KR920006413B1 - 포우커스 오차 검출 장치 - Google Patents

포우커스 오차 검출 장치 Download PDF

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KR920006413B1
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기요시 오오사또
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소니 가부시끼가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

포우커스 오차 검출 장치
제1도는 종래의 포우커스 오차 검출 장치의 구성을 간략하게 표시한 배치도.
제2도는 종래의 포우커스 오차 검출 장치에 사용하는 프리즘의 사시도.
제3a도 내지 제3c도는 각각의 포우커스 상태에 있어서의 동작설명을 위한 도면.
제4도는 종래의 다른 포우커스 오차 검출 장치의 일예의 구성을 간략하게 표시한 배치도.
제5도는 포우커스 오차 검출 장치에 사용하는 렌즈의 측면도와 정면도.
제6도는 포우커스 오차 검출 장치에 사용하는 광검출기의 구성을 도시한 도면.
제7a도 내지 제7c도는 각각의 포우커스 상태에 있어서의 동작 설명을 위한 도면.
제8도는 제4도의 장치 설명에 제공하기 위한 특선 곡선도.
제9도는 종래의 더욱 다른 포우커스 오차 검출 장치의 반원주렌즈를 표시한 사시도.
제10도는 비임 스폿트를 표시한 사시도.
제11도는 제9도의 반원주 렌즈의 입사광선의 궤적을 표시한 선도.
제12도 내지 제14도는 각각 비임 스폿트를 표시한 선도.
제15도는 본 발명에 의한 포우커스 오차 검출 장치의 일실시예를 간략하게 표시한 배치도.
제16도는 제15도의 장치에 쓰는 복합렌즈를 표시한 평면도.
제17a도 내지 제17c도는 제15도 장치의 광검출기를 표시한 평면도.
제18도는 제15도 장치에 복합렌즈 및 광검출기의 배치관계를 표시한 배치도.
제19도 및 제20도는 각각 제15도의 장치 설명에 제공하는 특선곡선도.
제21도는 본 발명에 의한 포우커스 오차 검출 장치의 한실시예를 간략하게 표시한 배치도.
제22도는 제21도의 장치에 쓰는 복합렌즈를 표시한 평면도.
제23a도 내지 제23c도는 제15도의 장치의 광검출기를 표시한 평면도.
제24도는 제21도의 장치의 복합렌즈 및 광검출기의 배치관계를 표시한 배치도.
제25도 내지 제28도는 각각 본 발명에 의한 포우커스 오차 검출 장치에 쓰는 복합렌즈의 예를 표시한 단면도.
제29도 내지 제31도는 각각 본 발명에 의한 포우커스 오차 검출 장치에 쓰는 복합렌즈의 예를 표시한 평면도.
제32도 및 제33도는 본 발명에 의한 포우커스 오차 검출 장치에 쓰이는 광검출기의 예를 표시한 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 레이저 광원 2 : 편광 비임 스플리터
3 : 콜리메터렌즈 4 : 파장판
5 : 대물렌즈 6 : 디스크의 기록면
8 : 광검출기 8A 내지 8D : 광검출소자
30 : 복합렌즈
본 발명은 광학식 디스크 재생 장치, 자동초점식 카메라(촬상장치)등에 적용하기에 양호한 포우커스 오차검출 장치에 관한 것이다.
광학식 디스크 재생 장치에 있어서의 포우커스 오차 검출 장치로서는 종래 여러가지 방식의 것이 제안되고 있으나 그중에서 포우커스 오차를 검출하기 위한 광학계가 간략하게 되는 것으로서 제1도에 도시하는 것처럼 푸코 프리즘과 4개의 광검출 소자를 한 방향으로 줄지은 광검출기를 짝지은 것이다.
즉, 레이저광원(예를들면 반도체 레이저광원을 쓰는)(1)에서의 레이저광을, 편광 비임 스플리터(2), 콜리메터렌즈(3), 1/4 파장판(4) 및 대물렌즈(5)를 차례로 사이에 두고, 디스크의 기록면(6)에 입사시킨다. 디스크의 기록면(6)에는 예를들면 오디오, 비디오 정보가 적당하게 변조되어 나선형의 기록 트랙에 빗트의 형성에 의해 광학적으로 읽을 수 있도록 기록되어 있다. 그리고 기록면(6)에서 반사된 레이저광을 대물렌즈(5), 1/4 파장판(4), 클리메터렌즈(3), 편광비임 스플리터 및 프리즘(7)을 차례로 사이에 두어 광검출기(8)에 입사시킨다.
여기서 프리즘(7)은 제2도에 도시하는 것처럼, 둔각의 두 구형의 면(7a) 및 (7b)로 된 굴절면이 있는 것으로 그 굴절면(7a) 및 (7b)를 광의 출사측으로 하고, 그 능선(7c)이 광측(L)을 수직으로 가로 지르도록 배치한다. 또한 광검출기(8)는 제3a도 내지 제3c도에도 도시하는 것처럼 광축에 수직인 평면내에 광검출면이 배치된 4개의 광검출소자(8A), (8B), (8C) 및 (8D)는 광축(L)과 능선(7C)의 쌍방에 수직인 X방향에 일렬로 줄지은 것으로서, 광축(L) 방향의 적정한 위치이고 또한 X방향으로 적정한 위치에 배치한다. 그리고 외측의 소자(8A) 및 (8D)의 광검출 신호 SA및 SD의 합의 신호 SB및 SC의 합의 신호 SB+SC와의 차의 신호(SA+SD)-(SB+SC)를 포우커스 오차 신호로서 뽑아낸다.
