JPS60122913A - 焦点検出光学系 - Google Patents
焦点検出光学系Info
- Publication number
- JPS60122913A JPS60122913A JP23192983A JP23192983A JPS60122913A JP S60122913 A JPS60122913 A JP S60122913A JP 23192983 A JP23192983 A JP 23192983A JP 23192983 A JP23192983 A JP 23192983A JP S60122913 A JPS60122913 A JP S60122913A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical system
- divided
- light
- focus detection
- detection optical
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
- G02B7/36—Systems for automatic generation of focusing signals using image sharpness techniques, e.g. image processing techniques for generating autofocus signals
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
技 術 分 野
本発明は焦点検出光学系、特にビデオディスクのピック
アップまたは非接触表面粗さ測定装置のプローブに用い
られる光学系に関するものである。
アップまたは非接触表面粗さ測定装置のプローブに用い
られる光学系に関するものである。
従 来 技 術
ビデオディスクやコンパクトディスクのピックアップに
於て焦点調整のための検出光学系として、臨界角プリズ
ムを用いた方式が良く知られている。
於て焦点調整のための検出光学系として、臨界角プリズ
ムを用いた方式が良く知られている。
例えば第１図に示すようにレーザダイオードｌからの光
をコリメータ６ヒンズ２によって平行光にした後、偏光
ビームスプリッタ８によりｐ偏光成分のみ通過させ、こ
れを％λ板４で円偏光にした後対物レンズ５によってデ
ィスク板６上に集光する。
をコリメータ６ヒンズ２によって平行光にした後、偏光
ビームスプリッタ８によりｐ偏光成分のみ通過させ、こ
れを％λ板４で円偏光にした後対物レンズ５によってデ
ィスク板６上に集光する。
ディスク板６より反射した光は、合焦の場合には対物レ
ンズ６で平行光にし、再び％λ板４を経てＳ偏光とし、
偏光ビームスプリッタ３で反射した後臨界角プリズム７
に導き、複数回の全反射をくり返してディテクタ８に到
達させる。臨界角プリズム７の側面の角度が平行な入射
光に対して臨界角に設定されている場合には、合焦時の
ディテクタ８上のスポットは第２図（ａ）の（−）のよ
うに全面明るいスポットとなる。ディスク６の面が第１
図（１）のように対物レンズに近接している場合にはも
どり光は発散光となりディテクタ８−１に向う光は臨界
角を越えるため、全反射されるがディテクタ８−２に向
う光は臨界角より小さな角度でプリズム側面に入射する
ため透過光となりディテクタ８−２には到達しない。従
ってディテクタ８上のスポットは第２図（ａ）の（１）
に示すようになる。逆にディスク６の面が第１図の（１
）の位置にある場合にはもどり光は収束光となりディテ
クタ８上のスポットは第２図（ａ）の（１）に示すよう
になる。
ンズ６で平行光にし、再び％λ板４を経てＳ偏光とし、
偏光ビームスプリッタ３で反射した後臨界角プリズム７
に導き、複数回の全反射をくり返してディテクタ８に到
達させる。臨界角プリズム７の側面の角度が平行な入射
光に対して臨界角に設定されている場合には、合焦時の
ディテクタ８上のスポットは第２図（ａ）の（−）のよ
うに全面明るいスポットとなる。ディスク６の面が第１
図（１）のように対物レンズに近接している場合にはも
どり光は発散光となりディテクタ８−１に向う光は臨界
角を越えるため、全反射されるがディテクタ８−２に向
う光は臨界角より小さな角度でプリズム側面に入射する
ため透過光となりディテクタ８−２には到達しない。従
ってディテクタ８上のスポットは第２図（ａ）の（１）
に示すようになる。逆にディスク６の面が第１図の（１
）の位置にある場合にはもどり光は収束光となりディテ
クタ８上のスポットは第２図（ａ）の（１）に示すよう
になる。
この変化の様子をグラフ化したのが第２図（ｂ）である
