KR100229302B1 - 물체 위치 및 방위 광학적 결정 디바이스 - Google Patents

물체 위치 및 방위 광학적 결정 디바이스 Download PDF

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요트.게.아. 롤페즈
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

예로, 회전 가능한 다가형 거울이 자유롭게 현수되고, 물체의 위치 및 방위를 결정하는 광학 시스템은 회전축에 수직인 평면 거울(35)과 다각형 거울의 회전축(11)상에 볼록 거울(24)을 포함하는 광학 시스템. 수렴성의 방사 비임은 볼록 거울(24)상에 투사된다. 편향된 방사는 비점수차를 보정한 영상 시스템(75, 78, 51)에 의해 검출 시스템상에 포커스된다. 대체로 병렬 방사 비임은 평면 거울(25)상에 입사하여 반사후, 상기 비임은 또한 검출 시스템(40, 46)상의 방사점(34a)에 포커스된다. 방사점(34, 34a)의 위치 및 모양은 다각형 거울(10)의 위치 및 방위 측정이다. 처리후, 방사 편향 시스템의 출력 신호는 소자(91), 예로 다각형 거울(10)을 안정화시키는 전자석에 응용된다.

Description

물체 위치 및 방위 광학적 결정 디바이스
제 1 도는 본 발명에 따르는 디바이스의 제 1 실시예의 개략적인 도시도.
제 2 도는 반사적인 광학 소자가 사용되는 대안의 실시예 도시도.
제 3(a), 3(b) 및 3(c) 도는 반사적인 광학 소자의 개략적으로 일부 다른 실시예 사시도.
제 4 도는 물체의 경사가 측정되는 실시예 도시도.
제 5 도는 회전하는 다각형 거울을 안정화시키는 일 실시예 도시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 물체 30 : 방사 소스 유니트
40 : 검출 시스템 50 : 비임 스플리터
91 : 전자석
본 발명은 물체의 위치를 광학적으로 결정하기 위한 디바이스에 관한 것으로, 그 디바이스는 방사 비임을 발생하기 위한 방사 소스 유니트, 방사-감지 검출 시스템과, 이 검출 시스템상에 방사점을 형성하기 위한 방사 비임의 방사 통로에 정렬된 광학 영상 시스템을 구비하는데, 상기 광학 영상 시스템은 검출 시스템상의 방사점 위치가 방사 통로에 대해 횡방향으로 물체의 측정 위치가 되도록 그 물체에 전체 혹은 부분적으로 결합된다.
이러한 형태의 디바이스는 주사 디바이스내에 자유롭게 현수된 주사 거울의 위치를 결정하기 위해 특히, 이용된다. 그러므로, 본 발명은 광학 기록 캐리어의 정보를 기록 및 판독하기 위한 장치에도 관계가 있는데, 그 디바이스는 기록 캐리어를 주사하기 위해 축 주위를 회전할 수 있는 다각형 거울을 구비한다.
한 주사점에 의해 기록 캐리어상의 대량의 정보를 광학 판독 및 기록을 위한 장치에 있어서, 그 주사점은 기록 캐리어상의 시간 단위당 큰 거리를 포함한다. 이것은 기록 캐리어상의 정보 밀도가 주사점 치수에 의해 제한되고, 역으로, 방사의 파장과 주사 시스템의 개구 수(numerical aperture)에 의해 결정되기 때문에 필요하다. 예를들어, HDTV의 텔레비젼 프로그램이 존재하거나, 광학 기록 캐리어상에 디지탈 형태로 기억될때와, 기록 캐리어상의 선형 정보 밀도가 약 1.5비트/㎛ 일때, 주사점의 주사 속도는 약 60m/s 가 될 것이다. 심지어 제한된 수의 병렬 주사점을 사용할때도, 그 주사 속도는 10m/s 보다 더 크게 될 것이다. 한 주사 거울, 예를들어 회전하는 다각형 거울에 따른 그와 같은 속도를 얻기 위해서와, 주사되는 위치에 정밀하게 조준된 주사점을 유지하기 위하여, 다각형 혹은, 거울 위치의 일정한 측정과 그 거울의 제어 메카니즘에 대한 피드백이 필요하다.
본 발명에 따라, 접촉없이 한 측정이 실행되는데, 서두에 기술된 디바이스가 이용될 수 있다.
이와같은 디바이스는 유럽 특허 제 0,124,145 호에 이미 공지되어 있다. 이 출원은 두개의 서로 다른 광섬유의 단부가 위치하게 되는 평면상의 오목 거울 혹은 한 렌즈에 의해 제 1 광섬유의 단부가 영상되는 광학 측정 시스템을 기술하고 있다. 그 제 1 광섬유는 방사 소스에 접속되고, 제 2 다른 광섬유는 검출기에 접소된다. 영상 렌즈 혹은 거울은 투사 방사 비임의 방향에 대에 횡으로 렌즈 혹은 거울의 변위를 나타내는 막에 결합된다. 따라서, 형성된 방사점은 두 광섬유 단부에 대해 변위되기 때문에, 두 검출기의 관련된 방사 밀도는 변화하게 된다. 이러한 방법으로, 그 검출기에 의해 수신된 관련 밀도는 렌즈가 결합되는 방사 경로에 대해 횡방향으로 물체의 측정 위치를 나타낸다.
