る。
この円筒レンズにより標準に近い他の円筒レンズが目
標物をカバーする第1の円筒レンズにより生じる非点収
差を修正するために結合出来る。第1の円筒レンズによ
り生じる干渉は小さく、修正用のこの円筒レンズの集束
も小さい。
(実施例) ここで述べる例は2進データを長手方向のトラック11
1,112、等に沿って記録した磁気テープ10(第10図)の
読取りである。テープ10の全幅Lは1cmの程度である。
各トラック11の幅1はこの例では6ミクロン程度であ
り、各トラック11におけるデータスパンは1ミクロン程
度である。
テープ10上のデータの読取りは1ミクロン程度の長さ
l1(テープに沿った寸法)、テープ10の全幅Lをカバー
するゾーン12を各時に観察することにより数本のトラッ
クをユニットとして同時に行われる。
ゾーン12内のデータのこの読取のために、前述のフラ
ンス特許に示される形の光学装置が用いられる。このた
め、テープ10はフェライト基体13(第6図)の前を動
く。テープ10の種々の領域がこのフェライト基体13に、
第9図について後述するようにファラデー効果によって
光学的に観察される磁気ドメインをつくる。
第1図について長いゾーン、実際的には直線のゾーン
12の観測のための装置の一部を述べる。
このゾーン12を照明するために、テープ10の長手方向
101(Oy)に平行な軸17を有する円筒レンズ16を照明す
るレーザ15が与えられる。
レーザ15からのビームの軸151はゾーン12の面に垂直
でありその中心で交わる。
円筒レンズ16は軸151に対し45゜傾斜した半透明のプ
レート19が続く。このプレート19は観測用である。プレ
ート19の後には顕微鏡レンズ形のレンズ20が配置され
る。このレンズの位置はこのレンズに対しレーザを構成
する点光源152の像が第2図に示すようにテープ10の面
となるようなものである。更にこのレンズ20の第1焦点
21(第3図)は軸151を含む面XOZにおいてゾーン12の長
手方向Oxに沿って円筒レンズ16の第2焦点と同一の横軸
座標を軸151に有する。
このレンズ20にはゾーン12の長手方向Oxに平行な軸22
1を有する他の円筒レンズ22が続いている。最後に、観
測されあるいは分析されるべきゾーン12の長さに少くと
も等しい長さを有する長い円筒レンズ23が例えば接着剤
により、テープ10のゾーン12に直角となるようにフェラ
イトプレート13に配置されて同一の長さと少くとも同一
の幅を有する透明プレート24に接合される。
第2、3、4、5図は第1図の装置の動作を説明する
ものである。
第2図は面YOZ、すなわちテープ10の長手軸101を垂直
に画面における動作を示す。第3図は面XOZ、すなわち
長い円筒レンズ23の長手軸をテープ10に垂直に通る面で
の動作を示している。
面YOZ(第2図)においてレーザ152からのビーム30は
円筒レンズ16によっては屈折せず、半透明プレート19に
入りそしてレンズ20とこの面YOZに収斂する円筒レンズ2
3によりテープ10に集束される。
面XOZ(第3図)では円筒レンズ16が収斂しそしてレ
ンズ16が与える光源152の像がレンズ20の焦点21のとこ
ろに出来る。
かくしてこの面XOZにおいてレンズ20は円筒レンズ23
の全長をカバーするに充分な幅をもつ平行ビームの形で
レーザビーム301をもどすことになる。この面において
円筒レンズ23は実質的な収斂効果を有しない。
円筒レンズ23がないと、方向Oxにおける分解能はλ/
αであり、ここでαは円筒レンズ16のディジタル開口で
ある。また方向Oyにおいては分解能はλ/α′となる。
但しα′はレンズ20のディジタル開口である。
ユニットとなった平行面24と円筒レンズ23があると、
Ox方向での分解能は変化しない。他方、方向Oyでは分解
能はこの円筒レンズ23の倍率gに比例して増大する。
第4図において円筒レンズ23とプレート24のユニット
についての面YOZにおける光線が示されている。
軸Ozに対し角度aを有する入射光32は屈折率n1をもっ
てレンズ23の内側で33のように屈折しそして軸Ozに対す
る角度をa′とする。この光33はプレート24を通るとき
に屈折して方向を変える。プレート24において光34は軸
Ozに対する角度がa″となる。
ユニット23,24の倍率は である。
この光学系は光源152の像A2がプレート24の出力面35
(第4図)に生じるようになっている。
円筒レンズ16の入射ディジタル開口α=0.1の場合に
は少くとも約6.5の倍率をもつ円筒レンズ23とプレート2
4のユニットを容易につくることが出来る。云い換える
と、分解能はこの量だけOy方向において容易に増加しう
る。
この実施例では円筒レンズ23は、例えば直径方向の面