대물렌즈(5)는 제어코일(9)에 흐르는 전류에 의해 광축방향으로 움직이도록 되어 있고 이 포우커스 오차신호를 포우커스 제어 신호로서 제어 코일(9)에 공급한다.
이 종래의 장치로 디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 대하여 적정한 위치에 있어 저스트 포우커스가 되는 경우에는 제3b도에 표시하는 것처럼 광검출기(8)위의 스포트 S는 소자(8A) 및 (8B)의 사이의 분리대와, 소자(8C) 및 (8D)의 사이의 분리대에 각각 점형으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 영으로 되고 대물렌즈(5)는 그대로의 위치를 유지한다.
디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 가까와진 위치에 있어 언더 포우커스가 되는 경우에는 제3a도에 표시하는 것처럼 광검출기(8)위의 스폿트 S는 내측의 소자(8B) 및 (8C)에 각각 반원형으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 마이너스로 되고 대물렌즈(5)가 기록면(6)보다 멀어지는 방향에 움직이게 된다.
디스크의 기록면(6)이 반대로 대물렌즈(5)에서 떨어진 위치에 있어 오버 포우커스로 되는 경우에는 제3c도에 도시하는 것처럼 광검출기(8)위의 스포트 S는 외측의 소자(8A) 및 (8D)에 각각 반원형으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 프러스로 되고 대물렌즈(5)가 기록면(6)에 가까와지는 방향으로 움직이게 된다.
이와 같이하여 프리즘(7)과 4개의 광검출 소자(8A) 내지 (8D)를 한 방향으로 늘어서게 한 광검출기(8)에 의해 포우커스 오차 즉, 디스크의 대물렌즈(5)에 대한 거리가 산출되고 이 오차신호가 포우커스 제어 신호로서 제어 코일(9)에 공급되는 것으로 인하여 항시 저스트 포우커스가 되도록 즉, 항시 대물렌즈(5)가 디스크에 대해 일정의 거리가 되도록 자동적으로 제어된다.
그러나, 이 종래의 장치는 각각의 포우커스 상태에 있어서의 광검출기(8)위의 스폿트 S가 위에서 상술한 제3a도 내지 제3c도에 도시하는 것처럼 되도록, 광검출기(8)를 광출 L방향의 정확한 위치에서 더욱 더 X방향으로 정확한 위치에 배치하지 않으면 안되고 광검출기(8)의 위치 조정에 업격한 정밀도가 요구되는 결점이 있다. 또한 프리즘(7)의 정각에 있어서는 광의 손실이 있으나, 정각이 능선(7C)을 형성하고 있으므로 그 손실이 크고 이것을 작게 하기 위하여 정각의 끝손실 정밀도를 높이는 필요가 있다고 하는 결점도 있다. 다음에 이상의 점을 개량한 종래의 포우커스 오차 검출 장치에 관해서 설명한다.
제4도는 이 장치의 일예로, 위로 말한 프리즘(7) 대신에 원추의 굴절면이 있는 렌즈를 사용한 것이다. 즉, 편광비임 스플리터(2)에서 광검출기(예컨대 PIN 광전 다이오드를 사용한다)(18)에 이르는 광로상에 원추의 굴절면(17a)이 있는 렌즈(17)를 굴절면(17a)이 광의 출사측이 되도록 하여 배치한다. 이 경우 제5도에 표시하는 것처럼 렌즈(17)의 중심 O1이 광축 L상에 위치토록 한다. 또한 제6도에 표시하는 것처럼, 광검출기(18)를 동심원형의 2개의 광검출소자(18A) 및 (18B)로 구성하고, 그 동심원의 중심 O2가 광축 L상에 위치토록 배치한다. 이 경우 제7도에 표시하는 것처럼 렌즈(17)의 저각을 θ, 광검출기(18)의 소자(18A) 및 (18B)간의 불감대(분리대)(18C)의 반경을 d로 하면, 광축 L에 거의 가까운 곳에서 렌즈(17)를 통한 광들이 소자(18A) 및 (18B)간의 불감대(18C)상에 도달하도록, 렌즈(17)와 광검출기(18)의 거리 l을 l=d cot β에 선정한다. 단 β는 sin(β+θ)=n sinθ로 주어지는 각도, n은 렌즈(17)를 구성하는 유리의 굴절율이다. 그리고 소자(18A) 및 (18B)의 광검출 신호 SA및 SB의 차의 신호 SA-SB를 포우커스 오차 신호로서 뽑아내고 이 오차신호를 포우커스 제어 신호로서 제어 코일(9)에 공급한다.
이 장치로, 디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 대해 적정한 위치에 있어 저스트 포우커스로 되는 경우에는 제7b도에 표시되는 것처럼 광검출기(18)위의 스포트 S는 소자(18A) 및 (18B)간의 불감대(18C)에 환상으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 영으로 되고 대물렌즈(5)는 그대로의 위치를 간직한다.
디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 가까이 한 위치에 있어 언더 포우커스로 되는 경우에는 제7a도에 표시하는 것처럼 광검출기(18)위의 스포트 S는 내측의 소자(18B)에 환상으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 마이너스로 되고, 대물렌즈(5)가 기록면(6)보다 멀어지는 방향으로 움직이게 된다.
디스크의 기록면(6)이 반대로 대물렌즈(5)에서 멀어진 위치에 있어 오버 포우커스로 되는 경우에는 제7c도에 표시하는 것처럼, 광검출기(18)위의 스포트 S는 외측의 소자(18A)에 환상으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 프러스로 되고 대물렌즈(5)가 기록면(6)에 가까와지는 방향으로 움직이게 된다.
