JPH01120525A - 情報読取り光学系 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は記録媒体に記録されている情報を光学的に読み
出し、または情報を記録することのできる情報読取り光
学系に関する。 ［従来の技術］ 近年、社会の情報化活動の発達に伴い大量の情報をディ
スクやカード、テープ等の記録媒体に光学的に記録ｒＱ
生する装置の開発が進められている。 たとえばカード状の記録媒体において、２つの光学的に
異る状態を２値信号とし、デジタル的に情報を記録し、
読み取りの際には媒体を照明して媒体上の記録パターン
を光学系を介して一次元アレーセンサー上に結像し、像
の強度分布より再生信号を得る方式のものがある。 この様な光カードは大容量の情報の記録が可能で、かつ
その形状から携帯に便利であることから磁気カードに代
り得るパーソナル用の情報記録媒体として注目されてい
る。この光カードには、たとえば磁化の向きにより情報
が記録される繰返し記録、再生及び消去の可能なタイプ
（光磁気カード）のものや１例えば、ピット列パターン
により情報が記録される追加記録及び再生の可能なタイ
プのものや、或いは光反射率の大小により情報が記録さ
れる再生のみ可能なタイプのものがあり、それぞれの特
長を生かした形態にて使用される。 同一の情報の記録されているカードを大量に製造する場
合には、ＳＮ比が高く且つ製造の容易な上記再生のみ可
能な再生専用光カード（以下、光ＲＯＭカードと称する
）が好適に使用される。 光ＲＯＭカードは、例えば次の様にしてｙ！ｉ造される
。即ち、例えば厚さ数百μｍ程度のプラスチック製基板
上にＴｅ等の低反射率金属からなる蒸着膜を形成し、該
蒸着膜上に上記のようなフォーマット及び情報パターン
に対応するマスクをａ置し、その上からＣｕ等の高反射
率金属を蒸着し、更に該低反射率金属膜及びパターン状
高反射率金属膜に厚さ数百μｍ程度の光学的に透明なプ
ラスチックフィルムをラミネートして保護膜を形成する
。 第８図は上記光ＲＯＭカードの一例の断面を示した図で
ある。同図において、５０はプラスチック製基板、５１
は低反射率金属の蒸着膜、５２は高反射率の情報記録膜
であり、情報信号に応じて記録ピット５８が形成されて
いる。５３は保護層である透明なプラスチックフィルム
、５４は傷防止用の表面硬化層である。この光ＲＯＭカ
ードを機能的に大別すれば、カード基板部５５、情報記
録層（而）５６．透明プラスチック保護Ｒ１Ｊ５７から
構成されていると言える。 第９図は光ＲＯＭカード読み取り装置に用いられる従来
の光ヘッドの概略構成図である。 同図に於て、基盤６０上に取り付けられたＬＥＤ半導体
レーザーの如き光源６１から発せられた光束は、照明光
学系６２によりハーフミラ−６３を反射して光ＲＯＭカ
ード１のカード基板５５上にあり、透明プラスチック層
５７でラミネートされた情報記録面５６に集光され、こ
れを照明する。 光ＲＯＭカードｌ上で反射された光束は情報記録面５６
と垂直に進み、今度はハーフミラ−６３を透過し、結像
光学系の結像レンズ６４により基板６７１−に設けられ
たＣＯＤの如き一次元アレイセンサー６５の上に結像さ
れ、光カード鵞の情報記録面５６上の情報パターンの読
取りが行なわれる。ここでアレーセンサーの各セルは紙
面に垂直方向に並んでいる。なお、２は照明光学系６２
の光軸、３は結像光学系レンズ６４の光軸であり、結像
レンズ６４の光軸は情報記録面５６と垂直であるが、光
源からの照明光はハーフミラ−６３で光ＲＯＭカード１
と平行な方向に折り曲げられてから情報記録面５６上に
照射される。 第１０図は光ＲＯＭカードの平面図である。 情報記録面５６の記録ビット５８は第１０図の様に例え
ば数個ないし数十個を１つの情報単位としてアレイ状に
