KR920001112B1

KR920001112B1 - 포커스 오차 검출 장치

Info

Publication number: KR920001112B1
Application number: KR1019840002844A
Authority: KR
Inventors: 기요시 오오사또; 시게오 구보따
Original assignee: 소니 가부시끼가이샤; 오오가 노리오
Priority date: 1983-05-31
Filing date: 1984-05-24
Publication date: 1992-02-01
Also published as: EP0127448B1; CA1248796A; EP0127448A1; JPS59221835A; KR850000078A; ATE30799T1; US4631397A; DE3467447D1

Abstract

내용 없음.

Description

포커스 오차 검출 장치

제1도는 종래의 포커스 오차 검출 장치의 구성을 간략하게 도시하는 배치도.

제2도는 제1도에 사용되는 프리즘의 사시도.

제3도는 각각의 포커스 상태에 있어서의 동작 설명도.

제4도는 종래와 다른 포커스 오차 검출 장치의 일예의 구성을 간략하게 도시하는 배치도.

제5도는 제4도에 사용하는 렌즈의 측면도 및 정면도.

제6도는 제4도에 사용하는 광검출기의 구성도.

제7도는 각각의 포커스 상태에 있어서의 동작 설명도.

제8도는 제4도의 장치의 설명을 위한 특성 곡선도.

제9도는 종래의 또다른 포커스 오차 검출 장치의 반원주 렌즈를 도시하는 사시도.

제10도는 빔스포트를 도시하는 사시도.

제11도는 제9도의 반원주 렌즈의 입사 광선의 체적을 도시하는 선도.

제12도 내지 제14도는 각각 빔스포트를 도시하는 선도.

제15도는 전에 제안한 포커스 오차 검출 장치의 일예를 간략하게 도시하는 배치도.

제16도는 제15도의 장치에 사용하는 복합 렌즈를 도시하는 평면도.

제17도는 제15도의 장치의 광검출기를 도시하는 평면도.

제18도는 제15도의 장치의 복합 렌즈 및 광검출기의 배치 관계를 도시하는 배치도.

제19도 및 제20도는 각각 제15도의 장치의 설명을 위한 특성 곡선도.

제21도는 전에 제안한 포커스 오차 검출 장치의 다른 예를 간략하게 도시한 배치도.

제22도는 제21도의 장치에 사용하는 복합 렌즈를 도시하는 평면도.

제23도는 제15도의 장치의 광검출기를 도시하는 평면도.

제24도는 제21도의 장치의 복합 렌즈 및 광검출기의 배치 관계를 도시하는 배치도.

제25도 내지 제28도는 각각 전에 제안한 포커스 오차 검출 장치에 사용되는 복합 렌즈의 예를 도시하는 단면도.

제29도 내지 제31도는 각각 전에 제안한 포커스 오차 검출 장치에 사용되는 복합 렌즈의 예를 도시하는 평면도.

제32도 및 제33도는 전에 제안한 포커스 오차 검출 장치에 사용되는 광검출기의 예를 도시한 평면도.

제34도는 먼저 제안한 포커스 오차 검출 장치에 사용되는 렌즈의 기능의 설명을 위한 광학계를 도시하는 선도.

제35도 및 제36도는 본 발명에 의한 포커스 오차 검출 장치에 사용하는 복합 렌즈의 일예를 도시하는 각각 평면도 및 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 레이저 광원 2 : 편광 빔 스필리터

3 : 콜리메이터 렌즈 4 : 1/4파장판

5 : 대물렌즈 6 : 디스크의 기록면

8 : 광검출기 8A 내지 8D : 광검출 소자

30 : 복합렌즈

본 발명은 광학식 디스크 재생장치, 자동 촛점식 카메라(촬상 장치)등에 적용하기에 적합한 포커스 오차 검출 장치에 관한 것이다.

광학식 디스크 재생장치에 있어서의 포커스 오차 검출 장치로서는, 종래 여러가지의 방식의 것이 제안되어 있지만, 그중에서도, 포커스 오차 검출하기 위한 광학계가 간략하게 되는 것으로서, 제1도에 도시하는 바와 같이, 프코 프리즘과 4개의 광검출 소자를 한방향으로 정열시킨 광검출기를 조합시킨 것이 있다.

즉, 레이저광원(예를 들면 반도체 레이저 광원을 사용함)(1)으로부터의 레이저광을, 편광 빔스플리터(2), 콜리메이터렌즈(3), 1/4파장판(4) 및 대물렌즈(5)를 순차적으로 통하여, 디스크의 기록면(6)에 입사시킨다. 디스크의 기록면(6)에는, 예를들면 오디오, 비디오등의 정보가 적당히 변조되어서, 나선상의 기록 트랙에, 피트의 형성에 의하여 광학적으로 독출할 수 있도록, 기록되고 있다. 그리고, 기록면(6)에서 반사된 레이저 광을, 대물렌즈(5), 1/4파장판(4), 콜리메이터렌즈(3), 편광 빔스플리터(2) 그리고 기록면(6)에서 반사된 레이저 광을, 대물렌즈(5), 1/4파장판(4), 콜리메이터렌즈(3), 편광 빔스플리터(2) 및 프리즘(7)을 순차적으로 통하여, 광검출기(8)에 입사시킨다.

여기서, 프리즘(7)은, 제2도에 도시하는 바와 같이, 둔각을 이루는 2개의 구형의 면(7a) 및 (7b)으로부터 이루는 굴절면을 갖는 것이고, 그 굴절면(7a) 및 (7b)를 광의 출사측으로하고, 그 능선(7c)이 광축(L)을 수직으로 가로 지르도록 배치한다. 또, 광검출기(8)는, 제3도에 도시하는 바와 같이, 광축에 수직인 평면내에 광검출면이 배치된 4개의 광검출 소자(8A, 8B, 8C) 및 (8D)를 광축(L)과 능선(7c)의 쌍방에 수직인 X방향으로 일렬로 정렬시킨 것이고, 광축(L)의 방향의 적정한 위치에 또한 X방향에 적정한 위치에 배치된다. 그리고, 바깥측의 소자(8A) 및 (8D)의 광검출 신호 S_A및 S_D의 합계의 신호 S_A+S_D와, 안쪽의 소자(8B) 및 (8C)의 광검출 신호 S_B및 S_C의 합계 신호 S_D+S_C와의 차 신호(S_A+S_D)-(S_B및 S_C)를 포커스 오차 신호로서 뽑아낸다.

