JPS598804B2 - 線像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 従来、線像を得るためにシリンドリカル・レンズを平行
光束中に挿入し、その後に集光レンズを置き集光レンズ
の焦点面上に線像パターンを得る装置があつた。

即ち、第１図において平行光束１は例えば負の屈折性を
持つシリンドリカル・レンズ２によりＹ方向のみ拡散さ
れ、集光レンズ３に到達する。今光束のＸ方向成分は何
らの拡散も受けていないので集光レンズ３の焦点面Ｆで
集光する。この時光束のＹ方向成分はシリンドリカル・
レンズ２により拡散されているので、集光レンズ３の焦
点面Ｆでは集光せず、シリンドリカルレンズ２と集光レ
ンズ３の合成焦点面Ｆ’に集光する。その結果Ｆ面とＦ
’面でそれぞれＹ方向とＸ方向に伸びた線像４と５が出
来る。またこの光学系はＸ方向とＹ方向の焦点面が異な
るので非点収差を持つた光学系であると云える。簡単に
云えばＦ面ではＸ方向に関しては焦点が合つているがＹ
方向に関しては焦点ボケをしているという事である。本
発明は上述の如き従来の線像形成装置の欠点を除去して
、ボケのない線像を得ると共に、線像の各部分において
強度がほぼ一定となる様な線像を得ることにある。以下
本発明を図面に従いその一実施例について説明するなら
ば、第２図において６はフィルターであり、このフィル
ターは斜線をほどこした光の遮蔽部１と該遮蔽部を切欠
除去して設けた複数個の幅２ａ、長さ２ｄの開口部８を
有して成るものであり夫々の開口部はその間隔を変えて
配置して成るものであり、従つて、このフィルターがも
つ空間周波数は変つているものである。

このフィルターは必ずしもこの様に光を遮蔽する部分と
透過する部分とからなる振幅型フィルターである必要は
なくこのフィルターを光透過物体で作り、振幅型フィル
ターにおけるスリット開口部と光遮蔽部に位相差をつけ
た所謂位相型フィルターも同様に使用出来るものである
。位相型フィルターを用いると、振幅型フィルターに比
して光量損失が少ないと言う利点を有する。本発明にお
いては第３図Ａに示す如く、平行光束９をかかるフィル
ター五に照射し、かかるフィルター旦を通過した光束を
集束レンズ１０により集束することにより、集点面１１
［Ｆ］に於いて鮮明で且っ強度の一様なる線像を得るも
のである。

第３図Ａに従い更に詳細に説明するならば、平行光束９
がフィルター旦を通過する際、該フィルターに設けたス
リット開口で回折を受けてＹ方向に拡がる。今説明を容
易にする為、フィルター６の３個所にフィルターの中に
含まれているスリットのうち、最少幅を持つスリツト１
２，１３，１４があるものとする。勿論その間にはスリ
ツト１２，１３，１４と開口が同じか、より幅の広いス
リツト開口が並んでいるものである。スリツト開口１２
を通つた光のうち、回折の影響を受けない光１５と回折
の影響を受けて曲つた光１６，１７の３つの光について
考えてみる。

これらの光は集光レンズ１０の焦点面Ｆでは、それぞれ
の光の角度成分が異なるので、Ｙ方向の高さを異にして
Ｆ面と交わる。スリツト開口１３，１４からの光につい
ても全く同様の経過をたどるが、等しい角度成分の光は
、Ｆ面で一点に集まる。その後はそれぞれ発散して進み
、Ｆ面の後ですべての光が一点に集光するような事はな
い。また、Ｘ方向の光（図中の破線）もＦ面で集光し、
その後発散して進む。それ故集光する面はＸ．Ｙ成分と
もＦ面のみである。上記の説明において、便宜土同じ角
度成分を持つた光は同じ点に集光すると説明したが、実
際は有限の広がりを持つ。即ち、回折を受けない光１５
，１８，１９で作る点はＢ二図に示すようにＹ方向にｌ
と云う長さをもち、この長さはレンズ集光面におけ光分
布を示す第４図におけるＹ方向の長さに等しいものであ
る。回折を受けた光で結ぶ点は第４図における零次の横
にでる高次の回折光と云われるもので、本発明における
、線像の長さを規定するものではない。また、上記の説
明においては、スリツト開口が多数含まれたフイルタ一
を例に取つて説明したが、要するに、上記の説明でも判
るように、零次光（即ち、回折を受けず真すぐ進む光）
が集光レンズ１０に広い範囲で入射すれば良いのである
から（シリンドリカル・レンズを用いた場合、直進する
光は集光レンズの中央部しかない）１コの矩形開口を使
用しても全く同様で光束はＸ方向もＹ方向もＦ面でしか
集光しない。（これは回折を受ける光は開口のエツジの
ごく近傍の光のみに限られるからである）第３図におけ
る焦点面１１での光分布は次の様になる。

（１）式を計算すると となる。

上式で用いたＳはある開口の中心から他の開口の中心ま
での距離であり、ｐはｓの存在する範囲を示す。今（２
）式において、スリツト開口が充分フイルタ一に含まれ
ているものとすると積分項は一定と考えても良く結果的
に光分布はとなる。

これは開口２ａのスリツトが光束中に置かれた場合の光
分布と一致する。またＸ方向の光分布はである。

この時の零次の径は（３）と（４）からとなる。即ち、
上記のフイルタ一を用いる事により、Ｘ方向とＹ方向の
Ｎ．Ａが異なつた矩形の集光レンズを用いたと全く同じ
効果を示し、第４図に示したような線状の光分布を得る
事ができるものである。