이러한 공지된 디바이스에 있어서, 방사 비임과 병렬 방향으로 영상 시스템의 변위를 검출하는 것은 불가능하다. 다각형 거울 혹은, 다른 주사 거울과 같은 물체 위치의 정밀한 결정을 위해, 가급적 최소의 부가적 광학 시스템을 사용하여 고속 및 확실한 방법으로 3 치수의 위치를 측정해야 한다. 그 부가된 광학 소자는 주사 거울의 시스템의 복잡성과 질량의 증가로 인하여 주사 거울에 대해 기계적으로 결합될 수 없다.
특히, 본 발명의 목적은 물체의 위치가 단지 하나의 광학 영상 시스템의 도움으로 방사 비임의 방향으로 결정될 수 있는 서두에 기술한 디바이스를 제공하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 본 발명에 따른 디바이스는 검출 시스템상의 방사점을 방사 통로의 방향으로 물체의 위치에 따라 변화시키는 수단을 제공하는 것을 특징으로 한다.
그 물체의 위치는 방사-감지 검출 시스템의 도움으로 방사점의 형태 변화를 측정하여 결정된다. 유사하게, 방사 비임에 대한 횡방향으로의 물체의 위치는 검출 시스템상의 방사점의 위치에 의해 결정된다.
본 발명에 따른 디바이스의 제 1 실시예는 방사 비임에 비점수차를 제공하는 비점수차를 보정한 소자가 광학 영상 시스템과 검출 시스템 사이의 방사 통로에 정렬되고, 그 검출 시스템이 방사점의 형태를 검출하기 위해 채택되는 것을 특징으로 한다. 물체의 위치는 비점수차에 의해 충분한 정밀도로 결정될 수 있다. 비점수차를 보정하는 방법에 의해 방사 방향으로의 방사 비임내에 렌즈의 위치를 교정하는 방법은 미합중국 특허출원 제 4,023,033 호에 이미 공지되어 있음을 주시한다. 그러나, 이러한 공지된 디바이스에 있어서, 그 방사 비임은 대물 렌즈에 의해 방사면상에 집중된다. 이 경우에, 렌즈 위치의 자체는 중요하지 않으나, 렌즈와 표면 사이의 관련 거리는 매우 중요하게 된다. 더우기, 렌즈는 방사 소스에 대해 고정되어 있고, 방사의 방향에 대해 횡방향으로 검출 시스템에 대해 고정되어 있다.
본 실시예는 광학 시스템이 비점수차를 보정한 소자의 위치에서 수렴성의 비임을 형성하기 위해 채택되고, 그 비점수차를 보정한 소자는 방사 통로에 정렬되는 평면-병렬판인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 실시예는 비점수차를 보정한 소자가 홀로그램 또는 원통형 렌즈인 것을 특징으로 한다. 이 두 경우에 있어서, 비점수차를 보정한 소자는 물체에 접속되거나, 방사 소스 유니트 및 검출 시스템에 대해 고정될 수 있다. 질량 감소에 따른 관점에서는 후자가 바람직하게 된다.
본 발명에 따른 제 2 실시예는 방사-감지 검출 시스템상에 두 방사점을 형성하기 위한 루프 프리즘(roof prism)이 광학 영상 시스템과 검출 시스템 사이의 방사 통로에 정렬되고, 그 방사점 사이의 거리는 방사 통로의 방향으로 물체의 측정 위치인 것을 특징으로 한다. 이러한 방법에 있어서, 방사 비임의 방향으로의 영상 시스템의 위치는 측정될 수도 있다. 예를들어, 루프 프리즘에 의해 반사 표면에 관련된 렌즈의 위치를 보정하는 것은 유럽 특허출원 제 0,063,830 호 혹은 미합중국 특허출원 제 4,533,826호에 공지되어 있음을 주시한다. 그러나, 이 경우에서도, 대물 렌즈의 위치가 중요하지 않지만, 반사 표면상의 한 비임 교정 포커싱(focussing)은 중요하게 되며, 그 렌즈는 방사 비임의 방향에 대해 횡방향으로 이동이 불가능하다.