이와 같이하여 원추의 굴절면(17a)이 있는 렌즈(17)와 등심원형의 2개의 광검출소자(18A) 및 (18B)로 된 광검출기(18)에 의해 포우커스 상태, 즉, 디스크의 대물렌즈(5)에 대한 거리가 검출되고 이 오차신호가 제어신호로서 제어코일(9)에 공급되는 것으로 인해 항시 저스트 포우커스가 되도록, 즉 항시 대물렌즈(5)가 디스크에 대해서 일정의 거리가 되도록 작동적으로 제어된다.
이러한 제4도의 장치에 의하면 원추의 굴절면(17a)이 있는 렌즈(17)를 쓰고 이것에 동심원형의 2개의 광검출 소자(18A) 및 (18B)로된 광검출기(18)를 짝짓는 것이기 때문에 광검출기(18)의 정렬이 간단하게 된다.
즉 제1도의 장치로는 2개의 구형의 면(7a) 및 (7b)로된 굴절면이 있는 프리즘(7)을 쓰고 이것에 4개의 광검출소자(8A) 내지 (8D)를 한 방향으로 늘어서게 한 광검출기(8)를 짝짓는 것이기 때문에 제3A도 또는 제3c도의 경우에 있어서 내측의 소자(8B) 및 (8C) 또는 외측의 소자(8A) 및 (8D)에 각각 반원형으로 나타나야할 스포트의 소자(8A) 및 (8B)간의 분리대의 소자(8C) 및 (8D)간의 불감대(분리대)의 부근부분은 프리즘(7)의 중심부근을 통과한 약한 광뿐만 아니라 중심에서 떨어진 곳을 통과한 강한 광도 접속되기 때문에 비교적 광량이 많아진다. 그 때문에 광검출기(8)이나 X방향의 위치가 어긋나 있고 제3a도 또는 제3c도의 경우에 있어서 스포트가 외측의 소자(8A) 내지 (8D) 또는 내측의 소자(8D) 내지 (8C)에 걸치도록 되면, 포우커스 오차 신호가 위치가 정확한 때에 비해 크게 변화하고 틀린 검출이 되는 우려가 있다. 그 때문에 광검출기(8)의 광축 방향 및 X방향의 위치조정에 엄밀한 정밀도가 요구된다.
이에 대하여 제4도의 장치로는 원추의 굴절면(17a)이 있는 렌즈(17)를 쓰고 이것에 동심원형의 2개의 광검출 소자(18A) 및 (18B)로 되는 광검출기(18)를 짝짓는 것이기 때문에 제7a도 내지 제7c도의 경우에 있어서 내측의 소자(18B) 또는 외측의 소자(18A)에 각각 환상으로 나타나야할 스포트의 소자(18A) 및 (18B)간의 불감대(18C)부근의 부분은 렌즈(17)의 중심부근을 통과한 약한 빛만이 오므로 광량이 적어지고 한편, 불감대(18C)보다 떨어진 부분은 렌즈(17)의 중심에서 떨어진 곳을 통과한 강한 빛반이 오므로 광량이 많아진다. 즉 스폿트의 광량은 제7a도의 경우에는 불감대(18C)에 가까운 외측만큼 적고 내측으로 감에 따라 많아지고, 제7c도의 경우에는 불감대(18C)에 가까운 내측만큼 적고 외측으로 감에 따라 많아진다. 따라서 광검출기(18)의 광축방향이나 XY방향의 위치가 다소 어긋나 있고 제7a도 또는 제7c도의 경우에 있어서 스폿트가 외측의 소자(18A) 또는 내측의 소자(18B)에 다소 걸치게 되어도 포우커스 오차 신호는 위치가 정확한 때에 비해 거이 변화하지 않고 틀린 검출이 되어 버리는 우려가 없다. 따라서 광검출기(18)의 광축방향 및 XY방향의 위치 조정은 그 다시 엄밀할 필요는 없다.
다시 제4도의 장치에 의하면 위에 말한 것처럼 스포트의 광량이 분리대에 가까운 측일수록 적고 불감대에서 멀어짐에 따라 많아지고 그래서 포우커스 상태가 저스트 포우커스에서 어긋날수록 스포트가 분리대 보다 멀어지는 방향에 퍼져 가므로, 검출의 감도가 현저하게 높아지는 효과가 있다.
또한 렌즈(17)의 정부에서는 빛의 손실이 있으나, 정부가 종래의 프리즘처럼 능선이 아니고 점이므로 그 손실이 작고, 따라서 손실을 작게 하기 위하여 정각의 끝손실 정밀도를 높일 필요도 없다.
그러나, 이 제4도의 장치에는 다음과 같은 결점이 있다. 즉, 광검출기(18)의 광검출면상의 스포트 S의 중심부와 외주부의 광량의 차에서 포우커스 오차 신호를 얻고 있으므로 이 포우커스 오차 신호에는 디스크의 빗트의 회절에 따른 고주파 신호의 새어들어감이 있고 그위에 스폿트 S의 중심부와 외주부로써 빗트의 공간 주파수에 대한 빛의 변조도의 특성이 다르므로 이 점에서 제4도의 장치에 의해 얻어지는 포우커스 오차 신호의 정밀도는 그다지 높지 않다.
다시, 제4도의 장치로는 광검출기(18)위의 스포트 S의 반경의 변화를 면적의 변화로서 검출하고 있으므로 제8도에 표시하는 것처럼 디포우커스량 대 포우커스 오차 신호의 특성은 저스트 포우커스 부근에서 스포트 S의 반경의 2승에 반비례하고 선형성이 나쁘다.
