KR850000421B1 - 초점 검출방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

초점 검출방법

제1도는 종래의 초점 검출방법을 적용한 광학적 판독장치의 구성을 나타내는 선도.

제2도는 본 발명에 의한 초점 검출방법을 실시하고 광학적 판독장치의 요부의 일예의 구성을 나타내는 선도.

제3도는 일계각 근방에서의 투과광강도의 일예를 나타내는 선도.

제4도는 초점오차신호를 독출하는 회로의 일에의 구성을 나타내는 회로도.

제5도는 본 발명에 의한 초점·검출 방법을 실시하는 광학적 판독장치의 다른외의 요부의 구성을 나타내는 선도.

제6도는 본 발명에 의한 초점 검출방법을 실시하는 광학적 판독장치의 요부 구성의 일부 변형예를 나타내는 선도.

제7도, 제8도, 제9도, 제10도, 제11도 및 제12도는 각각 본 발모에 의한 초점 검출방법을 실시하는 광학적 판독장치의 또 다른 예의 요부 또는 그 일부의 구성을 나타내는 선도.

본 발명은 예를 들어, 기록메체상에 나선 또는 동심원상으로 기록된 정보트랙에 대물렌즈를 거쳐 판독광스포트를 집속하여 정보를 판독하는 장치에 있어 대물렌즈의 기록 메체에 대한 초점 어긋남을 검출하는 초점 검출방법에 관한 것이다.

상술한 정보 판독장치는 좀래로 부터 공지이며, 정보트랙을 갖는 기록 메체에는 예를들면, 비데오디스크라 불리우는 것이 있다. 이 비데오디스크에는 정보 트랙에 부호화된 비데오 신호나 음성신호가 광학적 투과특성, 반사특성, 위상특성 등의 광학적 정보로서 기록되어 있다. 비데오디스크에 기록된 정보는 이를 고속으로 회전시키면서 테이저광원으로부터 방사되는 레이저광을 대물렌즈를 거쳐서 정보 트랙상에 집속시켜서 정보트랙에 의하여 변조된 투과광 또는 반사광을 검출하여 판독하고 있다. 이와같은 기록 메체의 특징의 하나는 정보의 기록밀도가 대단히 높으며, 그러므로 각 정보 트랙의 폭이 극히 좁음과 동시에 순차의 정보 트랙간의 간격도 대단히 좁아져 있다. 이와같이 폭도 피치도 좁은 정보 트랙으로 부터 원 정보를 정확하게 판독하기 위하여는 대물렌즈를 비데오디스크면에 대하여 항상 합초 상태가 되도록하여 디스크면 상에서의 광스포트의 직경을 작게할 필요가 있다. 그러므로 이와같은 광학적 판독장치에 있어는 대물렌즈의 디스크에 대한 초점 어긋남을 검출하고, 이 초점 어긋남 신호에 의하여 대물렌즈를 그 광축방향으로 변위시키는 포카싱제어가 행헤지고 있다.

제1도는 종래의 광학적 판독장치에 있어의 초점 검출방법을 설명하기 위한 선도이다. 테이저 광원(l)에서 방사된 광(지면 내에 직선 편광하에 있다)온 코리메이트렌즈(2)에 의하여 평행광으로되며, 편광막을 갖는 편광프티즘 (3),

파장판(4) 및 대물렌즈(5)를 거쳐서 정보 트렉을 포함하는 디스크(6)상에 접속된다. 이 광속은 요철의 피트 형성을 갖는 정보 트랙에 의하여 반사되어 대물렌즈(5) 및

파장판(4)을 거쳐서편 광프리즘(3)에 입사한다.

편광 프리즘(3)에 입사하는 반사광은

파장판(4)의 작용에 의하여 지면에 대하여 수직방향으로 편광되어 있으므로 이광은 편광프리즘(3)에서 반사된다. 이 편광 프리즘(3)에서 반사된 광속을 집광렌즈(7) 및 원통렌즈(8)에 의하여 접속된다.

여기에서 원통렌즈(8)는 일축방향으로만 집속작용을 하므로 접광렌즈(7) 및 원통렌즈(8)에 의한 접속 비임의 형상은 디스크(6)의 위치가 상하로 어긋나면 정보 트렉에 정확하게 접속된 상태(합초위치)를 경계로 하여 직교한 방향으로 변형한다. 종래에는 이 형상변화를 예를 들면, 4분할한 광검출기(도시하지 않음)에 의하여 검출하여 초점오차신호를 얻으며, 이 신호에 의하여 포카싱 제어를 행하고 있다.

