JPS623490B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学装置に係り、特に光ビーム等のビ
ーム源を用いて記録材面上に所望のパターンを記
録するビーム記録装置に適用するに好適な光学装
置に関する。

近年、テレビジヨン信号を円板状の部材にレリ
ーフとして記録するビデオデイスク記録装置が幾
つか提案されているが、その中で、現在再生時間
と同じ時間で記録できる所謂実時間記録の可能な
レーザビームによる記録方法が、時間、費用、装
置の簡単化、扱い易さの上で最も有望な記録方式
とされている。しかしながら、ビデオデイスクの
如き、高密度信号記録体に於いて、所望のレリー
フ像を高速で刻印するためには、レーザ等のビー
ムを非常に精密に記録材上に所望の光分布で結像
させる、所謂記録レンズの焦点合わせを行なわな
ければならない。更に、従来のデイスクレコード
と同じ様に針で再生を行なうタイプのビデオデイ
スクに於ては、針と刻印されたレリーフ像との適
合が非常に重要で、記録材上の記録ビームの光分
布は、その空間的な分布のみならず、その強度分
布も高精度で再現せねばならない。

従つて、本発明は、上記の要求に対処するため
に、記録材面上に結像している光分布を検出し、
その光分布の空間的な分布と強度分布が所望の分
布になる様容易に光学系を調整し得る光学装置を
提供するものである。

以下、発明を図面に従い詳細に説明する。

第１図は本発明の光学装置に於ける結像パター
ンの光分布検出のための光学系の一例を示す概略
構成図である。同図中、１は例えばレーザの如き
高エネルギー源から出射されている光束で、物体
２を照明する。物体２は例えば記録面５面上に結
像されるべき光分布が線像ならスリツト状の開口
部を持つマスクである。即ち、物体２と記録面５
とはビームスプリツター３を介して、記録用結像
レンズ４の結像関係にある。今、物体２の一点か
ら出た光６は同図に於いてビームスプリツター３
で下方に向けられ、記録用結像レンズ４により集
光し、記録面５上に物体２の像を形造る。このと
き記録用結像レンズ４の焦点距離をｆ、記録用結
像レンズの物体側主点から物体２までの距離を
ａ、像側主点から記録面５までの距離をｂとする
と、大略 １／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ ……(1) の関係が保たれており、記録面５上に生ずる像は
元の物体２に対し、ｂ／ａ倍の大きさの像となつ
ている。

一方、記録面５上に集光した光は、記録面５で
反射され、再び記録用結像レンズ４を通り、同図
に於いて、ビームスプリツター３の上方に、記録
面上の光分布の像７を形成する。更にこの像７を
適当な拡大レンズ８で観測し易い大きさの像９に
拡大し得るものである。

また、光分布検出用光学系の他の例としては、
第２図示の如きものも適応なし得るものである。
同図構成は、記録面５を通過する光を（記録用結
像レンズ４とほぼ同等程度のレンズであれば望ま
しい）レンズ４′で集め、像７′を記録面５下に結
像させ、拡大レンズ８′で観測に容易な大きさの
像に拡大するものである。

しかしながら、第２図示構成は、記録材が塗布
されている記録体が透過物体から成つていないと
適応し得ないし、また、記録体の厚さによる制約
からレンズ４はワーキングデイスタンスの長いも
の、即ち通常は記録用結像レンズより開口数の小
さなものしか使用できず、記録面での光分布を忠
実に観測することは不可能であるというきらいが
ある。

一般に、ビデオデイスクの如き高密度信号記録
体に於いては、記録面５上に生ずる光分布の大き
さは、非常に小さな光分布（コンマ数μｍ〜数μ
ｍ）であることが必要で、そのため、物体２と記
録面５上の像との結像関係は大略1/100倍程のも
ので、光学系の調整としては、かなり高度なテク
ニツクが要請され、従つて本発明の如き光分布の
検出手段を備える光学装置を用いなければ、安定
した信号記録は非常に困難である。

今、第１図に於いて記録面５と記録用結像レン
ズ４との間の距離Ｓが変わると、物体２の記録面
５上に結像されるべき像は記録面５上から外れ、
その結果、所定の観測面に生じている像は、本来
の像の“ピントはずれ”の像となる。このとき観
測面を観察しながら、シヤープな（合ピン）の像
ができる様にレンズ４を移動させれば、容易に物
体２の像を記録面５上に結像させることができ
る。

また、しかるべき手段を更に付加することによ
り、記録面５上に生じている物体２の像の空間的
分布（形状）ばかりでなく、強度分布をも観測す
ることができ、特に、針再生を目的とするビデオ
デイスクの信号記録には、この様な観測手段を設
けた記録装置は非常に有効なものである。