이상 제4도의 장치의 결점은 제1도의 장치에 관해서도 같은 것을 말할 수 있다.
또, 종래 광검출기의 광검출면을 원형으로 함과 함께 이 광검출기를 4등분하여 4상한의 광검출소자로 분할하고 광검출기의 전면측에 반원주 렌즈를 배치하고, 제 1 및 제3상한의 광검출소자의 광검출 신호의 합과 제 2 및 제4상한의 광검출 소자의 광검출 신호의 합과의 차에 의해 포우커스 오차 신호를 얻도록 한 포우커스 오차 신호 장치가 제안되고 있다. 이하 이것에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.
제9도는 반원주 렌즈(21)를 표시하고 (22)는 그 반원주면, (23)은 구형의 평면이다. 평면(23)상에 있어서, 그 중심을 원점 O으로 하고 반원추면(22)의 모선에 평행인 X축, 직각인 Y축 및 평면(23)에 수직인 Z축에서 이루어지는 직교 좌표를 설치한다. 또 Z축상에 있어서 렌즈(21)의 반원주면(22)측에서 원점 0에서 소정거리의 점을 원점으로 하고 Z축과 직각인 평면내에 X축 및 Y축의 각정층과 45°각도를 이루는 X축 및 이것과 직각인 Y축에서 이루는 직각 좌표를 설치한다. 그리고 X이 Y면내에 광검출기의 원형의 검출면이 일치토록 하고 이 Y축으로 검출면을 4등분하여 광검출기를 4상한의 광검출소자로 분할한다.
그리고 렌즈(21)의 평면(22)측에 제10도에 표시하는 것 같이 광축이 Z축과 일치하고 평면(22)상의 스포트(24)가 원형(제10도는 사시도이다)이 되는 접속비임을 입사케 한다. 원형의 스폿트(24)에 대해, X,Y축과 45°의 각도를 이루는 반경상의 축 a 내지 d를 제 1 내지 제4상한 I 내지 IV에 임시로 설치한다.
그런데, 위에서 상술된 바와 같이 접속 비임이 렌즈(21)의 평면(23)에 입사한 경우의 렌즈(21)의 XOZ단면 및 YOZ단면에 있어서의 광선(26), (27)의 궤적에 관해서 제11도를 참조하여 설명한다. 렌즈(21)의 YOZ단면에 입사하는 광선(26)을 YOZ단면이 두께가 일정하므로 그 출사광은 입사광과 평행으로 나아가고 Z축상의 점 P를 통과한다. 렌즈(21)의 XOZ단면에 입사하는 광선(25)은 XOZ단면이 凸렌즈를 구성하고 있으므로 Z축측에 굴절하고 Z축상의 점 P의 가까운점 P'를 통과한다.
그런데 제11도에 있어서 점 P, P'의 중간점 O'(제9도 참조)에 광검출기의 검출면(25)이 위치하고 검출면(25)상의 조사비임의 스포트(24)는 제13도 표시하는 것같이 원형으로 되었을때 대물렌즈로부터의 접속비임이 광학식 디스크의 기록면에 촛점을 맷는 것으로 한다. 이 같이 하면 대물렌즈로부터의 접속비임의 초점이 광학식디스크의 가까이나 맞은편측에 맷어졌다고 하는 것은 광검출기의 검출면(25)의 위치가 점 O'보다 가까운 점 α나 맞은 편 측의 점 β에 벗어난 것과 등가로 되고 각각 광검출기의 검출면(25)의 스포트(24)는 제12도 및 제14도에 표시하는 것 같이 타원이 된다. 즉 이 타원 스포트(24)는 제12도의 경우는 제 1 및 제3상한 I,Ⅲ에 있어서 X축에 대해 45°의 방향에 장경이 있고 제14도의 경우는 제 2 및 제4상한 Ⅱ,IV에 있어서 X축에 대해 45°의 방향에 장경이 있다. 또한 제12도 내지 제14도에 있어서 축 a' 내지 d'는 각각 제10도의 축 a 내지 d에 대응한다.
그런데 광검출기의 검출면(25)이 스포트(24)보다 큰 것이라고 하면 4상한의 광검출소자중 제 1 및 제3상한 I,III의 광검출 소자의 광검출 신호의 합과 제 2 및 제4상한 II,IV의 광검출 소자의 광검출 신호의 합과의 차에 의해, 대물렌즈의 광학식 디스크에 대한 접속 상태가 검출된다. 따라서 상기차가 영이 되도록 대물렌즈를 그 광축상에 이동시키므로서, 포우커스 서보가 가능하게 된다.
그러나 이러한 반원주렌즈(21) 및 4분할 광검출기를 짝지은 포우커스 오차 신호 검출 장치로는 광검출기의 광검출면(25)상의 스포트(24)의 위치가 제12도 내지 제14도의 상태에서 X' 또는 Y'방향으로 어긋난 경우는 포우커스 오차 신호의 정밀도는 그 어긋남에 따라 저하해버린다.
이러한 점을 감안하여, 본 발명은 정밀도가 높고 또한 선형성 좋은 포우커스 오차 신호를 얻을 수 있는 포우커스 오차 검출 장치를 제안하고자 하는 것이다.
