KR930009644B1 - 광학적 정보처리시스템 - Google Patents

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KR930009644B1
KR930009644B1 KR1019900004450A KR900004450A KR930009644B1 KR 930009644 B1 KR930009644 B1 KR 930009644B1 KR 1019900004450 A KR1019900004450 A KR 1019900004450A KR 900004450 A KR900004450 A KR 900004450A KR 930009644 B1 KR930009644 B1 KR 930009644B1
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소우 이시카
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가부시가이샤 도시바
아오이 죠이치
도시바 인텔리젠트테크놀로지 가부시키가이샤
요코다 다카하루
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Abstract

내용 없음.

Description

광학적 정보처리시스템
제 1 도는 본 발명의 1실시예에 따른 소위 포커싱검출방법(focusing detection method)으로서 트윈 플레이트(twin plate)법을 채용한 광학계를 개략적으로 나타낸 구조도.
제 2 도는 제 1 도에 도시된 트윈 플레이트법에 따른 포커싱검출 광학계를 나타낸 사시도.
제 3a 도 및 제 3b 도는 제 2 도의 광학계를 설명하기 위한 측면도.
제 4a 도, 제 4b 도 및 제 4c 도는 제 1 도에 도시된 검출기를 나타낸 측면도.
제 5 도는 제 1 도에 도시된 포커싱신호 발생기의 회로구성을 상세하게 나타낸 블럭도.
제 6 도는 제 1 도의 변형예에 따른 광학계를 나타낸 도면.
제 7a 도 및 제 7b 도와 제 8a 도 및 제 8b 도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광헤드의 광학계를 나타낸 개략도.
제 9 도는 제 6 도, 제 7b 도 및 제 8b 도에 도시된 하프프리즘의 변위를 설명하기 위한 개략도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 레이저다이오드 L : 광빔
4 : 콜리메이터 렌즈(collimator lens) 6 : 빔 스플리터
8 : 대물렌즈 9 : 트래킹 가이드
10 : 광디스크 12 : 볼록렌즈
14 : 하프프리즘 16 : 오목렌즈
20 : 포커싱검출용 광검출기 22 : 트래킹검출용 광검출기
26, 28 : 트윈 플레이트(twin plate) 30 : 트래킹신호 발생기
32 : 포커싱신호 발생기 34 : 신호처리기
36 : 보이스코일 드라이버 38 : 보이스코일
[산업상의 이용분야]
본 발명은 광학적 정보처리 시스템(optical information processing system)에 관한 것으로, 특히 광학적 정보처리 시스템에 조립되는 광헤드(optical head)의 광학계의 개량에 관한 것이다.
[종래의 기술 및 그 문제점]
광학적 정보처리 시스템, 예컨대 광학적 파일링장치(optical filling apparatus)에 있어서는, 광학적 기록매체(optical information recording medium), 즉 광디스크에 정보를 기록하고, 이것으로부터 정보를 재생하기 위해 광헤드가 이용되고 있다. 이와 같은 광헤드에서는, 광원으로서 레이저다이오드로부터 발생된 광빔(light beam)이 그 내부의 대물렌즈(objective lens)에 의해 광디스크에 접속되고, 광디스크로부터 반사된 광빔이 검출기(detector)에 인도됨으로써 이것이 검출되어 검색신호로 변환된다.
이와같은 광디스크로부터의 정보의 재생 및 기록에 있어서는, 대물렌즈가 초점일치상태(in-focus state)로 유지되어 광빔의 빔 웨이스트(beam waist), 즉 최소빔 스포트(minimum beam spot)가 광디스크상에 형성됨과 더불어, 대물렌즈가 트랙일치상태(in-track state)로 유지되어 광디스크상에 형성된 트래킹 가이드(tracking guide)가 광빔에 의해 추적됨으로써, 정보가 광디스크에 정확하게 기록되거나 재생되게 된다. 이와 같은 초점일치상태 및 트랙일치상태를 검출하는 방법으로서, 종래부터 나이프엣지(knife edge)법 또는 비점수차(非點收差)법 및 푸시풀(push pull)법이 알려져 있다. 나이프에지법에 있어서는, 광디스크로부터 반사된 광빔의 일부가 광로상에 배치된 나이프에지에 의해 취출되어 포커싱검출용 광검출기에 포커싱검출 광학계를 매개해서 투사되고 있는 바, 이 나이프엣지법에 있어서는 초점(focus point)을 검출하기 위한 광검출기상에 형성되는 광빔 스포트(light beam spot)가 대물렌즈의 포커싱상태(focusing state)에 따라 변위되기 때문에, 대물렌즈의 포커싱상태를 검출할 수 있게 된다. 또, 비점수차(astigmatism)법에 있어서는, 광디스크로부터 반사된 광빔에 광로상에 배치된 포커싱검출 광학계의 비점수차 렌즈에 의해 비점수차가 부여되어 포커싱검출용 광검출기에 투사되고 있는 바, 이 비점수차법에 있어서는 포커싱검출용 광검출기상에 형성되는 광빔 스포트가 대물렌즈의 포커싱상태에 따라 변화됨으로써 대물렌즈의 포커싱상태를 검출할 수 있게 된다. 또, 푸시풀법에 있어서는, 광디스크상에서 광빔이 트래킹 가이드에 의해 회절되어 반사되고, 이 반사된 광빔이 트래킹 가이드 검출용 광검출기에 투사되고 있는 바, 이 푸시풀법에 있어서는 트래킹 가이드 검출용 광검출기상에 검출되는 빔 스포트중에 트래킹 가이드 상(像) 혹은 회절패턴이 암부(暗部)로서 형성되기 때문에 그 위치를 검출함으로써 대물렌즈의 트래킹상태(tracking state)를 검출할 수 있게 된다.