。ディスク面を横軸にとり、これが（１）→（１）→（
１）のように移動すると、ディテクタ８−１の出力は曲
線イに示すように変化し、ディテクタ８−２の出力は曲
線口に示すように変化する。そこで両回線の差（ローイ
）をめると、曲線ハに示すような誤差曲線が得られ、そ
の直線部分の範囲内では焦点ずれの方向および大きさを
測定することができる。
。ディスク面を横軸にとり、これが（１）→（１）→（
１）のように移動すると、ディテクタ８−１の出力は曲
線イに示すように変化し、ディテクタ８−２の出力は曲
線口に示すように変化する。そこで両回線の差（ローイ
）をめると、曲線ハに示すような誤差曲線が得られ、そ
の直線部分の範囲内では焦点ずれの方向および大きさを
測定することができる。
以上の機能を利用して第１図の光学系を用いて研磨面の
非接触による粗さ測定を行う試みがなされている。
非接触による粗さ測定を行う試みがなされている。
表面粗さ測定は０．０１．／”ｍ以下という厳しい高精
度が要求されており、ビデオディスクのピックアップを
そのままで使用する場合には充分な精度を得ることがで
きない。その理由は、粗さ測定では測定面が必ずしも光
軸に対して垂直ではないということがあるからである。
度が要求されており、ビデオディスクのピックアップを
そのままで使用する場合には充分な精度を得ることがで
きない。その理由は、粗さ測定では測定面が必ずしも光
軸に対して垂直ではないということがあるからである。
第８図に示すように測定面６が入射光軸に対して成る傾
きを有している場合には、もどり光は図から明らがなよ
うに平行移動させられる形となり、ディテクタ８上のス
ポットは第４図（ａ）のように２つの分割ディテクタの
中心からずれた位置に来るようになる。従って誤差曲線
は第４図（ｂ）の曲線■に示すようになりζ焦点位置が
オフセットするだけでなく、合焦前後でアンバランスな
形となり、正確な測定は不可能となる。
きを有している場合には、もどり光は図から明らがなよ
うに平行移動させられる形となり、ディテクタ８上のス
ポットは第４図（ａ）のように２つの分割ディテクタの
中心からずれた位置に来るようになる。従って誤差曲線
は第４図（ｂ）の曲線■に示すようになりζ焦点位置が
オフセットするだけでなく、合焦前後でアンバランスな
形となり、正確な測定は不可能となる。
目 的
本発明は上述した欠点を除去し、測定面が入射光に対し
て成る傾きを有している場合にも正確な焦点ずれ信号が
得られるように適切に構成した焦点検出光学系を提供す
ることを目的とする。
て成る傾きを有している場合にも正確な焦点ずれ信号が
得られるように適切に構成した焦点検出光学系を提供す
ることを目的とする。
概 要
本発明焦点検出光学系はディスク面（または測定面）か
らの反射光をハーフミラ−と全反射ミラーとによって平
行な２光束に分割し、一方の分割光束はそのままあるい
は等倍正立のセルフォックレンズを通って臨界角プリズ
ムの端面の一部に入射させ、複数回の反射をくり返した
後、１組・の２分割受光素子上にスポットを形成し、他
方の分割光束は等倍倒立の七／Ｉ／７オツクレンズを通
って前記臨界角プリズムの端面の他の部分に入射させ複
数回の反射をくり返した後他の１組の２分割受光素子上
にスポットを形成し、第１受光素子および第２受光素子
の上に形成されるスポットは、測定面の傾きによるもど
り光の平行移動に対して逆方向に移動するようし、両受
光素子の誤差信号の和をとることにより平行移動による
信号の変化が相殺されるようにしたことを特徴とする。
らの反射光をハーフミラ−と全反射ミラーとによって平
行な２光束に分割し、一方の分割光束はそのままあるい
は等倍正立のセルフォックレンズを通って臨界角プリズ
ムの端面の一部に入射させ、複数回の反射をくり返した
後、１組・の２分割受光素子上にスポットを形成し、他
方の分割光束は等倍倒立の七／Ｉ／７オツクレンズを通
って前記臨界角プリズムの端面の他の部分に入射させ複
数回の反射をくり返した後他の１組の２分割受光素子上
にスポットを形成し、第１受光素子および第２受光素子
の上に形成されるスポットは、測定面の傾きによるもど
り光の平行移動に対して逆方向に移動するようし、両受
光素子の誤差信号の和をとることにより平行移動による
信号の変化が相殺されるようにしたことを特徴とする。
実 施 例
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する第５図は
本発明焦点検出光学系の１例を示し、図中第１図に示す
部分と同一部分には同一符号を付して示す。本例では、
レーザダイオード１からの光をコリメータレンズ２で平
行光とし、偏光ビームスプリッタ８でｐ偏光のみ通過さ
