JPS58139034A - ビ−ム強度測定装置 - 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】 この発明はビデオディスク等のレーデ−ディスクの光学
系に用いられる対物レンズの集光性能を−１足する場合
に使用して好適なビーム強度測定装置に関する。

第１図はビデオディスクの光学系に用いられている対物
レンズの集光性能を評価するため、対物レンズより出射
し九レーデービームの強度分布を測定する測定装置の従
来例である。

この図に於いて、対物レンズ（１）はレンズホルダー（
２）に収納同定されると共に、対物レンズ（１）より出
射したレーデ−ビームＢＦｉ屈折率補正用のグラス（３
）を介して光電変換素子（４）に入射せしめられる。

レーザービームＢの焦点を含む面内にはこのレーザービ
ームＢをカットする光鐘蔽用のナイフエッチ（５）が移
動自在に設けられ、このナイフエッチ（５）を移動させ
て、レーデ−ビーム童を制限したときのビーム強度（エ
ネルギー密ｆ）が光電変換素子（４）によって電気信号
（検出信号）に変供される。

実際のビーム強度分布を得るには、光電変換素子（４）
より出力された検出信号とナイフエッチ（５）の変位量
とから求める。即ち、總２図に示すようにレーザービー
ムのエネルギー分布はガウス分布となり、その横軸はビ
ーム中心からの鞄屋であるがら、正しいエネルギー分布
を得るには検出信号の時間軸をナイフエッヂ（５）の変
位量Ｉｆ（ビーム蓮蔽連皺すなわちナイフエッヂ（５）
の移動速Ｉｔ）によって験正する必要があるからである
。

その友め、従来に於いてはこのナイフエッヂ（５）の変
位速度を測定するためマイケルソン干渉計部を使用し、
この干渉針から出力されたナイフエッヂ（５）の変位量
と光電変換素子（４）がら出力された検出信号とから、
゛この検出信号に基づくビームプロファイル（Ｂ＠ａｍ
　Ｐｒｏｆｉｌｅ）の径の較正を行っている。

このように従来に於いて位元干渉計を使用してナイフエ
ッチ（５）の変位速度を創足するため、ビーム強度測定
装置全体が大型化すると共に、光千参針は通常定盤上に
固定されているため、その移動。

持ち運びが不可能であった。史に元干渉針を構成する建
う−↑ハーフ建う−等のアライメント調整も必要である
から保守１点−□の面で問題があった。

そこで、この発明はこのような点を考慮し、光子−計を
使用することなく光遮蔽体の一位速度を測定できるよう
にして装置の小型等を達成した４のである。

そのため、この発明に於いては光遮蔽体αｑとしてｗ４
３図に示すようなものを使用する。図に於いて、ａｌ）
Ｆｉ光透過性の基板で、これはレーザーディスクのピッ
ト形成用基板と同一の屈折率を有するものが使用され、
従って仁の基板Ｕυはピット形成用基板と同一の厚みＷ
ａを有する。基板０υの上面（ｌ１ｍ）には所定幅の光
遮蔽層ａ３が所定の間隔をもって複数配列形成される。

その形成は、例えば基［ａυの一面（ｌｌａ）にクロム
等を＃看した後エツチング処理するなど、リソグラフィ
ーの技術を利用して高精度に形成する。

光遮蔽体叫は元軸と直交する面内に移動させる必要があ
るため、この例では図のように基板αυの一端にバイモ
ルフ板Ｑ！１Ｇが取り付けられ、このバイモルフ板α９
をＦ９ｒ足の電圧で駆動することにより、所定の方向に
所定の速度でもって移動させるようにしている。

この駆動手段をもつ光遮蔽体α１１４図で示すように光
遮蔽層＜１３が光電変換素子（４）と対向するように、
しかも基板αυの一面（ｌ１ｍ）が対物レンズ（１）よ
ｐ出射したレーザービームＢの焦点を含む面内ＫＴｏる
ように夫々の配置が調整されている。