또한, 검출 시스템의 한 실시예는 그 광학 영상 시스템이 최소한 하나의 반사 소자를 갖는 것을 특징으로 한다. 따라서, 방사 소스 유니트 및 검출 시스템은 구성면에서 서로 밀접하게 배치될 수 있고, 물체에 있어서 진행하는 방사 비임을 고려치 않아도 된다. 따라서, 방사 소스와 검출 시스템에 접한 물체의 측면에 영상 시스템이 제공될 수 있다. 더우기, 방사 통로에 대한 공간은 물체의 한 측면에서만 이용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디바이스는 광학 영상 시스템의 반사 소자는 오목 또는 볼록 거울로 되어 있는 것을 특징으로 한다. 그 오목 또는 볼록 거울은 광학 영상 시스템을 형성하거나 그 일부가 된다. 볼록 거울의 이용은 반사 소자가 물체의 면에 배열될 수 있는 구성적 장점을 갖는데, 예를들어, 그 물체 자체가 분리 취급에 따르지 않고 아교 처리(glueing)에 의해 물체의 면에 정렬될 수 있는 장점을 갖는다.
그 디바이스는 오목 또는 볼록 거울이 구면 형태를 갖는 것을 특징으로 한다. 따라서, 구면의 중앙을 통해 임의 축 주위의 물체 회전은 위치 측정에 어떠한 영향도 받지 않는다. 더우기, 구면은 쉽게 형성시킬 수 있다.
본 발명에 따른 디바이스의 양호한 실시예에 있어서, 그 디바이스는 그 광학 영상 시스템이 방사 소스 및 검출 시스템에 관련된 고정 위치에 정렬되는 부분을 갖는 것을 특징으로 한다. 따라서, 그 영상 시스템은 물체에 결합되지 않은 부분을 구비하기 때문에, 물체에 결합된 일부상에 이용될 엄격한 요구는 덜 요구된다. 예를들어, 물체에 결합된 부분의 크기와 질량은 최소화되는 반면에, 다수의 소자를 구비하는 고품질의 광학 시스템을 이용할 수 있다.
또한, 물체의 위치에 있어서, 공간에 있어 물체의 경사(tilt)는, 예를들어, 주사 거울에 의해 반사된 주사 비임이 주사되는 표면상에 주사되는지를 결정하는데 중요하다.
그 위치를 결정할 뿐만 아니라 물체의 경사를 결정하는 본 발명에 따른 디바이스는 물체의 경사에 따른 방사 비임으로부터의 방사르 편향시키기 위한 광학 수단이 그 물체에 결합되어 있고, 그 검출 시스템이 편향된 방사를 검출하여 그 물체의 경사를 검출하기 위해 채택되는 것을 특징으로 한다.
일실시예는 방사를 편향시키는 수단이 반사 수단일 것을 특징으로 한다. 상기 경사를 측정하는 수단은 예를들어 평면 거울에 의해서 구성된다. 상기 거울은 단순히 영상 시스템의 반사부분과 결합될 수 있다. 다각형의 단면에 반사되는 방사 비임에 의해서 다각형 거울의 회전축의 위치를 결정하기 위해 US-A 4,829,175 로부터 공지되는 것을 주지하라. 그러나, 공지된 디바이스에서 공간의 다각형 거울의 위치는 동시에 측정되지 않기에 다각형 거울에 대한 단지 제한된 정보가 유용할 수 있다. 공지된 디바이스에서 거울 위치는 기계적인 베어링에 의해 결정된다. 기계적인 베어링은 최대 회전 속도를 제한하고 높은 회전 속도에서 바람직스럽지 못하다.
예를들어, 광 영상 시스템이 방사 소스 및 검출 시스템과 비교해 고정된 위치에서 배열되는 부가 부분을 갖는 것을 특징으로 하고, 부가 부분이 물체의 각각의 위치 및 경사를 결정하는 둘의 보조-비임으로 방사 비임을 스플리트시키는 비임 스플리터를 가지며 집적되는 일실시예에서, 물체의 위치 및 방위를 결정하는 부분이 결합될 수 있다.
상기 방법에서 방사가 영상 시스템에 투사되어서야 비로소 발생된 방사 비임이 위치 및 경사를 결정하는 비임으로 스플리트된다. 방사 소스 및 영상 시스템간의 방사 통로는 주목할 만하다. 부가적인 실시예에서 편향된 방사의 방사 통로는 일반적으로 확장될 수 있고 그러므로 일반적인 광학 콤포넌츠를 포함한다.
본 발명에 따른 물체의 위치 및/또는 경사를 결정하는 디바이스의 사용 분야는 축에 대해 회전 가능하고 예를들어 광학기록 캐리어를 주사하는 영역 또는 물체를 광학적으로 주사하는 장치에 사용되는 다각형 거울에 대한 크기의 결정이다.