せ、このｐ偏光を％λ板４で円偏光にした後対物レンズ
ｂにより測定面６に集光させる。測定面からの反射光は
対物レンズ５および％λ板４を再び通過することにより
Ｓ偏光となり、偏光ビームスプリッタ８で反射される。
本発明焦点検出光学系の１例を示し、図中第１図に示す
部分と同一部分には同一符号を付して示す。本例では、
レーザダイオード１からの光をコリメータレンズ２で平
行光とし、偏光ビームスプリッタ８でｐ偏光のみ通過さ
せ、このｐ偏光を％λ板４で円偏光にした後対物レンズ
ｂにより測定面６に集光させる。測定面からの反射光は
対物レンズ５および％λ板４を再び通過することにより
Ｓ偏光となり、偏光ビームスプリッタ８で反射される。
偏光ビームスプリッタ３から出た光束は、ハーフミラ−
１Ｏにより２等分され、透過光はセルフォックレンズ１
２に入射し、反射光は全一反射ミラ−１１で透過光束と
平行にされた後セルフォックレンズ１８に入射する。
１Ｏにより２等分され、透過光はセルフォックレンズ１
２に入射し、反射光は全一反射ミラ−１１で透過光束と
平行にされた後セルフォックレンズ１８に入射する。
セルフォックレンズ１２′は第６図に示すようにその一
方の端面の像が他の端面に王立等倍で結像されるような
長さおよび屈折率分布を有しており、セルフォックレン
ズ１３は一方の端面の像が他の端面に倒立等倍像として
伝達されるような長さおよび屈折率分布を有しているも
のとする。従って第６図に示すように入射端面の像が上
方に移動した場合セルフォラフレ１．ンズ１２の出射端
面像は上方に移動しセル７オツクレンズ１８の出射端面
像は逆に下方に移動する。
方の端面の像が他の端面に王立等倍で結像されるような
長さおよび屈折率分布を有しており、セルフォックレン
ズ１３は一方の端面の像が他の端面に倒立等倍像として
伝達されるような長さおよび屈折率分布を有しているも
のとする。従って第６図に示すように入射端面の像が上
方に移動した場合セルフォラフレ１．ンズ１２の出射端
面像は上方に移動しセル７オツクレンズ１８の出射端面
像は逆に下方に移動する。
セルフォックレンズ１２および１３の出射端面は臨界角
プリズム７の入射面に密着させるかまたは平行に配置さ
せるようにする。セルフォックレンズ１２ ｔｊ’ら出
た光束は、臨界角プリズム内を複数回反射して受光素子
８に入射し、且つセルフォックレンズ１３から出た光束
も同様にして受光素子９に入射し得るようにする。
プリズム７の入射面に密着させるかまたは平行に配置さ
せるようにする。セルフォックレンズ１２ ｔｊ’ら出
た光束は、臨界角プリズム内を複数回反射して受光素子
８に入射し、且つセルフォックレンズ１３から出た光束
も同様にして受光素子９に入射し得るようにする。
今、測定面６が成る傾きを有し、且つ反射光束が移動し
ているものとすると、セルフォックレンズ１２３−？よ
び１８の入射端での反射光束の移動方向は同一方向とな
るが出射端では逆方向となる。
ているものとすると、セルフォックレンズ１２３−？よ
び１８の入射端での反射光束の移動方向は同一方向とな
るが出射端では逆方向となる。
従って受光素子８および９に入射するスポットの移動は
第７図（ａ）に示したように逆方向となる。
第７図（ａ）に示したように逆方向となる。
各受光素子を図示するようにａ、ｂ、ｃ 、ｄとしてそ
の出力からａ−ｂ、ｃ−ｄ、（ａｒｃ ）−（ｂ＋ｄ）
をめると、その結果はそれぞれ第７図（ｂ）の曲線に示
すように変化する。これら曲線から明らかなように２組
の受光素子の出方から（ａ＋ｂ ｌ−（ｃ＋ｄ ）をめ
ることにより測廟面の傾きによるビームの平行移動の影
響を受けない誤差曲線が得られる。
の出力からａ−ｂ、ｃ−ｄ、（ａｒｃ ）−（ｂ＋ｄ）
をめると、その結果はそれぞれ第７図（ｂ）の曲線に示
すように変化する。これら曲線から明らかなように２組
の受光素子の出方から（ａ＋ｂ ｌ−（ｃ＋ｄ ）をめ
ることにより測廟面の傾きによるビームの平行移動の影
響を受けない誤差曲線が得られる。
本例ではセルフォックレンズ１２および１８の長さを異
にしているが、これはハーフミラ−１゜で分割された２
光束のそれぞれのセルフォックレンズ入射端面までの光
路長が等しくなるようにするためである。２つのセル７
オツクレンズの出射端面位置が等しいものとすれば、２
光束の受光素子面上でのスポット径は等しくなる。しか
しこの条件は必須のものではない。その理由は２光束は
その光路長のいがんにかかわらず、臨界角プリズムの側
面に対する角度がデフォーカス量のみに依 存している
からである。従って受光素子の寸法をスポット径の変化
に対して充分大きくする場合には上記セルフォックレン
ズ１２は省略するこトカできる。