광헤드의 광학계에 있어서는, 포커싱검출 광학계가 장초점광학계(長焦點光學系)로 형성되면 될수록 검출감도가 향상되게 되지만, 그 반면에 포커싱검출 광학계가 장초점화되면 될수록 광헤드의 크기가 대형화되는 문제가 있다. 광헤드가 대형화되면, 장치자체가 커지게 될 뿐만 아니라 광헤드의 구동기구의 부담이 커져서 고속으로 정보를 억세스하는 것이 곤란하게 되는 문제가 있다. 또, 컴팩트화를 달성하기 위해 포커싱검출 광학계에 곡률이 큰 볼록렌즈를 조립하게 되면, 이 볼록렌즈에 의해 포커싱검출용 광빔에 구면수차(球面收差)가 부여되어 정확한 포커싱검출이 곤란하게 되는 문제가 있다.
본원 발명의 발명자는, 이미 US serial No. 271, 827, Ishika, filed Novembe
r 16, 1988(corresponding EPC application NO. 88119021.9, filed 1988.11.15)에 상술한 포커싱검출계와는 다른 소위 트윈 플레이트(twin plate)법에 따른 광학계를 제안하고 있는 바, 이 광학계에 있어서도 마찬가지로 포커싱검출 광학계가 장초점 광학계로 형성되면 될수록 검출감도가 향상되지만, 그 반면에 포커싱검출 광학계가 장초점화되면 될수록 광헤드의 크기가 대형화되는 문제가 있어 그 개선이 요구되고 있다.
[발명의 목적]
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명된 것으로, 소형이면서도 포커싱검출감도가 높은 광헤드를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
[발명의 구성]
본 발명에 의하면, 트랙을 갖춘 기록매체상에 광빔을 집속하기 위한 집속수단과, 굴절율을 가지며 상기 기록매체로부터 광빔을 접속하기 위한 볼록렌즈, 이 볼록렌즈로부터 집속된 광빔을 반사 광빔과 투과 광빔으로 분리하기 위한 분리수단, 상기 반사 광빔과 투과 광빔중 어느 하나에 응답하여 트랙을 추적하기 위해 상기 집속수단이 상기 기록매체상에 집속된 광빔을 이동시키도록 하는 수다, 상기 볼록렌즈의 굴절율보다도 작은 굴절율을 가지며 상기 반사 광빔과 투과 광빔중 다른 하나에 발산력을 부여하기 위한 오목렌즈 및, 이 오목렌즈로부터의 반사 광빔과 투과 광빔중 다른 하나에 응답하여 상기 집속수단으로부터의 광빔이 상기 기록매체상에 초점이 모아지는 포커싱상태로 상기 집속수단을 유지시키기 위한 수단을 구비하여 구성된 광학적 정보처리시스템에 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 트랙을 갖춘 기록매체상에 광빔을 집속하기 위한 집속수단과, 굴절율을 가지며 상기 기록매체로부터의 광빔을 집속하기 위한 볼록렌즈, 이 볼록렌즈로부터 집속된 광빔을 반사 광빔과 투과 광빔으로 분리하기 위한 분리수단, 상기 반사 광빔에 응답하여 트랙을 추적하기 위해 상기 집속수단이 상기 기록매체상에 집속된 광빔을 이동시키도록 하는 수단, 상기 볼록렌즈의 굴절율보다도 작은 굴절율을 가지며 상기 투과 광빔에 발산력을 부여하기 위한 오목렌즈 및, 이 오목렌즈로부터의 투과 광빔에 응답하여 상기 집속수단으로부터의 광빔이 상기 기록매체상에 초점이 모아지는 포커싱상태로 상기 집속수단을 유지하기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템이 제공된다.
[작용]
본 발명의 정보처리장치에 있어서는, 굴절율이 큰 볼록렌즈에 의해 트래킹검출용 광학계가 구성되므로, 트래킹검출용 광학계의 전체 길이를 짧게 할 수 있게 되어 광학계를 컴팩트화할 수 있게 된다. 또, 굴절율이 큰 볼록렌즈 및 이 볼록렌즈보다도 굴절율이 작은 오목렌즈로 이루어진 조합렌즈에 의해 포커싱검출용 광학계가 구성되기 때문에, 포커싱검출용 광학계를 장초점광학계로 구성할 수 있게 되어 포커싱검출감도를 향상시킬 수 있게 된다. 게다가, 볼록렌즈가 큰 굴절율을 갖는 재료로 만들어지기 때문에, 이 볼록렌즈의 곡률을 작게 할 수 있게 되어 이것을 통과하는 광빔에 부여되는 수차(收差)를 최소화할 수 있게 된다. 더욱이, 이 볼록렌즈와 조합되는 오목렌즈가 볼록렌즈에 비해 작은 굴절율을 갖는 재료로 만들어지므로, 이 오목렌즈의 곡률을 크게 할 수 있게 되어 볼록렌즈에 의해 수차가 광빔에 부여되더라도 이 오목렌즈로 충분히 보정할 수 있게 된다. 또한, 투과광빔에 의해 포커싱이 검출되고, 반사 광빔에 의해 트래킹 가이드가 검출되는 광학계를 채용한 장치에 있어서는, 광학계의 정합(alignment)오차의 허용치를 비교적 크게 할 수 있게 된다.
