JPH026710A - 距離検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、距離検出装置に関し、特に、光学的情報処理
装置における自動焦点調整装置に用いられるのに適した
ものである。

〔従来技術〕

光学的情報処理装置における自動焦点調整装置に用いら
れる従来の距離検出装置を第３図に例示する。

この従来の距離検出装置５１において、レーザ光源２か
ら発射されたレーザ光束は、ハーフミラ−の機能をもつ
平行平面板５４によって反射される。平行平面板５４に
よって反射されたレーザ光束は、収束レンズ３によって
収束され、目的物の一例である情報記録媒体Ｓに照射さ
れる。

情報記録媒体Ｓで反射された反射光は、前記収束レンズ
３にとらえられ、収束光とされる。収束光は、平行平面
板５４．５５を通過し、光検出器６に入射する。

第５図に示すように、収束光の光軸に対して傾斜させて
平行平面板５４を入れると、レンズにおける非点収差の
発生と同様に、子牛的光束による結像点と球欠的光束に
よる結像点の不一致から非点収差を生ずる。従って、非
点収差を生じた光束の断面形状が直線状になる部分（第
５図のａ）と、円形になる部分（第５図のｂ）と、前記
直線部ａに直角の直線状になる部分（第５図のＣ）を生
しる。

この場合の非点収差量Ｗａ（第５図のａとＣとの間隔）
は、Ｗａ＝ｄ　　（ｎ２−１）ｓｉｎ　２ｕ／（（ｎ’
−５ｉｎ’ｕ）３）”２ であり、平行平面板５４の厚さｄ、屈折率ｎ及び収束光
の光軸と平行平面板の法線のなす傾斜角Ｕを適切に選択
することによって、任意の非点収差量Ｗａを得ることが
できる。

ところが、第６図（ａ）に示すように、−枚の平行平面
板５４だけを用いた場合は、非点収差だけでなく他の収
差、特にコマ収差をも発生し、光束の断面形状を検出す
ることが困難になる。

この場合のコマ収差量は、Ｗｋ＝ｄ　　（ｎ２−１）ｓ
ｉｎ　ｕ−ｃｏｓ　ｕ　−５ｉｎ　３ａ／　（２（ｎ’
　−５ｉｎ　’　Ｊ’）であり、αは、収束光の収束角
度である。従って、第６図（ｂ）のようにもう−枚の平
行平面板５５を平行平面板５４の傾斜角と同じ大きさで
、かつ逆方向に傾斜させて入れればコマ収差はキャンセ
ルされ、一方非点収差については両平行平面板５４゜５
５の効果が加算される。

上記のように収束光が、光軸に対して傾けて設定された
平行平面板５４．５５に入ると、子午的収束による結像
点と球欠的収束による結像点の不一致から非点収差を生
じるため、その光束の断面形状は、平行平面板５５の直
後では略円形であるが、離れるにしたがって楕円形とな
り、ついには直線状となり　（第４図ａ）、更に再び楕
円形となり、円形に戻り　（第４図ｂ）、その後はまた
楕円形となり、更に直線状になり（第４図Ｃ）、更に楕
円形に戻り、更に円形に戻る。

断面形状が円形となる位置（第４図ｂ）に、光検出器６
を置ぎ、これにより非点収差を生じた光束の断面形状を
検出することができる。

光検出器６は、第２図に示すように、４個の受光素子６
ａ＋　　６ｂ、６ｃ、６ｄからなっている。

収束レンズ３と情報記録媒体Ｓの距離が規定の位置にあ
るときは、非点収差を生じた光束の断面形状は第２図す
−に示すような円形となるので、各受光素子６１〜６．
１の出力は均等になる。次に、収束レンズ３と情報記録
媒体Ｓの距離が規定の距離より小さければ、非点収差を
生じた光束の断面形状が円形となる位置が平行平面板５
５から遠ざかるので、光検出器６の受光面における光束
の断面形状は図のＸ軸方向に長い楕円形（第２図ｂ２）
となり、受光素子６ａと６ｃでは出力が小さく、受光素
子６ｂと６ｄでは出力が大きくなる。次に、収束レンズ
３と情報記録媒体Ｓの距離が規定の距離より大きくなる
と、非点収差を生じた光束の断面形状が円形となる位置
が平行平面板５５に近づくため、光検出器６の受光面に
おける断面形状はＹ軸方向に長い楕円形（第２図ｂ３）
となり、受光素子６ａと６ｃの出力が大きくな１す、受
光素子６しと６ａの出力が小さくなる。従って、光検出
器６の出力に基づいて、収束レンズ３と情報記録媒体Ｓ
の距離が規定の距離にあるか、それより近い距離にある
か、それより遠い距離にあるかを検出することができる
。

自動焦点調整装置としては、検出した距離が規定距離よ
り近いときは収束レンズ３を情報記録媒体Ｓから離す方
向に移動し、遠い場合は近づける方向に移動して、常に
規定の距離となるように調整を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の距離検出装置５１では、２枚の平行平面板を光軸
に対して対称的な傾斜角度で傾けるので、収束レンズ３
から光検出器６までの光路長が長くなり、距離検出装置
が大きくなるという問題点がある。

