JPH09509277A - 情報表面を光学的に走査する光学ユニット及び該光学ユニットを含む光学的走査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学ユニット(１)が、特に記録媒体(９)の情報表面である表面を光学的に走査する。該光学ユニットは、情報表面上に走査スポットを形成するためにフレーム(13)と；光輻射源ユニット(15)と；回転可能な鏡ユニット(17)と；対物システム(19)と；を有し、この対物システムは入口瞳孔(19b)及び光学軸(19a)を持つ。光学的な見地からは回転可能な鏡ユニットは光輻射源ユニットと対物システムとの間に位置し、また懸垂手段が、フレームに対して動くことのできるように対物システムを支持するために設けられる。懸垂手段は、光学軸に沿って対物システムが縦方向に移動する動きを許容し、また光学軸と入口瞳孔との交点に一致するピボットの周りで対物システムが回転する動きを許容する。作動手段がこの動き方をするように対物システムを駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】 情報表面を光学的に走査する光学ユニット 及び該光学ユニットを含む光学的走査装置 本発明は、フレームと；光輻射源ユニットと；回転可能な鏡ユニットと；上記 表面上に走査スポットを形成するための手段と；を有して成るところの表面を光 学的に走査する光学ユニットに関する。 本発明はまた、媒体、特に情報媒体又は記録媒体、の表面を光学的に走査する ための、フレームと；光輻射源ユニットと；回転可能な鏡ユニットと；上記表面 上に走査スポットを形成するための手段と；を有して成る光学ユニットを含む光 学的走査装置にも関する。 光学ユニット及びそのようなユニットを含む装置が米国特許第US 4,901,297号 から既知である。この既知の装置は、テープの形をした記録媒体に情報を記録し たり記録媒体から情報を読み出したりするための磁気光学的機器を含んでいる。 走査スポットを形成するために該既知の機器はとりわけレーザー発振器、結焦点 レンズ、フレーム内に回転可能に支持された多角形鏡、及び修正レンズを有する 。また上記既知の装置は更に、情報を記録している間には磁界を生成するための 手段をも含んでいる。記録中には記録媒体は光学ユニットに対して移動しており 、テープの形をした記録媒体上に記録トラックが形成される、そのとき該トラッ クはこの媒体の移動する方向を横切る方向をほぼ向いている。レーザー発振器は 、通常は追尾(tracking)と呼ぶところの走査スポットを走査されようとするトラ ック上に保持するように、発射されたレーザービームの方向を調整するために、 ピエゾ電気作動器ユニット上に搭載される。光学的な見地からは結焦点レンズは レーザー発振器と多角形鏡との間に位置し、作動器ユニットに結合して、上記媒 体の記録層又は情報層内に位置する走査スポットを形成するようにレーザービー ムの焦点を合わせる。光学的には修正レンズは多角形鏡と記録媒体との間に置か れる。 この既知の装置の使用中にはレーザー発振器は追尾の目的で回転し、その回転 はレーザー発振器から発せられた光ビームの方向を変えるように行われる。この 既知の構造の欠点は使用される光学システムの限定されたフィールド規模のため に回転範囲が比較的小さいことである。その結果、追尾は小さい範囲でしか可能 でなく、従って記録媒体の比較的遅い速度の変動しか修正できない。限定された 追尾範囲を補償するために、この既知の装置は記録媒体に対する正確な速度制御 を必要とする。この目的のためのキャプスタンの使用はそれ自体既知である。 この既知の装置のもう１つの欠点は、記録媒体の走査中に追尾及び焦点を合わ せるためにレーザー光源と結焦点レンズとを共に動かさなければならないことで ある。この目的のために必要な支持エレメント及び作動器の数は装置を複雑なも のにする。更にレーザー源及び結焦点レンズの所要の動きは余分の空間を必要と し、それは装置を更に大きいものとする。そればかりか、レーザー源が可動とさ れることはその遮蔽、熱拡散及び電気的接続に関し特別の問題を提起する。 本発明の目的は、表面を光学的に走査する光学ユニットであって、該光学ユニ ット自体を動かすことなく走査スポットを充分な距離だけ動かすことの出来るよ うなものを提供することである。 