[실시예]
이하, 예시도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
제 1 도는 본 발명의 1실시예에 따른 비점수차법을 채용한 광헤드의 광학계를 개략적으로 나타낸 것으로, 이 제 1 도에 나타낸 바와 같이 본 발명의 광헤드에 있어서는, 광원으로서의 레이저다이오드(2)에서 발생된 레이저빔, 즉 광빔(L)이 콜리메이터 렌즈(Collimator lene : 4)에 입사되어 콜리메이트(평사)된다. 콜리메이트된 광빔(L)은 빔 스플리터(beam splter : 6)를 매개하여 대물렌즈(8)로 입사되고, 대물렌즈(8)로 입사된 광빔은 이 대물렌즈(8)에 의해 집속되어 트래킹 가이드(9)를 갖춘 광디스크(10)에 집속된다. 여기에서, 대물렌즈(8)가 초점일치상태(in-focus state)에 있을 때에는 광빔의 빔웨이스트, 즉 최소빔 스포트가 광디스크(10)상에 형성되고, 대물렌즈(8)가 초점불일치상태(out-of-focus state)에 있을 때에는 이 광디스크(10)상에 최소빔 스포트 보다도 큰 빔 스포트가 형성되게 된다. 또한 대물렌즈(8)가 트랙일치상태(in-track state)로 유지될 때에는 대물렌즈(8)로부터의 집속성 광빔이 트래킹 가이드(9)의 거의 중심에 투영되어 이 광빔에 의해 트래킹 가이드(9)가 추적되게 된다. 이에 대해, 대물렌즈(8)가 트랙불일치상태(off-track state)로 유지되어 있는 경우에는 집속성 광빔이 트래킹 가이드(9)의 거의 중심으로부터 편의(偏倚)되어 광디스크상에 조사되므로 정확히 트래킹 가이드(9)가 추적되지 않게 된다.
광디스크(10)로부터 반사된 발산성 광빔은 재차 대물렌즈(8)로 입사되어 접속된다. 제 1 도에 나타낸 광학계에 잇어서서는 포커싱시에 이 광빔은 대물렌즈(8)에 의해 평행빔으로 변환된다. 한편, 대물렌즈(8)에서 집속작용을 받은 광빔은 빔스플리터(6)에 의해 반사되어 하프프리즘(14)의 광입사면에 부착된 볼록렌즈(12)에 입사되어 집속된다. 이 집속성 광빔은 하프프리즘(14)에 의해 2개로 분리되는 바, 한쪽의 광빔을 포커싱검출용 광빔으로서 이 하드프리즘(4)에 의해 반사되어 오목렌즈(16)에 입사된 다음, 이 오목렌즈(16)에 의해 발산되어 트윈 플레이트(26, 28)를 매개해서 포커싱검출용 광검출지(20)에 입사된다. 이에 대해, 하프프리즘(14)에 의해 분리된 다른쪽의 광빔은 트래킹 가이드 검출용 광빔으로서 이 하프프리즘(14)을 통과하여 트래킹검출용 광검출기(22)에 입사된다.
제 1 도에 나타낸 광학계에 있어서는, 볼록렌즈(12) 및 오목렌즈(16)가 트윈 플레이트(26, 28)를 포함하고 있는 포커싱검출 광학계에 조립되어 있기 때문에 이 포커싱검출 광학계가 장초점광학계로 형성되고, 트래킹 가이드검출 광학계가 렌즈(12)만으로 구성되기 때문에 이 트래킹 가이드검출 광학계가 단초점광학계로 구성되고 있다. 게다가, 본 발명의 실시예에 있어서는, 볼록렌즈(12)의 굴절율이 비교적 큰 예컨대 1.7이상의 고굴절율의 유리(glass)로 만들어져 큰 렌즈력이 얻어짐과 더불어, 오목렌즈(16)의 굴절율이 비교적 작은 예컨대 굴절율 1.5이하의 저굴절율의 유리로 만들어져 작은 렌즈력이 얻어지고 있다.