において平坦な面36となるように研磨により面出しを行
った1本の光ファイバからなる。この光ファイバは一定
の屈折率n1を有する通常のものである。
レーザビームで照明されるゾーン12は像をプレート2
4、円筒レンズ23、円筒レンズ22およびレンズ20を介し
てプレート19にもどす。プレート19は光をCCD検出器列
(図示せず)に反射するミラーを構成する。ミラー19は
このCCD検出器列上にライン21の像を形成する。
円筒レンズ22は長い円筒レンズ23とプレート24のユニ
ットにより生じた非点収差を修正する。
この非点収差は第4、5図に示してある。面YOZにお
いて光源152の像はプレート24の面35の点A2にあるが、
面XOZ(第5図)では点A0′にシフトされる。
円筒レンズ22は、面XOZにおける像A0′が軸Ozにおい
て像A2と同じ横軸座標を有するような焦点距離と位置を
有する。第5図において、光路は像A0′を形成する円筒
レンズ22を考えない場合について実線36で示してある。
点線で示す光路37は円筒レンズ22がある場合のものであ
り、有限の像が面XOZの点A2に生じる。
また、球面収差を容易に修正しうるようにこの組立体
がつくられていることがわかる。ここで光学組立体の球
面収差は光軸に沿った収斂がその軸からずれた方向での
収斂と同一でないことから生じるものであることに注意
され度い。
本発明の組立体では球面収差は原理的にファイバ23と
プレート24により生じる。
ファイバ23の屈折率n1とプレート24のn2が異なってい
れば円筒レンズ23により生じる球面収差は正(近軸ビー
ムの収斂に対する収斂の増大)であり、プレート24によ
るそれは負(近軸ビームの収斂に対する収斂の減少)で
ある。かくして、球面収差はファイバとプレートの厚さ
すなわち軸Ozに沿った寸法を適当に選ぶことにより最少
とすることが出来る。
球面収差は円筒レンズ23をつくるための光ファイバを
そのコアの屈折率がクラッディングのそれより小とする
ように選ぶことにより実際上完全に修正しうる。
例えば半径130ミクロンで一定の屈折率n1=1.45を有
し、そして方向Ozにおける厚さがこの半径に等しくなる
ように研磨されそして屈折率n2=1.964のプレート24
(ガドリニウム−ガリウムカンネット)に接着された光
ファイバは倍率4で入射ディジタル開口0.1について球
面収差の標準発散0.16λを与える。
プレート24の屈折率n2=1.45の場合には同じ条件下で
の球面収差標準発散は0.37λとなる。
レンズ20については円筒レンズ23の面YOZに導入する
干渉は小さい。従って、レンズ20の収差の修正に特別の
注意をはらう必要はない。更に、この収差は、検出器で
の観測についてはレンズ22を僅かに傾斜することで修正
される。
第7、8図の変更例はレンズ20′が円筒レンズ16′の
上流にある点、および方向Oyでの分解能を変化させるこ
となく視野を増加しうるようになった光学組立体40を設
けた点で第1図の実施例とは異なっている。云い換える
と、第7、8図の実施例はより長い(Ox方向で)ゾーン
12の観測を可能にする。
組立体40は「セルフォック」形の光ファイバユニット
41,42,43からなる。
各ユニット41,42,43は軸Ozに平行で面YOZ内となる軸
を有する多数のファイバ411,412、等で形成される。フ
ァイバの数はユニット41,42,43で同じであり、構成は1
つのユニットの各ファイバに対し他の2つのユニットか
ら同一軸の1本のファイバが対応するようになってい
る。
1つのユニットのファイバの数は例えば6本である。
「セルフォック」ファイバは長さに従って屈折率の変
化する光ファイバである。この変化は与えられたスパン
に沿って明確でない。
各ファイバエレメントは長さの関数である焦点距離f
を有するレンズを構成する。
組立体40はその倍率が+1となるようにされその機能
は前述のようにゾーン12を照明しそして検出器列上に像
を形成することである。
面YOZ(第8図)においてレンズ20′と円筒レンズ1
6′からなるユニットはレーザ光源152の像45を形成す
る。ファイバ23とプレート24と共に倍率+1の組立体40
はこの点45の像を横軸上のA2に形成する。
面XOZ(第7図)ではレンズ16′は無効であり、組立
体40に入るビーム46の開口は小さく、方向xにおけるよ
り大きな観測視野を可能とし、そしてそれ故前述のよう
により長いゾーン12の観測を可能にする。
一例においてはこの組立体はディジタル開口を0.1と
し光源152と組立体40間の距離を10cmとしたときに方向O
xにおいて2cmの長さを照明しうるようにする。
ビームの発散角を0.5ラジアンとするレーザダイオー