본 발명에 따라서, 광학 기록 캐리어에서 정보를 기록 및 판독하는 장치는 검출 시스템에서 적어도 방사점을 형성하는 다각형 거울에 결합된 일부분을 가는 방사 소스 유니트, 검출 시스템 및 영상 시스템을 포함하며, 상기 방사 소스 유니트, 검출 시스템 및 영상 시스템은 회전 가능한 다각형 거울의 회전축의 위치 및/또는 다각형 거울의 위치를 결정하는 디바이스의 부분을 형성한다. 그런 다각형 거울은 고속의 기록 캐리어에서 평행 스트립을 주사하기 위해 사용되고 그럼으로써 다각형 거울의 위치 및 이미 주사되었던 그 스트립이 한번 더 주사되는 것, 또는 주사되는 그 스트립이 건너뛰는 것을 피하기 위해 조심스럽게 축 위치를 조정하는 것이 필요하다. 그런 장치의 일실예는 회전축 주위에 배열되어 회전적으로 대칭적인 오목 또는 볼록 거울을 가지며, 회전 가능한 다각형 거울을 포함한다. 다각형 거울의 위치를 결정하는데 사용하는 오목 또는 볼록 거울을 배열함으로써, 회전축 주위에서 회전하게 대칭으로, 회전축에 대한 다각형 거울의 회전은 위치 측정에 영향을 미치지 않는다.
본 발명에 따라서 회전 가능한 다각형 거울에 의해서 광학 기록 캐리어를 기록 및 판독하는 장치는 회전 가능한 다각형 거울이 다수의 전자석에 의해서 자기적으로 저널(journal)되는 방법으로 양호하게 이행되고, 그 장치는 검출 시스템의 출력 신호에 따르는 전자석에 활성화한 신호를 공급하기 위해 부가적으로 적용된다.
상기 경우에 다각형 거울은 자유로이 자기장에서 일시 정지되고 그럼으로써 그것이 회전시에 베어링이 갖는 마찰력이 없다. 다각형 거울 및 회전축은 상술과 같이 위치 검출 디바이스의 도움을 갖는 그 정정 위치에 유지된다.
본 발명의 여러가지의 상세한 면은 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
제 1 도의 도면 번호(10)는 어떤 범위내에서 자유로이 움직일 수 있는 물체를 표시한다. 물체(10)는 렌즈(20)에 결합되고 그 위치는 물체(10)의 위치에 직접적으로 관련한다. 렌즈(20)는 예를들어, 물체에 확보되고 또는 레버(lever), 비임, 축을 경유한 상기 물체에 연결된다. 방사 소스 유니트(30)는 렌즈(20)의 한쪽에 배열되고 검출 시스템(40)은 다른쪽에 배열된다. 물체 및 렌즈가 명목상의 위치에 있을 때 방사 소스 유니트(30), 검출 시스템(40)에 영상되는 방법으로 서로 관련되어 위치된다. 상기 방사 소스 유니트는 예를들어, 램프(31), 콘덴서 렌즈(32) 및 조리개(33)를 포함한다.
상기 검출 시스템(40)은 위치-감지 검출 시스템이고 예를들어, 사각형내에 배열된 넷의 방사-감지 다이오드(41, 42, 43 및 44)를 포함한다. 상기 렌즈(20)는 그것이 비점수차를 보여주는 방법으로 이행되고 그럼으로써 검출 시스템(40)에 주입되는 방사점(34)의 형태는 방사 소스 유니트(30)로부터 오고 렌즈(20)에서 투사되는 방사 비임의 주축 방향에서의 렌즈(20)의 위치에 따른다.
물체(10) 및 렌즈(20)가 이중-머리 화살표(11)의 방향, 방사 비임의 방향과 횡으로 되는 x 또는 y 방향으로 교체되고, 검출 시스템(40)에 형성된 점(34)은 렌즈(20)와 동일한 방향으로 교체된다. 물체(10) 및 렌즈(20)가 화살표(12) 방향, z 방향, 즉 방사 비임의 그것과 평행의 방향으로 교체될때, 렌즈(20)가 비점수차의 상당한 범위를 갖는 렌즈이기 때문에 점(32)의 모양이 원형으로부터 누워 있는 타원 또는 서있는 타원으로 변한다. 물체(10) 및 렌즈(20)는 방사점(34)의 모양 및 위치로부터 셋의 방향으로 한정될 수 있다. 비점수차는 외부소자(53)에 의해서 뿐만 아니라 렌즈(20)에 의해서 방사 비임으로 유입될 수 있고, 그것은 그레이팅(grating), 레이저 사진 또는 원통 렌즈를 예로 하여 물체(10)에 연결되지 못한다.