配列されたトラック４５を構成し、また、該トラックは
帯状に並びバンド４６を形成する。該トラックは結像レ
ンズ６４によってセンサー６５の受光面上に投影される
。センサー６５は例えば前記トラックと平行な走査方向
を有する一次元ＣＣＤであって、前記トラックの投影像
の光量の強弱を電気的に走査して電気信号に変換する。 光ＲＯＭカード１は不図示のカード搬送機構によって前
記ＣＣＤ６５の走査方向とほぼ直角な主走査方向に連続
又は間欠的に搬送され１次々に異なるトラックが前記Ｃ
０Ｄ６５面上に投影される。この様な手順で前記主走査
方向の一定領域の情報読取りが終了すると、光ヘツド部
は不図示の駆動機構によって主走査方向と直交する方向
に一定距離だけ離れた第２の読取り領域まで移動され、
そこで静止する。ｖ４びカード搬送機構が働き、前記第
２の読取り領域の情報読取りが行なわれる。この様な手
順で情報記録面５６上を二次元的に走査することにより
光ＲＯＭカード１上の必要な領域の情報読出しが行われ
る。 ［発明が解決しようとする問題点］ 第１！図は第９図の結像光字系、すなわち情報読取り光
学系をＬＥＤを正面に見る方向から見たものである（換
言すれば、第９図におけるＸ方向）。ここでは結像レン
ズ６４の説明が主なのでハーフミラ−６３及びＬＥＤ６
１は省略している。 結像レンズ６４は情報記録面５６をＣＯＤ　６５面上に
投影するものであるが、１トラツクより広い範囲の情報
をＣＣＩ）　６５が受光し、その中からスタートビット
あるいはスタートピットとエンドビットを検出してｌト
ラックの情報を得る様にしてあればトラッキングサーボ
が不要となる。 この様な光学系の基準状態で情報記録面５６のＡ−８の
範囲をＣＣＤ６５が読み取るとすると、カードがカード
搬送機構で送られた場合、搬送機構のガタ、あるいはカ
ードの厚み誤差等に依り、デフォーカス状態になること
がある。第１１図に於てデフォーカス状態の情報記録面
を５６゛　とすると、この状態では情報記録面５６°の
Ａ’　−Ｂ′の範囲の様にΔ−Ｂの範囲より広い範囲を
ＣＣＤ６５がぼけた状態で読み取ることになる。このぼ
けは情報記録面５６′が結像レンズ６４の深度内にあれ
ば情報は読み取ることができる。しかし第１１図かられ
かる様にデフォーカス状態では基準状態に比べ像の大き
さが変化してしまう、この、場合、情報記録面が５６°
の状態の方が広い範囲を読み取る訳であるから情報が小
さくＣＣＤ上に投影されることになる。この様に最初に
調整された状態から情報の大きさが異ってＣＣＤ　ｌに
投影されると、第１２図の（ａ）の様に明、暗それぞれ
の情報の長さで情報を記録するマーク長記録方式の場合
は、情報の長さがデフォーカス毎に異なり１例えばＩＴ
を２Ｔと読んでしまうことになる。また、第１３図（ａ
ｌの様にビット間の距離で情報を記録するマーク間記録
方式の場合も、情報間隔がデフォーカス毎に変動しジッ
タとなる。なお、第１２図及び第１３図において（ｂ）
は共に（ａ）のパターンから得られる情報再生信号波形
を示している。 この様に従来の情報読取り光学系は、デフォーカス時に
情報像の大きさが変化して読み取りの誤りを生じ、エラ
ーレートが大きくなるという欠点があった。 又、ＣＣＤ６５の蓄積時間何らかの急激なショックでデ
フォーカス量が変化した場合にも問題が生じる。第１４
図ｆａ）、（ａ’　）　、ｌｂ）　、（ｂ’　）は、そ
れぞれ結像状態によってＣＣＤ６５から得られる情報信
号の出力波形を示す図であり、横軸は位置、縦軸は出力
を示している。 ＣＯＤの蓄積時間何らかの急激なショックでデフォーカ
ス量が変化した場合、軸−Ｌの線像は合焦状態のカーカ
ーブブ８１（第１４図（ａ）参照）からデフォーカス状
態のカーブ８２へ変化し、蓄積時間を経たＣＯＤの出力