また、２枚の平行平面板を用いるので、その取付角度の
調整が複雑で、組立に手間を要するという問題点もある
。

１枚の平行平面板のみで非点収差を発生させる距離検出
装置もあるが、これでは、大きな非点収差を得ることは
雑しく、またコマ収差も発生するため高精度な距離検出
が行えないという問題点がある。

従って本発明の目的とするところは、目的物からの収束
光を得る収束レンズと反射ミラーとの間にハーフミラ−
反射向を有する平板ビームスプリンタを配置することに
より、短い光路長で大きな非点収差量が得られ、光学系
の組立・調整の簡単な距離検出装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するだめの手段〕　　、 上記目的を達成するために本発明が採用する主たる手段
は、目的物からの光を収束レンズにより収束させ、この
収束光の光軸に対して傾斜した平板ビームスプリンタを
透過させて反射ミラーに照射し、上記反射ミラーで反射
した収束光を上記平板ビームスプリッタの反射面で反射
させて光検出器に照射し、この光検出器からの出力によ
り収束レンズから目的物までの距離を検出することを構
成上の特徴とするものである。

なお、１−目的物からの光」とは、目的物自身が放射す
る光あるいは他から照射された光の目的物による反射光
または透過光のいずれをも含むものである。

〔実施例〕

以下、図に示す実施例に基づいて本発明を更に詳しく説
明する。ここに第１図ｆａ＋、　（ｂｌ及び（Ｃ）はそ
れぞれ本発明の距離検出装置の一実施例の模式的平面図
、第２図は、光検出器の平面図である。なお、図に示す
実施例により本発明が限定されるものではない。

第１図（ａｌに示す距離検出装置１は、レーザ光源２と
、収束レンズ３と、ハーフミラ−反射面を有する平板ビ
ームプリンタ４と、反射ミラー５と、光検出器６とから
基本的に構成されている。

レーザ光源２から発射されたレーザ光は、平板ビームス
プリッタ４のハーフミラ−面７で反射され、目的物たる
情報記録媒体Ｓに照射される。

照射されたレーザ光は、情報記録媒体Ｓで反射され、そ
の反射光は再び収束レンズ３に入射する。

収束レンズ３は、上記のように情報記録媒体Ｓに照射す
る光を収束させる働きを持つと共に、情報記録媒体Ｓか
らの反射光を収束光とする働きをする。

収束レンズ３を経た収束光は、二枚貼り合わせ平板ビー
ムスプリンタ４を透過し、反射ミラー５で反射され、再
び平板ビームスプリンタ４に入射し、ハーフミラ−反射
面７で反射され、光検出器６に入射する。

ここで−枚の平行平面板による非点収差量は、Ｗａ＝ｄ
　（ｎ’　−１）　ｓｉｎ　’　ｕ／　（（ｎ２−ｓｉ
ｎ　’ｕ）３）Ｉ／２ であり、コマ収差量は、Ｗｋ＝ｄ　（ｎ’　−１）　５
ｉｎｕ　　−ｃｏｓ　　ｕ　　−５ｉｎ　　３　α／　
　（２（ｎ２−５ｉｎ　　’　　ｕ）’ノである。ただ
し、ｄは平行平面板４の厚さ、ｎは屈折率、Ｕは傾斜角
で、αは収束光の収束角度である。

上記コマ収差量ｗｂの計算式より、コマ収差量は平行平
面板４の厚さｄに比例し、また平行平面板の傾斜角に関
してもコマ収差量とほぼ比例関係にあることがわかる。

この実施例では、厚さｄｌの平板ビームスプリンタ４を
傾斜角１１．＝−６０°傾けた状態として、レーザ収束
光を１回通過させ、反射ミラー５により光軸を折り返し
、反射ビームスプリンタ４のハーフミラ−反射面７で反
射させ、厚さｄ４の平行平面板を傾斜角ｕ４　　＝ａｏ
”で２回通過させることにより、上記平行平面板の厚さ
及び傾斜角とコマ収差量の比例関係よりコマ収差は略キ
ャンセルされる。また、非点収差量の計算式が傾斜角度
Ｕについて偶関数であるので、傾斜角ｕ４−６０°とｕ
４−３０°のそれぞれの場合の非点収差が加算されたも
のになる。

この実施例の距離検出装置１では、平板ビームスプリン
タ４の厚さｄ４と同し厚さの平行平面板を二枚、光軸に
対して角度で正負逆方向に傾斜させたことと同じになり
、上記のようにコマ収差はキャンセルされ、一方、非点
収差は約２倍の大きさになる。