대물렌즈(5)는, 제일 코어(9)에 흐르는 전류에 의하여 광축 방향에 대해 움직이게 되어 있고, 이 포커스 오차 신호를 포커스 제어 신호로서 제어 코일(9)에 공급한다.

이러한 종래의 장치로 디스크의 기록면(6)의 대물렌즈(5)에 대하여 적정한 위치에 있어서 저스트포커스로 될 경우에는, 제3b도에 도시하는 바와 같이, 광검출기(8)상의 스포트 S는 소자(8A) 및 (8B)의 사이의 분리대와, 소자(8C) 및 (8D)의 사이의 분리대에 각각 점선으로 나타난다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 포커스 오차 신호는 영으로 되고, 대물렌즈(5)는 그대로의 위치를 지지한다.

디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 가까워진 위치에 있어서 언더포커스로 되는 경우에는, 제3a도에 도시하는 바같이, 광검출기(8)상의 스포트 S는, 안쪽의 소자(8B) 및 (8C)에 대해 각각 반원상 나타난다. 따라서, 이 경우에는 포커스 오차 신호는 부로 되고, 대물렌즈(5)가 기록면(6)으로부터 멀리하게 되는 방향으로 움직이게 된다.

디스크의 기록면(6)이 역으로 대물렌즈(5)로부터 떨어진 위치에 있어서 오버포커스로 되는 경우에는, 제3c도에 도시하는 바같이, 광검출기(8)상이 스포트 S는, 바깥측의 소자(8A) 및 (8B)에 각각 반원상으로 나타난다. 따라서, 이 경우에는, 포커스 오차 신호는 정으로 되고, 대물렌즈(5)가 기록면(6)에 가깝게 되는 방향으로 움직이게 된다.

이와 같이 하여, 프리즘(7)과 4개의 괌검출 소자(8A) 내지 (8D)를 일방향으로 정열시킨 광검출기(8)에 의하여 포커스 오차, 즉, 디스크의 대물렌즈(5)에 대한 거리가 검출되고, 이 오차 신호가 포커스 제어 신호로서 제어 코일(9)에 공급됨에 의하여, 늘 저스트 포커스로 되게끔, 즉 늘 대물렌즈(5)가 디스크에 대하여 일정이 거리로 되도록, 자동적으로 제어된다.

그러나, 이 종래의 장치는, 각기의 포커스 상태에 있어서의 광검출기(8)상의 스포트 S가 상기의 제3a도 내지 제3c도에 도시되도록, 광검출기(8)를 광축(L)의 방향의 정확한 위치에서, 또한 X방향에 대해 정확한 위치에 배치하지 않으면 아니되고, 광검출기(8)의 위치 조정에 엄격한 정밀도가 요구되는 결점이 있다. 또, 프리즘(7)의 정각인 곳에서는 광의 손실이 있지만, 정각이 능선(7C)을 형성하고 있기 때문에, 그 손실이 크고, 이것을 작게 하기 위하여 정각의 완성 정밀도를 높일 필요가 있는 결정도 있다.

다음에, 이상의 점을 개량한 종래의 포커스 오차 검출 장치에 대하여 설명하기로 한다.

제4도는, 이 장치의 일에로서, 상기의 프리즘(7) 대신에, 원추의 굴절면을 가지는 렌즈를 사용한 것이다. 즉, 편광 빔 스플리터(2)로부터 광검출기(에를들면 PIN포트 다이오드를 사용함)(18)에 이르는 광로상에, 원추의 굴절면(17a)을 가지는 렌즈(17)를, 굴절면(17a)이 광의 출사측으로 되게 하여, 배치한다. 이경우, 제5도에 도시하는 바같이, 렌즈(17)의 중심 O₁이 광축(L)상에 위치하도록 한다. 더우기, 제6도에 도시하는 바와 같이, 광검출기(18)를, 동심원상의 2개의 광검출 소자(18A) 및 (18B)로 구성하여, 그 동심원의 중심 O₂가 광축(L)상에 위치하도록 배치한다. 이 경우, 제7도에 도시하는 바와 같이, 렌즈(17)의 저각을 θ, 광검출기(18)이 소자(18A) 및 (18B)의 사이의 불감대(분리대)(18C)의 비경을 d로 한다면, 광축(L)이 매우 가까운 곳에서 렌즈(17)를 통과한 광이 소자(18A) 및 (18B)의 사이의 불감대(18)상에 도달하도록, 렌즈(17)와 광검출기(18)의 거리를 ℓ로 하면, ℓ=dcotβ로 선정한다. 단β는 sin(β+θ)=nsinθ로 주어지는 각도, n는 렌즈(17)를 구성하는 유리의 굴절율이다. 그리고, 소자(18A) 및 (18B)의 광검출 신호 S_A및 S_B의 차의 신호 S_A-S_B를 포커스 오차 신호로서 뽑아내고, 이 오차 신호를 포커스 제어 신호로서 제어 코일(9)에 공급한다.

이 장치로, 디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 대하여 적정한 위치에 있어서 저스트 포커스로 되는 경우에는, 제7b도에 도시하는 바같이, 광검출기(18)상의 스포트 S는 소자(18A) 및 (18B)의 사이의 불감대(18C)에 환상으로 나타난다. 따라서, 이 경우에는, 포커스 오차 신호는 영으로 되고, 대물렌즈(5)는 그대로의 위치를 지지한다.

디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 가까이 한 위치에 있어서 언더포커스로 되는 경우에는, 제7a도에 도시하는 바같이, 광검출기(18)상의 스포트 S는, 안쪽의 소자(18B)에 환상으로 나타난다. 따라서, 이 경우에는, 포커스 오차 신호는 부호되고, 대물렌즈(5)가 기록면(6)으로부터 멀리하게 하는 방향으로 움직이게 된다.