付加手段の一例を示す前にビデオデイスクに記
録されているパターンについて簡単に説明を行な
う。この説明により本発明の有効性がより明らか
になるものと思われる。

ビデオデイスクは第３図に示す如く通常のデイ
スクレコードの如き円盤に螺旋状にテレビジヨン
信号が凹凸の形で記録されている。針により再生
されるタイプではその信号部を拡大すると第４図
に示す如き形状を有している。

第４図ａは第３図示デイスクク１０の信号部の
一部を半径方向（第３図Ｘ−Ｘ軸）で切断した断
面の拡大図で、第４図ｂは信号部の一部を接続方
向（第３図Ｙ−Ｙ軸）で切断した断面の拡大図で
ある。

第４図ａに於いて、１１は再生針で、溝底の凸
部１２にその先が接触している。テレビジヨン信
号は周知のFM変調波等の形で溝底凸部１２と凹
部１３の繰返しにより記録されている。ここで、
針１１は溝１４によりデイスクレコードの如くガ
イドされ、信号を拾う。例えば（特開昭47−
37415等）で提案された方式によると針先と凹凸
部の静電容量差を検出して信号を再生している。
ここで重要なことは、再生針１１と溝底の凸部１
２の形状の適合性で、溝底の凸部１２は再生針１
１が安定に接触できる様な形状をしている必要が
ある。今、針１１の先端の曲率をＲとすると、凸
部１２はＲに等しいか或いはより大きな曲率を持
つ様な形状にしなければ、再生針１１の先は凸部
１２に接触できなくなり再生信号出力が小さくな
る。

第４図ｂに於いて、再生針１１は凸部１２を幾
つかまたいで凸部１２に接触しているが、その先
端には、薄い電極１５が設けられており、この電
極と、絶縁体層１６′を介して溝底にコートされ
た導電膜層１６′との間に生ずる静電容量の変化
を信号として取り出す。今、矢印Ｔの方向にビデ
オデイスクが回転移動すると、電極１５を凸部１
２と凹部１３が走査することになり、静電容量が
変化する。このとき、再生針１１と凸部１２の形
状が不適切で電極１１が凸部１２に接触していな
いと、静電容量の変化が小さくなり、従つて再生
信号出力は非常に小さくなる。

この理由を次に説明する。静電容量Ｃは、電極
１５と導電層１６′の距離をｄとすると、 Ｃ∝１／ｄ ……(2) の関係にある。

今、凸部１２と凹部１３の距離を△ｄとし、電
１５と凸部１２の距離をｄとすると、凸部１２と
凹部１３が電極１５を走査することにより生じる
静電容量変化△Ｃは、 △Ｃ＝１／ｄ−１／ｄ＋△ｄ＝△ｄ／ｄ（ｄ＋△ｄ）…
…(3) となり、ｄが０に近づくと変化量△Ｃは最大とな
り、従つて公知の手段で変化量△Ｃに対応する再
生出力信号を得る場合、再生信号出力を大きくと
るためにはｄを極力小さくする必要があることは
明らかである。かかる場合にｄを小さくするため
には、絶縁層１６′の膜厚を薄くすることが有効
であるが膜の機械的強度等の制約から最小値が在
り従つて再生信号出力を大きくするには、針先の
電極１５が対向する絶縁層１６と広い面積で接す
ることが必要となる。そのためには、通常ビデオ
デイスクは原版からオーデイオデイスクレコード
の如き方法でプレスによつて複製されるが、原版
に信号を記憶する場合、面精度の良い、例えばよ
く研磨されたガラス板上にフオトレジストを塗布
し、テレビジヨン信号に応じて明暗の変調を受け
た光束を照射し、その後の現像処理により第４図
に示す様な記録を得るものである。説明を容易に
するため、フオトレジストは光分布に対し、記録
される形状がそのまま記録される特性（特性曲線
がリニア）であるものとする。このとき、第４図
示の如き形状のパターンを記録するためには、記
録面、即ちフオトレジストが塗布された面での光
分布は第５図に示す如き分布をしていることが望
ましい。

第５図ａは記録面上での光分布の空間的広が
り）を示したもので、その形状は長方形状の場合
を示している。第５図ｂは同図ａの長さ方向（Ｘ
−Ｘ方向）の強度分布で、同図ｃは幅方向（Ｙ−
Ｙ方向）の光分布である。信号記録の際には、記
録面上での光分布が第５図に示す如くなつている
ことを確認し、記録を開始することにより、常に
安定な信号記録を行い得るものである。

