JPS5824262Y2 - 自動焦点装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、少くとも一方の表面がほぼ平坦な面として形
成された支持体により支持した被検物を検出するための
対物レンズの自動焦点装置に関するものである。

上述した種の支持体の典型的な例は、ビデオ情報を記録
した光学式ビデオディスク、釦よび光学顕微鏡で観察す
べき被検物を支持するためのプレパラート等である。

理解を容易とするため、以下では便宜的に本考案を光学
式ビデオディスクの情報読取ヘッドにおける対物レンズ
の自動焦点装置に適用した例のみについて説明する。

第１図に例示した光学式ビデオディスク１は、オーディ
オレコード盤と同様に、スタンパ−を使用して原盤から
塩化ビニール板上に複製され、ら線状に配列された情報
トラック２を有し、ビデオ信号情報がこの情報トラック
２上に例えば長円形の凹凸として、または濃度差の形で
記録される。

この情報は一般にビデオ信号の１フレ一ム分が１周の情
報トラック２内に記録され、したがってその信号の周波
数は数ＭＨｚ以上である。

ＮＴＳＣ方式のテレビジョンでは、再生時に毎秒３０フ
レームの画像が写出されるので、ビデオディスク１は毎
秒３０回転することになり、また情報トラック２はそれ
に対応して３０本必要となる。

再生時間は情報トラック２の本数により定するので、記
録密度を上げるためには情報トラック２の間隔をせばめ
る必要力にあり、この間隔は現在寸でに発表されている
ビデオディスクでは約１．６〜２．０μｍとされている
。

画質は、信号周波数に関係し、この周波数が高いほど向
上するので、通常は５〜１１ＭＨ２の信号周波数帯域が
使用される。

情報を長円状の凹凸として記録するビデオディスクでは
、この凹凸の幅が情報トラックの間隔により制限され、
相互干渉を生じない状態で読取可能とするために０．８
〜１．０μｍとされ、また凹凸の長さは少くとも０．８
〜１．０１ｔｍとされている。

このようなビデオディスクに記録された情報の読取りは
、情報トラック上で凹凸のある部分と無い部分との位相
差または濃度差を光学的に検出することにより行うが、
その際に凹凸が微小であるために読取光学系の対物レン
ズの精密な焦点調整が必要とされる。

情報トラックの情報を、他の情報トラックの情報に影響
されることなく読取るためには、例えば開口数（Ｎ、Ａ
、）が０．４の対物レンズを使用する場合、その焦点を
±１．０μｍ以内で調整する必要がある。

第２釦よび３図に示すように、ビデオディスクは透過形
、反射形等の形式の相違により、異る後処理が施される
。

第２図に示す透過形ビデオディスクで情報が凹凸として
記録される場合、位相差をとれる適当な保護膜物質がな
いため、情報トラック面が直接表面に露出した１１の形
で使用される。

したがって、ごみ、はこり等の影響を受けて画質が低下
したり、表面にきすが付きやすい。

また、透過形ビデオディスクで情報が濃度差として記録
される場合、情報トラックを保護するための保護膜を設
けることができる。

しかしながら、その場合に記録密度を高めるためには、
濃度をつけることができる物質、例えば写真乳剤でビデ
オディスクを形成する必要があり、製造コストが高くな
る。

第３図に示す反射形ビデオディスクでは、情報トラック
の凹凸面に例えばアルミニウムからなる反射膜コート３
を設けることにより、前述したと同様な保護膜４を設け
、この保護膜を通して情報を読取る場合でも、またビデ
オディスクの裏面から情報を読取る場合でも、信号が記
録されている情報トラック面は外部に直接露出しない。

したがって、情報トラック面に対物レンズの焦点を合わ
せることにより、ビデオ、ディスク表面の微小なごみ、
はこり、きす等の影響は事実上なくなる。

ビデオディスクにおいて保護膜で保護された情報トラッ
ク上の情報を読取るために対物レンズを焦点合わせする
に際し、通常は光学的に焦点を読出し、その結果得られ
る誤差信号に基いて対物レンズを移動させる。

実験によれば、前述したようにスタンパ−を使用して製
造されたビデオディスクは、注意深く製造してもそりを
生じ、例えば直径を３０鼾とすればその表面に対し直角
な方向、したがって厚さ方向に最大で０．５〜０．６關
程度ふれることが確認されている。

したがって、情報を正確に読取るためには、ビデオディ
スクが毎秒３０回転するので、対物レンズを３０Ｈｚの
周期と０．５〜０．６ｍｍの振幅で振動させて焦点調整
を行う必要がある。

