JPS6218973B2 - - Google Patents

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JPS6218973B2
JPS6218973B2 JP51117059A JP11705976A JPS6218973B2 JP S6218973 B2 JPS6218973 B2 JP S6218973B2 JP 51117059 A JP51117059 A JP 51117059A JP 11705976 A JP11705976 A JP 11705976A JP S6218973 B2 JPS6218973 B2 JP S6218973B2
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Japan
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point
light
lens
convergence
reflective surface
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JP51117059A
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Kuroodo Ruuroo Jan
Buriko Kuroodo
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TOMUSON SA
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TOMUSON SA
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Publication date
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Publication of JPS6218973B2 publication Critical patent/JPS6218973B2/ja
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
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    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
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    • G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Focusing (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、放射エネルギーの点を照射すること
が望ましい物体の表面に収束点を一致させておく
ことが必要である、前記放射エネルギーのビーム
の収束のずれの測定を可能とする光学的収束セン
サに関する。この種の光学的センサは、たとえば
長さと間隔が可変であつて、円盤のようなサポー
トの表面にトラツクを形成する線の形で記録され
ているビデオ情報を読取るための光学的読取器の
製造に用いることができる。
このようにして記録された情報の密度は高いか
ら、情報を表わす要素は非常に小さく、しかも投
写レンズを備えている読取ヘツドの近くを、サポ
ートを高速で動かす必要がある。それらの情報要
素を解像できる十分に小さい読取点を得るために
は、前記レンズの収束精度は極めて高くなければ
ならない。ところが、サポートの動き、とくに読
取点を形成する収束性読取ビームの軸に沿うサポ
ートの動き、の不安定度はその精度をかなりの範
囲で超えている。したがつて、収束点の位置を制
御する要素を用いることが必要である。それらの
要素は前記のような不安定度があつても収束点を
サポートの表面に精密に一致させることができ
る。とくに、読取点の鋭明さをそのままにしてお
くために収束ループが用いられる。
収束制御ループを動作させるために必要な誤差
信号は補助の光ビームを用いることにより得るこ
とができる。この補助の光ビームは投映レンズか
ら出ると傾斜した平行なビームを形成する。その
平行なビームの位置はサポートで反射され、レン
ズを別の光路を通つて透過してから、前記誤差信
号を供給する光電素子によつて検出される。
サポート上の点がほぼ円形である読取ビーム
を、正しい収束点に与える、非点収差を起させる
円筒レンズを使用することも知られている（フラ
ンス特許第74.01283号）その収束点を超えると、
点は長円形となり、その大きさは収束点からの距