この目的のために本発明の光学ユニットは、上記走査スポットを形成するため の手段が入口瞳孔(entrance pupil)と光学軸とを持つ対物システム(objective s ystem)を含み、上記回転可能な鏡ユニットは、光学的な見地からは光輻射源ユニ ットと対物システムとの中間に位置するものであり、懸垂手段が、フレームに対 して動くことのできるように対物システムを支持するために設けられ、該懸垂手 段は、光学軸に沿って対物システムが縦方向に移動する動きを許容し、また光学 軸と入口瞳孔との交点に少なくともほぼ一致するピボットの周りで対物システム が回転する動きを許容し、更に、対物システムを上記の動き方で駆動するための 作動手段が設けられていることを特徴とする。 入口瞳孔の定義及び光学軸の定義については、例えば次の文献：“The optica l industry & systems directory”,1972-1973年，第10版，The International Encyclopedia of Optical,Electro-optical and Laser Technologyの6-27ページ 及び6-7ページをそれぞれ参照されたい（茲にそれらを引用文献とする）。 本発明の光学ユニットでは、走査ビームは走査スポットを形成するように焦点 を合わせることができ、走査スポットは対物システムが支持手段によって許され る動きを行って表面の上を動き回ることができる。レーザー源ユニットはこれに ついては何の役割も持たず、ただフレームに固定されている。作動手段は、対物 システムが焦点を合わせる目的のために走査される表面に直角の方向に動き、ま た表面上で走査スポットを動かす目的のために回転運動を行うことができること を保証する。上に定義したピボットの周りを回転することは光の損失及び画像の 攪乱が生じないようにする。 対物システムは１つ又はそれ以上のレンズを含むことができる。本発明の光学 ユニットの重要な利点は、単数又は複数のレンズのフィールドの小さい中央部分 のみが使われなければならないのに過ぎないから、従って走査される媒体上の画 像フィールドに殆ど歪みが生じないことである。このことは良く規定された走査 経路が得られることを可能にする。 本発明の光学ユニットに使われる構造的な寸法は簡単に構成され限られた空間 のみを必要とするに過ぎない。その結果、緊密な構造が可能となる。 本発明の光学ユニットに使われる鏡ユニットはそれ自体既知の鏡であってよい ことに留意されたい。適切な鏡ユニットがヨーロッパ特許EP 0,459,585号（これ は特開平4-228116号に相当し、茲に参照文献として引用する）から既知であり、 それは多角形鏡として構築され電磁的に懸垂されて電磁的駆動力で回転軸の周り を駆動されることができる。多角形鏡は複数の鏡面、例えば６枚の鏡面を持ち、 該鏡面は回転軸に平行に、若しくはこの軸に関し45°の角度で延びている。本発 明の光学ユニット中の多角形鏡は光学的見地からいえば光源と対物システムとの 間に位置する。多角形鏡が回転するにつれて鏡面がレーザー源から発する光ビー ムを対物システムの方へ向けるように反射する。 本発明による光学ユニットの一実施例では、上記懸垂手段は、入口瞳孔の近く に位置する第１懸垂ユニットと、光学軸に沿って見た場合に入口瞳孔から遠い方 に在る第２懸垂ユニットとを含み、これらの懸垂ユニットは対物システムをフレ ームに接続して、対物システムの縦方向の動きを許容し、また、光学軸を横切っ て少なくとも入口瞳孔中にほぼ在る回転軸の周りで対物システムを回転させる動 きを許容することを特徴とする。懸垂ユニットは蝶番ユニットを含むことを好適 とし、それは例えば刃ばね、弾性ワイヤ、又は総合蝶番ユニットであって対物シ ステムとフレームとの間に延びている。そのようなエレメントを含む懸垂ユニッ トは構造が単純で信頼性があり精確である。代案としては入口瞳孔の近くの懸垂 ユニットは滑動／回転懸垂エレメントを含むことができる。 本発明による光学ユニットの一実施例では、上記作動手段は、電気的なコイル ユニットと永久磁石ユニットとを含む電磁的手段であって、これら２つのユニッ トのうち一方は対物システムに固定され、もう一方はフレームに固定されている ことを特徴とする。