さらに、保護膜の平坦度、その情報トラック面との平行
度等についても補償しなければ完全な焦点調整は行えな
い。

しかしながら、対物レンズを上記のように比較的高い速
度と大きな振幅で駆動するためには、対物レンズとその
保持手段の軽量化、保持方法、駆動エネルギの供給方法
など種々の解決すべき問題がある。

上記難点の最大の原因は、対物レンズの振幅がその焦点
深度の数百倍にあたる０．５〜０．６朋もあることであ
ると考えられる。

すなわち、現在の製造技術によれば、ビデオディスクお
よび保護膜の平行度、平坦度を０．１ｍＴＬ以下におさ
えることが容易である。

したがって、焦点をずらす最大の原因はビデオディスク
自体のそりであり、他方、ビデオディスクの表面と情報
トラック面との間隔の偏差は通常０．１１ｎｒＩＬ以下
であるのでさほど影響をおよぼさない。

このために、何らかの手段によりビデオディスクのそり
を補償する必要がある。

本考案の目的は、ビデオディスク等の支持体の表面と対
物レンズとの間隔をほぼ一定に保持可能とすることによ
り、支持体が表面にそりを有する場合でも被検物に対す
る容易かつ確実な焦点調整を行うことができ、しかも安
価に製造することができる自動焦点装置を提供すること
である。

この目的を達成するため本考案においては、被検物、例
えば記録された情報に対応する凹凸または濃度差を走査
するために支持体、例えば光学式ビデオディスクに対し
変位し得るように配置され、加圧気体を前記支持体の一
方の表面に向けて噴出させるノズルを有する基材と、た
の基材に固定された弾性体により前記支持体の一方の表
面に垂直な方向に変位し得るように支持され、Ｎ、Ａ、
が０、□〜０．９の対物レンズを内蔵する鏡筒とを設け
、前記ノズルから前記支持体の一方の表面に向けて前記
加圧気体を噴出させて前記基材を前記支持体から浮上さ
せることにより前記対物レンズの焦点を粗調整し得るよ
うに構成し、さらに、前記基材と前記鏡筒との間に配置
され、前記鏡筒を前記基材に対し前記支持体の一方の表
面に直角な方向に微小変位−ｕ６−％αの磁気的手段と
、この磁気的手段の磁界の大きさを前記対物レンズと前
記被検物との間隔に応じて制御することにより前記対物
レンズの焦点を微調整し得るように構成した制御手段と
を設ける。

上述した構成の本考案による自動焦点装置によれば、対
物レンズの焦点を基材による空気力学的手法で粗調整し
、また磁気的手段むよび制御手段により微調整するので
、この微調整を行うためのサーボ系の応答速度に制限を
加える重量を、対物レンズを有する鏡筒の重量により定
寸る程度とすることができる利点が得られる。

上述したノズルを有する基材は従来より工作機械、測定
器等で使用されている空気軸受と類似した構造のもので
、被検物と接触させずにこれとの間隔をほぼ一定に保持
する作用がある。

したがって、このような基材を使用することによりビデ
オディスクのような支持体が表面にそりを有する場合で
も、これに対しその間隔の偏差を数μｍ以内におさえる
ことが容易となる。

また、この基材から噴出される加圧気体により得られる
ばね定数は非常に高いので、負荷が重くても振動系の固
有振動数を大きく設定できる利点がある。

以下、本考案を図面に示した実施例にもとづいて詳細に
説明する。

第４および５図は本考案の一実施例として、ビデオディ
スク読取装置に適用した自動焦点装置を示すものである
。

この自動焦点装置に外形をほぼ円筒形状に形成した基材
１０を設ける。

この基材１０には円筒形状の外周壁１１と、はぼ中間部
で半径方向に段差がつけられた内周壁１２と、これら外
周壁および内周壁を連結する環状の頂壁１３と、基材１
０の底面を形成し、中央に開口を有する底壁１４とを設
ける。

外周壁１１および内周壁１２間に空気室１５を形威し、
他方、外周壁１１には入口ポート１６を設け、この入口
ポート１６を通して外部より空気室１５内に一定圧力の
空気を供給できるようにし、捷た底壁１４には複数個の
ノズル１γを設け、これらのノズル１１から上記の加圧
空気をビデオディスク１の表面としての保護嘆４に向け
て噴出できるようにする。

頂壁１３の上側に環状部材１８を固定し、この環状部材
１８によりその内周において、同様に環状に形成された
電磁石１９を支持する。

前述した内周壁１２は、基材１０の中央で空間を形成す
るが、そ半径方向に段差を有する段状部分に複数個の板
はね２０のそれぞれの一端を固定し、これらの板ばね２
０をそれぞれ上記中央空間の半径方向内方に突出させ、
それぞれの他端で鏡筒２１を支持する（第５図参照）。