離が大きくなるとともに大きくなり、かつその向
きはサポートが円形の収束点の前方にあるか、後
方にあるかに従つて異なる。４つの象限を有する
光電素子は読取点の形の変化を検出でき、その変
化に対応する電気信号を発生する。
そのような装置は正しく機能するが、コストが
高くて調整がかなり面倒な補助手段を必要とす
る。
本発明によれば、反射面とコヒーレントな光線
により形成される入射ビームとの間の偏移を測定
するための光学的収束センサであつて、前記入射
ビームを前記反射面の近くの前記収束点に収束さ
せるとともに、前記入射面が前記反射面により反
射された反射ビームを映像点に収束させるための
投映レンズと、前記光線の光路のうち、収束点で
はない任意の点における前記光線の空間分布に非
対称性を導入するための手段と、前記反射ビーム
を受け、前記非対称を測定し、かつ誤差信号を発
生するための光電装置とを備え、この光電装置は
前記収束点が前記反射面の上に置かれた時に前記
映像点が置かれている点に置かれ、それにより前
記偏移が零の時に前記誤差信号が零であることを
特徴とする光学的収束センサが得られる。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
第１図に概略的に示されている本発明のセンサ
を備える読取装置が、その装置の主光軸X1，X2
と第２の光軸X3X4とにより定められる平面に沿
つて切断した断面図で示されている。第２の光軸
X3X4はサポート１４上の読取点P2の速度ベクト
ルの方向に平行である。サポート１４は軸X1X2
に垂直である。この読取装置は収束レンズ１１
と、半反射鏡１２と、投映レンズ（以下単にレン
ズという）１３と、マスク１５と、２個の光電素
子１６，１７とを有する。
簡単にするために、この装置と、この装置から
起る現象とが断面X1X2／X3X4に関して対称的で
ある場合に説明を限定することにする。このこと
は追従誤差が零であることを意味する。
この装置は中心軸がX3X4で端部の光線R1R2に
より断面内に限定される円形断面の平行な光ビー
ムを受ける。このビームはたとえばレーザから発
生される。このビームは収束レンズ１１によりP1
点に収束させられる。この点はこの装置の残りの
部分に対する光源として機能する。
このP1点からビームは発散ビームの形で進み、
断面に対して垂直に配置されている半反射鏡１２
により反射される。そして反射されたビームは軸
X1X2とX3X4とに対して45度の角度を成す半反射
鏡１２により反射される。
次にレンズ１３が入射ビームを記録サポートの
表面のP2点に収束させる。したがつて、P2点は半
反射鏡１２とレンズ１３とにより形成されたP1点
の映像である。
サポート１４の表面光ビームをレンズ１３へ向
けて反射させる。しかし、レンズ１３へ戻る光の
量とその空間的な分布とは、記録されている情報
を表わす線の形に依存する。
サポート１４により反射された読取光ビームは
レンズ１３により、半反射鏡１２を透過してから
P3点に収束させられる。この点はP1，P2点と同様
に予め定められた位置に設定される。幾何光学の
法則を適用することにより、P3点は半反射鏡１２
の面に関してP1点と対称関係にあることがわか
る。
P3点はP2点のレンズ１３により形成された映像
であるから、P3点における光点のエネルギー分布
は、P2点における光点の種々の部分により反射さ
れるエネルギーの分布のみに依存する。
追従誤差は零であると仮定しているから、この
分布は断面に関して対称的である。記録されてい
る情報の高周波成分に対しては断面において
X1X2軸に関して対称である。その理由は情報を
含む線の長さが短くて高周波に対応する時、また
はそれらの線のうちの１本がP2点における光点を
通つて高周波を生ずる過渡状態に対応する時に、
反射される光の量がその光点に沿つてX3X4に対
応する方向に変化するからである。これと同じ理
由で、記録されている情報の低周波分について
も、光の分布は断面内でX1X2軸に関して対称的
である。
収束状態が観察される時には、この分布はどの
ような程度にもせよビームの非対称性には影響さ
れない。とくにマスク１５は読取ビームの一部１
８をさえぎるがP3点に生ずる映像に非対称の影響
を与えない。
光電素子はレンズ１３により形成されるP2点の
映像点P3の近くに配置される。そのために、それ
らの光電素子１６，１７はX1X2軸に垂直でP3点
を通る平面内に配置され、断面に垂直でX1X2を
通る平面の両側に位置させられる。それらの光電
素子１６，１７は信号S1，S2をそれぞれ発生す
る。それらの信号は低域フイルタで波されて同
一の信号となる。その理由は、それらの信号が、
低周波では非対称的である光の分布に対応するか
らである。
サポート１４の動きが不安定であるために、サ
ポート１４はレンズ１３から遠去かつたり（第２
