JPS6233659B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は撮影、読取り等の対象となる物体と光
学系との距離を測定して焦点調節を行なう装置、
方法に関するものである。

例えばビデオデイスク録画又は再生装置におい
ては録画用光束あるいは読出し用光束をデイスク
面に集束させる必要がある。このためには上記光
束をデイスク面に集束させるための光学系の焦点
を常にデイスク面に合わせること、すなわち自動
焦点調節を行なわせることが必要となる。従来よ
りこのような動作のための自動焦点調節装置は
種々考案されているが、１つの方法として焦点調
節用の光束をデイスク面で反射させ、反射像の形
を検出するようにして、さらにこの光学系に故意
に非点収差を持たせ反射像の形がデイスク面位置
の変化に伴なつて変わるのを利用して焦点調節を
行なうものがある。例えば特開昭50―10539号公
報、特開昭51―141651号公報、アイ，イー，イ
ー，イー，シカゴ スプリング コンフアレンス
オン コンシユマー エレクトロニクス
（IEEE Chicago Spring Conference On
Consumer Electronics）予講にシリンドリカル
レンズを用いて非点収差を発生させるようにした
自動焦点調節装置について記載されている。これ
等の原理を第１図について説明する。

光源１からの光をハーフミラー２、対物レンズ
３を通してデイスク面４に読出しビームとして集
束させたい時、その反射光をシリンドリカルレン
ズ５を通して非点収差をもたせて検出器６上に集
束させる。上述したようにデイスク面４の位置が
変化すると検出器６上の像の形が上記非点収差の
ために変わるので、これを検出すればデイスク面
４の位置変化を検出することができる。以下これ
についてもう少し詳しく述べる。

第２図では第１図で示す光学系２，３，５を１
つの凸レンズとして描いてあるが、このような非
点収差をもつた光学系にデイスク面からの反射光
束１０が入射すると周知のようにこの光束は一点
に集束することなく子午像面１１、及び球欠像面
１２においてそれぞれ線分状の断面をもつ光束と
なる。又これ等の面の前後では光束の断面は楕円
状となる。これ等の様子を第３図に示す。第３図
においては破線で示す各面における光束の断面図
を右側に示している。子午像面１１、球欠像面１
２においては光束の断面が線分状になつているこ
とがわかる。もちろん実際には他の収差等のため
に必らずしも線分になるとは限らない。又これ等
の両面の中間では光束の断面がほぼ円状になる面
１３がある。この面１３を以後最良結像面と呼ぶ
ことにする。ここでもし第１図において光学系
２，３，５とデイスク面４との距離が変化すると
デイスク面からの反射光１０の拡がりが変わり、
上述の各面の位置が移動する。そこで例えばデイ
スク面４が光学系２，３，５に対して規定の位置
すなわちデイスク面の光像が点になる位置にある
時における最良結像面１３に検出器６を置くよう
にすると、デイスク面４が規定の位置にある時は
検出器６上の像はほぼ円状になり、デイスク面４
の位置がずれると検出器６上の像の形が第３図に
示したように変化する。そこでこの変化を捕えて
常に円状の像を得るように光学系を操作すればデ
イスク面は常に光学系に対して規定の位置にある
ことになる。

このような光像の変化を捕える検出器６として
は例えば第４図に示すようなものが考えられる。
この検出器６は４つの受光領域Ａ〜Ｄをもつもの
で、各領域に入射する光量を別々に検出するもの
である。検出器６の中心を光学系の光軸と一致さ
せておけばデイスク面がレンズに対して一方にず
れていると第４図ａ、他方にずれていると第４図
ｃに示すように楕円形像ができ、Ａ，Ｃ領域と
Ｂ，Ｄ領域とに照射される光量に差が生じる。デ
イスク面が規定の位置にある時は円形の像が形成
され、Ａ，Ｃ領域とＢ，Ｄ領域とに照射される光
量はほぼ等しくなる。第５図に検出器６の出力信
号を処理する回路のブロツク図を示す。検出器６
の受光領域Ａ〜Ｄの出力をそれぞれ同じＡ〜Ｄで
表わす。信号Ａ，Ｃは増幅器２１に入り、Ａ＋Ｃ
に対応する出力が増幅器２１から得られる。同様
に信号Ｂ，Ｄは増幅器２２で加算されＢ＋Ｄに対
応する出力が得られる。これらの信号は差動増幅
器２３に供給され、差動増幅器２３の出力は（Ａ
＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）を表わすものとなる。この出力
をレンズ駆動部２４に供給する。レンズ３が駆動
されてデイスク面４との距離を変えると検出器６
上の像が第４図に示すように変化し、差動増幅器
２３の出力（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）は第４図ａの状
態では正、ｃの状態では負、ｂの状態では零とな
る。したがつて第５図に示す系には帰還がかか
り、これが負帰還となるように構成すればレンズ
駆動部２４はデイスク面４が規定の位置にきて、
検出器の位置に最良結像面１３がきた時、すなわ
ち第４図ｂの状態で停止する。又所望により差動
増幅器２３にオフセツトを設けて（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ
＋Ｄ）がある一定のレベルになつた時にレンズ駆
動を停止させるようにすることもできる。

