KR880001788Y1 - 초점오차 검출장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

초점오차 검출장치

제 1 도는 종래예를 표시하는 개략구성도.

제 2 도는 제 1 도의 각 위치에 대응하는 반사 광의 주연광선을 표시하는 도면.

제 3 도는 제 2 도의 수광면과 공액면(共輾面 : conjugate plane)과의 횡배율을 표시하는 도면.

제 4 도는 제 1 도의 공액면, 수광면에서의 광속 경변화와 초점오차신호의 관계를 나타내는 도면.

제 5 도는 제 2 도의 종래예를 보여주는 구성도.

제 6 도는 제 5 도의 동작 설명도.

제 7 도는 본고안의 한가지 실시예를 나타내는 개략 구성도.

제 8 도는 제 7 도의 반사면의 각 위치에 대응하는 반사광의 주연 광선을 표시하는 도면.

제 9 도는 제 7 도의 수광면과 공액면과의 횡배율을 나타내는 도면.

제 10 도는 초점이 맞은때의 수광면상의 광속현상을 나타내는 도면.

제 11 도는 제 2 도 및 제 3 도에서 표시하는 종래예의 공액면 근방의 등가적 반사광속을 표시하는 도면.

제 12 도는 본고안에 의한 공액면에서의 광속경변화와 초점오차신호의 관계를 표시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광원 3 : 비임스플리터

5 : 대물렌즈 7, 9 : 원통형렌즈

8 : 광검지기 8a : 수광면

a, b, c : 각변위 위치에서의 반사면 d : X-Z 평면에서의 수광면의 공액면

e : Y-Z 평면에서의 수광면의 공액면

본고안은 초점오차(focus error) 검출장치에 관한 것으로, 특히 광학식 정보기록 재생장치에 있어서 초점오차 검출장치에 관한 것이다.

종래의 이와같은 장치로서는 제 1 도의 것과 같은 것이 있었다.

제 1 도에서, 부재번호 1은 반도체 레이저광원이고, 이 광원으로부터 발하는 광속(光速)은 콜리미터렌즈(2)를 지나 비임스플리터(3)에 입사된다.

비임스플리터(3)를 지난 광속은 1/4파장판(4)을 지난 후 대물(對物)렌즈(5)에 의해서 표시되지 않은 기록 매체의 정보기록면에 수속 조사된다. 해당기록면에서 반사된 반사광속은 조사광로(照射光路)를 역진하여 비임스플리터(3)에서 조사광학계(照射光學系)로부터 분리되어, 광축회전대칭 렌즈(6)를 지난다음 원통형렌즈(7)에 의해서 비점수차(非點收差 : astigmatism)가 주어진다.

이 원통형렌즈(7)를 지난 비점광속의 초점이 형성되는 상태에서 발생하는 2개의 초점선(焦點線) 사이에 광속 단면이 원형으로 되는 위치가 있고, 거기에 수광면(8a)이 위치하도록 광검지기(8)가 놓여진다.

그래서 이 광 검지기(8)의 출력에 초점오차신호가 도출되는 것이다.

제 2 도는 반사면(기록매체의 기록면)의 각 위치 a, b, c에 대응하는 반사광의 주연광선(周緣光線)을 나타내는 것으로 a는 반사광 Y-Z평면성분을 수광면(8a)상에 접속하는 위치, b는 초점이 맞는(in-focus)위치 (수광면 8a 상의 비임경이 X방향으로나, Y방향으로나 같다), c는 반사광X-Z평면성분을 수광면(8a)상에서 집속하는 위치다.

제 3 도에는 주연광선내의 a_y, c_x만을 나타낸다. 이들은 곧바로 Y-Z평면, X-Z평면에서의 수광면(8a)과 그의 공액면(d, e)과의 횡배율을 제공하고 각각의 횡배율을 m_x, m_y라고 하면, M_x=θ/β, m_y=θ/α가 된다.

m_x=m_y를 만족시키는 조건은 α=β, 즉 P좀과 Q점이 일치하는 것이나 도면에서 명백한 바와같이 일치 하지가 않는다.

횡배율(m_x, m_y)이 다르게되면, 얻어지는 초점신호는 기록매체의 기록면의 변위에 대해서 대칭이 되지 않는다.