따라서, 빔 스플리터(6)를 통과하는 광빔이 볼록렌즈(12)에 의해 강하게 집속되기 때문에, 하프프리즘(14)을 통과하는 트래킹용 광빔은 짧은 거리에서 작은 빔 스포트에 죄여 들어가게 되고, 이 빔 스포트가 트래킹검출용 광검출기(22)에 투영되게 된다. 트래킹 가이드 검출용 광검출기(22)에 형성되는 광빔 스포트에는 트래킹가이드(9)의 상(像) 혹은 패턴이 형성되지만, 이 상 혹은 패턴의 위치가 푸시풀법으로서 널리 알려진 바와 같이 검출기(22)에 의해 검출된 다음 트래킹신호 발생기(30)에 의해 처리되어 트래킹신호로서 발생된다. 또, 볼록렌즈(12)에 의해 강하게 집속되어 하프프리즘(14)에 의해 반사된 포커싱검출용 광빔은 오목렌즈(16)에 의해 약간만 발산되지만, 볼록렌즈(12)에 의해 강하게 집속되기 때문에 , 원래의 집속성 그대로 고정된 채로 트윈 플레이트(26,28)에 입사되어 2개의 빔으로 분리되게 된다. 분리된 광빔이 포커싱검출용 광검출기(20)에 투사되어 검출기(20)상에는 광빔 스포트가 형성되게 된다. 이 광빔 스포트의 형성위치에 의존한 신호가 검출기(20)로부터 발생되고, 이 신호를 포커싱신호 발생기(32)에 의해 처리함으로써 포커싱 신호가 발생된다.
더욱이, 검출기(22)로부터의 신호를 신호처리기(34)에서 처리함으로써 재생신호가 발생되고, 출력된 트래킹신호 및 포커싱신호가 보이스코일 드라이버(voice coil driver ; 36)에 공급됨으로써 보이스코일(38)이 활성화되며, 그에 따라 대물렌즈(8)가 이 보이스코일(38)에 의하여 구동되어 초점일치 및 트랙일치상태로 유지되게 된다.
다음에는 제 2 도를 참조하여 제 1, 제 2 의 광굴절판(26, 28 ; 트윈 플레이트)에 대해 상세히 설명한다. 제 1, 제 2 의 광굴절판(26, 28)은 예컨대 유리판으로 만들어지고, 동일한 두께의 평행판형상을 가지며, 각 평행판 X-Z면과 평행한 측면을 갖추고 있다. 굴절판(26, 28)은 그들의 반대되는 측면이 입사빔의 광축에 접촉되도록 배열된다. 더욱이, 제 1, 제 2 의 굴절판(26, 28)의 입사면과 출사면은 광측에 수직한 면과 소정의 각도를 이루는 바, 특히 광축과 동일한 각도를 이루면서 다른 방향을 향하고 있다. 그 결과, 입사광빔은 광디스크의 홈의 그림자가 투영되는 방향과 수직한 X축 방향으로 연장되는 선에 의해 분리되게 된다. 제1, 제 2 의 평행판(26, 28)의 입사면과 출사면이 기울어져 있는 경우, 이 판(26, 28)을 통과하는 광빔은 입사광빔(L)의 광축과 실질적으로 평행한 제1 및 제 2 의 축을 가지며 그들 사이에 소정의 거리(D)를 갖는 제1, 제 2 의 광빔(L1, L2)으로 분리되고, 이들 빔(L1, L2)은 광검출기(20)로 발산된다. 이들 빔(L1, L2) 사이의 거리(D)는 판(26, 28)의 반사율(n), 각도(θ) 및 두께(t)에 의존하며, 이 관계가 제 3a 도와 제 3b 도에 나타내어져 있다.
제 3a 도는 입사광빔(L)의 광축과 실질적으로 평행한 제1, 제 2 의 평행판(26,28)으로부터 사출되는 제1, 제 2 의 광빔(L1, L2)의 광로를 나타낸 것으로, 이 제 3a 도에서 이들 2개의 판(26, 28)은 동일 두께를 갖는 동일 재료로 만들어진다. 광빔(L1,L2)의 광축 사이의 변위(D)는 D=(1-1/n)θ·t[여기서, t는 판(26, 28)의 두께, n은 판(26,28)의 반사율, θ는 판(26, 28)의 반사율, θ는 판(26, 28)의 각도]로 표시된다. 여기서, 만일 각도(θ)가 비교적 작다면, 광빔의 광축 사이의 변위(D)는 렌즈(12, 16), 평행판(26, 28) 및 광검출기(20) 상호간의 거리에 의존하지 않게 된다.
제 3b 도는 광빔이 광축에 대하여 각도(δ)만큼 어긋나 2개의 유리판(26,28)에 입사되는 경우에 발생되는 2개의 분리광빔(L1, L2)의 광축의 변위를 나타낸 것으로, 광빔이 광축에 대하여 각도(δ)만큼 어긋나 입사되는 경우에는, 판(28)에 의해 발생되는 변위는 (1-1/n)δ·t만큼 증가하게 되고, 판(26)에 의해 발생되는 변위는 (1-1/n)δ·t만큼 감소하게 된다. 그 결과, 2개의 광빔의 광축의 변위(D)는, 2개의 유리판에 의해 이루어지는 각도(θ)가 비교적 작은 경우에도 각도(δ)에 의존하지 않게 된다. 이와 같이, 평행한(26, 28)으로부터 사출되는 광빔 사이의 거리(D)는, 광축의 방향에 각 구성요소의 변위에 의한 영향을 받지 않고 실질적으로 일정한 값으로 유지되게 된다. 그러므로, 용이하게 조립되고 조정될 수 있는 초점일치상태 검출장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
제 4a 도 내지 제 4c 도는 광빔의 포커싱상태를 검출하기 위한 장치에 사용되는 4부분의 감광(感光)영역을 갖춘 광검출기(20)를 나타낸 것으로, 이 광검출기(20)는 4부분의 감광영역, 즉 광굴절판(26)을 통과하는 입사빔을 전기적인 신호로 변환하기 위한 제 1 의 감광영역군(20K, 20M)과, 광굴절판(28)을 통과하는 입사빔을 전기적인 신호로 변환하기 위한 제 2 의 감광영역군(20L, 20N)으로 이루어진다.