방사점(34)으로부터 셋의 신호를 추출하는 것을 가능하게 하기 위해, 그 신호는 x, y 및 z 방향에서 렌즈의 위치를 한정하고, 검출 시스템(40)은 사각형내에 배열되고 검출 기간에 한계 라인이 방사점(34)의 누워 있거나 서있는 타원 모양의 축에 45도의 각도에서 확장되는 넷의 검출기(41, 42, 43 및 44)로 세분된다. 검출 소자(41 및 42)는 y 방향으로 나란히 놓이고 검출 소자(43 및 44)는 x 방향으로 나란히 놓인다. 렌즈 위치를 한정하는 신호는 다음의 관계식을 통해 검출 시스템의 출력 신호로부터 추출할 수 있다. 즉,
Sx = (I43- I44)
Sy = (I41- I42)
Sz = (I41+ I42) - (I43+ I44)
여기서 Sx, Sy 및 Sz 는 명목사의 위치에 관련하여 교체를 한정하는 신호이고, I41, I42, I43및 I44는 각각의 검출 소자에 의해 검출된 밀도를 가르킨다. 상기 신호 Sx, Sy 및 Sz 로부터 올바른 위치를 한정하기 위해, 정정은 비임 밀도 및 변위상의 렌즈 눈동자의 결과 및 방사점의 모양에 영향을 미치기 때문에 수행되야 한다.
제 2 도는 광학 시스템이 반사하는 일실시예를 도시한다. 오목 거울(21)은 자유로이 움직이는 물체(10)에 확보된다. 반도체 레이저로써 제 2 도에 도시된 방사 소스(30)는 부분적으로 투명한 거울(50)을 통해 오목 거울(21)상에서 투사되는 방사 비임을 발생한다. 그것에 의해서 반사된 비임은 부분적인 투명한 거울(50)을 거쳐 루프(roof) 프리즘(52)에서 연속적으로 투사된다. 루프 프리즘은 방사 비임을 방사-감지 검출 시스템(60)에서 각각의 방사점(35, 36)을 형성하는 각각의 둘의 보조-비임으로 스플리트한다. 둘의 방사점(35 및 36)간의 상호 거리는 방사 비임의 방향인 z 방향에서 오목 거울(21) 및 물체(10)의 위치의 측정이다.
검출 시스템(60)은 예를들어, 각각의 넷의 소자중 두개의 평행한 행을 구성하고 소자(61, 63, 65 및 67)를 포함하는 행, 및 소자(62, 64, 66 및 68)을 포함하는 행간에 한계 라인이 방사점(35 및 36)의 공칭 위치와 일치하는 방법으로 정렬되는 여덟개의 방사-감지 소자(61, 62, 63, 64, 65, 66, 67 및 68)를 포함한다. 상기 쌍(61, 62 및 63, 64)은 그들이 방사점(35)의 공칭 위치의 양면상에 위치하는 방법으로 정렬된다. 상기 쌍(65, 66 및 67, 68)은 방사점(36)과 관련하여 유사한 방법으로 정렬된다.
오목 거울(21)의 위치는 이하식에 따라 x, y 및 z 방향으로 검출 소자의 방사 분류로부터 규정될 수 있다 :
Sx = (I62+ I64+ I66+ I68) - (I61+ I63+ I65+ I67)
Sy = (I63+ I64+ I67+ I68) - (I61+ I62+ I65+ I66)
와
Sz = (I61+ I62+ I67+ I68) - (I63+ I64+ I65+ I66)
제 2 도에 절선으로 도시된 바와같이, 부분적으로 투명한 거울은 대안으로 부분적으로 투명한 거울(50)을 가진 투명한 평면-병렬 판(51)에 의해 대체될 수도 있다. 상기 판이 수렴성 방사 비임내에 놓여진다. 결과로서, 상기가 방사 비임내에 비점수차를 초래하며, 따라서 상기 z 방향으로 상기 오목 거울(21)의 위치는 제 1 도와 관련하여 설명된 바와같이 비점수차를 보정하는 방법에 의해 또한 결정될 수 있다. 상기 평면-병렬 판(51)을 사용할시에는, 루프 프리즘(roof prism, 52)은 존재치 않는다.
제 3a, 3b 및 3c 도는 본 발명에 따라 사용하기 위한 물체에 연결된 다소의 거울의 다른 실시예를 도식적으로 도시한다. 제 3a 도에서, 방사 소스(30)에 의해 발생된 방사 비임이 렌즈(71)에 의해 나란한 비임으로 형성되는데, 상기 비임이 부분적으로 투명한 거울(50)을 통해 오목 포물면 거울(22)에 입사된다. 상기 포물면 거울이 상기 비임을 검출 시스템상에 집중시켜 방사점(34)을 형성시킨다. 제 3b 및 3c 도에서, 상기 방사 비임이 렌즈(71)에 의해 상기 물체(10)에 가장 가까운 초점에 집중된다. 구면 거울(23 또는 24), 제 3b 도의 오목 거울(23) 및, 제 3c 도의 볼록 거울(24)이 상기 물체(10)에 연결되고 상기 거울(23 또는 24)이 공칭 위치에 있을때는, 상기 거울의 구면 형태의 중앙점이 상기 초점과 일치된다.