대칭성이 나쁘면, 초점이 맞은 부근의 서어보게인이 일정하지가 않고, 또한 캡추어 레인지도 기록매체의 너무 멀거나 너무 가까운 양방향에서 동일하게되지 않기 때문에 서어보 록크상태 및 록크인 동작시에 다같이 서어보게는 불안전하게 된다.

가령 m_x=m_y가 되도록 하는 P점을 Q점에 일치시킨(원통형 렌즈(7)로서는, t-1원통형렌즈를 사용한다) 경우, 선분RP(RQ)의 연장선은 O의 바로 앞에서 광축과 교차하게되어 주연강선(C_x)의 경로와 일치하지 않게 된다.

다시말하면, 렌즈(6)의 주면에 수속형태로 입사하는 주연광선(a_y)의 직경(ST)이 발산형태로 입사하는(수속각이 a_y보다 작다) 주연광선(c_x)의 직경(RT)보다 크지 않으면 M_x=m_y를 만족시킬 수 없고, 상기 조건에 적합한 위치는 대물렌즈(5)의 후측초점(F)의 왼쪽에 밖에 없다.

그러나 대물렌즈(5)의 초점 거리는 일반적으로 짧고, 그 내측에 렌즈, 비임스플리터등을 놓는 일은 불가능하다.

또한 릴레이렌즈를 사용해서 상기 조건위치의 공액면을 만드는 일은 가능하지먀ㄴ, 쓸데없이 광로(光路)길이가 길고 장치의 구조를 복잡하게 하여 불리하다.

제 2 도 및 제 3 도에는, X-Y평면의 광선이 파선, Y-Z 평면의 광선이 실선으로 나타나 있다.

제 4 도에 공액면(a), 수광면(b)에서의 광속경변화와 초점오차신호(c)의 관계를 나타낸다.

M_x≠m_y때에 수광면의 공액면에 있어서의 광속경 (D_x, D_y)은 초점이 맞은 반사면의 위치(b)에서 일치하지가 않고, 수광면상에서 m_x, m_y가 승해져서 광속경(x와 y)이 일치한다.

그러나 상이한 배율(m_x, m_y)이 승해져 있기때문에, f점에 있어서도 x, y가 일치해버리고, 초점오차신호(S_f)는 f점에서 극성이 반점해 버리고 말게된다. 이와같이 초점오차신호에 극성의 반전영역에 있으면, f점의 외측에 서어보자 닫혀질때에, 목표치와 반대의 방향에 대물렌즈등이 구동되어 록크인 불능으로 되어, 기록매체와 출동하는 등 중대한 문제를 불러일으킨다.

초점오차신호의 대칭성에 관해서 개량을 가한 장치로서 제 5 도와 같은 것이 있다.

제 5 도에서, 제 1 도의 동등부분은 동일부호에 의해서 표시되어 있고, 비임스플리터(3)와 원통형렌즈(7)와의 사이에 다시 원통형렌즈(9)를 양렌즈축방향이 서로 대략 직교하도록 설치한 구조로 되어 있다.

이 종래기술은 제 6 도에서 보는 바와같이, 초점이 맞은 상태에서 각 원통형렌즈(9, 7)를 통과한 반사광속의 광축과 렌즈축과를 포함하고 서로 대략 직교하는 2개의 평면내에 있어서의 수속각을 다같이 α와 같게 하므로써 대칭인 오차신호를 얻고져 하는 것이다. 원통형렌즈를 향하는 반사광의 수속형태의 여하는 이 종래예의 구성의 필수요건은 아니나 설명을 용이하게 하기 위하여 평행광속으로 도시하였다.

제 6 도에서 실선 h, i는 초점이 맞은때에 있어서의 X-Z면내, Y-Z 면내에서의 반사광의 주연광선이다.

여기에서 초점이 맞은 점(c)과 각각의 상점(像點)(H, I)과는 공액관계에 있고, 거기에서의 횡배율은 m'_x=θ/α, m'_y=θ/α 이며, m'_x=m'_y로 된다.

따라서 종배율도 m_x ²=m'_y ²와 같다.

초점이 맞은때에 수광면에서의 광속은 진원(眞圓)이기 때문에 수광면위치(J)는 HJ=JI즉 H 점, I점의 한 중간에 있다.