대물렌즈(8)가 광디스크와 초점일치상태에 있을 때에는, 상(像)이 제 4b 도에 나타낸 바와 같이 광검출기(20)에 투영되게 된다. 광굴절판(26)을 통과한 광빔은 반원형의 상을 형성하기 위해 제 1 의 감광영역군(20K, 20M)에 투영되고, 광굴절판(28)을 통과한 광빔은 상기와 반대방향으로 반원형의 상을 형성하기 위해 제 2 의 감광영역군(20L, 20N)에 투영된다. 비감광영역으로서 X축 방향으로 분리하는 선(21, 22)은 동일한 감광도를 갖는 좌, 우측 감광영역에 각각의 반원형 상이 투영되도록 하기 위해 실질적으로 중앙부분에 경계를 정한다. 즉, 초점일치상태에서 분리선(21, 22)은 다음 식을 만족시키도록 실정된다.
F·E={(①+④)-(②+③)}=0
여기서, ①∼④는 각각 감광영역(20K∼20N)으로부터의 출력이다.
대물렌즈(8)가 광디스크에 대하여 초점일치위치로부터 이동하게 되면, 이들 2개의 수직한 반원형 상은 초점일치상태에서의 상보다 작아지고, 그 출력은 F.E〉0으로 된다. 반면에, 대물렌즈(8)가 광디스크에 대하여 초점일치위치로 접근하게 되면, 이들 2개의 수직한 반원형 상은 초점일치상태에서의 상보다 커지고, 그 출력은 F.E〈0으로 된다.
광검출기(20)로부터의 출력신호는 제 5 도에 나타낸 포커싱신호 발생기(30)에 의해 처리된다.
즉, 감광영역(20K∼20N)으로부터의 출력은 각각 증폭기(31K∼31N)에 공급되는 바, 그중 증폭기(31K, 31N)에 의해 증폭된 신호들은 가산기(35)에 공급되고, 증폭기(31L, 31M)에 의해 증폭된 신호들은 가산기(33)에 공급된다. 그리고 가산기(35)에 의해 구해진 합신호(sum signal)는 차동증폭기(41)의 비반전입력단자에 공급되고, 가산기(33)에 의해 구해진 합신호는 차동증폭기(41)의 반전입력단자에 공급된다. 포커싱신호 발생기로서의 차동증폭기(41)는 감광영역(21K, 20N)으로부터의 검출신호의 합신호와 감광영역(20L, 20M)으로부터의 검출신호의 합신호를 비교한 후, 구해진 오차신호 즉 포커싱오차 검출신호(focusing error detection signal)에 따라 광디스크(10)의 기록면과 실질적으로 수직한 방향으로 대물렌즈(8)를 구동시키기 위해 보이스코일(38)에 전류를 공급하게 된다. 그에 따라, 대물렌즈(8)가 구동되어 포커싱오차를 보정하게 되는 것이다.
제 1 도에 나타낸 광학계는 제 6 도에 나타낸 바와 같이 변형되어도 좋다. 즉, 제 6 도에 나타낸 있는 바와 같이 하프프리즘(14)으로부터 반사된 광빔이 검출기(22)에서 검출되어 트래킹신호로 변환되고, 하프프리즘(14)을 통과한 광빔이 검출기(20)에서 검출되어 포커싱신호로 변환되어도 좋다.
제 1 도 및 제 6 도에 나타낸 트윈 플레이트법에 따른 포커싱검출 광학계(focusing detection optical system)의 상세 및 그 변형예는 US serial No. 271,827, Ishika, filled November 16, 1988(corresponding EPC application No. 8811902
1.9,filed 1988.11.15)에 개시되어 있다.
다음에는 제 7a 도 및 제 7b 도를 참조해서 비점수차범을 채용한 포커싱검출광학계에 대해 설명한다.
제 7a 도 및 제 7b 도에 있어서, 제 1 도 및 제 6 도에 나타낸 구성부분과 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 이 제 7a 도 및 제 7b 도에 있어서는, 제 1 도에 도시된 트윈 플레이트(26, 28) 대신에 실린드리컬 렌즈(cylin drical lens ; 18)가 오목렌즈(16)와 하프프리즘(14) 사이에 배치되어 있다. 이 제 7a 도 및 제 7b 도에 나타낸 광학계에 있어서서도, 제 1 도 및 제 6 도에 나타낸 광학계와 마찬가지로 볼록렌즈(12)와 오목렌즈(16)가 조합되어 포커싱검출 광학계가 구성되고 있다. 이 점으로부터, 마찬가지로 이 포커싱검출 광학계가 장초점광학계로 형성된다. 또, 트래킹 가이드검출 광학계가 볼록렌즈(12)만으로 구성되기 때문에, 마찬가지로 이 트래킹 가이드검출 광학계가 단초점 광학계로 구성된다. 게다가, 본 발명의 실시예에 있어서는 볼록렌즈(12)가 굴절율이 비교적 큰 예컨대 1.7이상의 고굴절율의 유리로 만들어져 큰 렌즈력이 얻어짐과 더불어, 오목렌즈(16)가 굴절율이 비교적 작은 예컨대 굴절율 1.5이하의 저굴절율의 유리로 만들어져 작은 렌즈력이 얻어지고 있다.