ドを用いると、焦点距離10mmのレンズ20′はこの発散角
を減少する。レーザ光源はこのときレンズから8mmとな
り、像点45はこのレンズから40mmのところとなる。この
場合、レーザ15と組立体40の間の距離は60mmであり、従
ってこのユニットはコンパクトである。
第9図はレーザ15、レンズ50、円筒レンズ51、偏光分
離体52、移相プレート53、集束レンズ54、光ファイバ組
立体23、プレート24、カメラまたはCCD検出器列のよう
な検出装置55からなるゾーン12の反射による観測のため
の組立体を示す。
レーザ15は直線偏光ビーム(第9図でベクトルE)を
出す。偏光の方向は装置52内の通路に沿って保存され
る。プレート53はこの偏光を角度βだけ変化させる。
反射後にこのビームはプレート53により再び角度βだ
け移相され、そして装置52により検出器55にもどされ
る。
検出器55に入る光の量はプレート53による移相のサイ
ンに比例する。
この移相は目標物12自体によって生じさせることが出
来る。この場合にはプレート53は不要である。
視野の増加に組立体40を用いる場合には、偏光分離装
置52はレンズ16′の焦点と組立体40の間に配置される。
プレート24の屈折率が2に近い場合には、透過の場合
には透過を防止または制限する。全反射現象が生じうる
から透過よりも反射により長い目標物を観測した方がよ
い。
〔発明の効果〕
いずれにしても本発明の装置は最小寸法における分解
能を改善する。更に円筒レンズ23を有する組立体の倍率
gをもって光像を得ることが出来る。
磁気テープの光学読取りについて前述した応用に加え
て、更に広義に並列ライン像の観測も可能であり、その
場合には長い円筒レンズ23を例えば1時に約1ミクロン
づつ動かすかあるいは目標物を各観測毎に1ミクロンづ
つ進歩させるようにする。
第1図について述べた第1実施例に対応する例におい
ては方向Oxにおける1cmの観測視野がその方向での分解
能を7.8、方向Oyでのそれを1.95として、波長0.78ミク
ロンの光を出すレーザーダイオード、円筒レンズ、ディ
ジタル開口0.1の集束レンズ、半径130ミクロンで直径方
向の面で研磨された屈折率1.45のファイバ23を用いて実
現されている。
第2実施例(第7、8図)では同じ分解能と2倍の視
野が同じデータで得られる。
プレート24へのファイバ23の接着は例えば薄いフィル
ム状の重合可能な接着剤と紫外線を用いて行われる。
すべての実施例において、観測用光学系は非常に簡単
である。第1図の場合にはレンズ20と円筒レンズ23から
なる。第7図の場合にはレンズ20′と円筒レンズ40であ
り、第9図の場合にはレンズ54と円筒レンズ23である。
この組立体は、特に円筒レンズ23がレンズの焦点距離と
円筒レンズの焦点距離の比を大きく、好適には10と100
の間とすることにより収差を最少にするから、実用上収
差のないものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の光学装置の斜視図、第2図、第3図、
第4図、第5図は第1図の装置の動作を示す図、第6図
は本発明の装置の応用を示す図、第7図および第8図は
他の実施例についての第2、3図と同様の図、第9図は
本発明の装置による目標物の反射による観測のための光
学装置、第10図は本発明の装置により読取可能な磁気テ
ープを示す図である。 10……磁気テープ、11……トラック、12……ゾーン、13
……フェライト基体、15……レーザ、16,22,23,51……
円筒レンズ、19……半透明プレート、24……透明プレー
ト、20,20′,50,54……レンズ、30……レーザビーム、4
0……光学組立体、53……検出装置、52……偏光分離装
置、53……移相プレート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−208523(JP,A) 特開 昭61−160846(JP,A) 特開 昭60−67538(JP,A) 特開 昭62−65011(JP,A) 特開 昭57−35823(JP,A) 実開 昭55−95104(JP,U) 特公 昭51−455(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 13/08

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】長尺物又は長尺ゾーンを観察レンズ(20,2
    0′,54)を用いて観察するための装置であって、 前記長尺物又は長尺ゾーンの付近に、又はそれらに接触
    するように配置された第1の円筒レンズ(23)を有して