は（ａ゛）の様になるが、軸外の線像はカーブ８３から
カーブ８４へと横にずれながらぼけていくので（第１４
図（ｂ）参照）、蓄積時間を経たＣＣＤの出力は（ｂｏ
）の様になりピーク位置のズレを生ずる他一方向に尾を
引く様に大きくだれだ信号しぶ得られず、軸上で深度内
にあっても軸外で満足する像性能を得ることができなか
った。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明の１］的は、上記従来技術の問題点に鑑み、デフ
ォーカス状態でも情報像の大きさの変化がなく、情報の
読み取りの誤りが少なくすることのできる情報読取り光
学系を提供することにある。 以−にのような目的は、情報記録媒体上に記録されてい
る情報を１次元或は２次元的に配列された光センサー上
に結像してブロック毎に情報を読取る情報読取り光学系
において。 前記情報記録媒体から前記情報読取り光学系に入射する
最端光束の主光線が前記情報読取り光学系の光軸となす
角度なθ、情報記録媒体上の最大像高をｈ　ｍａｘとす
る時。 を満足するように構成されたことを特徴とする情報読取
り光学系により達成される。 ［作用］ 上記のような情報読取り光学系では、結像光学系の情報
記録媒体側の軸外光束を、その主光線が光軸と略平行と
なる様な光学系としているので、フォーカス状態の時と
デフォーカス状態の時との情報像の大きさの変動が無す
ことができ、上記従来技術の問題点を解決することがで
きる。 ［実施例］ 以下、本発明に係る情報読取り光学系について、図面に
基づき詳細に説明する。 第１図は本発明の第１実施例を示す情報読取り光学系の
構成図である。なお、第１１図と同様に結像光学系（結
像レンズ６４を含む）をＬＥＤを正面に見る方向から見
たものである。同図において、６５はＣＣＤ、６４は結
像レンズ、５６は合焦状態にあるときの情報記録面の位
１η、５６°はデフォーカス状態にある情報記録面の位
置、５は情報記録面からの光を制限する絞りである。Ａ
。 Ｂは情報記録媒体から入射する軸外光束な生ぜしめる情
報記録面のトラックの位置、Ｃは結像レンズ６４の光軸
と情報記録面との交点である。 本実施例では結像レンズ６４のＣＣＤ６５側の焦点位置
に開口絞り５を設けたものであり、従って情報記録媒体
５６上のＡ又はＢの様に軸外光束として入射する光束の
主光線が光軸と平行になる。この様に構成すると情報記
録媒体が５６゛の様にデフォーカス状態にある場合も単
にぼけるだけで、情報像の大きさの変化は全くなくなる
。デフォーカス量が許容深度内にあれば情報読み取りに
全＜影響がないことになる。 第２図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ本実施例の光学系
において、マーク長記録方式における軸子及び軸外の合
焦時（実線）及びデフォーカス時（破線）の情報像の様
子を示した図である。また、第３図（ａ）　、　（ｂ）
はそれぞれ本実施例の光学系において、マーク間記録方
式における軸上及び軸外の合焦時（実線）及びデフォー
カス時（破線）の情報像の様子を示した図である。第２
図及び第３図かられかる様に、マーク長記録方式では情
報長さａが、マーク間記録方式では情報の間の距離βが
、合焦及びデフォーカス状態でも変化しないことがわか
る。 なお、この軸外光束として入射する光束の主光線が光軸
と平行度は、光センサー素子のピッチャ解像力等により
、ある程度の幅があり、実際上は前記情報読取り光学系
に入射する最端光束の主光線が前記情報読取り光学系の
光軸となす角度をθ、情報記録媒体Ｆの最大像高をｈ　
ｍａｘとする時、を満足するように構成すれば十分であ
る。 ［他の実施例］ 第４図は本発明の他の実施例を示す図である。 本実施例では、結像レンズ６４の情報記録媒体側に結像