제 7a 도 및 제 7b 도에 나타낸 광학계에 있어서는, 제 1 도 및 제 6 도에 나타낸 광학계와 마찬가지로 푸시풀법의 원리에 의거 트래킹 가이드 검출용 검출기(22)로 부터 트래킹신호가 발생된다. 또한, 포커싱검출에 관해서는, 대물렌즈(8)가 초점일치상태로 유지되어 있을 때에는 볼록렌즈(12)에 평행 광빔이 입사되어 볼록렌즈(12)에 의해 집속됨으로써 검출기(20)상에 빔 스포트가 형성되낟. 이 빔 스포트는 널리 알려진 바와 같이 초점일치시에는 원형의 라이트 스포트로 형성되고, 초점불일치시에는 타원형의 광빔 스포트로 형성된다. 이 형상의 변화에 상당하는 검출신호가 광검출기(20)로부터 발생되고, 이 검출신호가 회로(32)에서 처리되어 포커싱신호로서 발생된다. 발생된 트래킹신호 및 포커싱신호가 보이스코일(38)에 공급됨으로써 대물렌즈(8)가 이 보이스코일(38)에 의해 구동되어 초점일치 및 트랙일치상태로 유지된다.
다음에는 제 8a 도 및 제 8b 도를 참조하여 본 발명이 나이프에지법을 채용한 포커싱검출 광학계에 대해 설명한다.
제 8a 도 및 제 8b 도에 있어서는, 제 7a 도 및 제 7b 도에 나타낸 실린드리컬렌즈(18) 대신에 나이프에지(24)가 오목렌즈(16)와 하프프리즘(14) 사이에 배치되어 있다. 이 제 8a 도 및 제 8b 도에 나타낸 광학계에 있어서도, 제 7a 도 및 제 7b 도에 나타낸 광학계와 마찬가지로 볼록렌즈(12)와 오목렌즈(16)가 조합되어 포커싱검출 광학계가 구성되어 있다. 이 점으로부터, 마찬가지로 이 포커싱검출 광학계가 장초점광학계로 형성된다. 또, 트래킹 가이드검출 광학계가 볼록렌즈(12)만으로 구성되기 때문에, 마찬가지로 이 트래킹 가이드검출 광학계가 단초점광학계로 구성된다. 게다가, 본 발명의 실시예에 있어서는, 볼록렌즈(12)가 굴절율이 비교적 큰 예컨대 1.7이상의 고굴절율의 유리로 만들어져 큰 렌즈력이 얻어짐과 더불어, 오목렌즈(126)가 굴절율이 비교적 작은 예컨대 1.5이하의 저굴절율의 유리로 만들어져 작은 렌즈력이 얻어지고 있다.
제 8a 및 제 8b 도에 나타낸 광학계에 있어서는, 제 7a 도 및 제 7b 도에 나타낸 광학계와 마찬가지로 푸시풀법의 원리에 의거 트래킹 가이드 검출용 검출기(22)로부터 트래킹신호가 발생도니다. 또, 포커싱검출에 관해서는, 대물렌즈(8)가 초점일치상태로 유지되어 있을 때에는 볼록렌즈(12)가 평행 광빔이 입사되어 볼록렌즈(12)에 의해 접속되고, 나이프에지(24)에 의해 그 일부가 차단된 포커싱검출용 광빔이 오목렌즈(16)에 의해 약간 발산되어 포커심검출용 광검출기(20)의 거의 중심에 투사된다. 이에 대해, 대물렌즈(8)가 초점불일치상태로 유지되어 있을 때에는, 볼록렌즈(12)에는 발산 혹은 집속 광빔이 입사되기 때문에, 이 볼록렌즈(12)에 의해 집속되는 광빔의 집속상태가 변화되어 이 집속 광빔의 일부가 나이프에지(24)에 의해 공간적으로 비대칭으로 취출되게 된다. 그 결과, 포커싱검출용 광빔은 포커싱용 광빔의 중심으로부터 편의된 영역을 향하여 투사되게 된다. 나이프에지법에 있어서는, 이 광빔의 광투사영역의 변화에 상당하는 검출신호가 회로(32)에서 처리되어 포커싱신호로서 보이스코일(38)에 공급됨으로써 대물렌즈(8)가 초점일치상태로 유지되게 된다.