그러나, 상술한 종래의 초점 검출방법에 있어는 편광프티즘(3)을 반사한 후에 초점을 연결하기 때문에 긴광로 길이를 필요로 하므로 광학계가 대형이 되는 결점이 있다. 또, 초점 오차신호를 얻는 광검출기는 광축방향과 이와 직교하는 평면내에서의 방향과 2축 방향으로 정확하게 배치할 필요가 있으므로 그 위치 조정이 어려운 결점이 있다. 또한 집광비임의 형상 변화에 의한 오차신호가 얻어지는 영역이 좁기 때문에 합초상태에 너무 멀리 떨어지면 신호가 얻어지지 않는 결점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 결점을 제거하고, 광학기계를 소형으로 구성할 수 있음과 동시에 초점 오차신호를 얻는 광학 검출기의 배치가 용어하고, 항상 정확하게 초점 상태를 검출할 수 있는 초점 검출방법을 제공하고저 함에 있다.

본 발명의 초점 검출방법은 광원으로 부터 사출된 광을 대물렌즈에 의하여 피조사물체상에 집속시켜서 그 반사광의 적어동 일부를 그 반사광속중의 하나의 광선에 대하여 거의 임계 각이 되동록 설정한 반사면을 갖는 광학 부재에 입사시키고, 이 광학부재의 반사면에서 급접된 투과광의 광량분포의 변화를 검출함으로써 전기대물렌즈의 전기피조사물체에 대한 초점 오차신호를 얻음을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 초점 검출방법은 광원으로 부터 사출된 광을 대물렌즈에 의하여 피조사물체상에 집속시켜 그 반사광을 전기대물렌즈가 전기 피조사 물체에 대하여 합초상태에 있을 때에 평행광이 되도록 하고, 이 반사광의 적어도 일부를 그 반사광속의 광측에 대하여 거의 임계각이 되도록 설정한 반사면을 갖는 광학부제에 입사시키고, 이 광학부재의 반사면에서 글절된 투과광의 광량분포의 변화를 검출함으로써 전기 때물렌즈의 전기 피조사 물체에 대한 초점 오차신호를 얻음을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 초점 검출방법은 광원으로 부터 반사된 광을 접속시켜서 피조사물체에 조사하는 대물렌즈와 이 대물렌즈와 전기 광원과의 사이에 배치되어 전기광원으로부터의 광을 그 대물렌즈에 인도함과 동시에, 전기 피조사 물체에서 반사된 그 대물렌즈에 의하여 집광된 반사광을 광 검출기에 인도하는 광분할소자와 전기 대물렌즈와 광검출기와의 사이에서 전기 반사광의 적어도 일부의 광속을 입사하도록 배치하여 전기 반사광의 광축 또는 입사하는 반사광속중의 하나의 광선에 대여 거의 임계각이 되도록 실정한 반사면을 갖는 검출 프리즘을 구비하고, 이 검출 프리즘의 반사면에서 굴절된 투과광의 광량분포의 변화를 전기 광검출기에 의하여 검출하여 전기 대물렌즈의 전기 피조사 물체에 대한 초점 오차신호를 얻도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

다음에 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 의한 초점 검출방법을 실시하는 광학적 판독장치의 일예의 요부의 구성을 나타내는 선도이다. 레이저 광원과 같은 편광을 방사하는 광원(21)로 부터의 광을 코리메이터렌즈(22)에 의하여 평행광속으로 하고, 편광 프리즘(23) 및

파장판(24)을 거쳐서 대물렌즈(25)에 입사시키고, 광스포트를 디스크(26)상에 투사시킨다. 디스크(26)로 부터의 반사광을 대물렌즈(25)에서 집광하고,

파장판(24)을 거쳐서 편광프리즘(23)에 입사시키면, 이 광은 편광 프리즘에서 반사된다.

본 예에서는, 편광 프리즘(23)에서 반사한 광속을 검출프리즘(27)에 입사하고, 그 반사면(27a)에서 굴절되는 투자광을 제1 및 제2의 광검출기(28A) 및 (28B)에서 수광한다. 반사면(27a)은 합초상태에서의 입사광선(평행광속)에 대하여 거의 임계각이 되도록 설정한다. 만약에 임계각에 꼭맞게 설정되면 합초상태에서 는 편광프리즘(23)에서 반사된 전광선은 반사면(27a)에서 전반사되며(실제에는 반사면은 상태가 완전하지 못하므로 도시된 n방향으로 약간의 광이 투과한다). 다스크(26)가 합초상태에서 a방향으로 어긋나면 편광프리즘(23)에서 반사된 광속은 반사면(27a)에 대하여 최외측의 광선을 a_i1-a_i2로 나타내는 경사성분을 갖는 광선속으로 된다.