이제 수광면상에 또한 광축상의 점J에 각α로 입사하는 광선(k, l)(점선)을 취하면, X-Z 면내에서 광선(K)은 원통형렌즈(9)의 전초점(Fx)을 포함하는 면상의 점(M)에서 광선(h)과 교차하고, 대물렌즈(5)의 좌편에는 θx의 열림각을 갖는다.

한편 Y-Z면내에 있어서 광선(1)은 원통형렌즈(7)의 전초점(Fy)을 포함하는 면상의 점(N)에서 광선(i)과 교차하고, 대물렌즈(5)의 좌편에는 θ_r의 열림각을 갖는다.

점(M, N)의 광축방향위치는 일치하지 않고, 대물렌즈(5)의 후초점(F)에 대하여 다같이 우측편에 있기 때문에 광선(h, k)및 광선(i, 1)이 재차 교차하는 점은 다같이 G점보다 좌측에 있다.

따라서 θ θ_x, θ_y의 관계는 θ_x＜θ＜θ_y가 되고, θ_x≠θ_y로 된다.

J와 K, J와 L은 다같이 공액관계에 있고, 그 각각의 횡배율은 m_x≠θ_y/α, m_y=θ_y/α 이며, m_x=m_y이다.

이와 똑같이 종배율도 m_x ²=m_y ²이다. 즉 광검지기(8)의 수광면(8a)과 각각의 공액면과의 배율은 횡배율, 종배율과도 일치하지 않는다. 반사면이 상대적 이동에 의해서 광축 방향으로 변위하는 것과 수반하여 상점도 광축상을 변위한다. 초점이 맞은 경우에 반사면은 G 점에 있고, 각각의 선상은 H와 I가 있으나, 초점이 맞지않은 경우에 가령 반사면이 G, K의 한중간에 왔을 때 H의 선상은 J로 이동하고, 초점오차신호는 이방의 극치(極値)를 나타낸다.

다른쪽 반사면이 G, L의 한 중간에 왔을 때 I의 선상은 J로 이동하고, 초점오차신호는 다른쪽의 극치를 나타낸다.

H_J=I_J가 되더라도 종배율은 일방으로는 m'_x ²로 부터 m_x ²로 변화해서, 다른쪽은 m'_y ²로부터 m_y ²로 변화해서, m'_x ²=m'_y ², m_x ²≠m_y ²이기 때문에 초점이 맞은 상태로부터 초점오차신호의 극치를 생기게 하는 반사면의 변위량은 같게되지가 않고 (즉 LC≠KG), 대칭초점오차신호는 얻을 수가 있다. 또한 횡배율이 일치하지 않는 이유로 극성의 반전 영역에 존재하게 된다.

단 상기 설명에 있어서, M, N이 F의 오른쪽에 있는 조건으로 설명했으나, M, N가 F를 끼고 또한 특수한 위치관계를 만족할때에만 θ_x=θ_y로 되어, 대칭인 초점오차신호가 얻어지게 된다.

본고안은 상술한 점을 감안한 것으로서, 진정한 대칭이며 또한 극성의 반전영역이 존재하지 않는 양호한 초점오차신호를 도출할 수 있는 초점오차 검출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본고안에 의한 초점오차검출장치는, 기록매체의 기록면을 지난 광속을 수광수단의 수광면에 인도하는 비임 스플리터와 해당수광수단과의 사이에, 렌즈축방향이 상호 대략직교하도록 2개의 1방향성 렌즈를 설치하고, 광축 및 해당렌즈축을 포함하여 서로 대략 교차하는 2개의 평면내에서의 해당수광면과 그 수광면의 공액면과의 각 횡배율을 대략 일치시키는 것을 특징으로 하고 있다.

이하에서 도면을 참조하면 본고안의 실시예를 상세히 설명한다.

제 7 도는 본고안의 한가지 실시예를 나타내는 개략구성도이며, 도면중 제 1 도와 동일한 부분에는 동일한 부호가 표시되고 있다.

본실시예에서는, 제 1 도에 나타낸 광축회전대칭 렌즈(6)를 1방향성 렌즈인 원통형 렌즈(9)로 대치하고, 2개의 원통형렌즈(7과9)를 렌즈축방향이 서로 직교하도록 설치하고, 다시 광축 및 해당렌즈축을 포함하여 상호 대략 직교하는 2개의 평면에서의 광검지기(8)의 수광면(8a)과 수광면(8a)의 공액면과의 각 횡배율을 일치시킨 구성으로되어 있다.