디스크의 기록면(6)이 역으로 대물렌즈(5)로부터 떨어진 위치에 있어서 오버포커스로 되는 경우에는, 제7c도에 도시하는 바와 같이, 광검출기(18)상의 스포트 S는 바깥쪽의 소자(18A)에 환상으로 나타난다. 따라서, 이 경우에는, 포커스 오차 신호는 정으로 되고, 대물렌즈(5)가 기록면(6)에 가까이 하게 하는 방향으로 움직이게 된다.

이와 같이 하여, 원추의 굴절면(17a)을 가지는 렌즈(17)와 동심원상의 2개의 광검출 소자 (18A) 및 (18B)로부터 이루는 광검출기(18)에 의하여, 포커스 상태, 즉, 디스크의 대물렌즈(5)에 대한 거리가 검출되고, 이 오차 신호가 제어신호로서 제어 코일(9)에 공급됨으로써, 늘 포커스로 되도록, 즉 늘 대물렌즈(5)가 디스크에 대하여 일정의 거리로 되게끔, 자동적으로 제어된다.

그와 같은 제4도의 장치에 의하면, 원추의 굴절면(17a)을 가지는 렌즈(17)을 사용하여, 이것에 동심원상의 2개의 광검출 소자 (18A) 및 (18B)로부터 이루는 광검출기(18)를 조합시키는 것이기 때문에, 광검출기(18)의 엘리먼트가 간단하게 된다.

즉, 제1도의 장치에서는, 2개의 구형의 면(7a) 및 (7b)로부터 이루는 굴절면을 가지는 프리즘(7)을 사용하고, 이것에 4개의 광검출 소자 (18A) 및 (18D)를 일 방향에 정열시킨 광검출기(8)를 조합시키는 것이기 때문에, 제3a도 또는 제3c도의 경우에 있어서, 안쪽의 스위치(8B) 및 (8C) 또는 바깥쪽의 소자(8A) 및 (8D)에 각각 원상으로 나타나야할 스포트의 소자(8A) 및 (8D)의 사이의 불감대(분리대)의 부근의 부분은, 프리즘(7)의 중심 부근을 통과한 약한 광뿐만 아니라 중심으로부터 떨어진 곳을 통과한 강한 광도로 집속되기 때문에, 비교적 광량이 많아진다. 그 때문에, 광검출기(8)의 광축방향이나 X방향의 위치가 빗나가고 있고, 제3a도 또는 (c)도의 경우에 있어서, 스포트가 바깥쪽의 소자(8A) 및 (8D)또는 안쪽의 소자(8B) 및 (8C)에 걸치게 되면, 포커스 오차 신호가 위치가 정확할때에 비교하여 크게 변화하고, 잘못된 검출이 될 염려가 있다. 그 때문에, 광검출기(8)의 광축방향 X방향의 위치 조정에 엄격한 정밀도가 요구된다.

이것에 대하여, 제4도의 장치에서는, 원추의 굴절면(17a)을 가지는 렌즈(17)를 사용하고, 이것에 동심원상의 2개의 광검출 소자 (18A) 및 (18B)로부터 이루는 광검출기(8)를 조합하는 것이기 때문에, 제7a도 또는 제7c도의 경우에 있어서, 안쪽의 소자(18B) 또는 바깥쪽의 소자(18A)에 각각 환상으로 나타나야할 스포트의 소자(18A) 및 (18D)의 사이의 불감대(18C)의 부근은, 렌즈(17)의 중심 부근을 통과한 약한 광만이 오기 때문에, 광량이 적게되고, 한편, 불감대(18C)로부터 멀리 떨어져 있는 부분은, 렌즈(17)의 중심으로부터 떨어진 곳을 통과한 강한 광만이 오기 때문에 광량이 많아진다. 즉, 스포트의 광량은, 제7a도의 경우에는 불감대(18C)에 가까운 바깥쪽만큼 적고 안쪽으로 감에 따라 많아지고, 제7c도의 경우에는 불감대(18C)에 가까운 안쪽만큼 적고 바깥쪽으로 감에 따라 많아진다. 따라서, 광검출기(18)의 광축 방향이나 XY방향의 위차가 다소 엇갈리고 있고, 제7a도 또는 제7c도의 경우에 있어서, 스포트가 바깥쪽의 소자(18A) 또는 안쪽의 소자(18B)에 다소 걸치게 되어도, 포커스 오차 신호는 위치가 정확할때에 비교하여 거의 변화하지 않고, 잘못된 검출이 될 염려가 없다. 따라서, 광검출기(18)의 광축 방향 및 XY방향의 위치조정은 그렇게까지 엄밀할 필요가 없다.

더우기, 제4도의 장치에 의하면, 상기와 같이 스포트의 광량이 분리대에 가까운쪽일수록 적고 불감대로 부터 멀리감에 따라서 많아지며, 그리고 포커스 상태가 저스트 포커스로부터 빗나갈수록 스포트가 분리대로부터 멀리하는 방향으로 넓혀가기 때문에 검출의 감도가 현저히 높게되는 효과가 있다.

또, 렌즈(17)의 정부의 곳에서는 광의 손실이 있지만, 정부가 종래의 프리즘과 같이 능선이 아니고 점이기 때문에, 그 손실이 적고, 따라서 손실을 작게하기 위하여 정각의 마무리 정밀도를 높일 필요도 없다.

그러나, 제4도의 장치에는 다음과 같은 결점이 있다. 즉, 광검출기(18)의 광검출면상의 스포트 S의 중심부와 외주부의 광량의 차로부터 포커스 오차 신호를 얻고 있기 때문에, 이 포커스 오차 신호에는 디스크의 피드의 회절에 의거한 고주파 신호가 새어들가는 것이 있고, 더우기 스포트 S의 중심부와 외주부로서 피드의 공간 주파수에 대한 광역 변조도의 특성이 상이하기 때문에, 이 점에서 제4도의 장치에 의하여 얻어지는 포커스 오차 신호의 정밀도는 그다지 높지 않다.

다시, 이 제4도의 장치에서는, 광검출기(18)상의 스포트 S의 반경의 변화를 면적이 변화로서 검출하고 있기 때문에, 제8도에 도시하는 바와 같이, 디 포커스량 대 포커스 오차 신호의 특성은 저스트 포커스 부근에서 스포트 S의 반경의 2승에 반비례하고, 리니얼리티가 나쁘다.