본 발명에 의한 포우커스 오차 검출 장치는 복합렌즈와 그 복합렌즈의 후방에 대향하여 배치된 광검출기가 있다. 이 복합렌즈는 복합렌즈에 대한 입사광의 광축을 포함한 계평면에서 2분된 한쌍의 렌즈 영역으로부터 이루어진다. 이 한쌍의 렌즈 영역의 각 광축은 이간케 되어 복합렌즈에 대한 입사광이 포우커스 상태에 있을때의 한쌍의 렌즈 영역에서의 각 출사광의 각 집속점의 입사광의 광축상에 있어서의 중간위치에 그 광출면이 위치토록 광검출기를 배치한다. 이 광검출기는 한쌍의 렌즈 영역중의 제1렌즈 영역의 계평면에 대한 외측 및 내측을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제 1 및 제 2의 광검출 소자와 한쌍의 렌즈 영역중의 제 2의 렌즈 영역의 계평면에 대한 외측 및 내측을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제 3 및 제 4의 광검출 소자에서 구성된다. 그리고 제 1 및 제 4의 광검출 소자에서의 제 1 및 제 4의 광검출 신호의 합과 제 2 및 제 3의 광검출 소자에서의 제 2 및 제 3의 광검출 신호의 합과의 차에서 포우커스 오차 신호를 얻도록 한다.
이러한 본 발명에 의하면 정밀도가 높고 또한 선형성이 좋은 포우커스 오차 신호를 얻을 수 있는 포우커스 오차 검출 장치를 얻을 수 있다.
이하에, 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예를 설명한다. 제15도는 본 발명을 광학식 디스크 재생 장치에 적용한 한 실시예를 표시하고, 레이저 광원(예컨대 반도체 레이저 광원을 쓴다)(1)에서의 레이저광은, 콜리메타렌즈(3), 편광비임 스플리터(2), 1/4 파장판(4) 및 대물렌즈(5)를 차례로 사이에 두어 디스크의 기록면(6)에 입사된다. 디스크의 기록면(6)에는 예컨대 오디오, 비디오 정보가 적당하게 변조되어서 나선형의기록트랙에 빗트의 형성에 의해 광학적으로 읽을 수 있도록 기록되어 있다. 그리고 기록면(6)에서 반사된 레이저광을 대물렌즈(5), 1/4 파장판(4), 편광 비임 스플리터(2) 및 복합렌즈(30)를 차례로 사이에 두어 광검출기(8)에 입사된다.
이 복합렌즈(30)는 제16도 및 제18도에 표시하는 것같이 복합렌즈(30)에 대한 입사광의 광축 O을 포함하는 계평면 T에서 2분된 한쌍의 예컨대 凸렌즈 영역(30a), (30b)로부터 이루어진다. 이 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)는 서로 다른 후측 촛점거리 f1,f2가 있는 것과 함께, 한쌍의 렌즈영역(30a), (30b)의 각 광축 O1, O2는 이간케 한다. 제16도에서는 복합렌즈(30)를 그 입사광의 광축 O와 직각인 X, Y 평면상에 배치하고 그 계평면 T를 X축과 일치시킨다. 여기서는 각 렌즈 영역(30a), (30b)의 광축 O1, O2가 Y축상에 계평면 T를 접어 그 양축에 각각 거리 Y1, Y2를 두어 위치하고 있다. 이 복합렌즈(30)는 유리 플라스틱등 한쌍의 렌즈영역(30a), (30b)을 별개로 만들어서 그것들을 합쳐도 좋고 혹은 플라스틱등에 의해 일체로 성형하여 만들어도 좋다.
다시 제18도에 표시하는 것같이 복합렌즈(30)에 대한 입사광이 포우커스 상태에 있을때 즉 여기서는 평행광일때의 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)에서의 각 출사광의 각 접속점 P1, P2(각각 계평면 T를 연장한 평면 T'의 양측의 각 광축 O1, O2상에 위치한다)의 입사광의 광축 O상에 있어서의 중간위치에 그 광검출면(8)이 위치토록 광검출기(8)를 배치한다. 그리고 이 광검출기(8)는 제17도에 표시하는 것같이 한쌍의 렌즈 영역(30a),(30b)중의 제1렌즈 영역(30a)의 계평면에 대한 외측 및 내측을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제 1 및 제 2의 광검출 소자(8B), (8A)와 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)중의 제2렌즈 영역(30b)의 계평면 T에 대한 외측 및 내측을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제 3 및 제 4의 광검출 소자(8D), (8C)로부터 구성되어 있다. 여기서는 제 1 내지 제 4의 광검출 소자는 구형이고, (8A) 내지 (8D)의 손으로한 방향(예컨대 디스크의 기록면의 트랙방향)에 배치되어 있다. 이 경우 광검출 소자(8B),(8C)는 일체라도 좋다.
그리고, 제 1 및 제 4의 광검출 소자(8B), (8C)에서의 제 1 및 제 4의 광검출 신호 SB, SC의 합 SB+SC와 제 2 및 제 3의 광검출 소자(8A), (8D)에서의 제 2 및 제 3의 광검출 신호 SA, SD의 합 SA+SD와의 차(SB+SC)-(SA+SD)에서 포우커스 오차 신호(제20도 참조)를 얻도록 하고 있다. 그리고 이 포우커스 오차 신호를 포우커스 제어 신호로서 제어 코일(9)에 공급된다.
다음에 제15도 실시예의 동작을 제17a도 내지 제17c도를 참조하여 설명하자. 디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 대해 적정한 위치에 있어 저스트 포우커스로 되는 경우에는 복합렌즈(30)에는 평행광이 입사하고, 제17b도에 표시하는 것처럼 광검출기(8)상의 스포트 S1, S2는 소자(8A) 및 (8B)위와 소자(8C) 및 (8D)위와 각각 같은 크기로, 같은 형의 반원형으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 영으로 되고, 대물렌즈(5)는 그대로의 위치를 간직한다.