상기 방사 비임은 상기 거울(23 또는 24)에 의해 반사되어 비임 스플리터 또는 부분적으로 투명한 거울(50)을 통과한 후 상기 검출 시스템(40)상의 방사점(34)상에 렌즈(73)에 의해 집중된다. 비점수차가 예를들어, 상기 비임의 수렴 또는 발산 부분에 경사진 평면-병렬 판(51)을 배치하므로 상기 비임내에 초래된다. 원통형 렌즈 또는 회절 격자가 상기 비임내에 배치될 수도 있다. 이에 의해 야기된 방사점(34)의 찌그러짐은 예를 들어, 제 1 도와 관련하여 설명된 바와같은 방법으로 검출 시스템(40)에 의해 검출된다.
포물면 또는 구면 형태와는 달리, 상기 거울은 쌍곡면 또는 타원형 형태를 가질 수도 있다. 이 경우, 방사 비임이 렌즈(71)에 의해 타원면 또는 쌍곡면의 제 1 포커스상에 집중되고 제 2 포커스가 상기 검출 시스템과 일치되거나 또는 또다른 광학 영상 시스템을 통해 상기 검출 시스테상에 영상화된다.
도시된 실시예에서, 상기 검출 시스템상의 방사점의 위치는 상기 물체의 위치에 의해서만 결정되지, 상기 물체의 방위에 의해서는 결정되지 않는다.
제 4 도는 상기 물체의 방위가 또한 결정될 수 있는 시스템의 제 1 실시예를 도시한다. 상기 실시예에 이 상기 위치는, 제 3c 도에서와 같이, 볼록 거울(24)에 의해 결정된다. 상기 볼록 거울(24)외에도 평면 거울(25)이 배치된다. 상기 디바이스는 방사 소스에 의해 발생된 방사 비임이 나란한 비임으로 전환되는 집광 렌즈(71)를 갖추고 있다. 상기 나란한 비임이 상기 비임 스플리터(50)상의 반사를 통해 물체의 방향으로 편향된다. 상기 비임의 일부가 상기 볼록 거울(24)의 중심의 공칭 위치와 일치하는 점에 집중되는 대물 렌즈(72)가 상기 비임내에 배치된다. 도면에 도시된 바와같이, 상기는 상기 방사 비임의 단면의 일부만이 볼록한 렌즈(72)에 의해 이루어질 수 있다. 예를들어, 대안으로 상기 비임의 일부가 상기 대물렌즈(72)를 지나 안내되는 방사 비임에 광학 쐐기를 배치하는 것이 가능하다. 렌즈(72)를 통과하고 상기 굴곡진 거울(24)상에서 반사되어진 상기 방사 비임의 일부가 상기 비임 스플리터(50) 및 렌즈(73)를 통해 검출 시스템(40)상에 투사되어 상기 물체(10)의 위치가 유도될 수 있는 신호를 공급한다. 상기 비임의 다른 부분이 평면 거울(25)상에 입사되고, 그것이 비임 스플리터(50) 및 렌즈(73)를 통과한 후, 검출 시스템상의 제 2 방사점(34a)을 형성한다. 상기 방사점의 위치는 배타적으로 상기 평면 거울(25)의 경사에 따르지, 상기 거울의 위치와는 거의 관계없다. 상기 거울(24 및 25)에 의해 각기 반사되는 2개의 방사 비임 부분중 한 부분에 쐐기 또는 프리즘을 제공하므로, 상기 방사점(34 및 34a)이 서로 공간적으로 격리되며 따라서 이들이 상기 검출 시스템(40)의 2부분(45 및 46)상에서 서로 무관하게 검출된다. 도면에 도시된 실시예에서 상기는 방사 비임내에 광학 소자(74)를 배치하므로 실현되는데, 상기 소자는 방사에 의해 평면 거울(25)을 통과하는 부분에서는 쐐기형이고 나머지는 일정한 두께의 비임을 갖는다.
상기 비임 스플리터(50)는 스플리팅 입방체로서 수행될 수도 있을 뿐만 아니라 부분적으로 투명한 거울로서도 수행될 수도 있고 상기 물체(10)와 상기 검출 시스템(40)간의 비임내에 초래되는비점수차에 의해 평면-병렬 판으로 지지된다. 양호한 실시예가 제 5 도에 도시되어있다. 상기 실시예에서, 위치 검출 장치의 용융이 회전 다각형 거울을 안정화시키기 위해 도시되어 있다. 상기 도면이 상기 방사 비임을 발생하기 위한 반도체 레이저(30)와, 상기 물체(10)를 향해 방사 비임을 편향시키기 위한 부분적으로 투명한 거울(50)을 도시한다. 상기 비임을 나란하게 형성시키는 시준 렌즈(78)와 상기 방사 비임을 상기 물체(10)의 굽은 거울(24)상에 포커싱하는 렌즈(75)가 상기 실시예에서는 상기 부분적으로 투명한 거울(50)과 상기 물체간에 배열된다. 상기 렌즈(75)는 상리 렌즈의 다른 반사 표면의 평면 및 대응하는 평면(77)이 서로가 작은 각으로 확장되는 평면 중앙부(76)를 가지며, 따라서 상기 부분이 광학 쐐기로서의 기능을 한다. 상기 렌즈(75)는 물체(10)사의 볼록 거울(24)의 중앙점 또는 초점과 일치되는 점을 향해 주변 굴절 표면상의 입사광을 포커스한다. 상기 방사가 상기 거울(24)에 의해 반사되고 렌즈(75 및 78) 및 평면-병렬 판(51)을 통해 검출 시스템(40)상에 포커스된다. 본원에서 앞서 설명된 방법으로, 방사점(34), 상기 점의 위치 및 형태가 상기 거울(24) 및 물체(10)의 위치에 대한 정보를 제공하므로 상기 검출 시스템(40)의 부분에 형성된다.