従って、距離検出装置の概略寸法をあられす収束レンズ
３から反射ミラー５までの距離が、約半分以下に短縮さ
れ、これにより装置全体の小型化が可能となる。

更に取付角度が問題となる平行平面板は１枚で済むので
組立・調整の手間が軽減される。

この実施例装置では、収束光の収束角α、−５゛、平行
平板ビームスプリッタ４の厚さｄ４−２＋ｎ、屈折率ｎ
４＝１．５、傾斜角ｕ４−−ら０°、　　ｕ４−３０°
で非点収差量Ｗａとして約１．５　＊＊を得ている。

光検出器６は、収束レンズ３と情報記録媒体Ｓの距離が
規定の距離にあるときに非点収差を生じた光束の断面形
状が円形となる位置に置かれている。そして、第２図に
示すように、４個の受光素子６ａ〜６Ｊを組み合わせて
構成されており、光束の断面形状を検出できるようにな
っている。

収束レンズ３と情報記録媒体Ｓの距離が規定の距離より
近ければ光束の断面形状は第２図のＸ軸方向に長い楕円
形状となり、遠ければＹ軸方向に長い楕円形状となる。

従って光検出器６の出力から、収束レンズ３と情報記録
媒体Ｓの距離が、規定距離にあるか、規定距離より近い
距離にあるか、規定距離より遠い距離にあるかを検出で
きる。

この検出結果に応じて、収束レンズ３を移動し、光検出
器６における受光面での光束の断面形状が円形に維持さ
れるようにすれば、収束レンズ３と情報記録媒体Ｓの距
離を所定の距離に保つことができ、自動焦点調整装置を
実現できる。

第１図（ｂｌに示した距離検出装置１１は、本発明の他
の実施例である。第１図［ａｌに示した距離検出装置１
との違いは、平板ビームスプリンタ４のハーフミラ−反
射面７の一部に全反射ミラー面８を設けて、反射ミラー
５からの反射光を全て光検出器６へ入射させることがで
きる点である。これにより、目的物体たる情報記録媒体
Ｓから光検出器６までの光パワー効率を高めることがで
きる。

第１図ｆｃｌに示した距離検出装置２１は、本発明の更
に他の実施例である。

第１図（ａｌの距離検出装置との違いは二点ある。

第１は、レーザ光源２の偏光方向をＳ偏光とし２．１Ｐ
板ビームスプリンタ４の代わりに平板偏光ビームスプリ
ッタ２４とχ波長板９を用いたアイソレータ光学系を採
用している点である。第２は、距離検出装置１１と同様
に平板偏光ビームスプリッタ２４の偏光透過反射面２７
の一部を全反射ミラー而８としている点である。これに
より、レーザ光源２から光検出器６までの光パワー効率
を更に高めることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、目的物からの光を収束レンズにより収
束させ、この収束光の光軸に対して傾斜した平板ビーム
スプリッタを透過させて反射ミラーに照射し、上記反射
ミラーで反射した収束光を上記平板ビームスプリンタの
反射面で反射させて゛光検出器に照射し、この光検出器
からの出力により収束レンズから目的物までの距離を検
出することを特徴とする距離検出装置が提供され、これ
により、平板ビームスプリンタの傾斜角を設定するだけ
で、コマ収差はキャンセルされ、従来の距離検出装置の
ように二枚の平行平面板を別々に設定する必要がなく、
光学系の組立・調整が簡単になる。また、反射ミラーに
より光軸を折り返すことにより、光学系を小さくするこ
とができ、小型な距離検出装置が可能となる。

従って、光学的情報処理装置の自動焦点調整装置に用い
た場合には、安価で小型な装置にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（８１，（ｂｌ及び（Ｃ１はそれぞれ本発明の距
離検出装置の一実施例の模式的平面図、第２図は光検出
器の平面図、第３図は従来の距離検出装置の模式的平面
図、第４図は従来の距離検出装置を説明するための模式
的斜視図、第５Ｂ！！］は平行平面板による非点収差を
説明するための模式的斜視図、第６図＋ａｌは一枚の平
行平面板によるコマ収差の発生を説明するための模式的
平面図、第６図（ｂｌは二枚の平行平面板を組み合わせ
てコマ収差を修正した場合の模式的平面図である。 〔符号の説明〕 １．１１．２１・・・距離検出装置 ２・・・レーザ光源 ３・・・収束レンズ ４．１４・・・平板ビームスプリッタ ５・・・反射ミラー ６・・・光検出器 ６ａ〜６ｄ・・・受光素子 ７・・・ハーフミラ−反射面 ８・・・全反射ミラー面 ９・・・χ波長板 ４・・・平板偏光ビームスプリンタ ト・・従来の距離検出装置 ４．５５・・・平行平面板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 目的物からの光を収束レンズにより収束させ、この収束
   光の光軸に対して傾斜した平板ビームスプリッタを透過
   させて反射ミラーに照射し、上記反射ミラーで反射した
   収束光を上記平板ビームスプリッタの反射面で反射させ
   て光検出器に照射し、この光検出器からの出力により収
   束レンズから目的物までの距離を検出することを特徴と
   する距離検出装置。