제 7a 도 및 제 7b 도, 제 8a 도 및 제 8b 도에 나타낸 실시예에 있어서는, 포커싱검출 광학계가 장초점을 형성되기 때문에, 대물렌즈(8)의 포커싱상태가 높은 검출감도로 검출되게 된다. 또한, 볼록렌즈(12)가 비교적 높은 굴절율의 유리로 형성되어 단초점 렌즈로 되기 때문에, 하프프리즘(14)과 트래킹검출용 검출기(22)의 거리를 짧게, 즉 트래킹검출용 광빔의 광로를 짧게 할 수 있게 되어 광헤드를 컴팩트와하는 것이 가능하게 된다. 더욱이, 볼록렌즈(12)가 비교적 높은 굴절율의 유리로 형성되기 때문에, 이것에 큰 렌즈력이 얻어지도록 하기 위해 큰 곡률을 부여할 필요가 없게 된다. 따라서, 이 볼록렌즈(12)를 통과하는 광빔에 부여되는 수차를 최소화할 수 있게 된다. 또한, 오목렌즈(16)가 비교적 낮은 굴절율의 유리로 형성되기 때문에, 이것에 적절한 렌즈력을 부여한 경우에는 이 오목렌즈(16)의 곡률이 비교적 크게 설정되게 된다. 따라서, 이 볼록렌즈(12)로부터 광빔에 대해 수차가 부여된다고 하더라도 이 수차를 오목렌즈(16)에 의해 충분히 제거할 수 있게 된다. 즉, 볼록렌즈(12), 오목렌즈(16) 및 실린드리컬 렌즈(18)를 적절히 배치함으로써, 광빔의 수차를 포커싱특성에 악영향을 끼치지 않는 정도까지, 예컨대 RMS파면수차를 1/14λ이하로 억제할 수 있게 된다.
더욱이, 제 6 도, 제 7b 도 및 제 8b 도에 나타낸 광학계에 있어서는, 포커싱검출용 광빔이 하프프리즘(14)을 투과하여 검출되고, 또 트래킹검출용 광빔이 하프프리즘에 의해 반사되어 검출되는 광학계가 채용되며, 게다가 하프프리즘(14)과 트래킹검출용 검출기(22)와의 거리를 짧게 함으로써 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 제 9 도에 나타낸 바와 같이 하프프리즘(14)의 정합이 흐트러져 이것이 광학계의 광축에 대해 각도 θ만큼 기울어져 배치된 경우에는, 반사 광빔으로서의 트래킹검출용 광빔은 각도 2θ만큼 기울어져 반사되고, 투과 광빔으로서의 포커싱검출용 광빔은 S=(1-1/n)θ·d(여기서, d는 빔 스플리터의 길이, n은 하프프리즘(14)의 굴절율을 나타냄)만큼 평행하게 변위되어 하프프리즘(14)으로부터 사출된다. 종래의 광헤드에서는, 하프프리즘(14)으로부터 트래킹검출용 광검출기(22)까지의 거리가 10mm로부터 30mm이므로, 각도 θ=10'만큼의 흐트러짐이 발생하더라도 광검출기(22)상에서는 30㎛로부터 90㎛나 트래킹검출용 광빔이 변위되어 광검출기(22)에 입사되게 된다. 실제로는, 광학계의 배율을 고려할 필요가 있기 때문에, 이 변위는 더욱 커지게 된다. 또, 포커심검출용 광빔은 하프프리즘(14)의 굴절율 n=1.5, 하프프리즘(14)의 치수 d=7mm로 하면, 포커싱검출용 광검출기(20)상에서 약 7㎛로부터 200㎛정도 변위되어 광검출기(20)에 입사되게 된다. 이 값은 트래킹검출용 광빔의 변위의 1/3에 상당한다. 일반적으로, 검출기(20, 22)상에서의 변위는 통상 포커싱에 관해서는 약 5㎛, 또 트래킹에 관해서는 빔 크기의 약 5%정도, 예컨대 빔의 크기가 500㎛이면 25㎛가 허용한계로 되어, 트래킹에 관한 허용한계가 포커싱에 관한 허용한계에 비해 완만하게 결정되고 있다.
상술한 고찰로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 제 6 도, 제 7b 도 및 제 8b 도에 나타낸 광학계에 의하면, 하프프리즘(14)으로부터 트래킹 가이드 검출용 광검출기(22)까지의 거리를 충분히 작은 값으로 할 수 있게 되어 정합이 약간 흐트러지더라도 이것을 허용할 수 있게 된다. 또, 하프프리즘(14)에 정합오차가 발생한 경우, 그 영향이 투과광에 비해 반사광에 크게 나타나게 된다. 제 6 도, 제 7b 도 및 제 8b 도에 나타낸 광학계에 있어서는, 허용오차가 엄격하게 정해져 있는 포커싱검출용 광빔이 투과광으로서 하프프리즘(14)을 통과하여 검출기(20)에 도입되고, 허용오차가 포커싱검출에 비해 비교적 완만하게 정해져 있는 트래킹검출용 광빔이 반사광으로서 하프프리즘(14)에 의해 반사되어 광검출기(22)에 도입되고 있다. 이 점으로부터, 상술한 실시예에 따른 광학계에 의하면, 포커싱 및 트래킹상태를 모두 허용오차내에서 정확히 검출할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 특허청구의 범위의 각 구성요소에 병기한 참조부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본 발명의 기술적 범위를 도면에 도시된 실시예에 한정할 의도로 병기한 것은 아니다.
[발명의 효과]
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 광학계가 컴팩트화됨과 더불어 정확하게 포커싱 및 트래킹 상태를 검출할 수 있는 광헤드를 구비한 광학적 정보처리시스템을 제공할 수 있게 된다.