또 디스크(26)가 합초상태로 부터 b방향으로 어긋나면 반사면(27a)에의 입사광선은 최외축의 광선 b_i1-b_i2로 나타내는 경사 성분을 갖는 광선속으로 한다. 즉, 디스크(26)가 합초상태에서 어긋나면 반사면(27a)에의 입사광선은 광축상의 중심광선(점쇄선)을 제외하고 임계각의 전후에서 연속적으로 변화한다. 따라서, 디스크(26)가 a 및 b방향으로 변위하여 합초상태에서 어긋나면 반사면(27a)에서 굴절되는 투과광의 강도는 제3도에 나타내는 바와같이 임계각 근방에서는 근소한 입사각의 변화에 의하여 급격하계 변화하므로 중심광선을 포함하는 지면에 대하여 수직의 면을 경계로 하여 모암의 상태가 각각 역으로 된다. 이에 대하여, 합초상태에서는 똑같이 전반사되므로, 이와같은 명암은 나타나지 않는다. 광검출기(28A),(28B)는 이와같은 반사면(27a)에서 굴절되는 투과광의 광량분포를 검출하는 것이다. 그리고 , 제3도는 검출 프리즘(27)의 굴절율이 1.50에서 P편광 및 S편광에 있어의 각각의 투과광 강도 T_P및 T_R을 나타낸 것이다. 그리고, 편광되어 있지 않은 광에 대한 투과광 강도는 이들의 중간(T_P+T_R)/2가 된다.

제 2도에 있어, 디스크(26)가 a 방향으로 변위하였을 때는 반사면(27a)에 입사하는 광중 중심광선보다 도면에 있어 하측의 광속은 일번 외측의 입사광선 a_i1을 필두로 하여 모두의 입사광선의 입사각은 임계각보다 작아진다. 따라서, 이 부분에서는 투과광이 존재하여 일본 외측의 투과광선 a_t1에서 n까지를 포함하는 광선속이 투과한다. 이 투과한 광을 광검출기(28A)에서 수광한다. 또, 반사면(27a)에 입사하는 광중 중심광선보다 도면에 있어 상측의 광속은 일번 외측의 입사광선 a_i2을 필두로 하여 모든 입사광선의 입시각은 임계각보다도 커진다. 따라서, 이 부분에서는 투과광이 존재하지 않으며, 입사한 모든 광선이 일번 외측의 반사광선 a_r2로 부터 중심광선 까지를 포함하는 광속에 포함되어 반사한다. 따라서, 이 경우에는 광검출기(28A), (28B)에서의 광량분포는 광검출기(28A)가 밝아지며, 광검출기(28B)에서는 어두운 채로 변화하지 않는다.

이에 대하여, 디스크(26)가 b방향으로 변위한때는 반사면(27a)에의 입사광선의 경사의 관계가 상술한 a방향의 경우와 역으로되며, 따라서 광검출기(28A)는 어두운채로 변화하지 않으며, 광검출기(28B)는 밝아진다 이때의 반사면(27a)에 있어의 반사광 및 투과광을 각각 부호 b_r1, bε₂및 b_t2로 나타낸다. 그리고 합초상태에서는 광검출기(28A), (28B)에의 입사광은 없다. 따라서, 제4도에 나타내는 바와같이 광검출기(28A), (28B)의 출력의 차를 차동증폭기(29)로써 검출함으로써 그 양 및 극성으로 부터의 오차신호를 얻을 수가 있으며, 이 신호에 의하여 대물렌즈(25)를 광축방향으로 이동제어하는 포카성 제어를 행할 수가 있다.

또한, 디스크(26)에 피트로서 기록된 정보 신호를 검출하기 위하여 반사면(27a)에서 반사된 광속을 수광하는 제3의 광검출기(30)를 설정한다. 이 광검출기(30)의 출력은 디스크(26)가 합초 상태에서 어긋났을때에도 존재하지만, 또한 제4도에 나타내는 바와같이, 제1 및 제2의 광검출기(28A), (28B)의 출력도 가산기(31)로써 가산함으로써 포카싱 상태에 영향되지 않는 S/N이 높은 정보 신호를 얻을 수가 있다.