2개의 원통형렌즈(7, 9)는 각 렌즈축이 직교관계에 있는 것만으로도 축정열 할 필요가 없기때문에 일체화가 용이하다.

또한 2개의 원통형렌즈(7, 8)는 각 렌즈축이 도시되어 있지 않은 기록매체의 트랙방향에 대하여 각각 약 45°의 각도를 갖도록 설치한다.

제 8 도는 이러한 구성에 있어서 반사면(기록매체의 기록면)의 각 위치 a, b, c에 대응하는 반사광의 주연광선을 나타내는 것으로 a는 반사광 Y-Z 평면 성분을 수광면(8a)상에 접속하는 위치, b는 초점이 맞은 위치, c는 반사광 X-Z 평면성분을 수광면(8a)상에서 접속하는 위치이다.

제 9 도에는 주연광선(a_x와 c_y)만을 나타낸다. 도면에서 분명한 바와같이 a_x, c_y는 θ 점에서 일치하고, 따라서 각 횡배율(m_x와 m_y)은 같다.

도면에 예에서 광학계 각 계원은, 대물렌즈(5), 원통형 렌즈(7, 9)의 초점거리가 순서대로 30㎜, 38, 75㎜, 40㎜, 대물렌즈(5)-원통형렌즈(9)의 간격이 70㎜, 원통형렌즈 (9)-원통형렌즈(7)의 간격이 10㎜로 되도록 설정되어 있다.

한편 도면에서는 도면작성의 편의상 대물렌즈(5)의 후측 초점과 원통형렌즈(P)의 전초점과를 일치시켰으나, 그 자체는 필수요건은 아니고, 요는 X-Z 평면과 Y-Z 평면에 있어서 광검지기(8)의 수광면(8a)과 이수광면(8a)의 공액면(d, e)과의 각 횡배율이 일치하면 되는 것이다.

제 8 도 및 제 9 도에 있어서, X-Z평면의 광선이 파선, Y-Z평면의 광선이 실선으로 표시되어 있다. 광검지기(8)는 제10도에 도시된 바와같이, 수광면(8a)이 4분할되어 있고 수광면(8a)에 조사되는 반사광속의 형상변화를 각 요소의 광전변환 차출력(差出力) [Sf=(Sa₁+Sa₃)-(Sa₂+Sa₄)]으로 하여 꺼집어 내므로써 초점오차신호(Sf)를 얻는다.

따라서 초점이 맞은 상태에서는, X, Y 양방향의 광속경(x, y)을 갖게하지 않으면 불필요한 오프셋트출력이 생기고 말기때문에 x=y가 되도록 수광면(8a)위치가 조정된다.

그 수광면(8a)와 공액면(d, e)에서의 광속경은 각각 D_x=x/m_x, D_y=y/m_y로 된다.

양호한 기록재생을 하기 위해서는 대물렌즈(5)의 출사광은 수차(收差)가 아주 작은 광속으로 되어있지 않으면 안된다.

따라서 초평면의 전후에서 광속은 거의 대칭으로 볼수 있기 때문에 제11도에서 보는 바와 같이 초평면과 공액면과의 거리(l_x, l_y)는 D_x, D_y와 비례관계에 있다.

한편 제11도는 제 2 도 및 3도에 표시되어 있는 종래예의 공액면근방의 등가적 반사광속을 보여주는 것이다.

반사광속은 반사면의 변위에 의해서 변화하고, 파선으로 표시한 상태(반사면이 위치 a에 있을 때)에서는 D_y=0로 되고, 수광면(8a)에서의 반사광속은 직선상단면으로 되고 4개의 요소내의 2개만(8a₂와 8a₄)거의 전광속이 조사되기 때문에 초점오차신호는 극소치를 나타낸다.

동일하게 일점쇄선으로 표시한 D_x=0로 되는 상태(반사면이 위치c에 있을때)에서 초점오차신호는 극대치를 나타내게 되어, l_x≠l_y즉 m_x≠m_x일때에 초점오차신호가 비대칭으로 된다.

또한 상술한 바와같이 x=m_x·D_x, y=m_x·D_y이며, m_x≠m_y의 경우 초점이 맞지않은 정도가 크게되어 D_x와 D_y과의 비(R=D_x/D_y)가 초점이 맞은 경우와 같게 되었을 때 x=y로 되고, 초점오차 신호는 다시 반전하게 된다.