第６図に（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）の値とレンズ３
とデイスク面４の距離との関係を示す。

このようにしてデイスク面を常に光学系に対し
て規定の位置に置き、デイスク面に光束を集束さ
せることができる。しかしこのような従来の構成
では非点収差を発生させるためにシリンドリカル
レンズを用いているため、それだけ大形となり、
高価となる欠点がある。

本発明の目的は、上述の欠点を取除き小形で安
価な構成の自動焦点調節装置を提供することにあ
る。

本発明は、光源と、受光素子と、前記光源から
の投射光束を反射物体上に集束させ、その反射光
束を上記受光素子上に再集束させる光学系と、非
点収差発生手段とを有する自動焦点調節装置にお
いて、前記非点収差発生手段をホログラムで構成
したことを特徴とするものである。さらに光像が
あまり小さいと上記検出器６の不感帯に光像が入
つてしまいかえつて検出感度が低くなつてしまう
欠点がある。そこで上記文献にもあるように焦点
調節のダイナミツクレンジをデイスク側で±30〜
50μ程度に拡げて、焦点調節の感度を落とさざる
を得なかつた。（参考のために述べるとビデオデ
イスク信号読み取りのためには20×の対物レンズ
を用いた場合、焦点はずれは±２μ程度に収める
必要がある）。

さらに別の構成としてデイスク面に集束させる
光束にすでに非点収差をもたせるやり方も考えら
れるが、この場合は収差のためにデイスク面上に
集束された光像に拡がりが生じてしまい、この光
束を読出し用に使う際の欠点となる。

本発明の目的は簡単な構成で、上述の欠点を取
除き焦点調節精度が高く、高品位の読出し、ある
いは録画ビームが得られ、さらに検出器の位置に
融通性があつて調整が容易な自動焦点調節方法を
提供することにある。

本発明方法は物体光束を非点収差をもつ光学系
を通して非点収差をもつて集束させ、その子午像
面と球欠像面の中間の最良結像面を焦平面とする
リレーレンズを通して感光体に適当な入射角θを
もつて入射させ干渉させ、この干渉縞を感光体に
記録することにより、ホログラム板を作成した
後、上記ホログラム板に参照光束を入射させるこ
とにより、非点収差を伴つて再生された一次回折
光束をリレーレンズによつて非点隔差△ｌをもつ
て集束させた後、この最良結像面とビデオデイス
ク面とをほぼ共役な位置にもつ対物レンズを通し
てビデオデイスク面上に小さな非点隔差をもつて
焦点調節用光束として集束させ、一方上記ホログ
ラム板から非点収差を伴わないで再生された０次
回折光束を上記リレーレンズ、対物レンズを通し
てビデオデイスク面上の上記焦点調節用光束と重
ならない位置にビデオ信号読取光束として集束さ
せ、さらにビデオデイスク面で反射した焦点調節
用光束を再び上記対物レンズ、リレーレンズを通
して非常に大きな非点隔差をもつ光束として焦点
検出用の受光素子に入射させて自動焦点調節を行
なうことを特徴とするものである。