디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 가까와진 위치에 있어 언더포우커스로 되는 경우에는 복합렌즈(30)로의 입사광은 평행광에서 다소 벗어나 제17a도에 표시하는 것처럼, 광검출기(8)위의 스포트 S1, S2는 소자(8A) 및 (8B)상에 작은 반원형으로, 소자(8C) 및 (8D)위에 같은 방향으로 큰 반원형으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 마이너스로 되고 대물렌즈(5)가 기록면(6)보다 멀어지는 방향에 움직이게 된다.
디스크의 기록면(6)이 반대로 대물렌즈(5)에서 떨어진 위치에 있어 오버 포우커스로 되는 경우에는 복합렌즈(30)로의 입사광은 평행광에서 역방향으로 다소 벗어나 제17C도에 표시하는 것처럼 광검출기(8)상의 스폿트 S1, S2는 소자(8A) 및 (8B)상에 큰 반원형으로, 소자(8C), (8D)상에 같은 방향으로 작은 반원형으로 나타낸다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 프러스로 되고 대물렌즈(5)가 기록면(6)에 가까와지는방향으로 움직이게 된다.
이와 같이하여 복합렌즈(30)와 4개의 광검출 소자(8A) 내지 (8D)를 한 방향으로 늘어서게 한 광검출기(8)에 의해 포우커스 오차 즉, 디스크의 대물렌즈(5)에 대한 거리가 검출되고, 이 오차 신호가 포우커스 제어 신호로서 제어코일(9)에 공급되므로서 항시 저스트 포우커스가 되도록 즉, 항시 대물렌즈(5)가 디스크에 대해서 일정한 거리가 되도록 자동적으로 제어된다.
다음에 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 제21도는 본 발명을 광학식 디스크 재생 장치에 적용한 경우이나 여기서는 복합렌즈(30)를 한쌍의 凹렌즈 영역(30a),(30b)로 구성한 경우를 표시하고, 레이저 광원(예컨대 반도체 레이저 광원을 쓴다)(1)에서의 레이저 광을, 편광비임 스플리터(2), 콜리메타렌즈(3), 1/4 파장판(4) 및 대물렌즈(5)를 차례로 사이에 두어 디스크의 기록면(6)에 입사시킨다. 디스크의 기록면(6)에는 예를들면 오디오, 비디오 정보가 적당하게 변조되어 나선형의 기록트랙에 빗트의 형성에 의해 광학적으로 읽을 수 있도록 기록되어 있다. 그리고 기록면(6)에서 반사된 레이저광을 대물렌즈(5), 1/4 파장판(4), 콜리메터렌즈(3), 편광비임 스플리터(2) 및 복합렌즈(30)를 차례로 사이에 두어 광검출기(8)에 입사된다.
이 복합렌즈(30)은 제22도 및 제24도에 표시하는 것 같이 복합렌즈(30)에 대한 입사광의 광축 O를 포함하는 계평면 T로 2분된 한쌍의 예를들면 凸렌즈 영역(30a), (30b)로부터 이루어진다. 이 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)는 상호 다른 후측 초점거리 f1, f2가 있음과 함께 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)의 각 광축 O1, O2는 이간케 된다. 제22도에서는 복합렌즈(30)를 그 입사광의 광축 O와 직각인 X, Y 평면상에 배치하고, 그 계평면 T를 X축과 일치시킨다. 여기서는 각 렌즈 영역(30a), (30b)의 광축 O1, O2가 Y축상에 계평면 T를 집어서 각각 그 양측에 각각 거리 Y1, Y2를 두어 위치하고 있다.
다시 제24도에 표시하는 것 같이 복합렌즈(30)에 대한 입사광이 포우커스 상태에 있을때, 즉 여기서는 허물점 Q에 향하는 집속광 일시의 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)로부터의 각 출사광의 각 집속점 P1, P2(각각 계평면 T를 연장한 평면 T'의 양측 각 광축 O2, O1상에 위치한다)의 입사광의 광축 O상에 있어서의 중간 위치에 그 광검출면(8)이 위치토록 광검출기(8)를 배치한다. 그리고 이 광검출기(8)는 제23도에 표시하는것 같이 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)중의 제1렌즈 영역(30a)의 계평면 T에 대한 외측 및 내측을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제 1 및 제 2의 광검출 소자(8C), (8D)와 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)중의 제 2의 렌즈 영역(30b)의 계평면 T에 대한 외측 및 내측을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제 3 및 제 4의 광검출 소자(8A), (8B)로부터 구성되어 있다. 여기서는 제 1 내지 제 4의 광검출 소자는 구형으로 (8A) 내지 (8D)의 순으로 한 방향(예컨대 디스크의 기록면의 트랙방향)으로 배치되어 있다. 이 경우 광검출 소자(8B),(8C)는 일체라도 좋다.
그리고 제 1 및 제 4의 광검출 소자(8C), (8D)에서의 제 1 및 제 4의 광검출 신호 SC, SB의 합 SC+SB와 제 2 및 제 3의 광검출 소자(8D), (8A)에서의 제 2 및 제 3의 광검출 신호 SD, SA의 합 SD+SA와의 차(SC+SB)-(SD+SA)에서 포우커스 오차 신호를 얻도록 하고 있다. 그리고 이 포우커스 오차 신호가 포우커스 제어 신호로서 제어 코일(9)에 공급된다.
다음에 제21도의 실시예의 동작을 제23a도 내지 제23c도를 참조하여 설명하자. 디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 대해 적정한 위치에 있어 저스트 포우커스로 되는 경우에는 복합렌즈(30)에는 허물점 Q로 향하는 집속광이 입사하고, 제2B도에 표시하는 것처럼 광검출기(8)상의 스포트 S1, S2는 소자(8C) 및 (8D)상과 소자(8A) 및 (8B)상에 각각 같은 크기로 같은 방향의 반원형으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 영으로 되고 대물렌즈(5)는 그대로의 위치를 간직한다.