にしているが、これはハーフミラ−１゜で分割された２
光束のそれぞれのセルフォックレンズ入射端面までの光
路長が等しくなるようにするためである。２つのセル７
オツクレンズの出射端面位置が等しいものとすれば、２
光束の受光素子面上でのスポット径は等しくなる。しか
しこの条件は必須のものではない。その理由は２光束は
その光路長のいがんにかかわらず、臨界角プリズムの側
面に対する角度がデフォーカス量のみに依 存している
からである。従って受光素子の寸法をスポット径の変化
に対して充分大きくする場合には上記セルフォックレン
ズ１２は省略するこトカできる。
上述した例の最後に述べたように反転した２光束の光路
長を必ずしも等しくする必要はなしこの場合の例を第８
図に示す。
長を必ずしも等しくする必要はなしこの場合の例を第８
図に示す。
第８図（ａ）は、ハーフミラ−１ｏで分割された一方の
分割光束を２枚の共焦点レンズすなわちリレーレンズ１
４および１５を用いて反転させる場合を示す。この実施
例ではレンズの間隔をハー７ミラー１０と全反射ミラー
１１との間隔に等しくすれば、２光束の光路長は等価に
なる。
分割光束を２枚の共焦点レンズすなわちリレーレンズ１
４および１５を用いて反転させる場合を示す。この実施
例ではレンズの間隔をハー７ミラー１０と全反射ミラー
１１との間隔に等しくすれば、２光束の光路長は等価に
なる。
第８図（ｂ）は一方の分割光束を反転きせるためにペン
タゴナルプリズム】６を用いた例である。
タゴナルプリズム】６を用いた例である。
この場合光束の反転は上下のみについて行なえばよいの
で、ペンタゴナルプリズム１６はカメラのファインダー
に用いられるようなルー７タイプにして左右で反転させ
る必要はないので構造が比較的簡単となる。
で、ペンタゴナルプリズム１６はカメラのファインダー
に用いられるようなルー７タイプにして左右で反転させ
る必要はないので構造が比較的簡単となる。
また、第５図に示す例では最終検出光が８偏光となるよ
うにしているが、最終検出光をｐ偏光とすることもでき
る。この場合の例を第９図に示す。
うにしているが、最終検出光をｐ偏光とすることもでき
る。この場合の例を第９図に示す。
上述したように本発明により臨界角プリズムを用いた焦
点検出光学系の測定面の傾きによる誤差を効果的に補正
することができ、従ってこの光学系はビデオディスクや
コンパクトディスクのピックアップに用いるだけでなく
、より精密な測距技術を必要とし、測定面の傾きが必然
的な条件である表面粗さ測定装置等にも用いることがで
きる。
点検出光学系の測定面の傾きによる誤差を効果的に補正
することができ、従ってこの光学系はビデオディスクや
コンパクトディスクのピックアップに用いるだけでなく
、より精密な測距技術を必要とし、測定面の傾きが必然
的な条件である表面粗さ測定装置等にも用いることがで
きる。
第１図は臨界角プリズムを用いる従来の焦点検出光学系
を示す構成説明図、 第２図ａ、ｂは同じくその動作説明図、第８図は測定面
が傾きを有する場合の焦点検出光学系を示す構成説明図
、 第４図ａ、ｂは同じくその動作説明図、第５図は本発明
焦点検出光学系の１例を示す構成説明図、 第６図は第５図の光学系に用いるセルフォックの機能を
示す説明図、 第７図ａ、ｂは第５図に示す本発明焦点検出光学系の動
作説明図、 第８図ａ、ｂは本発明焦点検出光学系の他の例を示す構
成説明図、 第９図は第５図に示す光学系の変形例を示す構成説明図
である。 １・・・レーザダイオード ２・・・コリメータレンズ ８・・・偏光ビームスプリッタ ４・・・％λ板 ５・・・対物レンズ ６・・・測定面 ７・・・臨界角プリズム ８．９・・・ディテクタ １０・・・ハーフミラ− １１・・・全反射ミラー 】２・・・等倍正立セル７オツク １８・・・等倍倒立セル７オック １４、１５・・・リレーレンズ １６・・・ペンタゴナルプリズム 特許出願人 オリンパス光学工業株式会社第１図 第２図 （Ｃ１） （ｂ） 第３図 第６図 第７図 （Ｑ） （ｂ） 第８図 （ｂ）
を示す構成説明図、 第２図ａ、ｂは同じくその動作説明図、第８図は測定面
が傾きを有する場合の焦点検出光学系を示す構成説明図
、 第４図ａ、ｂは同じくその動作説明図、第５図は本発明
焦点検出光学系の１例を示す構成説明図、 第６図は第５図の光学系に用いるセルフォックの機能を
示す説明図、 第７図ａ、ｂは第５図に示す本発明焦点検出光学系の動
作説明図、 第８図ａ、ｂは本発明焦点検出光学系の他の例を示す構
成説明図、 第９図は第５図に示す光学系の変形例を示す構成説明図