したがって、鏡筒２１はビデオディスク１の表面４に対
し垂直な方向に変位可能である。

鏡筒２１は、その内部にビデオディスク読取光学系の対
物レンズ２２を配置し、その頂部には強磁性材料で形成
され前記電磁石１９の下方に配置された環状部材２３を
固定する。

なお、言う１でもないが、基材１０、環状部材１８、電
磁石１９、板ばね２０、鏡筒２１および対物レンズ２２
により情報読取ヘッドが形成され、この情報読取ヘッド
は図示しないがオーディオレコードプレーヤのピックア
ップアームと類似した部材により支持され、ビデオディ
スク１の情報トラック２に沿って相対変位し得るように
配置される。

情報トラック２上に記録された情報を読取るため、光源
２４からの光線を、第１の半透鏡２５を透過させ、第２
の半透鏡２６で直角に反射させ、情報トラック２の面に
焦点調整された対物レンズ２２に導いて情報トラック２
上に光スポットとして投影する。

情報トラック２上の反射膜コート３で反射された光は、
その強度が記録された情報に従って変化し、その一部が
第２および第１の半透鏡２６，２５．で反射されて光検
出器２７に入射し、この光検出器２７がビデオディスク
１に記録された情報に対応する電気的出力信号を発生す
る。

他方、反射膜コート３で反射された光の残部は、第２の
半透鏡２６を透過させ、対物レンズ２２の結像面に配置
され結ばれる像とほぼ同程度の大きさのピンホ、−ル２
８を経て光検出器２９に入射させる。

この光検出器２９は、対物レンズ２２の焦点がずれると
入射する光量が減少するので、そのずれに応じた電気的
出力信号を発生する。

この電気的出力信号に応じて、光検出器２９に接続され
た適当な構成の制御回路３０が電磁石１９の励磁電流を
制御する。

上述した実施例の本考案による自動焦点装置は次のよう
に対物レンズ２２の焦点を調整する。

ビデオディスク１の読取時に、基材１０の入口ポート１
６には一定圧力の空気が供給され、この空気はノズル１
７を通してビデオディスク１の表面に向けて噴出される
。

したがって情報読取ヘッド全体はビデオディスク１から
その表面４に対し垂直な方向にほぼ一定の高さの位置に
浮上する。

このために、ビデオディスク１がその表面にそりを有す
る場合でも、対物レンズ２２と表面４との間隔はほぼ一
定に保たれ、対物レンズ２２の焦点を粗調整することが
できる。

ビデオディスク１の表面４と情報トラック面との間隔の
偏差を補償するためには、反射嘆コート３で反射されピ
ンホール２８を経て光検出器２９に入射する光の量によ
り上記偏差、したがって焦点のずれを検出し、制御回路
３０により電磁石１９の励磁電流を制御する。

その結果、電磁石１９と強磁性材料の環状部材２３、し
たがって対物レンズ２２との間隔が変化し、それにより
情報トラック２と対物レンズ２２との間隔が精密に一定
となるように制御され、対物レンズ２２の焦点の微調整
が行われることになる。

なチ・、ピンホール２８および光検出器２９を使用して
焦点を検出するかわりに、公知の振動スリット法を用い
て、またはキャリア周波数の振幅を検出することにより
焦点を検出するようにしても良い。

第６図は本考案の他の実施例を示すものである。

この実施例において、第４および５図で使用したと同一
の参照数字は同一の部分を表わし、唾た対応する部分は
ダッシュを付した参照数字で表わす。

この実施例においては、電磁石１９のかわりに底面で開
いた環状溝を有する永久磁石１９′を配置する。

また、強磁性材料の環状部材２３のかわりに、永久磁石
１９′の環状溝内に位置するコイル２３ａと、このコイ
ル２３ａがその外周に巻かれた支持部材２３ｂとを有す
る環状部坂２３′を配置する。

制御回路３０の出力導線はコイル２３ａに接続する。

この実施例においてはミ対物レンズ２２の焦点を微調整
するための磁気的手段の構成が第４および５図に示した
ものと相違するが、その作用自体はほとんど同一である
ので、特に説明を要しない。

□第７図は本考案の他の実施例を示すものである。

この実施例においても、第・４および５図で使用したと
同一の参照数字は同一の部分を表わし、また対応する部
分は２つのダッシュを付した参照数字で表わす。

この実施例においては、基材１０に内周壁１２を設けず
、基材１０内のほぼ全体を空気室１５とする。

また、第４および５図の実施例では頂壁１３の上側に環
状部材１８を配置したが、この実施例では環状部材１８
“を外周壁１１の側方に配置する。

これに応じて、鏡筒２１は１つの板はね２０“により外
周壁１１の側方で支持する。

なお、鏡筒２１の重量により基材１０がビデオディスク
１の表面４に対し傾斜するのを防止するため、基材１０
の底壁１４の鏡筒２１側に位置するノズル１７の口径を
より大きくするか、基材１０の外周壁１１に鏡筒２１に
よるモーメントと鈎合うカウンターウェイトを設けるか
、またはオーディオレコードプレーヤにおけるピックア
ップアームと類似する部材に対する情報読取ヘッドの固
定位置を適切に設定するのが望ましい。