예를 들면, 대물렌즈(25)로서 NA=0.5, f=3mm의 것을 사용하면, 디스크(26)가 1μm변화하였을때의 반사면(27a)에 대한 입사각의 변화는 검출 프리즘(27)의 굴절율을 1.50으로하여 일번 번화량이 큰 광선(일번외측의 광선)에 대하여 0.015°정도가 되며, 광량은 충분히 변화한다. 그리고, 제 2도에서는 검출프리즘(27)의 굴절율을

로 하고 반사광선을 입사광선에 대하여 90°방향으로 바꾸도록 하였으나, 이보다도 큰 굴절율을 갖는 재료를 사용할 수도 있다.

제5도는 본 발명에 의한 초점 검출방법을 실시하는 장치의 다른 예를 나타낸 것이다. 제3도로부터 분명한 바와 같이, 반사면(27a)에서의 투과광의 광량변화는 S편광보다 P편광의 편이 급준하며, 따라서 검출감도는 높다.

제5도에 나타내는 실시예에서는 편광프리즘(23)과 검출프리즘(27)의 사이에 90°회전자(23)를 삽입하고, 편광프리즘(23)으로써 반사되는 S편광을 P편광으로 변환하여 검출 프리즘(27)의 반사면(27a)에 입사되도록 하고 있다. 또한, 분에에서는 제1및 제2의 광검출기(28A) 및 (28B)를 반사면(27a)과 평행으로 배치하고, 이들 광검출기 의 사이에 차광성 마스크(33)를 배치하고 있다. 그리고, 제1 및 제2의 광검출기(28A)및 (28B)를 제6도에 나타내는 바와같이 반사면(27a)에 대하여 근소하게 경사하여 배치할 수도 있다.

제7도 검출프리즘(27)의 반사면(27a)에 P편광을 입사시키도록한 다른 실시예를 나타낸 것이다.

본예에서는 광원(21)에서 방사되는 S편광을 편광프리즘(23)에서 반사시켜서 대물렌즈(25)에 의하여 디스크(26)에 투사하고, 그 반사광을

파장판(24)에서 P편광으로서 편광프리즘(23)을 투과시켜서 검출프리즘(27)에 입사시키도록 한 것이다.

제8도는 본 발명에 따른 초점 검출발법을 실시하는 초점 검출장치의 또 다른 실시외의 일부분을 나타낸 것이다. 본 예에서는 디스크(도시하지 않음)로 부터의 반사광을 편광프리즘(23)에서 반사시켜서 검출프리즘(34)에 입사시키는데 이 검출 프리즘(34)에는 거의 임계각에 설정한 2개의 반사면(34a) 및 (34b를 설정하고 이들의 사이에서 복수회전 반사시키도록 한다. 이 검출 프리즘(34)의 반사면(34a), (34b)에서 굴절된 투과광을 광검출기(35A-35H)에서 수광하고, 반사광을 광검출기(30)에서 수광한다. 광검출기(35A-35D)의 출력의 합과 광검출기(35E-35H)의 출력의 합과의 차를 구함으로써 초점 오차신호를 얻을 수가 있다. 또, 광검출기(30)의 출력으로 부터 정보신호를 얻을 수 있다. 이 때, 광검출기(35A-35H)의 총출력을 광검출기(30)의 출력과 가산하여 정보신호를 얻을 수도 있다.

제9도는 본 발명에 따른 초점 검출방법을 실시하는 초점 검출장치의 또다른 실시예를 나타낸 것이다. 본예는 편광 프리즘(23)과 검출 프리즘(27)과의 위치관계를 역으로 한 것이다. 즉, 광원(21)으로부터 광을 코티메이터렌즈(22)에 의하여 평행으로 하여 편광프리즘(23)에 입사시켜서 편광프리즘(23)에서 반사된 광을 검출프리즘(27)의 반사면(27a)에서 전반사 시키고,

파장판(24) 및 대물렌즈(25)를 거쳐서 디스크(26)상에 투사한다. 디스크(26)에서 반사된 광을 대물렌즈(25)에서 집광하고,

파장판(24)을 거쳐서 검출프리즘(27)에 입사시키고, 그 반사면(27)에서 굴절되는 투과광의 광량부포의 변화를 제1 및 제2의 광검출기(28A) 및 (28B)에 의하여 수광하여 초점 오차신호를 얻도록 한다.

한편, 반사면(27a)에서 반사된 광속은 편광프리즘(23)을 투과하고, 제3의 광검출기(30)에 입사한다. 이 제3광검출기(30)의 출력으로 부터 정보신호를 얻을 수가 있다.