図ａ）、レンズ１３に接近したりする（第２図
ｂ）。
しかし、サポート１４の位置変化があつてもP2
点は一定である。しかし、サポート１４がレンズ
１３に接近するとP2点は虚焦点となり、実焦点は
P4となる。このP4点はサポート１４の反射面に関
してP2点とは対称関係にある。この現象をレンズ
１１と半反射鏡１２を省いてある簡略化した第２
図ａ，ｂを用いて説明する。
第２図ａに示す場合には、P2点から出る入射光
ビームはサポート１４の表面に光点を形成する。
この光点は断面内では点A1とA2により定められ
る。この光ビームはサポート１４により反射さ
れ、その反射ビームはレンズ１３によりP3点に収
束させられる。このP3点はレンズ１３により形成
される仮想点P5の映像で、このP5点はサポート１
４の反射面に関してP2点と対称関係にある。この
P5点はP2点よりもレンズ１３から離れているか
ら、P3点は光電素子１６，１７よりもレンズ１３
に近く、読取ビームはP3点に収束してから発散し
て光電素子１６，１７の上に断面内で点B1，B2
により定められる光点を形成する。光点A1A2は
P2点よりもレンズ１３から離れていてP5点よりも
近いから上記のB1B2点で定められる光点は光点
A1A2の映像ではない。光点A1A2の映像は光電素
子１６，１７とP3点との間に形成される。
したがつて、第２図ａは、断面内でX1X2軸に
関する対称性をそこなう様に挿入されたマスク１
５は点B1B2の非対称性をひき起させ、その結果
として光電素子１６の受ける光は光電素子１７の
受ける光よりも少なくなる。
したがつて、前と同じ条件（低域波）の下で
得られる信号S1，S2はもはや等しくなく、S2の方
がS1よりも大きい。
第２図ｂの場合には、仮想点P2へ向つて収束す
る入射光ビームはサポート１４の表面に、断面内
で点A1，A2により定められる光点を形成する。
この収束光ビームはサポート１４により反射さ
れ、反射されたビームはP4点に収束する。このP4
点からそのビームは発散ビームとなつて進み、レ
ンズ１３により仮想点P3に収束する。このP3点は
レンズ１３により形成されたP4点の映像である。
P4点がP2点よりもレンズ１３に近いから、P3点は
光電素子１６，１７よりもレンズ１３から離れた
位置となり、そのために読取ビームはそれらの光
電素子によりさえぎられて、それらの光電素子１
６，１７の上に、断面内で点B1，B2により定め
られる光点を形成する。この光点は光点A1A2の
映像とは異つたものである。
したがつて、第２図ｂは、そのような場合に
は、マスク１５の影響で信号S1よりも弱い信号S2
が発生されることになることを明らかに示してい
る。
したがつて、波された後の信号S1とS2との差
はレンズ１３に対するサポート１４の位置に応じ
て変化するもので、サポート１４がその正しい読
取位置にあるとき上記差は０であり、また正しい
読取位置を通り過ぎると上記差の符号が反転す
る。上記正しい読取位置はサポート１４に入射す
る光ビームの正確な収束に対応する。このような
信号は、サポート１４とレンズ１３との間隔を一
定に保つ収束サーボ機構を制御する誤差信号とし
て使用できる。
以上の説明は、断面に垂直でX1X2軸を通る平
面に関して対称である光ビームについてのもので
あつた。このような対称のことを第２図の方向を
基準にして左−右対称と呼ぶことにする。この第
２図では、誤差信号を得るために収束読取ビーム
の左−右非対称をひき起すマスク１５を導入し
た。このマスクはビームの光路中のレンズ１３の
背後に設けられる。
誤差信号を得るために必要なのは左−右非対称
な光ビームであり、この非対称は任意の手段、特
に光ビーム自体が非対称でなければ、光路中の任
意の点にマスクを挿入することにより左−右非対
称を起させることができる。重要なのは、焦点誤
差が生じたときに光電素子１６，１７に与えられ
る光量に差が生じ且つ焦点誤差がレンズ１３に近
い側にずれたものかレンズ１３から遠去かつたも
のかに応じて符号が異つたものとなる信号が得ら
れることである。
たとえば投写レンズのしぼりををマスクとして
直接使用でき、しかもそのしぼりは普通は円形で
あり要求される非対称性は入射ビームの中心をず
らせることにより導入できるから、このマスクを
前記しぼりの面内に位置させることが好適であ
る。しかし、この場合には幾何光学を基にした理
由づけはもはや十分ではない。
第３図は物体３４の反射面上に光ビームを収束
させることを可能とする装置を示す。この装置は
本発明のセンサを備えている。この装置は光源と
光電素子との位置を変えていることを除いて、第
１図に示す装置と非常に良く類似する。この装置
は光源３０と、収束レンズ３１と、半反射鏡３２
と、可動取りつけ部材３５にとりつけられている
投写レンズ３３と、２個の光電素子３６，３７