以下図面につき本発明を詳細に説明する。

第７図は本発明方法を実施するビデオデイスク
再生装置の一実施例の構成を示す線図である。こ
の実施例においては後述する方法で作成したホロ
グラム４０をレーザ光４１を用いて再生して非点
収差をもつ焦点調節用のほぼ平行な光束４２（例
えば＋１次回折光）と非点収差をもたない読出し
用平行光束４３（０次回折光）とを別々に作る。
焦点調節用光束４２はハーフミラー４４で反射し
てリレーレンズ４５に入射する。リレーレンズ４
５はこの入射光をリレーレンズ像側焦平面４６に
集束させる。上述のように焦点調節用光束４２は
非点収差をもつているのでこの集束は非点隔差△
ｌを伴なつて行なわれるが、この最良結像面がリ
レーレンズ焦平面４６に一致するように焦点調節
用光束４２は作られている。なおこれについては
後述する。この光束はさらにトラツキングミラー
４７で反射して対物レンズ４８を通りビデオデイ
スク面４９に達するが、予じめ上記リレーレンズ
像側焦平面４６とビデオデイスク面４９を対物レ
ンズ４８に関してほぼ共役な位置に置いておけば
上記光束はビデオデイスク面４９に集束すること
になる。もちろんこの集束光も非点隔差を伴な
い、ビデオデイスク面の光像は円状、楕円状もし
くは線分状となる。この集束の非点隔差は対物レ
ンズ４８の縦倍率をαとすると△ｌ／αとなる。
本実施例ではα＝400，△ｌ＝1.6mmとした。さら
にビデオデイスク面４９で反射した光束は対物レ
ンズ４８で再びリレーレンズ像側焦平面４６付近
で集束し、ここでの光束の断面は円状、楕円状も
しくは線分状である。さらにこの光束はリレーレ
ンズ４５を通過し、上記焦平面４６における断面
に応じた断面をもつほぼ平行な光束すなわち非常
に大きな非点隔差をもつ光束となり、ハーフミラ
ー４４を通過して焦点検出用素子５０に入射す
る。

上述した従来例と同様な理由で、ビデオデイス
ク４９と光学系すなわち対物レンズ４８等との距
離が変化するとビデオデイスク面４９上の光像の
形が変わり、それに応じて焦点検出用素子５０に
入射する光束の断面も変化するので、これを利用
して焦点調節を行なうことができる。もう少し具
体的に述べるならば、上記読出し用光束４３がリ
レーレンズによつて焦束する位置はもちろんリレ
ーレンズ像側焦平面４６であるが、上述したよう
に焦点調節光束４２の最良結像面はこれに一致す
る。同様にデイスク面４９付近においても読出し
用光束４３が集束する面は、焦点調節用光束４２
の最良結像面と一致する。（なお上述したように
焦点調節用光束は例えば１次回折光であり、読み
出し光束４３とは僅かな角度をもつているため、
デイスク面の２つの光点は僅かにずれていて、重
なり合うことはなく読出しに支障はない。）した
がつてデイスク面４９を常に上記最良結像面にお
くようにすればデイスク上に読出し用光束４３を
集束させることができることになる。デイスク面
４９が最良結像面にある時はデイスク面４９に焦
点調節用光束４２によつて作られる光像は円状で
あり、その時リレーレンズ４５像側焦平面４６に
おける焦点調節用光束４２の断面も円状となる。
リレーレンズ４５によつて焦点検出素子５０側に
つくられる光束は、上述したようにリレーレンズ
像側焦平面における断面とほぼ同じ形の断面をも
つ、ほぼ平行な光束（正確には非点隔差が非常に
大きな光束）となるので、焦点検出用素子５０に
できる光像はこの場合ほぼ円状となる。デイスク
面４９が上記所望の位置から外れると、当然デイ
スク面４９上に焦点調節用光束４２によつて作ら
れる光像の形も変化し、これに伴つて検出素子５
０上の像の形も第４図で示したように変化するの
で、これを従来例と同様に利用することができ
る。もちろんこの場合読出し用光束４３は別の受
光素子で作つたビデオ信号読出し用素子５１で受
光してビデオ信号読出しに使用する。

上述したような２つの光束を発生するホログラ
ムは次に述べるようにして作成することができ
る。第８図は上記ホログラム４０の作成の様子を
示す線図である。まず図示しないコリメータレン
ズで平行光束とした物体光束６０をレンズ６１、
シリンドリカルレンズ６２で構成した非点収差を
もつ光学系を通して集束させる。この時の非点隔
差は△ｌとなるように上記光学系６１，６２を構
成する。この時の最良結像面６３がリレーレンズ
６４（上記のリレーレンズ４５と同じ焦点距離ｆ
をもつものとする）の焦点面にくるようにリレー
レンズ６４を配置し、光束をほぼ平行としてハー
フミラー６５を通して感光体６６に入射角θで入
射させる。同時に図示しないコリメータレンズで
平行光束とした参照光束６７をハーフミラー６５
を介して感光体６６に垂直に入射させる。物体光
束６０と参照光束６７が重畳されている空間中
に、両者による干渉縞が形成される。上記空間中
に置かれた感光体６６上にはこの干渉縞が光の強
弱の形で照射される。感光体６６としては、たと
えば銀塩乳剤からなる高解像力乾板が用いられ
る。一定時間の露光を与えられた感光体６６は、
高解像力乾板であれば通常の写真処理プロセスで
ある現像、定着等のプロセスを経た後、高解力乾
板上に干渉縞の明暗に対応したパターンが形成さ
れる。このようにして感光体６６上に形成された
干渉縞の明暗に対応したパターンを一般にホログ
ラムと称している。このようにして作成したホロ
グラムに、再生用レーザー光を照射すると、ホロ
グラムの有する、干渉縞の明暗に対応したパター
ンにより、再生用レーザー光が回折され、回折光
は焦点検出用光束４５となり、回折されずそのま
ま透過した光は信号読取用光束４３となることは
明らかであろう。

