JPH02195315A - 長尺物観察用光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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２
５６９０７２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１ｃＩｍ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ｌｅ
ａ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＠） 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和式れない。

この例では目標物がｌｃｓ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なすわち
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ＩＩＩ）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１鰭
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１０
０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。この平而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
，１１２、等に沿って記録した磁気テ−プ１０（第１０
図）の読取りである。トラック１０の全幅りは１ｃｆｌ
Ｉ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。

トラック１０上のデータの読取りは１ミクロン程度の長
さＲ，（テープに沿った寸法）、テープ１０の全幅りを
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１ｏの種々の領域がこのフェライト基体１
３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１
２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１０□　（Ｏｘ，）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１５２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１゜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１５２を含む面Ｘ
ＯＺにおいてゾーン１２の長手方向０　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１５２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□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１０□
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）においてレーザー５２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とこの而ＹＯ２に収
斂する円筒レンズ２３によりテープ１０に集束される。

而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（してこの面ｘＯ２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・３０□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０　における分解能はλ
／ａ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０　においては分解能はλ／ａ′と
なる。但しα′はレンズ２０のディジタル５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
、０　方向での分解能は変化しない。他χ 方、方向０　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０　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
０　に対する角度を８′とする。

この先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Ｏ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ａ　−０，１の場
合には少（とも約６．５の倍率をもつ円筒レンズ２３と
プレート２４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力方向おいて容
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ｎｔ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図に示しである。面ＹＯ２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Ａｏ’　にシフト
される。

円筒レンズ２２は、而ＸＯ２における像へ〇が軸０　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Ａ。′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
で示しである。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ＸＯ２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し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ｎｔとプレート２４の０２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Ｏ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プ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ｎ１−１．４
５を有し、そして方向０　における厚さがこの半径に等
しくなるように研■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ついて球面収差の標準発Ｗｋ、０．１６λを与え
る。

プレート２４の屈折率ｎ　２１１　、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を住かな傾斜するこ
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Ｏ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（Ｏ方向で）ゾ
ーン１２の観測を可能にする。

組立体４０は「セルフ中ツクｊ形の光フアイバユニット
４１，４２．４３からなる。

各ユニット４１，４２．４３は軸０２に平行で面ＹＯ２
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４１，４２．４
３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嚢化
する光ファイバである。この坐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１６′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。

而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１０（至）とした
ときに方向Ｏにおいて２ＣＩ１１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、焦点用Ｍ　１０　ａｍ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８！ｌ−となり、像点４５はこのレンズから４０■
Ｉ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６０龍であり、従ってこのユニットはコン
パクトである。

第９図はレーザー５、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
フアイバ組立体２３、プレート２４、カメラまたはＣＣ
Ｄ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ｔＬＱａＮのための組立体を示す。

レーザ１５はｔｍｍ線光光ビーム第９図でペルトル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１２１１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
ｒＩ１５２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７１？３　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ｎ１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。

ｇａ１図について述べた第１′Ａ施例に対応する例にお
いては方向０　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０　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。ｆＩ１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
５４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。

標物の反射によ、る観８Ｍ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、４０・・・光学組立体、５３・・・検出装置
、５２・・・偏光分離装置、５３・・・移相プレート。

【図面の簡単な説明】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レンズ（２０、２０′、５４）を用いて、長尺物ま
   たは長いゾーンを観察する装置において、前記長尺物ま
   たは長いゾーンの近傍またはそれに接触して配置され、
   この長尺物または長いゾーンの最大寸法（Ｏ＿ｘ）に沿
   って伸びる軸を有すると共に前記観察のためのレンズ（
   ２０、２０′、５４）の焦点距離より小さい焦点距離を
   有する円筒レンズ（２３）を含んで成ることを特徴とす
   る長尺物観察用光学装置。 ２、前記観察レンズと前記円筒レンズ（２３）の焦点距
   離の比は１０と１００の間である請求項１記載の装置。 ３、前記円筒レンズの焦点距離は１００ミクロンと１ｍ
   ｍの間であり、好適には１５０ミクロン程度である請求
   項１または２記載の装置。 ４、前記円筒レンズは光ファイバからなる請求項１乃至
   ３のいずれか一に記載の装置。 ５、前記光ファイバはその軸に平行な平面を有する請求
   項４記載の装置。 ６、前記平面またはベース而は前記光ファイバの軸であ
   る請求項５記載の装置。 ７、前記円筒レンズは観察されるべき前記長尺物または
   ゾーンと実際上同じ寸法を有する透明プレート　（２４
   ）に結合されるごとくなった請求項１乃至６のいずれか
   一に記載の装置。 ８、前記円筒レンズ（２３）と前記透明プレート（２４
   ）の屈折率は異なる請求項７記載の装置。 ９、前記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７または８記載の装置
   。 １０、前記円筒レンズ（２３）の軸と平行な軸（２２＿
   １）を有する、こ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円筒レンズ（２２）を更に有する請
   求項１乃至９のいずれか一に記載する装置。 １１、前記円筒レンズ（２３）を通じて前記長尺物また
   は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、集束レンズ（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ま
   たは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１０のいずれか一に記載の
   装置。 １２、前記レンズ（２０）と前記円筒レンズ（２３）か
   らなる光学ユニットとに対する光源（１５＿２）の像（
   Ａ＿２）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またはゾーンの側またはその近
   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（１５２）の像が前記レン
   ズ（２０）の焦点面（２１）になるごとくなった請求項
   １１記載の装置。 １３、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４記載の装置
   。 １４、前記長尺物またはゾーン（１２）の近辺またはそ
   れに対して配置された前記円筒レンズ（２３）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１３のいずれか一に記載の装置。 １５、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１４記載の装置。 １６、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１５のいずれか一に記載の装置。 １７、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１６のいずれか一に記載の装置。