이상의 제4도의 장치의 결점은, 제1도의 장치에 대해서도 똑같음을 말할 수 있다.

또, 종래, 광검출기의 광검출면을 원형으로 함과 동시에, 이 광검출기를 4등분하여 4상한의 광검출 소자로 분할하고, 광검출기의 전면측에 반원주 렌즈를 배치하고, 제1 및 제3상한의 광검출 소자의 광검출 신호의 합계와, 제2 및 제4상한의 광검출 소자의 광검출 신호의 합계와의 차에 의하여 포커스 오차 신호를 얻도록 한 포커스 오차 검출 장치가 제안되어 있다. 이하, 이것에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

제9도는 반원주 렌즈(21)를 도시하고, 22는 그 반원주면, 23은 구형의 평면이다. 평면(23)상에 있어서 그 중심을 원점 0으로 하고, 반원주면(22)의 모선에 평행인 X축, 직각인 Y축 및 평면(23)에 수직인 Z축으로 부터 이루는 직교 좌표를 설치한다. 또, 축상에 있어서, 렌즈(21)의 반원주면(22)측에서 원점 0으로부터 소정거리의 점을 원점 0'으로 하고, Z축과 직각인 평면내에 X축, Y축의 각정측과 45°의 각도를 이루는 X축 및 이것과 직각인 Y축으로 이루는 직각 좌표를 설치한다. 그리고, 이 x, y면내에 광검출기의 원형의 검출면이 일치하도록 하고, 이 x, y축에서 검출면을 4등분하여 광검출기를 4상한의 광검출 소자로 분할한다.

그리고, 렌즈(21)의 평면(22)측에, 제19도에 도시하는 바와 같이 광축이 Z축과 일치하고, 평면(22)상의 스포트(24)가 원형(제10도는 사시도임)으로 되는 접속빔을 입사시킨다. 원형의 스포트(24)에 대하여 X축, Y축과 45。의 각도를 이루는 반경상의 축 a 내지 d를 제1내지 제4상한 I-IV에 가설치한다.

그런데, 상기와 같이 집속빔이 렌즈(21)의 평면(23)에 입사한 경우의 렌즈(21)의 XOZ 단면 및 YOZ 단면에 있어서의 광선(26), (27)의 궤적에 대하여, 제11도를 참조하여 설명한다. 렌즈(21)의 YOZ 단면에 입사하는 광선(26)은, YOZ 단면이 두께 일정하기에 , 그 출사광은 입사광과 평행하게 진행되고, Z축상의 점 P를 통과한다. 렌즈(21)상의 XOZ 단면에 입사하는 광선(25)은, XOZ 단면이 凸 렌즈를 구성하고 있기 때문에, Z축측에 굴절하고, Z축상의 점 P의 앞에의 점 P'를 통과한다.

그런데, 제11도에 있어서, 점, P, P'의 중간의 점 O'(제9도 참조)에 광검출기의 검출면(25)이 위치하고, 검출면(25)상의 조사 빔스포트(24)는 제13도에 도시하는 바 같이 원형으로 되었을때 대물렌즈로부터의 집속빔이 광학식 디스크의 기록면에 촛점을 맺는 것으로 한다. 그렇게 하면, 대물렌즈로부터의 집속빔의 촛점이 광학식 디스크의 눈앞에인가 맞은편에 맺어진 것이라고 하는 것은, 광검출기의 검출면(25)의 위치가 점 O'으로부터 앞에서의 점 α가 맞은 편의 점 β에 엇갈리는 것과 등가하게 되고, 각각 광검출기의 검출면(25)의 스포트(24)는, 제12도 및 제14도에 도시하는 바같이 타원으로 된다. 즉, 이 타원 스포트(24')는 제12도의 경우는 제1 및 제3상한, I, II에 있어서 X축에 대해 45°의 방향에 장경을 가지고, 제14도의 경우는 제2 및 제4상한 II, IV에 있어서 X축에 대해 45°의 방향에 장경을 가진다. 제12도 내지 제14도에 있어서, 축 a' 내지 d'는 각각 제10도의 축 a 내지 d에 대응한다.

그래서, 광검출기의 검출면(25)이 스포트(24')로부터 큰것으로 하면, 4상한의 광검출 소자중, 제1 및 제3상한, I, III의 광검출 소자의 광검출 신호의 합계와의 차에 의하여 대물렌즈의 신호의 합계와, 제2 및 제4상한 II, IV의 광검출 소자의 광검출 신호의 합계와의 차에 의하여, 대물렌즈의 광학식 디스크에 대한 집속 상태가 검출된다. 따라서 상기 차가 영으로 되도록 대물렌즈를 그 광축상에 이동시킴으로써, 포커스 서보가 가능케 된다.

그러나, 그러한 반원주 렌즈(21) 및 4분할 광검출기를 조합시킨 포커스 오차 신호 검출장치에서는, 광검출기의 광검출면(25)상의 스포트(24')의 위치가 제12도 내지 제14도의 상태로부터 X' 또는 Y'방향에 빗나간 경우는, 포커스 오차 신호의 정밀도는 그 엇갈림에 응하여 저하해버린다.

그래서, 본 출원인은 먼저, 정밀도가 높고, 또한 리니얼리티가 좋은 포커스 오차 신호를 얻을 수 있는 포커스 오차 신호 검출 장치를 제안하였다.

아래에 제15도를 참조하여, 그와 같은 포커스 오차 검출 장치를 광학식 디스크 재생장치에 적용한 일예를 설명한다. 레이저 광원(예를들면 반도체, 레이저 광원을 사용함)(1)로부터의 레이저 광을, 콜리메이터(3), 편광 빔스플리터(2), 1/4파장판(4) 및 대물렌즈(5)를 순차적으로 통하여, 디스크의 기록면(6)에 입사시킨다. 디스크의 기록면(6)에는, 예를들면 오디오, 비디오 정보가 적당히 변조되어서, 나선상의 기록 트랙에, 피드의 형성에 의하여 광학적으로 독출할 수 있게끔, 기록되고 있다. 그리고, 기록면(6)에서 반사된 레이저 광을, 대물렌즈(5), 1/4파장판(4), 편과 빔스플리터(2) 및 복합렌즈(30)를 순차적 통하여, 광검출기(8)에 입사시킨다.