である。 １・・・レーザダイオード ２・・・コリメータレンズ ８・・・偏光ビームスプリッタ ４・・・％λ板 ５・・・対物レンズ ６・・・測定面 ７・・・臨界角プリズム ８．９・・・ディテクタ １０・・・ハーフミラ− １１・・・全反射ミラー 】２・・・等倍正立セル７オツク １８・・・等倍倒立セル７オック １４、１５・・・リレーレンズ １６・・・ペンタゴナルプリズム 特許出願人 オリンパス光学工業株式会社第１図 第２図 （Ｃ１） （ｂ） 第３図 第６図 第７図 （Ｑ） （ｂ） 第８図 （ｂ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 Ｌ 光源からの光束を物体に照射する照明、光学系と、
物体からの反射光束を２分割する光分割部材と、一方の
分割光束の上下、左右のいずれかを反転させる光学部材
と、一方の分割光束を前記反転光学部材を通過した後、
または通過する前に他の分割光束に平行とし、臨界角プ
リズムの入射端面の異る部分に導く光学部材と、臨界角
プリズムの出射端に配置され前記平行２光束をそれぞれ
受光する１組の２分割受光素子とを具えることを特徴と
する焦点検出光学系。 ｉ 反射光束を平行配置されたハーフミラ−および全反
射ミラーにより平行な２光束に分割し、一方の分割光束
は倒立等倍セル７オツクレンズを通し、他方の分割光束
は正立等倍セルフォックレンズを通すか、またはそのま
ま臨界角プリズムの入射面に導くようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の焦点検出光学系。 ＆ 正立等倍セル７オツクレンズと倒立等倍セ、ルフオ
ックレンズとの長さの差を、ハーフミラ−と全反射ミラ
ーとの間隔に等しくなるようにしたことを特徴とする特
許請求の範囲第２項記載の焦点検出光学系。 ４ 反射光束を平行配置されたハーフミラ−および全反
射ミラーにより平行な２光束に分割し、一方の分割光束
は２枚の共焦点レンズ系を通し、他方の分割光束はその
まま臨界角プリズムの入射面に導くようにしたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の焦点検出光学系。 五 共焦点レンズの間隔と、ハーフミラ−および全反射
ミラーの間隔とを等しくするようにしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第４項記載の焦点検出光学系。 ａ 反射光をハーフミラ−で２分割し、一方の分割光束
はペンタゴナルプリズムを通し、他方の分割光束はその
まま臨界角プリズムの入射端面に導くようにしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の焦点検出光学系
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23192983A JPS60122913A (ja) | 1983-12-08 | 1983-12-08 | 焦点検出光学系 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23192983A JPS60122913A (ja) | 1983-12-08 | 1983-12-08 | 焦点検出光学系 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60122913A true JPS60122913A (ja) | 1985-07-01 |
Family
ID=16931268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23192983A Pending JPS60122913A (ja) | 1983-12-08 | 1983-12-08 | 焦点検出光学系 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60122913A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62237306A (ja) * | 1986-04-08 | 1987-10-17 | Kobe Steel Ltd | 表面形状測定装置 |
-
1983
- 1983-12-08 JP JP23192983A patent/JPS60122913A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62237306A (ja) * | 1986-04-08 | 1987-10-17 | Kobe Steel Ltd | 表面形状測定装置 |
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