レンズの射出瞳からの距離に相当する焦点距離を有する
正レンズ４を設けて、情報記録媒体に入射する軸外光束
を光軸と略平行にする様に構成している。この場合の軸
上及び軸外の合焦時及びデフォーカス時の情報像の様子
も第２図及び第３図と同様になる。 また、光センサーは一次元ラインセンサーの他二次元セ
ンサーの場合にも適用でき、同様の効果を得ることがで
きる。二次元センサーを用いる光′？系においては、−
次元ライン°センサーのものに比べて一度により多くの
情報を読み取ることができる。 さらに、第１図の様な結像レンズ６４のＣＣＤ側の焦点
に開口絞り５を設ける方式では、結像レンズとして第５
図の様に正負正のレンズで構成されるトリ・ブレット１
００を用い、負レンズは情報記録媒体側の凹面をＣＣＤ
側の面より曲率半径を小さくすれば、この様な構成のレ
ンズで発生し易い負の歪曲収差を補正することができる
。 同様に第１Ｏ図の様に情報記録媒体側の凹面を向けた負
メニスカスレンズ＋０１と、少なくともいづれかｌ而が
非球面の両凸レンズ１０２を組み合わせると、少ないレ
ンズ構成で負の歪曲収差と球面収差を同時に補正するこ
とができる。 また、前記実施例では、第９図に示したように記録媒体
から情報読取り光学系に入射する光が記録媒体面に対し
て垂直の場合を例にとり説明したが、第７図に示すよう
に記録媒体に斜め方向から照射光学系により光を入射し
、斜め方向に配置ｎシた光センサーで情報を読とる方式
の光学系でも同様に実施できることは明らかである。 第７図はその一例を示す光学系の構成図である。同図に
おいて、第９図と同様の働きをする部材には同一の番号
が付してあり、＋０５は斜め入射に伴なって生じる収差
を補正するシリンドリカルレンズである。この実施例に
おいては、結像光学系の光軸３は情報記録面の法線と角
度ｉをなしているが、第１０図に示した情報トラック４
５とＣＯＤとの結像関係を有する平面における関係は、
前記実施例と同様であるので、第１図及び第４図に示し
た本発明を実施することができる。 また、前記実施例においては、情報記録媒体が反射型の
記録媒体である場合を示したが、透過型の記録媒体、即
ち、照射光学系は記録媒体の裏面から光を照射する形式
の記録媒体でも本発明は適用可能であることは明らかで
ある。これは、本発明が情報記録面を光センサー上に結
像する時の焦点ぼけによる再生信号のＳＮの劣化を改心
する方法にかかるものであるから、記録媒体からの信号
光がどのような方法により、情報読取り光学系に入射さ
れようともその効果に影響ないからである。 また、本発明の情報読取り光学系は情報を読取る光学系
として説明をしてきたが、ＣＣＤの位置にアレー状の光
源を置き、記録媒体に情報を１寸込む光学系としても用
いることが可能である。 ［発明の効果］ 以−し、説明したように、本発明の情報読取り光学系に
よれば、 ■デフォーカス状態でも情報像の大きさの変化がなく情
報読取り光学系の情報の読み取りの誤りが少なくなる。 ■蓄積時間中のデフォーカス量の変化が生じても軸外性
能が軸上に比べて悪化するという現象は生じない。従っ
て視野内で均一の像性能が得られる。 ■及び■の様な効果があるので本発明の情報読取り光学
系は情報の読み取りの信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の情報読み取り光学系の第一実施例の構
成図である。 第２図（ａｌ、（ｂ）　、第３図（ａ）、（ｂ）はそれ
ぞれ軸上及び軸外の合焦時（実線）及びデフォーカス時
（破線）の情報像の様子を示した図である。 第４図は本発明の情報読み取り光学系の第２実施例を示
す構成図である。 第５図、第６図はそれぞれ本発明の光学系に使用される
レンズの具体的形状を示す図である。 第７図は本発明に係る情報読取り光学系を使用した情報