ＩＩはバイモルフ板ａＳＫ対する駆動系であって、この
駆動系に）より得られる駆動電圧でバイモルフ＊ａｅが
偏倚して光遮蔽体叫は矢印方向に移動する。

それに伴って、ビームスｌシトを光遮蔽層ａｚが纏るの
で、その遁蔽位皺に応じた検出信号が光電変換素子（４
）より出力され、これが増幅器（２）にて増幅され良後
、ロー／ｌスフイルタ（至）に供給されて所定の検出信
号のみ出力される。

ここで、菖５図に示すようにビームスポットＢ。

に対し光迩蔽体輪が全く鐘らない状態の光電変換素子（
４）からの検出出力レベルをｖｆｎとし、光遮蔽体０１
によってビームス４ツトＢ、が完全に達られた伏線での
検出出力レベルをＶ・とすれは、光遮蔽体（２）がビー
ムス４ットＢ、を鐘りつつあるときの検出レベルは第５
図Ｂのように変化する。この検出レベルは恢述するよう
にレーザービームＢのビームプロファイル（＃像）に対
応する。

従って、光遮蔽体ＱＱがビームス４ツトＢ１から徐徐に
抜は出るときには、第６図Ｂに示すような検出レベルと
なって得られる。

そのため光遮蔽体ａ０に設けられた１条の光遮蔽層（一
対の光透断面を有する）（１３がビームスポットＢ、を
逓ることによって第７図Ａに示すような検出信号ＳＡが
得られる。この検出信号５ＡＦｉ黴分ｉ路−に供給され
てビームス４ツト径に対応した１対の微分ｉ４ルスＳ、
、　ｌ　８．、が形成される（第７図Ｂ）。

これら微分ノ４ルスＳ、、　、　Ｓ、ｂの形状はレーザ
ービームＢのビームプロファイルそのものである。

微分ＡルスＳ、、　＊　Ｓ、ｂは第１のｒ−）回路に）
に於いてｒ−トされた後、１対のコンノ母レータ（混）
。

（２６Ｂ）に供給される。絡ｌのコンパレータ（２６Ａ
）は正の微分パルスＳ、ｂに対するコン７ル−タであっ
てその基準レベル＋Ｖは■。＝０としたとき、最大検出
レベル■□の２’即ちビームスポットＢ８の中心点に於
ける検出レベルに設定される。同じく、第２のコンノ母
レータ（２６Ｂ）の基、準電圧−ＶもビームスｌットＢ
１の中心点に於ける検出レベルに設定される。

第１及び第２のコンノ譬レータ（２６Ａ）　、　（２６
Ｂ）の出力Ｂｔ　１Ｂｍ　（纂７図Ｃ，Ｄ　）はフリラ
グフロップ■に供給されて、第７図Ｅに示すようＫ　）
４ルス幅Ｔｔ）Ａルス信号Ｓ、が形成される。この／ｌ
ルスａｔ号ｓｃ嬬カウンタ四に供給されてノクルス幅Ｔ
の時間が検出される。

ここで、光遮蔽層（２）の幅Ｃは予め解っているので、
この幅Ｃとカウンタ（至）で計測された時間Ｔとから光
迩蔽体叫の変位速［ｖを知ることができる。

即ち ！＝〒　　・・・・・・　（υ 一方、微分回路−の出力は更に第２のｒ−ト回路参カに
供給された後、時間軸の較正回路（ロ）に供給される。

即ち、微分することによりレーザービームＢのビームプ
ロファイルが婦ヤれるが、ビームプロファイルの横軸（
ビームスポット径であるが、これは検出信号ＳＡの時間
軸でもある）は光遮蔽体ｏＯＯ変位変位に応じて較正す
る必資がある。

その九め、第２のｒ−）回路０めより出力された微分出
力（この例では正の微分出力Ｓ、、）がディジタルオシ
ロスコープ（図示せず）に供給されてビームプロファイ
ルのス４ット径に相当する期間（時間）ｔｗを求め、そ
の結果からビームス４ツト径が求められる。即ち、この
ビームス４ツト径Ｗは Ｗ＝ν・ｔｗ　　　　・・・・・・　（２）なおａηは
ｆ　−）　／４ルスの形成回路であって、後畔するよう
に、光遜蔽体叫の速度誤差が最も少ない時点に得られる
微分出力Ｓ、をｒ−）するように、この例ではバイモル
フ板αＳに加える駆動電圧の電圧値を検出して必要なｊ
’　−）　ノ譬ルスＧｌ　＋Ｇ１を形成している。