렌즈(75)의 평면 중앙부(76)에 입사된 방사가 상기 볼록 거울(24)상에 포커스되지 않으나 상기 거울 주변의 반사 표면(25)상에 입사된다.
상기 반사된 방사의 거리가 평면 거울(25) 및 상기 물체(10)의 경사에 배타적으로 좌우되는 동안, 상기 방사가 반사된다.
상기 재차 반사된 비임이 렌즈(75)의 면(76 및 77)을 포함하는 쐐기를 통과하며, 그후에 렌즈(78)와 부분적으로 투명한 거울(50)을 통과하고 방사-감지 검출 시스템(40)의 부분(46)상에 방사점(34a)을 형성한다. 상기 점(34a)의 위치가 평면 거울(25)의 경사와 물체의 경사를 규정한다.
상기 방사-감지 검출 시스템(40)은 예를들어, 형성된 방사점(34 및 34a)의 위치뿐만 아니라 형태가 결정되는 4개의 방사-감지 요소를 각각 구성하는 2개의 4분 검출기(45 및 46)를 포함한다.
본 발명에 따른 위치 및 방위 검출기의 응용이 제 5 도에 또한 도시되었다. 상기 물체(10)가 예를들어, 축(11)주변에 대해 회전 가능한 다각형 거울이다. 상기 다각형 거울은 회전축(11)에 45도의 각도로 확장한 면(12)으로서 도면에 도시된 다수의 면을 갖는다. 방사 소스(81)와 집광 렌즈(82)로부터의 방사 비임(80)이 상기 다각형 거울의 반사면(12)상에 입사되어 상기 다각형 거울의 위치에 따라 반사된다. 상기 방사 비임이 예를들어, f-θ 렌즈인 렌즈 시스템(83)을 통해 주사되어질 표면(84)상의 방사점(85)에 포커스된다. 상기 표면은 예를들어, 주사 비임(80)에 대해 기록 또는 판독되는 광학 기록 캐리어의 일부를 형성한다. 상기 기록 캐리어는 대다수의 나란하고 비교적 짧은 트랙 또는 트립에 의해 기록되는 예를들어, 디스크형 또는 테이프형 기록 캐리어이다. 상기 트랙 또는 트립의 방향은 주사 장치에 대하여 상기 기록 캐리어(84)의 조화된 대체 및 상기 다각형 거울의 회전으로 인한 주사점(85)의 이동에 의해 결정된다.
예를들어, HDTV 프로그램(고-선명 텔레비젼)과 같은 방식으로 충분히 빠르게 상기 기록 캐리어상의 정보를 기록 또는 판독할 수 있게 하기 위해, 상기 다각형 거울은 초당 수천회 회전 속도로 회전해야 한다. 이를 달성하기 위해, 상기 다각형 거울은 위치가 고정되고 다수의 전자기 코일(91)에 의해 구동되는 금속 또는 자화된 디스크(90)에 기계적으로 고착된다.
반사 표면(25) 및 볼록 거울(24)을 통해 상기 검출 시스템(40)상에 형성되는 방사점(34 및 34a)은 상기 시스템(40)의 검출 요소에 의해 상기 다각형 거울의 위치 및 경사에 관한 정보를 제공하는 전기 신호호 전환되고 처리 유니트(92)에서 분석된다. 그후에 상기 처리 유니트 전자석(91)에 의해 발생된 자계가 영향을 받는 상기 전자석(91)에 인가되는 출력 신호(93)를 공급한다. 이에 따라 상기 회전하는 다각형 거울의 위치 및 경사가 일정하게 유지된다.
상기 주사 속도를 증가시키거나 또는 상기 다각형 거울의 보다 낮는 비율의 회전을 실현하기 위해, 상기 기록 캐리어가 다수의 주사점에 의해 다수의 병렬 트랙을 동시에 주사하는 광학 시스템(81 내지 83)을 수행하는 것이 또한 가능하다.