上述した実施例においては非点収差を発生させ
るのにホログラムを用いているため、シリンドリ
カルレンズを用いる場合よりも小形な装置が実現
できる。またホログラムは複製可能であるため、
非常に安価となる。さらに、焦点検出と信号読出
しとを別々の光束で行なうため、信号読出し光束
は非点収差を持たない高品位のものを用いること
ができる。また、光路長も短かくなるので、その
点でも小形化に有利である。

なお本発明は上述した実施例に限られるもので
はなく、種々の変形、変更が可能である。例えば
ホログラムによつて焦点調節用光束、ビデオ信号
読み出し用光束を発生させるとともに、トラツキ
ング用の光束も同時に発生させるようにすること
もできる。第９図に示したものはこのようなホロ
グラムの作成方法で、焦点調節用及びビデオ信号
読出し用光束は上述の例と同様な方法で作成する
が、これ等を作るための参照光束７０、焦点調節
用光束７３の作る面とほぼ垂直な面内に前者の面
と±φの角度をもつてトラツキング用平行光束７
２，７１を入射させてホログラム７４を作る。こ
れを再生すると第９図ｂに示すように信号読出し
光束７５、焦点調節用光束７６、トラツキング用
光束７７，７８が得られる。これを用いたビデオ
デイスク再生装置の実施例が第１０図に示すもの
で、構成は上述した実施例とほとんど同様なもの
であるが、トラツキング用光束７７，７８は第１
０図ｂに示すように、ビデオ信号トラツク８０の
両側に集束し、この反射光をトラツキング用検出
素子８１，８２で検出して信号読取光束がトラツ
ク８０から外れないように光学系を駆動する。さ
らに上述した実施例では焦点検出素子５０に入射
する光束をリレーレンズによつてほぼ平行光束と
なるようにしたが、ここまでしなくても非点隔差
を大きくすることができれば、それなりの効果が
あることは明らかであろう。又検出素子５０の構
成は第４図で説明したものとは限らず、他にもい
ろいろな構成が考えられる。

本発明によれば、従来のようなシリンドリカル
レンズを用いずに、ホログラムを用いて非点収差
を有する光束を発生させることができるので、小
形で安価な自動焦点調節装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の非点収差を利用した自動焦点調
節装置の構成を示す線図、第２図は非点収差をも
つ光学系を通つた光束の子午像面と球欠像面の位
置の一例を示す線図、第３図は同じく非点収差を
もつ光学系を通つた光束の断面図、第４図は非点
像の形を検出する検出器の一例を示す線図、第５
図は同じく非点像の形を検出する装置の電気的構
成を示す線図、第６図は第５図に示した回路によ
つて得られる焦点検出信号と焦点はずれ量との関
係を示す線図、第７図は本発明による自動焦点装
置の一例の構成を示す線図、第８図は第７図で示
した実施例に用いるホログラムの作成方法を示す
線図、第９図は本発明の別な実施例に用いるホロ
グラムの作成方法を示す線図、第１０図ａは同じ
く本発明の別な実施例の構成を示す線図、第１０
図ｂはａに示した実施例におけるデイスク面上の
光点の位置の一例を示す線図である。 ４０……ホログラム、４１……レーザ光、４２
……焦点調節用光束、４３……ビデオ信号読取り
用光束、４４……ハーフミラー、４５……リレー
レンズ、４６……リレーレンズ像側焦平面、４７
……トラツキングミラー、４８……対物レンズ、
４９……ビデオデイスク面、５０……焦点検出用
素子、５１……ビデオ信号読取用素子、６０……
物体光束、６１……レンズ、６２……シリンドリ
カルレンズ、６３……最良結像面、リレーレンズ
焦点面、６４……リレーレンズ、６５……ハーフ
ミラー、６６……感光体、６７……参照光束、７
０……参照光束、７３，７６……焦点調節用光
束、７２，７１，７７，７８……トラツキング用
光束、７５……ビデオ信号読取り用光束、８０…
…ビデオ信号トラツク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光源と、受光素子と、前記光源からの投射光
   束を反射物体上に集束させ、その反射光束を上記
   受光素子上に再集束させる光学系と、非点収差発
   生手段とを有する自動焦点調節装置において、前
   記非点収差発生手段をホログラムで構成したこと
   を特徴とする自動焦点調節装置。