光分布の確認は例えば記録面５での光分布を顕
微鏡等により目視で行なつてもよいが、目視の場
合、光分布の空間分布を観察するのは案外容易で
あるが、強度分布の観測は精度良くできない場合
が多い。この様な場合、本発明の如き光分布を観
察することのできる光学装置を用いることによ
り、容易に光分布及び強度分布の確認を行うこと
ができるものである。このため、分布検出の構成
の一例として第１図示の結像面９に第６図に示す
如く実線で矩形に囲つた像２１に対応してフオト
デテクターアレイ２０を置いて、光分布を検出す
る如き構成を採つてもよいし、またフオトデテク
ターアレイ２０の代りにラインセンサー等も使用
できる。また更に、テレビジヨンカメラを用いて
任意の走査線をサンプリングして、モニター上に
表示し、光分布を観測してもよい。

第７図はビデオデイスクの如き高密度信号体の
信号記録装置に本発明の光学装置を適用した場合
の一例を示す概略構成図である。

第７図に於いて、レーザ光源の如きビーム発生
源３０から照射された光束３１は光変調器３２に
より明暗の変調を受ける。テレビジヨン信号源３
３からのテレビジヨン信号は、変調器３４に送ら
れ、FM変調された信号となり、光変調器３２の
ドライバーアンプ３５を経て光変調器３２に送り
込まれて、光変調器３２を作動し、光束３１に時
間的に明暗の変調を与える。光変調を受けた光束
３６は、ミラー３７で下方に向けられ、光学系３
８によりマスク４０を照明するのに都合の良い光
分布に変換された光速４１となり、ミラー３９に
より反射された後マスク４０を照明する。

マスク４０の１点から出た光はビームスプリツ
ター４３で反射され、結像レンズ４２を通り、表
面にフオトレジスタの如き感光材が塗布された円
板状の記録体４４の表面上にマスク４０の像を作
る。

レンズ４２はマウント４５にホールドされてお
り、マウント４５は板バネ４７を介して移動台４
６に取り付けられている。マウント４５には、図
示されないコンプレツサーより送り込まれた高圧
空気を記録面に吹き付けるためのノズル４８が設
けられており、レンズ４２と記録面との間隔はこ
の空気圧で調整されている。即ち、マウント４５
はノズル４８よりの空気流により記録面より浮上
し所謂エアベアリングを構成しているものであ
る。

なお、空気圧はレギユレーター４９によつて制
御されている。

先に述べた如く、記録面から反射された光は、
再びレンズ４２を取り、ビームスプリツター４３
の上方に記録面上の光分布の像を作り、必要とあ
らば拡大レンズ５０によりこの像を適当な大きさ
にして、テレビジヨンカメラ５１の光電変換面上
に結像させる。テレビジヨンカメラ５１よりの信
号は一旦観測系５２に入り、その後コントロール
系５７を経て、その信号で光学系３８とレギユレ
ーター４９とを制御するものである。

観測系５２は第４図に示す如く、テレビジヨン
カメラ５１からの信号をテレビジヨンモニター５
２′に映し出すこともできるし、また、任意の走
査線に対応する信号をサンプリングし、例えばＸ
−Ｙプロツター５３等に強度分布をもプロツトす
ることも可能である。

記録体４４はモーター５４により回転し、且
つ、ミラー３７，３９、ビームスプリツター４
３、光学系３８、マスク４０、レンズ４２，５
０、テレビジヨンカメラ５１を載せた移動台４６
は、ガイド棒５５に導かれ、送りネジ５６により
矢印Ｒ方向に一定ピツチで送られる。即ち、本実
施例においては、記録体４４上にスパイラル状の
記録を行いつつ、記録面上の光分布を観測系５２
で検出し、コントロール系３８を介して結像レン
ズ３８の焦点合せ及び光学系３８による照明光束
の光分布の調整を行なうものである。

次に、上記レンズ４２の焦点合せの様子を具体
的に説明する。前記記録体４４がそり等を有して
いると、この記録体４４の回転に伴つて記録面が
上下し、レンズ４２と記録面との間隔が変化して
焦点ボケを生じる。第１０図は観測系５２で観測
される記録面上での光強度分布を示す。ここで、
実線で示したのが合ピン状態のときの強度分布
で、例えば、分布の広がりがP₁であるとすると、
焦点ボケの場合、破線で示した強度分布となり、
強度分布がなだらかになるとともに、広がりもP₂
となる。従つて、観測系５２によつて強度分布の
広がりを検出し、この広がりが常にP₁となる様に
コントロール系５７で必要な信号を作り、レギユ
レーター４９をコントロールし、空気圧を変え
て、レンズ４２の浮上量を変えることにより、常
に合ピン状態にすることができる。