移動可能な大きさを最小にするために、磁石はフレームに固 定し、コイルは対物システムに固定するのが好適であり、このコイルが動作中に 上記磁石と協同して対物システムのよく規定された動きを与える。 本発明のもう１つの目的は上に定義したタイプの装置を簡単なものにし、それ を更に使い易くすることである。 この目的のために、本発明の光学装置は、走査されようとする表面上の走査ス ポットを形成するための手段が、入口瞳孔と光学軸とを持つ対物システムを含み 、上記回転可能な鏡ユニットは、光学的な見地からは光輻射源ユニットと対物シ ステムとの中間に位置するものであり、懸垂手段が、フレームに対して動くこと のできるように対物システムを支持するために設けられ、該懸垂手段は、光学軸 に沿って対物システムが縦方向に移動する動きを許容し、また光学軸と入口瞳孔 との交点に少なくともほぼ一致するピボットの周りで対物システムが回転する動 きを許容し、対物システムを上記の動き方で駆動するための作動手段が設けられ ており、更に、走査されようとする表面と上記光学ユニットとを相互に対して動 かすための手段が設けられていることを特徴とする。 本発明による装置は、本発明の光学ユニットについて上に述べたような利点と 同様の利点を持つ。 本発明は上に定義したようなタイプの走査装置の提供も目的とし、該走査装置 は、走査されようとしている媒体の動きの速度が大幅に変動する場合といえども 満足すべき追尾が達成されることを保証する用意のあるものである。 本発明による光学的走査装置は、上記走査スポットを形成するための手段が、 入口瞳孔と光学軸とを持つ対物システムを含み、上記回転可能な鏡ユニットは、 光学的な見地からは光輻射源ユニットと対物システムとの中間に位置するもので あり、懸垂手段が、フレームに対して動くことのできるように対物システムを支 持するために設けられ、該懸垂手段は、光学軸に沿って対物システムが縦方向に 移動する動きを許容し、また光学軸と入口瞳孔との交点に少なくともほぼ一致す るピボットの周りで対物システムが回転する動きを許容し、対物システムを上記 の動き方で駆動するための作動手段が設けられており、上記懸垂手段は、入口瞳 孔の近くに位置する第１懸垂ユニットと、光学軸に沿って見た場合に入口瞳孔か ら遠い方に在る第２懸垂ユニットとを含み、これらの懸垂ユニットは対物システ ムをフレームに接続して、対物システムの縦方向の動きを許容し、また、光学軸 を横切って少なくとも入口瞳孔中にほぼ在る回転軸の周りで対物システムを回転 させる動きを許容し、また、対物システムを通過する情報表面を含む光学テープ を移動させるテープ駆動ユニットが設けられ、対物システムに面している該光学 テープの一部分は、対物システムの回転軸に対し少なくともほぼ直角に延びるテ ープ移動方向を持つことを特徴とする。 本発明による走査装置は、本発明の光学ユニットに関して述べた利点と同様の 利点を持つ。その結果、この走査装置は、走査スポットと光学テープとの間でテ ープの方向に見た場合に一定の速度差を維持することができる。これは走査スポ ットのかなりのエクスカーション(excursions)を伴うかもしれない。別の重要な 利点は、効率的な追尾が可能であることによって、キャプスタンを用いない駆動 の使用が上記光学テープに対して許されることである。更にまたこの実施例は、 光学テープの走査表面上の走査スポットの良く規定された線型エクスカーション を許容し、該エクスカーションはテープの動く方向にほぼ垂直に向いているので ある。 本発明による光学的走査装置は、ディジタル形式で、例えばカセットテープの ような光学的記録テープに情報を記録したり、テープから情報を読み出したりす るのに用いることができる。この目的のためにテープ又はそれに類似の媒体には 、透明なアモルファス素材（位相変化素材）の薄い被覆を設けることができ、記 録している間にレーザー源を用いてその構造に影響をもたらして、情報表面又は 記録表面である表面に情報が記憶されるのである。ヨーロッパ特許EP 0,459,585 号 から既知の多角形鏡はこの目的に極めて適している。複数の鏡面を持つ多角形鏡 は、その電磁懸垂によって例えば１秒間に数千回転というような極めて急速に回 転することができるので、該鏡はレーザー源ユニットからの輻射ビームを毎回異 なる角度で反射する。