이 복합렌즈(30)는, 제16도 및 제18도에 도시하는 바 같이, 복합렌즈(30)에 대한 입사광의 광축 O을 포함한 계평면 T로서, 2분된 한쌍의 예를들면 렌즈영역(30a, 30b)로부터 이루어진다. 이 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)서로 상이한 후측 촛점거리 f₁, f₂를 가짐과 동시에, 한짱의 렌즈영역(30a, 30b)의 광축 O₁, O₂는 소정거리를 이간시킨다. 제16도에서는, 복합렌즈(30)를 그 입사광의 광축 O과 직각인 x, y 평면상에 배치하고, 그 계평면 T를 x축과 일치시킨다. 여기서는 각 렌즈영역(30a, 30b)의 광축 O₁, O₂가 y축상에 계평면 T를 끼고 그 양측에 각각 거리 y, y₂를 놓고 위치하고 있다. 이 복합렌즈(30)는, 유리, 플라스틱등의 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)을 따로 만들어 그것들을 붙여 맞추어도 좋고, 혹은 플라스틱등에 의해 일체로 성형하여 만들어도 좋다. 그리고, 도면에 있어서의 렌즈(30)의 윤곽은, 설명의 편리상 원형으로 그려져 있지 않지만, 원형으로 하는 것이 실제적이다. 아래의 다른 예에 있어서도 똑같다.

다시, 제18도에 도시하는 바같이, 복합렌즈(30)에 대한 입사광이 포커스 상태에 있을 때, 즉 여기에서는 평행광일때 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)으로부터의 각축 사광의 각 접속점 p₁, p₂(각각 계평면 T를 연장한 평면 T의 양측의 각 광축 O₁, O₂상에 위치한다)의 입사광의 광축 O상에 있어서의 중간위치에 그 광검출면(8')이 위치하도록 광검출기(8)를 배치한다. 그리고, 이 광검출기(8)는, 제17도에 도시하는 바 같이, 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)중의 제1의 렌즈영역(30a)의 계평면에 대한 바깥측 및 안측을 각각 통과하는 각출사광을 수광하는 제1내지 제2의 광검출소자(8B, 8A)와, 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)중의 제2의 렌즈영역(30b)의 계평면 T에 대한 바깥측 및 안측을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제3 및 제4의 광검출 소자(8D, 8C)로부터 구성되어 있다. 여기에서는 제1 및 제4의 광검출 소자는 구형이고, (8A) 내지(8D)의 손으로 일방향(예를들면 디스크의 기록면의 트랙방향)에 배치되어 있다. 이 경우, 광 검출소자(8B, 8C)는 일체라도 좋다.

그리고, 제1 및 제4의 광검출 소자(8B, 8C)로부터의 제1 및 4의 광검출 소자 S_B, S_C의 합계 신호 S_B+S_C와 제2 및 제3의 광검출소자(8A, 8D)로부터의 제2 및 제3의 광검출 신호S_A, S_D의 합계 S_A+S_D와의 차(S_B+S_C)-(S_A+S_P)로부터 포커스 오차 신호(제20도 참조)를 얻게끔 하고 있다. 그리고, 이 포커스 오차 신호가 포커스 제어 신호로서 제어코일(9)에 공급된다.

다음에, 제15도의 예의 동작을 제17도를 참조하여 설명한다. 디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 대하여 적정한 위치에 있어서 저스트 포커스로 되는 경우에는, 복합렌즈(30)에는 평행광이 입사하고, 제17b도에 도시하는 바와같이, 광검출기(8)상의 스포트 S₁, S₂는, 소자(8A) 및 (8B)상과, 소자(8C) 및 (8D)상에 각각 같은 크기로, 같은 방향의 반원상으로 나타난다. 따라서, 이 경우에는, 포커스 오차 신호는 영으로 되고, 대물렌즈(5)는 그대로의 위치를 지지한다.

디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 가까이 한 위치에 있어서 언더포커스로 되는 경우에는, 복합렌즈(30)에의 입사광은 평행광으로부터 약간 벗어나고, 제17a도에 도시하는 바같이, 광검출기(8)상의 스포트 S₁, S₂는 소자(8A) 및 (8B)상에 작은 반원상으로, 소자(8C) 및 (8D)상에 같은 방향으로 큰 반원상으로 나타난다. 따라서, 이 경우에는, 포커스 오차 신호는 부로되고, 대물렌즈(5)가 기록면(6)으로부터 멀리하게 하는 방향으로 움직이게 된다.

디스크의 기록면(6)이 역으로 대물렌즈(5)로부터 떨어진 위치에 있어서 오버포커스로 되는 경우에는, 복합렌즈(30)에의 입사광은 평행광으로부터 역방향으로 약간 빠져서, 제17c도에 도시하는 바와 같이, 광검출기(8)상의 스포트 S₁, S₂는 소자(8A) 및 (8B)상에 큰 반원상으로 나타난다. 따라서, 이 경우에는, 포커스 오차 신호는 정이되고, 대물렌즈(5)가 기록면(6)에 가까이하게 하는 방향으로 움직이게 된다.

이와 같이 하여, 복합렌즈(30)와 4개의 광검출 소자 (8A) 내지 (8D)를 한방향으로 정열시킨 광검출기(8)에 의하여, 포커스 오차, 즉, 디스크의 대물렌즈(5)에 대한 거리가 검출되고, 이 오차 신호가 제어신호로서 제어코일(9)에 공급됨으로써, 늘 저스트 포커스로 되도록, 즉 늘 대물렌즈(5)가 디스크에 대하여 일정의 거리로 되게끔, 자동적으로 제어된다.

다음에, 이 종류의 광학식 디스크 재생장치의 다른 예를 제21도를 참조하여 설명한다. 여기에서는 복합렌즈(30)를 한쌍의 凹 렌즈영역(30a, 30b)에서 구성한 경우를 도시하고, 레이저 광원(예를들면 반도체 레이저 광원을 사용함)(1)로부터의 레이저 광을, 편광 빔 스플리터(2) 콜리메이터렌즈(3), 1/4파장판(4) 및 대물렌즈(5)를 순차적으로 통과하여, 디스크의 기록면(6)에 입사시킨다. 디스크의 기록면(6)에는, 예를들면 오디오, 비디오 정보등이 적당히 변조되어서, 나선상의 기록 트랙에, 피트의 형성에 의하여 광학적으로 독출할 수 있게끔, 기록되고 있다. 그리고, 기록면(6)에서 반사된 레이저 광을, 대물렌즈(5), 1/4파장판(4), 콜리메이터 렌즈(3), 편광 빔스플리터(2) 및 복합렌즈(30)를 순차적으로 통하여, 광검출기(8)에 입사시킨다.