次に、記録面における光の強度分布の調整につ
いて説明する。観測系５２で検出される記録面に
おける光の像が、第１０図に二点鎖線で示す様
に、強度分布の広がりP₁は変わらず、その形状が
変わつた場合、マスク４０を照明する光の強度分
布が変化している。従つて、その中心の強度I₂を
正規の分布のときの強度I₁になる様にコントロー
ル系５７を介して光学系３８を制御することによ
つて、常に安定して、同一の光分布を記録面に集
光させることが可能である。

具体的に説明するならば、光学系３８として
は、例えば第８図に示す如き構成が適応し得る。
第８図ａに於いて、７０はレーザ光源よりの光束
で、その光分布は通常、同図ｂの如く、その断面
（空間分布）は円形で、その強度分布はガウス分
布をしているのが通例である。光学系３８はレン
ズ７１，７２，７３とシリンドリカルレンズ７４
とから成る。レンズ７１，７２，７３から成る光
学系は、倍率可変のビームエクスパンダーであ
る。今、レンズ７１，７２，７３の焦点距離をそ
れぞれf₇₁，f₇₂，f₇₃とする。通常、レーザ光源よ
りの光束７０は平行光束であるので、レンズ７１
によりレンズ７１の焦点面（レンズ７１よりf₇₁
離れた場所）に点光源７５を作る。また、レンズ
７２とレンズ７３の合成焦点距離Ｆは両レンズの
間隔をＨとすると、 １／Ｆ＝１／ｆ_７２＋１／ｆ_７３−Ｈ／ｆ_７２・
ｆ_７３……(4) で与えられる。即ち、前述のコントロール系５７
からの信号に応じて、レンズ７２および７３を移
動し、Ｈを変えることにより、Ｆを変化させるこ
とができる。

今、レンズ７２とレンズ７３で決まる合成焦点
面をレンズ７１の焦点面と一致させると、レンズ
７３より出射する光束７６は光束７０に対しＦ／
f₇₁倍の広がりを持つた平行光束となる。光束７
６の広がりは、第７図におけるマスク４０に対応
するマスク７８のスリツト開口の長さl₂に応じて
適度な広がりとする。これは、先に述べた如くレ
ンズ７１，７２，７３の調整により行うことがで
きる。

その後、光束７６はシリンドリカルレンズ７７
によりＹ−Ｙ方向のみ収束され偏平な空間分布と
なり、マスク７８の開口を照明する。このとき、
第７図の結像レンズ４２が十分な解像力を持つた
ものであれば、開口幅d₂よりもマスク７８の開口
を照明する偏平な光分布の幅d₁が大きいことが望
ましい。マスク７８を照明する光分布は第８図ｃ
の如き形状で、その強度分布はＸ−Ｘ方向ではや
はりガウス分布であり、第４図の如き適当な曲率
Ｒを持つた形状のパターンを記録するには、この
ガウス分布のどの部分まで開口を通過させるか即
ち第８図ｃに於けるl₁とマスクの開口幅l₂との関
係を変化させることによつて、この開口を通過す
る光の強度分布が変化する。マスク７８（第７図
のマスク４０に対応）は結像レンズ４２によつ
て、記録体４４の記録面と結像関係にあるので、
記録面における強度分布は、上記開口を通過する
光と同一の強度分布となる。

従つて、観測系５２によつて、第１０図におけ
る光強度を検出し、これが常にI₁となるように前
述のレンズ７１，７２，７３の間隔を変えること
により、第４図の如き適当な曲率Ｒを持つた形状
のパターンを記録することが出来る。

以上述べた如く、本発明によれば、これまで観
測できなかつた記録面上の光分布の形状、強度分
布が観測できる様になり、高密度信号記録をより
容易に且つ安定に行なうことができる光学装置を
得ることができるもので、その有用性極めて大な
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光学装置の概
略構成図、第２図は本発明の他の実施例に係る光
学装置の概略構成図、第３図は一般的なビデオデ
イスクを説明する平面図、第４図は第３図示ビデ
オデイスクの信号部の説明図、第５図は記録面上
での光分布の空間分布を示す説明図、第６図は光
分布の測定例を示す説明図、第７図は信号記録装
置に本発明の光学装置を適用した場合の一例を示
す概略構成図、第８図は第７図示光学系の概略構
成図、第９図はテレビジヨンを用いた観測系の概
略構成図、第１０図は光の強度分布の説明図であ
る。 １……光束、２……物体、３……ビームスプリ
ツター、４……記録用結像レンズ、５……記録
面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 開口を有するマスクと、このマスクを照明す
   る光源と、この光源からの照明光束の光分布を変
   化させる光学系と、前記マスクの開口を通過した
   照明光束の像を対象面に結像させる結像レンズ
   と、前記対象面における光分布を検出する観測系
   と、この観測系の出力信号に応じて前記結像レン
   ズの焦点合せおよび前記光学系による照明光束の
   光分布の調整を行なうコントロール系とを備えた
   光学装置。