Claims (15)

  1. 방사 비임을 발생시키기 위한 방사 소스 유니트(30)와,
    방사-감지 검출 시스템(40, 60)과,
    상기 검출 시스템(40, 60)상의 방사점(34, 34a, 35, 36)을 형성하기 위해 방사 비임의 방사 경로상에 배열된 광학 영상 시스템(20, 21, 22, 23, 24)을 포함하고,
    상기 광학 영상 시스템(20, 21, 22, 23, 24)은, 상기 검출 시스템(40, 60)상의 상기 방사점(34, 34a, 35, 36)의 위치가 방사 경로를 횡단하는 방향(x, y)에서 물체(10)의 위치 측정이 되도록, 상기 물체에 전체적 또는 부분적으로 접속되어 있는, 물체(10)의 위치와 방향을 광학적으로 결정하는 장치에 있어서,
    방사 경로 방향에서의 물체의 위치에 따라 검출 시스템(40, 60)상의 방사점(34, 35, 36)이 변하게 하는 수단(20, 51, 52, 53)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 비임에 비점수차를 유도하기 위한 비점수차 소자는 상기 광학 영상 시스템(20)과 상기 검출 시시템(40)사이의 방사 경오상에 배열되고,
    상기 검출 시스템(40)은 상기 방사점(34)의 형태를 검출하기 위해 채용된는 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광학 시스템(20) 비점수차 소자의 위치에서 수렴성의 비임을 형성하기 위해 채용되고,
    상기 비점수차 소자는 방사 경로에서 경사지게 배열된 평면-평행 판(51)인 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 비점수차 소자(53)는 홀로그램 또는 원통 렌즈인 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사-감지 검출 시스템(60)사의 두개의 방사점(35, 36)을 형성하기 위한 루프 프리즘(52)은 상기 광학 영상 시스템(20, 21)과 상기 검출 시스템사이의 방사 경로내에 배열되고,
    상기 방사점(35, 36)사이의 거리는 방사 경로의 방향(z)에서의 물체(10)의 위치측정이 되는 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 영상 시스템(21, 22, 23, 24)은 최소한 하나의 반사 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 광학 영상 영상 시스템의 상기 반사 소자는 오목 또는 볼록 거울(21, 22, 23, 24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 오목 또는 볼록 거울(23, 24)은 구형인 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 영상 시스템은 상기 방사 소스(30)와 상기 검출 시스템(40, 60)에 대해 고정된 위치에 배열된 추가의 부분(72, 75)을 갖는 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 물체(10)의 기울기에 따라서 상기 방사 비임으로부터 방사를 편향시키기 위한 광학 수단(25)은 상기 물체에 접속되고,
    상기 검출 시스템(40, 60)은 상기 편형된 방사를 검출하여 이에 따라 물체의 기울기를 검출하도록 채용되는 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    방사를 편향시키기 위한 상기 수단은 반사수단(25)인 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 광학 영상 시스템은 상기 방사 소스(10)와 상기 검출 시스템(40)에 대해 고정된 위치에 배열된 추가의 부분(75)을 갖고,
    상기 추가의 부분은 상기 물체의 위치와 기울기 각각을 결정하기 위해 상기 방사 비임을 두 개의 서브 비임으로 스플리트시키기 위해 비임 스플리터(76, 77)와 함께 집적된 부분인 것을 특징으로 하는 물체의 위치 및 방향을 광학적으로 결정하는 장치.
  13. 광학 기록 캐리어내의 정보를 기록 및/또는 판독하기 위한 장치에 있어서,
    상기 기록 캐리어를 주사하기위해 회전 축(11)에 대해 회전 가능한 다각형 거울과,
    방사 소스 유니트(30)와,
    검출 시스템(40)과,
    상기 검출 시스템상의 방사점을 형성하기 위해 상기 다각형 거울에 접속된 최소한 한 부분(24)을 갖는 영상 시스템(24, 75, 78)을 포함하고,
    상기 방사 소스 유니트(30), 상기 검출 시스템(40) 및 상기 영상 시스템(24, 75, 78)은 다각형 거울의 위치 및/또는 상기 회전 가능한 다각형 거울의 회전축의 위치를 결정하기 위한 장치의 한 부분을 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 기록 캐리어내의 정보를 기록 및/또는 판독하기 위한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전 가능한 다각형 거울은 회전축(11)에 수직인 반사면(25)을 갖고, 반사면내에 회전하게 대칭인 오목 또는 볼록 거울이 상기 회전축(11) 주위에 배열되는 것을 특징으로 하는 광학 기록 캐리어내의 정보를 기록 및 또는 판독하기 위한 장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 회전 가능한 다각형 거울은 다수의 전자석(91)의 수단에 의해 자기적으로 저널되고,
    상기 검출 시스템(40)은 출력 신호에 따라서 상기 전자서에 여기 신호(93)를 인가시키기 위해 채용된 것을 특징으로 하는 광학 기록 캐리어내의 정보를 기록 및/또는 판독하기 위한 장치.
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