제10도는 본 발명에 따른 초점 검출발법을 실시하는 초점 검출장치의 또다른 예를 나타낸 것으로, 본 예에서는 편광을 이용하지 않는 것으로, 광원(21)에서의 광을 하후밀러(36)를 거쳐서 코리메이터렌즈(22)에 입사시켜서 평행광속으로 하고, 이를 검출 프리즘(27)의 반사면(27a)에서 반사시켜서, 대물렌즈(25)에 의하여 디스크(26)상에 투사한다. 디스크(26)의 반사광을 대물렌즐(25)에 의하여 집광하고, 검출 프리즘(27)의 반사면(27a)에 입사시키고, 이 반사면에서 굴절되는 투과광을 제1및 제2의 광검출기(28A) 및 (28B)에서 수광하여 초점 오차신호를 얻을 수가 있다.

이들 제1 및 제2의 광검출기의 사이에는 차광성 마스크(37)를 배치한다. 반사면(27a)에서 반사된 광속 중 하후밀러(36)에서 반사되는 광을 제3의 광검출기(30)에서 수광하여 정보신호를 얻을 수가 있다.

제11도는 제10도의 변형에를 나타낸 것으로, 본 예에서는 제8도에 나타낸 복수회전 반사를 행하는 장척의 검출 프리즘(34)을 사용한다. 또한, 본 예에서는 광원(21)을 반도체 레이저로써 구성하며, 검출 프리즘(34)에서 반사된 광을 반도체 레이저 광원(21)에 되돌리도록 한다.

이와같이 구성하면 반도체 레이저의 자기 결합 효과에 의하여 그 단자 전압은 입사광량의 강도에 대응하여 변화하게 되므로 이 단자전압의 변화를 신호처리 회로(38)에서 처리함으로써 정보신호를 얻을 수가 있다.

본 발명은 상술한 예에 한정되는 것은 아니며, 여러가지의 변형, 변경이 가능하다. 예를들면, 상술한 예에 있어, 편광프리즘(23)과 검출프리즘(27)을 사용할 때에 이들을 일체프리즘으로 하여 구성할 수도 있다.

또, 상술한 실시예에서는 합초시에 반사면에 입사하는 광은 평행광속이 되는 경우에 대하여 설명하였지만 합초시 회전 디스크로 부터 반사되어 대물렌즈(25)와 광분할 소자(23)를 통하여 나온 광속이 집속광 또는 발산광이 되는 경우에도 본 발명을 적용할 수가 있다. 또 이와같은 경우에 상술의 실시에의 광분할 소자(23)와 검출 프리즘(27)의 사이에 발산광의 때에는 제12a도에 나타내는 바와같이, 철렌즈(39)를 집속광의 때에 는 제12b도에 나타내는 바와같이 철렌즈(40)를 개재시켜서 발산광, 집속광을 평행광으로 하고, 전기한 실시예와 같이 평행광을 검출 프리즘(27)에 입사시켜서 검출프리즘(27)의 반사면(27a)을 거의 임계각으로 설정하고, 전술한 실시예와 같이, 이 반사면에서 굴절되는 투과광의 광량 분포의 변화를 검출하는 광검출기(28A), (28B)를 배치하여 같은 방법에 의하여 합초 검출할 수가 있다. 또한 상술한 실시예에서는 검출 프리즘(27)의 일측면을 반사면(27a)으로 하는 예에 대하여 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 임계각으로 설정할 수 있는 광학부재이면 무엇이든지 무방하며, 예를들면 유리판으로써 구성할 수도 있다. 또한, 본 발명은 상술한 비데오디스크에 있어 광학적 판독장치 이외에 여러가지의 광학기기의 초점 검출에 적용할 수가 있다.

또, 제6도에 나타내는 실시예에서는 90°회전자(32)를 설정하였으나, 이를 생략하고 검출프리즘(27)을 광축의 주위에 90°회전시킴으로써도 같은 효과를 얻을 수가 있다. 또한, 제11도에 나타나는 예에 있어, 검출프리즘(34) 대신에 1회 반사의 검출 프리즘을 사용할 수도 있으며, 제10도에 나타내는 예에 있어 광분할 소자(36)를 편광프리즘으로 하고, 이와 디스크(26)와의 사이의 광로 내에

파장판을 배치할 수도 있다.

Claims (1)

1. 광원으로부터 사출된 광을 대물렌즈에 의하여 피조사 물체상에 집속시키는 초점 검출 방법에 있어서, 그 반사광외 적어도 일부를 그 반사 광속중의 하나의 광선에 대하여 거의 임계각이 되도록 설정한 반사면을 갖는 광학부재에 입사시켜 이 광학 부재의 반사면에서 굴절된 투과광의 광량분포의 변화를 검출함으로써 상기 대물렌즈의 상기 피조사물체에 대하여 초점 오차 신호를 얻음을 특징으로 하는 초점 검출 방법.

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