走査装置は、記憶媒体の動く方向を横切る方向に、例えば 長さが１mmの情報トラックを記録することができる。本発明による走査装置では 記録をしている間には光学テープと光学ユニットとは相互に対して移動している のであるから、テープを横切る方向に向いた平行な情報トラック列を形成するこ とが可能であり、それらの列はテープの縦方向に延長する。読み出しも同じよう にして実行され、テープから反射した光線がそれ自体は既知の検出手段で検出さ れ、処理されるのである。 本発明による走査装置は画像及び音声のディジタル記憶に用いることができる 。この走査装置はデータの記憶や或いは例えば医療情報の記憶にも適している。 鏡ユニット、特に上記多角形鏡の高速回転によって、情報媒体の動く方向を横切 る方向に向いた記録トラック中に高密度の情報記憶が可能となる。 本発明による光学ユニットは上述の本発明による走査装置に用いられるばかり でなく、例えば走査顕微鏡のような他の光学装置にも用いることができる。 次に添付の図面を引用して本発明を更に詳細に説明する。この図は、本発明に よる光学ユニットを含む本発明による装置を示す概略斜視図である。 図に示す本発明の走査装置は、本発明による光学ユニット１及びテープ駆動ユ ニット３を含む。テープ駆動ユニット３は駆動リール５及びもう１つのリール７ を含み、該テープ駆動ユニット３は光学テープ９をリール７からリール５に移動 させるのに用いられる。テープ９はテープガイド11を通過して移動し、該テープ ガイドの位置でのテープの進む方向はｙである。本例では、テープの張力が可能 な限り一定になることを保証するために、リール５及びリール７はどちらも駆動 される。 光学ユニット１は、テープ９を光学的に走査するために、特にテープ９内又は テープ９上に所在する情報面を光学的に走査するために、用いられる。光学ユニ ット１は、フレーム13と；光輻射源ユニット15と；鏡ユニット17と；対物システ ム19と；を有して成り、上記光輻射源ユニット15はフレーム13に確実に固定され ており且つ特にレーザー源を含み、また上記鏡ユニット17は特に多角形鏡であっ て、軸17aの周りを回転し鏡面17bを持つ。軸17aはフレーム13内に支持されてい る。対物システム19は少なくとも１つの対物レンズを含み、とりわけテープ９の 情報面上の走査スポット23を形成するように光源により生成される輻射ビームの 焦点を合わせるのに用いられる。対物システム19は光学軸19aを持ち、また鏡ユ ニット17の鏡面17b上に位置する入口瞳孔19bを持つ。 対物システム19は、光学軸19a上に在ると同時に入口瞳孔19b内にも在る点Ｏを 原点とし且つＸ軸が光学軸19aに一致する直角座標軸システムＸＹＺに関し、Ｚ 軸の周りを回転すること及びＸ軸に沿って縦に動くことはできるが、その他の動 きは禁止されるような動き方で、フレーム13に対し可動的に支持されている。 転方向及び縦方向の動きは、光学テープの速度変動及び位置変動をそれぞれ、そ の大小に拘わらず効果的に修正することを可能とさせる。 許容されている動き、すなわち回転方向の動き及び縦方向の動きが実行できる のは、入口瞳孔19bの近くに位置する第１懸垂ユニットと、入口瞳孔よりもテー プガイド11の方に接近して位置する第２懸垂ユニットとが存在することの結果で ある。本例では、両方の懸垂ユニットが、フレーム13と対物システム19とに固定 された棒状の蝶番エレメント25a,25b及び27a,27bをそれぞれ含んでいる。蝶番エ レメント25a,27a及び27bはＺ軸に平行であり、蝶番エレメント25bはＹ軸に平行 である。細長い蝶番エレメントは、横方向には比較的柔軟であるが、縦方向には 硬直している。その結果、茲に用いられた懸垂手段は、対物システム19の許容さ れていない動きを抑制する。 追尾及び結像の目的で対物システム19を駆動するために、本発明による光学ユ ニット１は電磁作動手段を含む。これらの作動手段は、対物システム19に固定さ れ２つの平らな電気コイル29a,29bを含む電気コイルユニットと、フレーム13に 固定された永久磁石ユニットとを持っている。該永久磁石ユニットは２つのくび き部分31a及び31bを含み、それぞれがコイル29a,29bと磁気的協同動作を行う。 くびき部分31a及び31bの各々は、永久磁石31a1及び31b1をそれぞれ含む。