이 복합렌즈(30)는 제22도 및 제24도에 도시하는 바 같이, 예를들면, 복합렌즈(30)에 대한 입사광의 광축 O을 포함한 계평면 T를 2분된 한쌍의 凹렌즈영역(30a, 30b)로부터 이루어진다. 이 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)서로 상이한 후측 촛점거리 f₁, f₂를 가짐과 동시에, 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)의 광축 O₁, O₂는 이간하게 된다. 제22도에서는, 복합렌즈(30)를 그 입사광의 광축 O과 직각인 X, Y 평면상에 배치하고, 그 계평면 T를 X축과 일치시킨다. 여기서는 각 렌즈영역(30a, 30b)의 광축 O₁, O₂가 Y축상에 계평면 T를 끼고 각각 그 양측에 각각 거리 Y₁, Y₂를 놓고 위치하고 있다.

더우기, 제24도에 도시하는 바와 같이, 복합렌즈(30)에 대한 입사광이 포커스 상태에 있을 때, 즉 여기에서는 허물점(虛物点)Q에 향하는 접속광일때의 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)으로부터의 각 출사광의 각 집속점 P₁, P₂(각각 계평면 T를 연장한 평면 T'의 양측의 각 광축 O₂, O₁상에 위치한다)의 입사광이 광축 O상에 있어서의 중간위치에 그 광검출(8')이 위치하도록 광검출기(8)를 배치한다. 그리고, 이 광검출기(8)는, 제2도에 도시하는 바 같이, 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)중의 제1의 렌즈영역(30a)의 계평면 T에 대한 바깥측 및 안쪽을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제1내지 제2의 광검출 소자(8C), (8D)와, 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)중의 제2의 렌즈영역(30b)의 계평면 T에 대한 바깥측 및 안쪽을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제3 및 제4의 광검출 소자(8A, 8B)로부터 구성되어 있다. 여기에서는 제1 내지 제4의 광검출 소자는 구형이고, (8A) 내지 (8D)의 순서로 한방향(예를들면 디스크의 기록면의 트랙방향)에 배치되어 있다. 이 경우, 광검출 소자(8B, 8C)는 한쌍이라도 좋다.

그리고, 제1 및 제4의 광검출 소자(8C, 8B)로부터의 제1 및 4의 광검출 신호 S_C및 S_B의 합계 S_C+S_B와, 제2 및 제3의 광검출 소자(8D, 8A)로부터의 제2 및 제3의 광검출 신호 S_D, S_A의 합계 S_D+S_A와의 차(S_C+S_B)-(S_D+S_A)로부터 포커스 오차 신호를 얻게끔 하고 있다. 그리고, 이 포커스 오차 신호가 포커스 제어신호로서 제어코일(9)에 공급된다.

다음에, 제21도의 예의 동작을 제23도를 참조하여 설명한다. 디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 대하여 적정한 위치에 있어서 저스트 포커스로 되는 경우에는, 복합렌즈(30)에는 허물점 Q에 향하는 집속광이 입사하고, 제23b도에 도시하는 바같이, 광검출기(8)상의 스포트 S₁, S₂는 소자(8C) 및 (8D)상과, 소자(8A) 및 (8B)상에 각각 똑같은 크기로 같은 방향의 반원상으로 나타난다. 따라서, 이 경우에는, 포커스 오차 신호는 영으로 되고, 대물렌즈(5)는 그대로의 위치를 지지한다.

디스크의 기록면(6)이 대물렌즈(5)에 가까운 위치에 있고 언더포커스가 되는 경우에는, 복합렌즈(30)에의 입사광은 저스트 포커시스의 그것으로부터 약간 빠져나가고, 제23a도에 도시하는 바와 같이, 광검출기(8)상의 스포트 S₁, S₂는 소자(8C) 및 (8D)상에 큰 반원상으로, 소자(8A) 및 (8B)상에 똑같은 방향으로 작은 반원상으로 나타난다. 따라서, 이 경우에는, 포커시스 오차 신호는 부로 되고, 대물렌즈(5)가 기록면(6)으로부터 멀리하게 되는 방향으로 움직이게 된다.

디스크의 기록면(6)이 역으로 대물렌즈(5)로부터 떨어진 위치에 있어서 오버포커스로 되는 경우에는, 복합렌즈(30)에의 입사광은 저스트 포커시스의 위치로부터 역방향으로 약간 빠져나가고, 제23c도에 도시하는 바와 같이, 광검출기(8)상의 스포트 S₁, S₂는 소자(8C) 및 (8D)상에 작은 반원상으로, 소자(8A, 8B)상에 같은 방향으로 큰 반원상이 나타난다. 따라서, 이 경우에는, 포커스 오차 신호는 정으로 되고, 대물렌즈(5)가 기록면(6)에 가까이 하게 되는 방향으로 움직이게 된다.

이와 같이 하여, 복합렌즈(30)와 4개의 광검출 소자 (8A) 내지 (8D)를 한방향으로 정열시킨 광검출기(8)에 의하여, 포커스 오차, 즉, 디스크의 대물렌즈(5)에 대한 거리가 검출되고, 이 오차 신호가 포커스 제어신호로서 제어코일(9)에 공급되는 것에 의하여, 늘 저스트 포커스로 되게끔, 즉, 늘 대물렌즈(5)가 디스크에 대하여 일정한 거리로 되도록, 자동적으로 제어된다.