再生装置の光学系の一例を示す図である。 第８図は光カードの断面図である。 第９図は情報読み取り装置の光学系の従来例を示す図で
ある。 第１Ｏ図は光カードの平面図である。 第１１図は第９図における情・服読み取り光学系の従来
例を示す図である。 第１２図（ａ）、（ｂ）　、第１３図ｆａｌ　、　（ｂ
ｌはそれぞれ信号の形態を示す図である。 第１４図（ａ）、　（ａ’　ｌ　、　（ｂ）　、　（ｂ
’　）は像のボケを説明する図である。 １・・・光カード、２・・・照明系光軸、３・・・結像
系の光軸、４・・・正レンズ、５・・・開口絞り、６０
・−１，ＥＤ基盤、６１・−Ｌ　Ｅ　Ｄ、６２・・・照
明レンズ、６３−・・ハーフミラ−１６４・・・結像レ
ンズ、６５・・・ＣＣＤ、６７−ＣＣＤ基盤、８１．８
３・・・合焦時の情報像、８２．８４−・・デフォーカ
ス時の情報像、１０５−・・シリンドリカルレンズ。 代理人　　弁理士　山　ド　穣　１′・第１図 第４図 第２図 （０）　　　　　　　　　　　（ｂ） 第３図 （０）　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）中１）
上　（Ｃ＆ジ゛Ｃ゛）　　　　　　　　す由タト（Ａ＆
シ゛Ａ°］第８図 第９図 第１０図 第１２図 （Ｇ） 第１３図 （Ｇ） り＝：′争］ 第１４図 （ａン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ
）（Ｃ）　　　　　　　（ｄ） 手続−７市正書（方式） ％式％ １、盛件の表示 特願昭６２−２７８２９２号 ２、発明の名称 情報読命取り光学系 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都大田区下丸子３丁目３０番２号名称（１０
０）キャノン株式会社 ４、代理人 住所　東京都港区虎ノ門五丁目１３番１号虎ノ門４０森
ビル氏名　（６５３８）　　弁理士　山　下　穣　平　
　・・　ト： ５、補正の対象 すｊｊｌｌ書の発明の詳細な説明の欄２図面の簡単な説
明の欄６、補正の内容 （１）発明の詳細な説明の欄 明細書の９頁、７行目のｒ第１４図（ａ）　、　（ａ’
）　。 （ｂ）、（ｂ’）Ｊをｒ第１４図（ａ）　、　ＣＣ）　
、　（ｂ）　。 （ｄ）１に補正する。

【図面の簡単な説明】

明細書１７１１ｇ頁、６行目のｒ第１４図（ａ）　、　
（ａ’）　。 （ｂ）　、　（ｂ　’）　Ｊを【第１４図（ａ）　、　
（ｃ）　、　（ｂ）　。 （ｄ）」に補正する。 （３）図面 図面の第１４図を別紙のとラリに補正する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）情報記録媒体上に記録されている情報を１次元或
   は２次元的に配列された光センサー上に結像してブロッ
   ク毎に情報を読取る情報読取り光学系において、 前記情報記録媒体から前記情報読取り光学系に入射する
   最端光束の主光線が前記情報読取り光学系の光軸となす
   角度をθ、情報記録媒体上の最大像高をｈｍａｘとする
   時、 ｜ｔａｎθ／ｈｍａｘ｜≦０．２ を満足するように構成されたことを特徴とする情報読取
   り光学系。
2. （２）前記情報読取り光学系の結像レンズの光センサー
   側の焦点に光束を規制する開口絞りを配したことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の情報読取り光学系。
3. （３）前記情報読取り光学系の結像レンズの情報記録媒
   体側に正レンズを設け、該正レンズは該正レンズから結
   像レンズの瞳までの距離に相当する焦点距離を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の情報読取り
   光学系。