上記のフイルタ一のスリツト開口幅２ａを変化させた場
合も上記の効果と似た効果を示すことが判る。

この時の光分布はＹ方向に関しては（３）式をａについ
て積分すれば良くで表わす事ができる。

（５）式のＡはスリツト開口の幅の存在し得る範囲を示
すもので、（５）式の光分布の様子を第５図に示す。

（５）式で示す強度分布は、各スリツト開口による光分
布の重ね合せと考えることができる。

第５図で破線で示したグラフは各スリツト開口による光
分布で、実線で示したグラフが各々を重ね合せたもので
、（５）式で示される光分布である。その広がりは、グ
ラフからも推測できるように最大の広がりを与えるスリ
ツト開口（この場合は、フィルタ一内に含まれているス
リツト開口の最小幅をもつもの）により決まる。この時
のｘ方向の光分布は（４）式とまつたく同じである。上
に述べたｘ方向とＹ方向が異つた矩形の集光レンズにそ
の全域にわたつて平行光束を照射するとその時のレンズ
の焦点面に現われる光分布はＳｌｌｌ（Ｉｓ．ａｌノ（
？）２で示される。

ここで、２ａは１−６Ｖ ２π 開口径、Ｋ−ー、ｆはレンズの焦点距離、従つλｆλ て零次の径は、１ｘ，．ｙ−？で表わさ ＭＡ，，７４ｌ ●――●−１Ｊ れ、第４図に示す如くなり。

上で述べたスリツト開口を設けたときと同様に線像を得
ることが出来るものである。例えば波長４５００λの光
を用い、Ｘ方向のＮ．Ａを０．９５とし、Ｙ方向のＮ．
Ａを０．１０とすると、それぞれの方向の零次の径は、
となり、幅０．４７μｍ１長さ４．５μｍの線状の光分
布が得られることになる。

ノ 以上述べた如く本発明によるならばボケのない強度の一
様な線像を得ることが出来るものであるが、上述の如き
線像形成装置を線像記録装置に適用した場合について更
に詳細に説明する。

第６図において高輝度光源、例えばレーザー光源２０よ
り出たビーム２１は、光変調器２２により明暗の変調を
受ける。

ビーム２１は、ビームエクスパンダ２３で所望の太さに
広げられフイルタ一２４により空間的に変調を受けた後
、ミラー２５により下方へ向けられ集光レンズ２６の焦
点面上に線状の光分布で集光する。２７は円板状の記録
材で、常にレンズの焦点面に置かれるようになつており
、モータ２８により回転する。

またミラー２５とレンズ２６は、一体化されており、送
りネジ２９によりガイド棒３０に沿つて記録材の内側へ
と駆動される。その結果、円板記録材２７には、線の連
りとして信号が螺線状に記録される。このような記録板
の代表的なものとしては、テレビ信号を記録するビデオ
・デイスクがある。また、この光学系で円周を何等分か
して線像パターンを記録すれば、モーターの回転検出等
に使われているロータリー・エンコーダーも容易に精度
良く作る事ができる。又、線像を上記の例とは別に、円
板の半径方向に垂直に記録することによつて新しい方式
によるロータリー・エンコーダーも作製可能となる。

第７図に示すようにスリツト開口の幅が細い方から太い
方へと順序良く並んだフイルタ一３１を用い、今第８図
に示すようにこのフイルタ一３１を矢印Ｐの方向へ移動
させながら光変調器でビームをパルスでフイルタ一３１
に当て、ミラー２５とレンズ２６を半径に添つて円板の
内側へ送る。この時に記録されるパターンは、フイルタ
一に含まれているスリツト開口が第７図のように順序正
しく並んでいるので、円板の外側から内側へ行くに従つ
て線が短くなつている。円板をステツプモータで断続的
に回転させ、上記の操作を繰返す事により、円板上に第
８図の如く、扇形状に半径方向に対し垂直な線像群を記
録する事ができる。今このようにして記録した円板３７
を第９図に示すようにモーター（図示せず）に取り付け
、その全体または―部に光を透過させ、レンズ３２の焦
点面３３での光の分布を観測すると、円板に含まれた線
像群のスペクトルが、その線像部の向きと垂直の方向へ
輝線３４となつて生じる。今この面に光検出器３５を置
き、輝線３４が光検出器３５を横切る時間を測定する事
により、モーターの回転運動の様子が判る。このような
エンコーダーの長所は輝線は横ブレには不感で、回転運
動にのみ輝線３４が回転して光検出器３５を横切るので
被検モーターの軸と記録材２７の中心との位置出しの精
度はいらない事である。これは輝線３４の方向は記録材
２７に含まれる線群の向きのみによつて定まるからであ
る。以上、本発明における線像を記録するための手段と
その原理、特徴、ならびに実施例を述べたが、本発明に
おいては、従来線像を記録するために取られていた方式
の欠点である線像のボケを解決し線像の強度を一様とす
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ＡＢは従来の線像形成装置を示す斜視図、第２図
は本発明に適用するフイルタ一を示す正面図、第３図は
本発明による線像形成装置の説明に供する説明図、第４
図は第５図は光分布を示すグラフ、第６図は本発明によ
る線像形成装置を情報記録装置に適用した実施例を示す
説明図、第７図はフイルタ一の→実施例を示す正面図、
第８図はロータリーエンコーダーの作成を説明する説明
図、第９図は回転運動測定装置の説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 遮光部と複数の細長い開口部より成る振幅型フィル
   ター又は前記振幅型フィルターの機能と同様の機能を備
   えた位相型フィルターを照明することにより、前記フィ
   ルターで複数の回折光束を発生せしめ、集光光学系によ
   り前記複数の回折光束を重畳して集光し、回折角の大き
   な方向に伸びた像を形成する事を特徴とする線像形成装
   置。