다음에, 제25도 내지 제31도를 참조하여, 복합렌즈(30)의 예를 설명한다. 제25도의 복합렌즈(30)를 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)이 공히 凸렌즈의 경우, 제27도의 복합렌즈는 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)이 공히 凹렌즈의 경우이고, 더구나 양자 공히 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)의 광축 O₁, O₂가 각각 자기의 렌즈영역(30a, 30b)내에 있는 경우이다. 제26도 및 제29도의 복합렌즈(30)는 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)의 각 광축 O₁, O₂가 서로 다른 렌즈영역(30a, 30b)내에 있는 경우이다. 그리고, 도시하지 않고 있지만, 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)의 각 광축 O₁, O₂가 공히 어느 한편의 렌즈영역내에 있는 경우도 가능하다. 또, 제28도에 도시하는바 같이, 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)으로서 같은 파워의 렌즈를 사용하여, 각각의 주면 H₁, H₁', H₂, H₂'를 달리하고 합체한 것도 가능하다. 다시, 복합렌즈(30)를 그 계평면 T가 X축상에 위치하도록 X, Y평면상에 배치한 경우, 광축 O₁, O₂는 제16도, 제22도 및 제29도에 도시하는 바와 같이, 계평면 T의 양측으로 Y축상에 위치하고 있을 경우, 제30도에 도시하는바 같이 계평면도 T의 양측으로서, X, Y 축상의 어느것도 위치하고 있지 않은 경우, 제31도에 도시하는 바 같이 X축상, 측 계평면 T상에 위차하고 있는 경우 등이 가능하다.

또, 복합렌즈(30)의 각 광축 O₁, O₂의 위치관계에 따라서, 광검출기(8)의 각 광검출 소자(8A) 내지(8D)의 배치관계를 선정할 수가 있다. 제32도는, 복합렌즈(30)의 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)의 광축이 제16도와 같이 계평면 T를 끼고 Y축상에 위치하여 있는 경우의 광검출기(8)의 각 광검출 소자(8A) 내지(8D)의 배치상태(제17도와 거의 같음)를 도시하지만, 복합렌즈(30)가 제30도와 같이, 그 각 광축 O₁, O₂가 다소 Y축으로부터 빗나가서 구성되고 있는 경우에도 사용할 수 있다. 복합렌즈(30)의 한쌍의 렌즈영역(30a, 30b)의 광축 O₁, O₂가 X축상, 즉 계평면 T상에 있는 경우는, 광검출기(8)의 광검출 소자(8A) 내지 (8D)가 제33도에 도시하는바 같이 2개씩 2열로 배치된다.

그리고, 제32도에 도시하는바 같이, 광검출기(8)의 광검출 소자(8A, 8B) 및 (8C, 8D)상이 각 반원상의 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 무시한다)로 하면, 이들 길이 R₀내지 R₃의 관계를

로 선택하면 R₁=R₂가 아니더라도, 저스트 포커스시에 광검출신호 S_A-S_D의 연산으로부터 이루는 포커스 오차신호(S_A+S_D)내지(S_B+S_C)를 영으로 할 수가 있다. 또 R₁=R₂의 경우는, 광검출 소자(8A, 8C)에 입사하는 광량 및 광검출 소자(8B, 8D)에 입사하는 광량이 동등하면 되기 때문에, R₀=(R₃)의 여부에 불구하고, 저스트 포커스시에 포커스 오차 신호를 영으로 할 수가 있다.

상기한 각 예의 포커스 오차 검출 장치에 의하면, 다음과 같은 이점이 있다. 즉, 복합렌즈(30)의 각 렌즈영역(30a, 30b)의 계평면 T에 대해 바깥측을 통과하는 각 출사광이 광검출 소자에 의한 광검출 신호의 차 S_A-S_C(또는 S_D내지 S_B)와 각 렌즈영역(30a, 30b)의 계평면 T에 대해 안쪽을 통과하는 각 출사광의 검출 소자에 의한 광검출 신호의 차 S_D내지 S_B(또는 S_A내지 S_C)와의 합계 {(S_A+S_C)+(S_D+S_B)=(S_A+S_D) 내지 (S_B+S_C)에 의하여 포커스 오차 신호를 얻고 있기 때문에, 이 포커스 오차 신호에서는 디스크의 피트의 희절에 의거한 고주파 신호가 새어들어가는 것과, 스포트의 중심부와 외주부로 피트의 공간 주파수에 대한 광의 변조도의 특성의 상이함이 공히 억제되기 때문에, 포커스 오차 신호의 정밀도가 좋아진다.

또, 복합렌즈(30)의 한편의 렌즈영역(30a)의 계평면 T에 대해 바깥측을 통과하는 각 출사광의 광검출 소자에 의한 광검출 신호 및 똑같은 렌즈영역(30a)의 계평면 T에 대해 안쪽을 통과하는 출사광의 광검출 소자에 의한 광검출 신호의 차 S_A-S_B(또는 S_B-S_A)의 복합렌즈(30)의 다른 방향의 렌즈영역(30b)의 계평면 T에 대해 안쪽을 통과하는 출사광의 광검출 소자에 의한 광검출 신호 및 똑같은 렌즈영역(30b)의 계평면 T에 대해 바깥측을 통과하는 출사광의 광검출 소자에 의한 광검출 신호의 차 S_D-S_C(또는 S_C-S_D)와의 합계 {(S_A+S_D) 내지 (S_B+S_C)}에 의하여 포커스 오차 신호를 얻을 수 있도록 하고 있기 때문에, 차신호 S_B-S_A, S_C-S_D의 대칭성(제19도 참조)에 의하여, 제20도에 도시하는바 같이 리니얼리티가 좋은 포커스 오차 신호를 얻을 수가 있다.

다시, 제32도에 도시하는바 같이, 광검출기(8)의 광검출 소자(8A, 8B) 및 (8C, 8D)상이 각 반원형이 스포트 S₁, S₂의 각 반경 R₁, R₂에 대해, 각 스포트 S₁, S₂의 각각 광검출 소자(8B, 8D)상의 길이를 R₀, R₃의(단 각 광검출 소자(8A) 내지 (8D)내의 불감대의 폭은 무시하였다)고 하면 R₁=R₂로 선택함에 의하여, 광검출 소자(8A, 8C)에 입사하는 광량 및 광검출소자 (8B), (8D)에 입사하는 광량이 동등하면, 좋으므로, R₀=(R₃)에 의하지 않고, 저스트 포커스시에 포커스 오차 신호를 영으로 할 수가 있고, 광검출기(8)상의 스포트 S₁, S₂가 광검출 소자(8A), (8B) 및 (8C, 8D)의 각각 배열 방향으로 빗나가도, 포커스 오차 신호의 정밀도는 저하하지 않는다.