コイル 29aが励磁されると、対物システム19は、光学軸19aと一致するＸ軸に平行な 方向の作動力を受け、それは結像の目的で対物システム19を平行移動させる。コ イル29bが励磁されると、対物システム19はＹ軸に平行な方向の作動力を受け、 それは追尾の目的で対物システム19にＺ軸の周りで回転運動をさせる。テープ速 度は比較的遅いから、対物レンズとテープとの距離はゆっくりとしか変動しない 、従って結像を制御するための帯域幅を小さくすることができる。追尾用にはそ れより幾らか広い帯域幅が必要である。 レーザー光源の他に、上述のユニット15は光学テープ９から反射する輻射ビー ム中に存在する情報信号を検出するための信号検出器を含むこともある。更にま た、電気コイル29a,29bを駆動する目的で誤り信号を検出するために検出器が設 けられることもある。ユニット15は更に、コリメータレンズ、分割鏡、又は格子 のような光学エレメントを含むこともある。 光学ユニット１は多角形鏡17の位置や方向を検出するための検出システムを含 む。この検出システムは図には示してないが、これはヨーロッパ特許第EP 0,459 ,586号（特開平4-231805号に相当し、茲に参考文献として引用する）に開示され た光学的検出システムとするのが好適である。この検出システムは光線に鋭敏な 検出エレメントを含み、それが輻射スポットを電気信号に変換し、それにより多 角形鏡の位置及び傾きに関する情報が与えられる。処理ユニットがこの情報を分 析してそれに従って修正用出力信号が多角形鏡17用の電磁懸垂に与えられる。 本発明が此処に開示した実施例のみに限定されるものではないということに留 意されたい。特に懸垂手段及び作動手段は上記以外のやり方で構築することもで きるのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．表面を光学的に走査する光学ユニットであって、フレームと；光輻射源ユニ ットと；回転可能な鏡ユニットと；上記表面上に走査スポットを形成するための 手段と；を有して成る光学ユニットにおいて、 上記走査スポットを形成するための手段は、入口瞳孔と光学軸とを持つ対物 システムを含み、 上記回転可能な鏡ユニットは、光学的な見地からは光輻射源ユニットと対物 システムとの中間に位置するものであり、 懸垂手段が、フレームに対して動くことのできるように対物システムを支持 するために設けられ、該懸垂手段は、光学軸に沿って対物システムが縦方向に移 動する動きを許容し、また光学軸と入口瞳孔との交点に少なくともほぼ一致する ピボットの周りで対物システムが回転する動きを許容し、更に 対物システムを上記の動き方で駆動するための作動手段が設けられているこ とを特徴とする光学ユニット。 ２．請求項１に記載の光学ユニットにおいて、 上記懸垂手段は、入口瞳孔の近くに位置する第１懸垂ユニットと、光学軸に 沿って見た場合に入口瞳孔から遠い方に在る第２懸垂ユニットとを含み、 これらの懸垂ユニットは対物システムをフレームに接続して、対物システム の縦方向の動きを許容し、また、光学軸を横切って少なくとも入口瞳孔中にほぼ 在る回転軸の周りで対物システムを回転させる動きを許容することを特徴とする 光学ユニット。 ３．請求項１又は２に記載の光学ユニットにおいて、上記作動手段は、電気的な コイルユニットと永久磁石ユニットとを含む電磁的手段であって、これら２つの ユニットのうち一方は対物システムに固定され、もう一方はフレームに固定され ていることを特徴とする光学ユニット。 ４．請求項３に記載の光学ユニットにおいて、上記電磁的手段は入口瞳孔からは 間隔を置いてあることを特徴とする光学ユニット。 ５．請求項１ないし４のうちのいずれか１項に記載の光学ユニットを含む光学装 置において、該光学装置は、走査されようとする表面と上記光学ユニットとを相 互に対して動かすための手段を更に含むことを特徴とする光学装置。 ６．請求項２に記載の光学ユニットを含む光学的走査装置において、該光学的走 査装置は光学ユニットの対物システムを通過して光学テープを移動させるテープ 駆動ユニットを更に含んで成り、該光学テープは上記表面を形成する情報表面を 含み、また、対物システムに面している該光学テープの一部分は、対物システム の回転軸に対し少なくともほぼ直角に延びるテープ移動方向を持つことを特徴と する光学的走査装置。