Claims (18)

  1. 트랙을 갖춘 기록매체상에 광빔을 집속하기 위한 집속수단과, 굴절율을 가지며 상기 기록매체로부터의 광빔을 집속하기 위한 볼록렌즈, 이 볼록렌즈로부터 집속된 광빔을 반사 광빔과 투과 광빔으로 분리하기 위한 분리수단, 상기 반사 광빔과 투과 광빔중 어느 하나에 응답하여 트랙을 추적하기 위해 상기 집속수단을 이 상기 기록매체상에 집속된 광빔을 이동시키도록 하는 수단, 상기 볼록렌즈의 굴절율보다도 작은 굴절율 가지며 상기 반사 광빔과 투과 광빔중 다른 하나에 발산력을 부여하기 위한 오목렌즈 및, 이 오목렌즈로부터의 반사 광빔과 투과 광빔중 다른 하나에 응답하여 상기 집속수단으로부터의 광빔이 상기 기록매체상에 초점이 모아지는 포커싱상태로 상기 집속수단을 유지시키기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유지수단이, 상기 반사 광빔과 투과 광빔중 다른 하나를 제 1 의 광축을 갖는 제 1 의 분리빔과, 상기 제 1 의 광축과 실질적으로 평행한 제 2 의 광축윽 갖는 제 2 의 분리빔으로 분리하는 수단과, 포커싱신호를 발생시키기 위해 상기 제 1 의 분리빔과 제 2 의 분리빔을 검출하는 수단 및, 상기 포커싱신호에 응답하여 그 광축을 따라 상기 집속수단을 이동시키는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 분리수단이, 상기 반사 광빈과 투과 광빔중 다른 하나의 광축에 서로 다른 소정의 각도로 각각 기울어진 제1, 제 2 의 굴절판을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 유지수단이, 상기 반사 광빔과 투과 광빔중 다른 하나에 비점수차를 부여하는 수단과, 포커싱신호를 발생시키기 위해 비점수차를 갖춘 광빔을 검출하는 수단 및, 상기 포커싱신호에 응답하여 그 광축을 따라 상기 집속수단을 이동시키는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 부여수단이 실린드리컬 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 유지수단이, 상기 반사 광빔과 투과 광빔중 다른 하나의 일부를 추출하는 수단과, 포커싱신호를 발생시키기 위해 광빔의 일부를 검출하는 수단 및, 상기 포커싱신호에 응답하여 그 광축을 따라 상기 집속수단을 이동시키는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 추출수단이 나이프에지를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 분리수단이 반쪽의 투과면과 반쪽의 반사면을 갖춘 하프프리즘을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 광빔을 방출하기 위한 광원과, 이 광원으로부터의 광빔을 상기 집속수단에 전달하고, 상기 기록매체로부터의 광빔을 상기 분리수단에 전달하기 위한 수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  10. 트랙을 갖춘 기록매체상에 광빔을 집속하기 위한 집속수단과, 굴절율을 가지며 상기 기록매체로부터의 광빔을 집속하기 위한 볼록렌즈, 이 볼록렌즈로부터 집속된 광빔을 반사 광빔과 투과 광빔으로 분리하기 위한 분리수단, 상기 반사 광빔에 응답하여 트랙을 추적하기 위해 상기 집속수단이 상기 기록매체상에 집속된 광빔을 이동시키도록 하는 수단, 상기 볼록렌즈의 굴절율보다도 작은 굴절율을 가지며 상기 투과 광빔에 발산력을 부여하기 위한 오목렌즈 및, 이 오목렌즈로부터의 투과 광빔에 응답하여 상기 집속수단으로부터의 광빔이 상기 기록매체상에 초점이 모아지는 포커싱상태로 상기 집속수단을 유지시키기 위한 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 유지수단이, 상기 투과 광빔을 제 1 의 광축을 갖는 제 1 의 분리빔과, 상기 제 1 의 광축과 실질적으로 평행한 제 2 의 광축을 갖는 제 2 의 분리빔으로 분리하는 수단과, 포커싱신호를 발생시키기 위해 상기 제 1 의 분리빔과 제 2 의 분리빔을 검출하는 수단 및, 상기 포커싱신호에 응답하여 그 광축을 따라 상기 집속수단이 이동시키는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 분리수단이 상기 투과 광빔의 광축에 서로 다른 소정의 각도로 각각 기울어진 제1, 제 2 의 굴전판을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 유지수단이, 상기 투과 광빈에 비점수차를 부여하는 수단과, 포커싱신호를 발생시키기 위해 비점수차를 갖춘 투과 광빔을 검출하는 수단 및, 상기 포커싱신호에 응답하여 그 광축을 따라 상기 집속수단을 이동시키는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 부여수단이 실린드리컬 렌즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 유지수단이, 상기 투과 광빔의 일부를 추출하는 수단과, 포커싱신호를 발생시키기 위해 투과 광빔의 일부를 검출하는 수단 및, 상기 포커싱신호에 응답하여 그 광축을 따라 상기 집속수단을 이동시키는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 추출수단이 나이프에지를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 분리수단이 반쪽의 투과면과 반쪽의 반사면을 갖춘 하프프리즘을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
  18. 제 11 항에 있어서, 광빔을 방출하기 위한 광원과, 이 광원으로부터의 광빔을 상기 집속수단에 전달하고, 상기 기록매체로부터의 광빔을 상기 분리수단에 전달하기 위한 수단을 더 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학적 정보처리시스템.
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