    おり、 この第1の円筒レンズは、前記長尺物又は長尺ゾーンの
    最大寸法(Ox)に沿って延びる軸を含んでおり、 この第1の円筒レンズ(23)の焦点距離は、前記観察レ
    ンズ(20,20′,54)の焦点距離に比べて小さいものであ
    り、また、この観察レンズは、前記第1の円筒レンズか
    らの前記長尺物又は長尺ゾーンの全体像の観察を許容
    し、 前記観察レンズと前記第1の円筒レンズ(23)の焦点距
    離の比は10と100の間である、 ことを特徴とする長尺物観察用光学装置。
  2. 【請求項2】前記第1の円筒レンズの焦点距離は100ミ
    クロンと1mmの間であり、好適には150ミクロン程度であ
    る請求項1記載の装置。
  3. 【請求項3】前記第1の円筒レンズは光ファイバからな
    る請求項1乃至2のいずれかに記載の装置。
  4. 【請求項4】前記光ファイバはその軸に平行な平面を有
    する請求項3記載の装置。
  5. 【請求項5】前記平面又はベース面は前記光ファイバの
    軸である請求項4記載の装置。
  6. 【請求項6】前記第1の円筒レンズは観察されるべき前
    記長尺物又は長尺ゾーンと実際上同じ寸法を有する透明
    プレート(24)に結合される請求項1乃至5のいずれか
    に記載の装置。
  7. 【請求項7】前記第1の円筒レンズ(23)と前記透明プ
    レート(24)の屈折率は異なる請求項6記載の装置。
  8. 【請求項8】前記第1の円筒レンズは前記透明プレート
    (24)に接着されている請求項6又は7記載の装置。
  9. 【請求項9】前記第1の円筒レンズ(23)の軸と平行な
    軸(22 1)を有する、この第1の円筒レンズにより生じ
    た非点収差を修正するための第2の円筒レンズ(22)を
    更に有する請求項1乃至8のいずれかに記載の装置。
  10. 【請求項10】前記第1の円筒レンズ(23)を通じて前
    記長尺物又は長尺ゾーンを照明するためのレーザのよう
    な光源(15)と、その光ビームを平行四辺形に整形する
    ための円筒レンズ(16)と、観察レンズ(20)を有し、
    上記円筒レンズ(16)の軸(17)は観察されるべき長尺
    物又は長尺ゾーンの近辺において前記円筒レンズ(23)
    の軸に垂直である、請求項1乃至9のいずれかに記載の
    装置。
  11. 【請求項11】前記観察レンズ(20)と前記第1の円筒
    レンズ(23)からなる光学ユニットとに対する光源(15
    2)の像(A2)が前記円筒レンズ(16)の軸(17)を通
    る面内において前記長尺物又は長尺ゾーンの側又はその
    近辺にありそして、それに垂直な面において上記円筒レ
    ンズ(16)に対する上記光源(15 2)の像が前記観察レ
    ンズ(20)の焦点面(21)にある請求項10記載の装置。
  12. 【請求項12】前記光ファイバのコアの屈折率はそのフ
    ァイバのクラッディングのそれより小である請求項3記
    載の装置。
  13. 【請求項13】前記長尺物又は長尺ゾーン(12)の付近
    又はそれに対して配置された前記第1の円筒レンズ(2
    3)の前に観察視野の拡大のための光学組立体(40)を
    含む、請求項1乃至12のいずれかに記載の装置。
  14. 【請求項14】前記光学組立体(40)は長さ方向に屈折
    率の傾度を有する光ファイバラインユニットを有し、こ
    の組立体の倍率は1である請求項13記載の装置。
  15. 【請求項15】1つの方向における寸法が1cm程度であ
    り他の方向における寸法が1ミクロン程度である目的物
    の観察のための請求項1乃至14のいずれかに記載の装
    置。
  16. 【請求項16】磁気支持体の反射による光学的読取へ応
    用した請求項1乃至15のいずれかに記載の装置。
JP01321260A 1988-12-09 1989-12-11 長尺物観察用光学装置 Expired - Fee Related JP3085961B2 (ja)

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FR8816218 1988-12-09
FR8816218A FR2640393B1 (fr) 1988-12-09 1988-12-09 Dispositif optique pour l'observation d'un objet allonge

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