更に、第２のｆｆ−）回路０すより出力された正の微分
ノ譬ルスＳ□は高速７−リエ変換器（ＦＦＴ）　０１に
供給されて、時間領域の信号が空間領域の信号に゛　　
（ 変換される。即ちこれより空間周波数（ＯＦＴ）を求　
　　１めることができる。即ち、空間周波ｉ１５［Ｆは
ＦＦＴ（至）の出力である周波数ｆと光遮蔽体（ト）の
変位速度管とによって求めることができる。

Ｆ＝Ｌ　　　・・・・・・　（３） ！ 時間軸補正後のビームプロファイルの一例を第８図に、
そのときの空間周波数Ｆを第９図に示す。

さて、基板（Ｉｔ）として３×３−角のガラス基板を用
い、その上面にスリット輪Ｃが１０Ｉ！ｒｌＬで、層間
隔がｌθμ情のｊｔ鐘蔽層０を形成した場合ＫＦｉ、４
０■１！！度の長さをもつバイモルフ板ａ９が使用され
、このバイモルフ板ａ９は４０Ｈｚの正弦波電圧で駆動
される。この駆動によって光遮蔽体Ｃ１（ｌは約１００
μｍ質位する。

測定結果として使用するデータは複数の光遮蔽層ａ３に
よって得られるデータのうち、光迩蔽体翰Ｏ変位速度が
最も安定したときに得られるデータが使用される。正弦
波電圧による駆動の場合には、マイナスの蝦大値からプ
ラスの最大値に変化するその中心付近が、電圧変化の直
紡性が最もよくなるので、この中心付近の電圧でバイモ
ルフ板（ｌ！１９が駆動されているときのデータが使用
される。

〕嗜イモルフ板は駆動電圧に線形に応答するので、正弦
波電圧で駆動する場合と、リニアに変化する電圧で駆動
する場合とでは、たとえ上述のような中心付近の電圧を
使用したときでも、厳密には若干相違する。しかし、そ
の誤差は数／ヤーセント以内なので無視することができ
る。

即ち、今第１０図で示すようにバイモルフ板に加えられ
る正弦波電圧の振幅をｂ１角周波数をωとすると、時間
ｔでのバイモルフ板の変位ｙ及びバイモルフ板の変位速
ＦＩＩＬｖは ｙ　＝　ｂｇｉｎωｔ　　　　・・・・・・　（４）！
＝　ｌｌａｌｇ（ａｌｔ・＋　＋＋　　（５）となる。

ｃ 図のように、時間丁で丁だけ変位したときにビームプロ
ファイルが得られ九とすると上式より一方、光遮蔽体翰
の変位速ｆνは（１）式で与えら従って、ｖＴと！との
速度−差Δνは ７ （９）式から明らかなように速度誤差Δ１は周波数に依
存せず、正弦波の振幅すとスリット幅０とに依存し、上
述の数値例の場合には０．３−程度の速度誤差となる。

従ってスリット幅ｃｑ）誤差、カウンタｇｓＫよる時間
測定の誤差等を含めても±１．５−以内の精度で構成で
きるから、バイモルフ板Ｑ１に対する駆動電圧としてリ
ニアに変化する電圧に代え、正弦波電圧を使用してもそ
の影響は殆んどない。

尚、仁の正弦波電圧による駆動に代え、三角波電圧によ
る駆動あるいはこの三角波をＱダンプした電圧による駆
動も考えられる。これらの場合もリニアに変化する駆動
電圧に対してあまり影響の１ でるような誤差とはならない。尚、三角波電圧による場
合には豪共振を生ずるおそれがあるが、三角波電圧をＱ
ダンプしたものを使用する場合にはこの複共振を除去で
きるので、速度誤差を最小に止めることができる。

第１１図はこの発明の更に他の実施例を示し、この例に
於いては検出出力の中値幅時間を測定することにより、
光遮蔽体ＱＱの変位速度を検出し、仁の検出速度からビ
ームプロファイルの時間軸を較正するようにした場合で
ある。上述したようにビームスポットＢ、の中心点に対
応する検出レベルはその最大レベルＶ。に対し−となる
のでこの上２ のレベルを半値幅の時間測定の基準レベルとして利用で
きる。