鏡筒２１を駆動するための磁気的手段は第４および５図
に示したものとほぼ同一に構成する。

この実施例においては、ビデオディスク１に接触せずに
対物レンズ２２の焦点のずれ方向を検出する検出器３１
を基材１０に設け、この検出器３１の出力信号を制御回
路３０に供給する。

このような検出器としては、例えば空気マイクロメータ
を使用することができ、また情報が金属面に記録されて
いる場合にはグラスファイバー捷たは渦電流ｆ利用した
ものでも良い。

ずれ方向検出器３１と対物レンズ２２との位置関係は、
情報トラック２上の任意の１点について、ずれ方向検出
器３１が予め焦点のずれ方向を検出して制御回路３０に
ずれ方向出力信号を供給しておき、その後に対物レンズ
２２がその１点上の記録情報を読取れるように、ずれ方
向検出器３１を対物レンズ２２より情報トラック２上で
前方に配置するのが望ましい。

なお、その際にずれ方向検出器３１と対物レンズ２２と
の間隔は、対応する情報トラックの第７図における矢Ａ
方向への移動速度に応じて決定するのが良い。

この実施例においては、対物レンズの焦点を微調整する
ための磁気的手段の構成および作用が第４および５図に
示したものとほとんど同一であるので、特に説明を要し
ない。

以上詳細に説明したように、本考案の自動焦点装置によ
れば支持体が表面にそりを有する場合でも容易かつ確実
な焦点調整を行うことができ、しかもこの自動焦点装置
は構造が比較的簡潔であるので安価に製造することが可
能である。

上述した実施例においては本考案を光学式ビデオディス
クの情報読取ヘッドにおける対物レンズの自動焦点装置
に適用した例のみについて説明したが、本考案はそのよ
うな例のみに限定されるものでなく、より一般的に、少
くとも一方の表面がほぼ平坦を面として形成された支持
体により支持した被検物を検出するための対物レンズの
自動焦点装置に適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は被検物の支持体としてのビデオディスクを示す
平面図、第２図は情報トラックの一例を示すビデオディ
スクの横断面図、第３図は同じく情報トラックの他の例
を示すビデオディスクの横断面図、第４図は本考案によ
る自動焦点装置の一実施例を示す線図的な断面図、第５
図は第４図の５−５線矢視方向断面図、第６図は本考案
による自動焦点装置の他の実施例を示す第４図と同様な
線図的断面図、第７図は本考案による自動焦点装置の更
に他の実施例を示す第４図と同様な線図的断面図である
。 １・−・・支持体、２・・・被検物、４・・・支持体表
面、１０・・・基材、１７・・・ノズル、１９・・・電
磁石、１９′・・・永久磁石、２０．２０“・・・板ば
ね、２１・・・鏡筒、２２・・・対物レンズ、２３・・
・強磁性材料の環状部材、２３ａ・・・コイル、２８・
・・ピンホール、２９・・・光検出器、３０・・・制御
回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 少くとも一方の表面がほぼ平坦を面として形成された支
   持体により支持した被検物を検出するための対物レンズ
   の自動焦点装置にトいて：（ａ） 前記被検物を走査
   するために前記支持体に対し変位し得るように配置させ
   、加圧気体を前記支持体の一方の表面に向けて噴出させ
   るノズルを有する基材と： （ｂ） この基材に固定された弾性体により前記支持
   体の一方の表面に垂直な方向に変位し得るように支持さ
   れ、前記対物レンズを内蔵する鏡筒とを設け； （ｃ）前記ノズルから前記支持体の一方の表面に向けて
   前記加圧気体を噴出させて前記基材を前記支持体から浮
   上させることにより前記対物レンズの焦点を粗調整し得
   るように構成し； （ｄ） さらに、前記基材と前記鏡筒との間に配置さ
   れ、前記鏡筒を前記基材に対し前記支持体の一方の表面
   に直角な方向に微小変位させるための磁気的手段と； （ｅ） この磁気的手段の磁界の大きさを前記対物レ
   ンズと前記被検物との間隔に応じて制御することにより
   前記対物レンズの焦点を微調整し得るように構成した制
   御手段とを設けることを特徴とする自動焦点装置。