と、減算器３９と、モータ４０とを有する。この
図はレンズ３３の光軸X1X2と、半反射鏡３２の
面に関してX1X2に対して対称である第２の軸
X3X4とにより定められる平面に沿う断面で示さ
れている。
たとえばレーザで構成される光源３０は、この
図の断面内で最も端部にある光線R1，R2により
画成される平行な光ビームを発生する。このビー
ムは中間の光線R3により表される軸を中心とし
て円筒形をしており、そのエネルギー分布はその
光線を中心として対称的である。このビームの軸
はX1X2軸に平行であるが、中間の光線R3が断面
内に残るようにX1X2軸から距離△だけ離れてい
る。
レンズ３１は光ビームをX1X2上の点P1に収束
させる。
この点P1からビームは発散しながら進み、半反
射鏡３２を透過してレンズ３３に到達する。ハツ
チングで示されている領域４１（光線R1，R2に
より定められている）により表わされる光ビーム
の一部は、レンズ３３のとりつけ部材３５により
さえぎられる。レンズ３３はその光ビームを仮想
点P2に収束させる。このP2点は図示のように物体
３４の反射面のレンズ３３と反対側の位置にあ
る。この図にはモータ４０がレンズ３３を、P2点
が物体３４の表面つまり読取り位置に一致する位
置まで戻すことをまだ完了していない状態を示
す。
物体３４の表面で反射された光ビームは実焦点
P4に収束する。この点から光ビームは発散ビーム
となつて進み、レンズ３３により収束するビーム
となつて進んで半反射鏡３２で反射されて、
X3X4軸上の光電素子３６，３７を超えた点へ向
つて収束する。
したがつて、ビームが再び収束させられる前に
光電素子３６，３７はビームを受け、その結果と
して点B1とB2により断面内で定められる光スポ
ツトが光電素子３６，３７上に形成される。
光電素子３６，３７のうちいずれが多くの光を
受けているかを決定するために、とりつけ部材３
５により阻止される部分４１を、第１，２図のマ
スク１５で阻止される部分１８と等しくする必要
はない。これは第４図からわかる。第４図は
X1X2軸に垂直な平面に沿う断面図である。X3X4
軸は第３図に示す軸と同じものであるが、この平
面上に突出している。円４３はレンズ３３の外部
輪郭およびレンズとりつけ部材３５の内部の輪郭
を表している。部材３５の外部輪郭は円４５によ
り表わされている。円４２は図の面を通つて入射
する光ビームの横断面を表している。また、光線
R1〜R4はその面内におけるそれらの円の軌跡に
より表わされる。
したがつて、それらの３個の円は、とりつけ部
材３５によりさえぎられる光ビームの一部に対応
する部分４１と、光ビームのうちレンズ３３を通
る部分に対応する中央部分４４と、レンズのうち
ビームが照射されず、阻止される仮想のビーム４
６を定める部分に対応する水平部分４６との３つ
の部分を定める。
したがつて、レンズ３３から出る光ビームは、
次の３本の光ビームのうちの選択された１本から
出るものとして示すことができる。すなわち、実
在のマスク４１により阻止される領域（41＋44）
を照射する実在のビームと、仮想マスク４６によ
り阻止される領域（44＋46）を照射する仮想ビー
ムと、実在のマスク４１と仮想マスク４６とによ
り阻止される領域（41＋44＋46）を照射される仮
想ビームとがそれである。
素子１６，１７のうちでより多くの光を受ける
光電素子を知るためには光源３０により発生され
るビーム中の光のエネルギーの分布を調べ、光路
中で起ることを観察すればよい。
レーザの場合、および特に補正されない平行な
円筒形ビームを発生する光源の場合には、このエ
ネルギー分布はビームの軸を中心として対称であ
り、このビームの軸を通る平面内においては、そ
のエネルギー分布は中心がR3で、光線R1とR2に
より囲まれるガウス分布でほぼ表わされる。した
がつて、この光ビームのエネルギーの大部分は中
間の光線部分R3に集中し、この光線を受ける光
電素子は最も強い信号を発生する光電素子であ
る。
第３図で、この光線の光路をたどることによ
り、その光線は光電素子３７に入射することがわ
かる。その理由は、その光線が、図示のように光
電素子の背後にある反射ビームの収束点において
X3X4に交差するはずだからである。その収束点
が光電素子３６，３７の背後になるのは、それが
レンズ３３と半反射鏡３２とにより形成されるP4
点の映像だからである。この場合には光電素子３
７により発生される信号S2は光電素子３６により
発生される信号S1よりも強い、入射ビームの収束
点P2が物体３４の表面よりもレンズ３３寄りの位
置にある場合には、反射ビームの収束点は依然と
して軸X3X4の上にあるが、この場合には光電素
子３６，３７より半反射鏡３２寄りの位置に収束
し、そのために光線R3はその軸X3X4を横切つて
光電素子３６に入射する。そのためにこの光電素