디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 가까이한 위치에 있어 언더 포우커스로 되는 경우에는 복합렌즈(30)로의 입사광은 저스트 포우커스시의 그것에서 다소 벗어나 제23a도의 표시처럼 광검출기(8)상의 스포트 S1, S2는 소자(8C) 및 (8D)상의 큰 반원형으로, 소자(8A) 및 (8B)상에 같은 방향으로 작은 반원형으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 마이너스로 되고 대물렌즈(5)가 기록면(6)보다 멀어지는 방향으로 움직이게 된다.
디스크의 기록면(6)이 반대로 대물렌즈(5)에서 떨어진 위치에 있어 오버 포우커스로 되는 경우에는 복합렌즈(30)로의 입사광은 저스트 포우커스시의 그것에서 역방향으로 다소 벗어나 제23c도의 표시처럼 광검출기(8)상의 스포트 S1, S2는 소자(8C) 및 (8D)상에 작은 반원형으로, 소자(8A), (8B)상에 같은 방향으로 큰반원형으로 나타난다. 따라서 이 경우에는 포우커스 오차 신호는 프러스로 되고 대물렌즈(5)가 기록면(6)에 가까와질 수 있는 방향으로 움직이게 된다.
이와 같이하여 복합렌즈(30)과 4개의 광검출 소자(8A) 내지 (8D)를 한 방향으로 늘어서게 한 광검출기(8)에 의해 포우커스 오차 즉, 디스크의 대물렌즈(5)에 대한 거리가 검출되고, 이 오차 신호가 포우커스 제어 신호로서 제어코일(9)에 공급되는 것으로 인하여 항시 저스트 포우커스가 되도록 즉, 항시 대물렌즈(5)가 디스크에 대하여 일정한 거리가 되도록 자동적으로 제어된다.
다음에 제25도 내지 제31도를 참조하여 복합렌즈(30)의 예를 설명한다. 제25도의 복합렌즈(30)는 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)가 함께 凸렌즈의 경우, 제27도의 복합렌즈는 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)이 함께 凹렌즈의 경우로, 더구나 양자 공히 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)의 광축 O1, O2가 각각 자기의 렌즈 영역(30a), (30b)내에 있는 경우이다. 제26도 및 제29도의 복합렌즈(30)는 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)의 각광축 O1, O2가 서로 다른 렌즈 영역(30a), (30b)내에 있는 경우이다. 또한 도시하고 있지 않으나 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)의 각 광축 O1, O2가 함께 어느 한쪽의 렌즈 영역내에 있는 경우에도 가능하다. 또, 제28도의 표시처럼 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)으로서 같은 파워의 렌즈를 사용하고, 각각의 주면 H1, H'1; H2, H'2를 다르게 하여 합체한 것도 가능하다. 다시 복합렌즈(30)를 그 계평면 T가 X축상에 위치토록 XY평면상에 배치한 경우 광축 O1, O2는 제16도, 제22도 및 제29도의 표시처럼 계평면 T의 양측에서 Y축상에위치하고 있는 경우, 제30도의 표시처럼 계평면 T의 양측에서 X, Y축상의 어느쪽에도 위치하고 있지 않는 경우, 제31도의 표시처럼 X축상 즉, 계평면 T상 위치하고 있는 경우등이 가능하다.
또한, 복합렌즈(30)의 각 광축 O1, O2의 위치관계에 따라 광검출기(8)의 각 광검출 소자(8A) 내지 (8D)의 배치관계를 선정할 수가 있다. 제32도는 복합렌즈(30)의 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)의 광축이 제16도처럼 계평면 T를 집어서 Y축상에 위치하고 있는 경우의 광검출기(8)의 각 광검출 소자(8A) 내지 (8D)의 배치상태(제17a도 내지 제17c도와 거의 동일)를 표시하나 복합렌즈(30)가 제30도처럼 그 각광축 O1, O2가다소 Y축에서 벗어나 구성되어 있는 경우에도 사용할 수 있다. 복합렌즈(30)의 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)의 광축 O1, O2가 X축상 즉, 계평면 T상에 있는 경우는 광검출기(8)의 광검출 소자(8A) 내지 (8D)가 제33도의 표시처럼 2개씩 2열로 배치된다.
다시, 제32도의 표시처럼 광검출기(8)의 광검출 소자(8A), (8B) 및 (8C), (8D)상의 각 반원형의 스포트 S1, S2의 각 반경 R1, R2에 대해 각 스포트 S1,S2의 각각 광검출 소자(8B), (8D)상의 길이를 R0, R3(단 각 광검출 소자(8A) 내지 (8D)내의 불감대폭은 무시한다)이라고 하면 이들 길이 R0내지 R3의 관계를
Figure kpo00001
로 선정하면, R1=R2가 아니라도 저스트 포우커스시의 광검출 신호 SA내지 SD의 운산에서 이루어지는 포우커스 오차 신호(SA+SD)-(SB+SC)를 영으로 할 수 있다. 또한 R1=R2의 경우는 광검출 소자(8A), (8C)에 입사하는 광량 및 광검출 소자(8B), (8D)에 입사하는 광량이 같으면 되므로, R0(=R3)의 여하에 의하지 않고 저스트 포우커스시에 포우커스 오차 신호를 영으로 할 수가 있다.