이상이 것은 제 4 도의 종래기술에서 설명한 바와 같다. 본고안의 경우를 제12도에 나타낸다.

m_x=m_y이기 때문에 D_x, D_y는 b점에서 일치하고, ab=bc가 된다.

당연하거니와 수광면(8a)에서의 광속경(x, y)의 변화는 D_x, D_y의 변화와 상차형(相以形)이기 때문에, b점이외의 교점은 존재하지 않는다.

따라서 초점오차신호는 초점이 맞은 점에 대하여 대칭형으로 되고, 극성의 반전영역도 존재하지 않는다.

한편 본고안은 귀환 광의 수속형태에 관계없이 수속, 평행의, 발산의 어느형태에도 적용된다.

또한 비디오디스크, 디지탈오디오디스크에 한정되지 않고 매체가 디스크 형상이 아니드라도 적용 가능하다.

이상 상술한 바와같이, 본고안에 의하면 비임 스플리터와 광검지기와의 사이에 2개의 원통형 렌즈를 각렌즈축이 대략 직교하도록 설치하여, 기록매체의 기록면을 통과한 광속의 광축 및 당해 렌즈축을 포함하고 상호 대략 직교하는 2개의 평면내에 있는 당해수광면과 그 수광면의 공액면과의 각 횡배율이 대략 일치하도록 구성한 것으로서, 극성의 반전영역이 존재하지 않고, 초점이 맞은 상태를 중심으로한 진정한 대칭의 초점오차신호를 얻을 수 있다.

따라서, 초점이 맞은 위치부근에서의 서어보게인이 균일한 것으로 됨과 동시에 캡추어레인지도 확대되기 때문에 서어보계가 안정된다.

또한 2개의 원통형렌즈를 조합하기 위해서 종래예와 같이 광축회전 대칭렌즈를 사용하는 경우 2축 조정을 필요로 하는데 대하여, 1축조정으로 끝나기 때문에 광학계의 조정이 용이하게 된다.

또한, 2개의 원통형렌즈는 각 렌즈축이 직교관계에 있는 것만으로, 축정열시킬 필요가 없으므로 일체화가 용이하고 이것에 의해서 부품수를 삭감할 수 있다.

Claims (3)

1. 광원(1)과, 대물렌즈를 통하여 기록매체의 정보 기록면에 광원(1)으로부터의 광속을 유도하는 광로를 포함하는 광학계를 구비하는 정보기록 및 재생을 하기 위한 시스템용 초점오차 검출장치에 있어서 : 광원과 기록매체의 기록면사이의 상기 광로에 배치되어 기록면에 의해 반사된 광을 검출위치로 인도하기 위한 비임스플리터(3) ; 상기 비임 스플리터로부터 광을 수신하여 초점오차 신호를 발생하기 위해 사용되는 출력신호를 발생하기위한 광 검지기(8) ; 상기 비임 스플리터와 상기 광 검지기 사이에 배치되고, 서로 거의 수직을 이루는 축방향을 가지며, 상기 광검지기의 수광면이 각각의 초점선 사이에 위치되도록 배치되는 제1및 제2 일방향성 렌즈(19, 17)로 구성되며, 상기 광학계의 초점면과 상기 제1방향성 렌즈에 의해 설정되는 상기 수광면의 공액면 사이의 거리가 상기 초점면과 상기 제 2 일방향성 렌즈에 의해 설정되는 상기 수광면의 공액면 사이의 거리와 동일하고, 상기 공액면과, 상기 제 2 일방향성 렌즈의 축 및 상기 광 경로축에 수직인 평면내의 상기 수광면 사이의 횡 배율과, 상기 공액면과, 상기 제2 일 방향성 렌즈의 축 및 상기 광경로축에 수직인 평면내의 상기 수광면사이의 횡 배율이 서로 동일하도록 상기 제 1 및 제2일방향성 렌즈가 배치되고 상기 대물렌즈와 상기 제 1 및 제 2 일방향성 렌즈의 초점거리 결정되는 것을 특징으로 하는 초점오차 검출장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 일방향성 렌즈는 서로 결합되어 있는 것으로 특징으로 하는 초점오차 검출장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 일방향성 렌즈는 상기 그것의 축방향이 상기 기록 매체의 기록트랙의 상(像)의 방향에 거의 45°각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 초점오차 검출장치.