子３６は信号S2より強い信号S1を発生する。
減算器３９は信号S1とS2の間の減算を行い、モ
ータ４０に誤差信号を与える。このモータ４０は
適当な増幅器を含み、レンズ３３をとりつけてい
るとりつけ部材３５を、P2点が物体３４の表面に
正しく位置させられるまで、X1X2軸に沿つて動
かす。P2点が物体３４の表面に正しく位置される
と、P2点の映像が光電素子３６，３７の上に正し
く形成され、光線R3はそれらの光電素子のそれ
らを接続する線の上の点に入射する。このよう
に、信号S1，S2は等しくなり、物体３４の表面と
収束点P2との間にずれがなくなる時にそれらの信
号の差もなくなる。
このようにして構成された本発明の光学的収束
センサは構成が簡単で、装置組立て後の微妙な調
整作業は不要である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のセンサを含む読取装置の概略
線図、第２図ａ，ｂは第１図に示す装置の特定の
態様を示す線図、第３図は本発明のセンサを含む
他の収束装置の概略線図、第４図は第３図に示す
装置の特定部分の説明図である。 １１，３１……収束レンズ、１２，３２……半
反射鏡、１３，３３……レンズ、１５……マス
ク、１６，１７，３６，３７……光電素子、３０
……光源、３９……減算器、４０……モータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 反射面とコヒーレント光で形成される入射ビ
    ームの最初の収束点との間の偏移を測定するため
    のセンサにおいて、 前記入射ビームは光軸を中心にした対称形であ
    り、 前記センサは、 前記反射面上または該反射面近傍の前記収束点
    に前記ビームを収束し、前記反射面により前記入
    射ビームを像点に合焦する投映レンズと、 前記反射ビームの通路における収束点ではない
    いずれかの点において前記光の空間的分布に非対
    称性を導入する手段と、 前記反射ビームを遮り前記非対称性を測定して
    誤差信号を形成する光電手段とをそなえ、 前記光電手段は前記最初の収束点が前記反射面
    に位置するときの前記像点の位置に置かれるよう
    にしたことを特徴とする光学的収束センサ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のセンサにおい
    て、 前記非対称性を導入する手段は、 前記通路を部分的に遮るマスクをそなえたセン
    サ。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のセンサにおい
    て、 前記マスクは、 前記入射ビームを遮ることなく前記反射ビーム
    を部分的に遮るように配されたセンサ。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のセンサにおい
    て、前記光電手段は少なくとも２つのセルを有
    し、 前記２つのセルは前記偏移がゼロのときに等し
    く光照射され、 前記偏移が一方向に増すとき前記セルの一方の
    光照射が減じて他方の光照射が増し、 前記偏移が他方向に増すとき前記セルの他方の
    光照射が減じて前記一方の光照射が増すようにし
    たセンサ。 ５ 反射面と、コヒーレント光で形成される入射
    ビームの最初の収束点との間の偏移を測定するた
    めのセンサにおいて、 前記入射ビームは光軸に対して非対称な発散性
    のものであり、 前記センサは、 前記反射面上または該反射面近傍の前記収束点
    に前記ビームを収束し、前記反射面により前記入
    射ビームから引出された反射ビームを像点に合焦
    する投映レンズと、 前記反射ビームを遮り前記非対称性を測定して
    誤差信号を形成する光電手段とをそなえ、 前記光電手段は前記最初の収束点が前記反射面
    に位置するとき前記像点の位置に置かれるように
    したことを特徴とする光学的センサ。 ６ 特許請求の範囲第５項記載のセンサにおい
    て、 前記光電手段は少なくとも２つのセルを有し、 前記２つのセルは前記偏移がゼロのときに等し
    く光照射され、 前記偏移が一方向に増すとき前記セルの一方の
    光照射が減じて他方の光照射が増し、前記偏移が
    他方向に増すとき前記セルの他方の光照射が減じ
    て前記一方の光照射が増すようにしたセンサ。
JP51117059A 1975-09-29 1976-09-29 Optically focusing sensor Granted JPS5242742A (en)

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