위에서 상술한 각 실시예의 포우커스 오차 검출 장치에 의하면 다음과 같은 장점이 있다. 즉, 복합렌즈(30)의 각 렌즈 영역(30a), (30b)의 계평면 T에 대해 외측을 통과하는 각 출사광의 광검출 소자에 의한 광검출 신호의 차 SA내지 SC(또는 SD내지 SB)와 각 렌즈 영역(30a), (30b)의 계평면 T에 대해 내측을 통과하는 각 출사광의 검출 소자에 의한 광검출 신호의 차 SD내지 SB(또는 SA-SC)와의 합{(SA내지 SC)+(SD내지 SB)=(SA+SD-(SB+SC)}에 의해 포우커스 오차 신호를 얻고 있으므로, 이 포우커스 오차 신호로서는 디스크 빗트의 회절에 따르는 고주파 신호의 누설과 스포트의 중심부와 외주부로 빗트의 공간주파수에 대한 빛의 변조도의 특성의 차이가 함께 삭제되기 때문에 포우커스 오차 신호의 정밀도가 좋아진다.
또 복합렌즈(30)의 한쪽의 렌즈 영역(30a)의 계평면 T에 대해 외측을 통과하는 출사광의 광검출 소자에 의한 광검출 신호 및 같은 렌즈 영역(30a)의 계평면 T에 대해 내측을 통과하는 출사광의 광검출 소자에 의한 광검출 신호의 차 SA-SB(또는 SB-SA)와, 복합렌즈(30)의 다른쪽 렌즈 영역(30b)의 계평면 T에 대해 내측을 통과하는 출사광의 광검출 소자에 의한 광검출 신호 및 같은 렌즈 영역(30b)의 계평면 T에 대해 외측을 통과하는 출사광의 광검출 소자에 의한 광검출 신호의 차 SD-SC(또는 SC-SD)와의 합{(SA+SD) 내지 (SB+SC)}에 의해 포우커스 오차 신호를 얻도록 하고 있으므로, 차신호 SB-SA, SC-SD에 대칭성(제19도 참조)에 의해 제20도의 표시와 같이 선형성이 좋은 포우커스 오차 신호를 얻을 수가 있다.
다시 제32도의 표시처럼 광검출기(8)의 광검출 소자(8A), (8B) 및 (8C), (8D)상의 각 반원형의 스포트 S1, S2의 각 반경 R1, R2에 대해, 각 스포트 S1, S2의 각각 광검출 소자(8B), (8D)상의 길이를 R0, R3(단 각 광검출 소자(8A) 내지 (8D)내의 불감대의 폭은 무시하였다고 하면, R1=R2에 선정하므로서 광검출 소자(8A), (8C)에 입사하는 광량 및 광검출 소자(8B), (8D)에 입사하는 광량 및 광검출 소자(8B), (8D)에 입사하는 광량이 같으면 되므로 R0(=R3)에 의하지 않고 저스트 포우커스시에 포우커스 오차 신호를 영으로 할수가 있어 광검출기(8)상의 스포트 S1, S2가 광검출 소자(8A), (8B) 및 (8C), (8D)의 각각 배열 방향에 벗어나도, 포우커스 오차 신호의 정밀도는 저하하지 않는다.
위에 말한 본 발명에 의하면 정밀도가 높고 덧붙혀 선형성이 좋은 포우커스 오차 신호를 얻을 수 있는 포우커스 오차 검출 장치를 얻을 수가 있다.

Claims (1)

  1. 레이저 광원(1)으로부터의 레이저 광을 대물렌즈(5)를 거쳐서 기록 매체(6)의 기록면에 조사하고, 대물렌즈(5)를 거친 기록 매체(6)로부터의 귀환광을 빔스플리터(2)에 의해 레이저 광으로부터 출사되는 빛으로 분리하고 빔스플리터(2)에 의해서 분리된 기록 매체(6)으로부터의 귀환광이 입사되는 복합렌즈(30)와,이 복합렌즈(30)의 후방에 배설되어서 상기 복합렌즈(30)을 거친 기록 매체(6)으로부터의 귀환광을 수광하는 광검출기(8)를 구비하고, 상기 복합렌즈(30)는 기록매체(60)로부터의 귀환광의 광축을 포함하는 계평면(T)으로 2분된 한쌍의 렌즈 영역(01), (02)는 이간되며, 상기 복합렌즈(30)에 대한 기록매체(6)로부터의 귀환광이 포우커스 상태에 있을때의 상기 한쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)에서 각 사출광의 각 촛점(P1, P2)의 상기 기록매체(6)로부터의 귀환광의 광축(0)상에 있어서의 중간 위치에 그 광검출면이 위치하게 상기 광검출기(8)을 배치함과 더불어 상기 광검출기(8)은 상기 1쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)중 제 1의 렌즈 영역(30a)의 상기 계평면(T)에 대한 외측 및 내측을 통과하는 각 출사광을 수광하는 제 1 및 제 2의 광검출 소자(8B), (8A)와, 상기 1쌍의 렌즈 영역(30a), (30b)중 제 2의 렌즈 영역(30b)의 상기 계평면에 대한 외측 및 내측을 통과하는 각 출사광을 수광하는 제 3 및 제 4의 광검출 소자(8D), (8C)로 구성되며, 상기 제 1 및 제 4의 광검출 소자(8B), (8C)로부터의 제 1 및 제 4의 광검출 신호(SB), (SC)의 합(SB+SC)과 상기 제 2 및 제 3의 광검출 소자(8A),(8D)로부터의 제 2 및 제 3의 광검출 신호(SA), (SD)의 합(SA+SD)와의 차((SB+SC)-(SA+SD))로부터 포우커스 오차 신호를 얻게한 포우커스 오차 검출 장치.
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