第１１図で示すように増幅器（２）により増幅された検
出信号Ｓ、は基準信号を得るため、ポテンショメーター
りに供給され、最大検出電圧ｖＩＴｌと同一の基準電圧
を形成する。そのため、−テンショメータ砿ルの指針が
０となるようにがりュームーを！１１１１ｉ−ムスＩッ
トＢ８の中心点に対応した基準電圧Ｔｖｍが形成され、
これがコンツタレータ−に対し基準電　　□圧として供
給される。

基準電圧ｉ−を設定した彼は、スイッチＳＷを実線図示
のように切換える仁と罠より、検出信号８□がコン／昔
レータ−に供給されてレベル比較が行われる。その結果
第１２図Ａの検出信号８□に対しコンツタレータ−から
は同図Ｂに示す所定の時間幅Ｔを有するパルス信号札が
得られる。これは前述と同じようにカウンタ翰に供給さ
れてその時間がカウントされる。

このようにしても光遮蔽体ＱＱの変位速度１を検出でき
るから、これに基づきビームプロファイルの時間軸を較
正することができる。

以上説明したようにこの発明によれば従来のように光干
渉針等を使用して光遮蔽体（至）の変位速度を検出する
必要がないから、構成が極めて簡単となると共に、基板
０υに形成される光遮蔽層（１３の精度が極めて高いの
で、光迩藪体翰の変位速度を正確に所定できる。従って
従来よりも正確なげ一ムグロファイルの較正が可能にな
る。

爽にこの発明に於いては電気的に変位速［ｇを測定でき
るから従来よりも測定装置の小型化を図ることができ、
運搬、持ち運びに便利である。又光干渉計等を使用して
いないため保守９点検が容易である。

なお、上述では基板ａυに対し複数の光遮蔽層ａｚを形
成したが、少くとも１条の光遮蔽層０３があれば、所定
の間隔をもって平行に配された１対の光遮断面を形成で
き、これによって１ｇ５図Ｂ及び第６図Ｂに示す検出信
号Ｓ、を得ることができる。従って、原理的にＦｉ１条
の光遮蔽層（１３をもつ光迩薮体ａ呻であればよい。

【図面の簡単な説明】 第１図は対物レンズの集光性能を測定するためのビーム
強を測定装置の従来例を示す構成図、第２図はビームプ
ロファイルの睨明図、＃！３図はこの発明に適用して好
適な光遮蔽体の一例を示す斜視図、第４図はこの発明に
係るビーム’ｉ！ｉ　ＩＩ　Ｏ所定装置の一例を示す構
成図、＃！５図〜第１θ図まではこの発明の動作説明に
供する線図、ｍｌ１図はこの発明の他の実施例を示す第
４図と同様な系統図、第１２図はその動作説明に供する
波形図である。 （１）は対物レンズ、（４）ｔｉ光電震換素子、輪は光
遮蔽体、（１３は光遮蔽層、−は微分回路、（２６Ａ）
　、　（２６Ｂ）はコンノ奢レータ、＠は７リツｆ７０
ツブ、（至）はカクンタ、（至）は高速７−リエ変換器
、Ｑ９はバイモルフ板である。 第１図 第２図 第８図 第７図 第９図 を南閉虐収　停止餉明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対物レンズより出射したビームの強度を測定することに
   よって上記対物レンズの集光性能を評価するようにし友
   ものに於いて、・所定の距離を隔て平行に形成された１
   対の光遮断面を有する光遮蔽体が上記対物レン・ズを透
   過したレーザービームの焦点を含む面に対し、移動自在
   に配され、この焦点の近傍には光電変換素子が配されて
   上記光遮蔽体により遮られつつあるレーザービームの強
   度が検出されると共に、上記１対の光遮断面の断面間距
   離に相幽する上記光遮蔽体の移動時間を測定する手段が
   設けられ、この移動時間の計測値と上記検出信号からビ
   ーム強度を測定するようにしたビームｇ！Ａ度測定装置
   ・