그런데, 상기의 포커스 오차 검출 장치에 사용하는 복합렌즈(30)는, 형상, 구조가 복잡하기 때문에, 재료로서 플라스틱을 사용하는 편이 유리를 사용한 경우에 비하여 제조하기 쉽다. 그런데, 플라스틱 렌즈는 유리렌즈에 비하여 온도에 의한 촛점거리의 변화율이 크다. 따라서, 플라스틱 렌즈로부터 이루어진 복합렌즈(30)를 상기의 포커스 오차 검출장치에 적용하고, 상기과 같이 광검출기와 조합하여 포커스 오차 신호를 얻을려고 하는 경우에는 온도의 변화에 따라서 포커스 오차 신호에 오프셋이 발생하고, 대물렌즈에 대한 포커스 서보 정밀도가 저하해버린다.

다음에, 제34도를 참조하여, 온도의 변하에 의하여, 예를들면 제21도의 광학식 디스크 재생장치의 대물렌즈(5)로부터의 집속빔의 광학식 디스크의 기록면(6)상에서의 집속상태가 어떻게 변화하는 가에 대하여, 수식을 사용하여 고찰한다. 그리고, 제34도에서는 대물렌즈(5), 콜리메이터렌즈(3) 및 복합렌즈(30)(凹렌즈)(제21도, 제22도 및 제24도 참조)를 제1 및 제2의 주변에 대응하는 선으로 도시하고 있다. BM₁₁, BM₂₁및 BM₁₂, BM₂₂는 렌즈(30)의 제1 및 제2의 렌즈영역(30a, 30b)의 각각 최외주 및 계평면 T에 입사하는 광선을 도시한다. 이 경우, 제1 및 제2의 렌즈영역(30a, 30b)의 각 촛점거리 f₁, f₂의 사이의 관계를 예를들면 f₁〈 f₂로 한다. 또 렌즈(30)의 굴절율은 같은 모양이고, 이것을 n으로 한다. 다시 대물렌즈(5) 및 콜리메이터렌즈(3)와 촛점거리를 f₃, f₄로 한다. 렌즈(30)의 제2주점으로부터 각 집속점 P₁, P₂까지의 평면 T'방향의 거리를 각각 a, b로 한다. 렌즈(30)의 제2주점으로부터 광검출면(8')까지의 평면 T'방향의 거리를 C로 한다. 렌즈(30)의 제1주점과 이것에의 입사빔(집속빔)의 공역점 Q과의 사이의 평면 T'방향의 거리를 d로 한다. 다시, 렌즈(3)에 입사하는 최외주의 광선 MB₁₁, MB₂₁의 평면 T'에 대한 높이를 h₁, 렌즈(30)의 입사하는 광선 MB₁₁, MB₁₂의 평면 T에 대한 높이를 h₂로 각각 한다.

그렇게 하면, h₁, h₂는 다음식과 같이 나타난다. 단, NA₅는 대물렌즈(5)의 N, A를 도시한다.

렌즈의 공식으로부터, a, b, d, f₁, f₂의 사이에는, 다음식이 성립한다.

(3), (4)식으로부터 a, b는 각각 다음과 같이 나타나게 된다.

또, 광검출면(8')상에서의 광선 MB₁₁, MB₂₁및 MB₁₂, MB₂₂의 광검출면(8')상에서의 높이를 각각 h₃, h₄로 하면, h₃, h₄는 각각 다음과 같이 나타나게 된다.

그리고, (7), (8)식에 있어서, h₃=h₄=h₅로 놓으면 c 및 h₅는 다음과 같이 나타나게 된다.

다음에, (9)식에 (5), (6)식을 대입하면, 다음식이 얻어진다.

일반적으로 렌즈의 촛점거리 f는, 양면의 곡률반경을 R₁, R₂, 굴절율을 n으로 하면, 다음과 같이 나타나게 된다.

그리고, 굴절율 n의 온도 T의 변화에 대한 촛점거리 f의 변화의 관계는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.

다음에, 온도 T의 변화에 대한 거리 c의 변화율 dc/dT를 구해본다. (11)식을 변화하면 다음식이 얻어진다.

다음에 (14)식의 c, f₁, f₂를 T로 미분하면 다음식이 얻어진다.

따라서, dc/dT는, (15)식에 (13) 및 (14)식을 대입함과 동시에, df₁/dT=df₂/dT로 하면, 다음식과 같이 된다.

또, 거리 c의 변화는, 디스크의 기록면(6)의 디포커스량 △z(=△c/2β²)에 대응한다. 그리고, β는 종배율 {f₁(또는 f₂)의 합성 촛점거리는 f₃로 나눈것임}이다. 그리고, △z는 다음식과 같이 나타나게 된다.

렌즈(30)의 재료로서, 아크릴을 사용한 경우, dn/dT는 1.4×10^-4(1℃당)로 되고, 온도변화 △z가 30℃일때, 디포커스량 △z는1㎛로 되고, 고정밀도로 포커스 오차를 검출할 수가 없게 되어 버린다. 단, f₂=-10(㎜), f₂=-11(㎜), d=6.18(㎜), n=1.486의 경우이다.

그와 같은 점을 비추어볼때, 본 발명은 복합렌즈와, 이 복합렌즈의 후방에 대향하여 배치된 광검출기를 가지고, 복합렌즈는 그 복합렌즈에 대한 입사광의 광축을 포함하는 게평면으로 2분된 한쌍의 렌즈영역으로부터 이루어지고, 한쌍의 렌즈영역은 서로 상이하는 후측 촛점거리를 가짐과 동시에, 한쌍 렌즈영역의 각 광축은 이간하게 되고, 복합렌즈에 대한 입사광이 포커스상태에 있을때의 한쌍의 렌즈영역으로부터의 각 출사광의 각 집속점 입사광의 광축상에 있어서의 중간위치에 그 광검출면이 위치하도록 광검출기를 배치함과 동시에, 이 광검출기는, 한쌍의 렌즈영역중의 제1의 렌즈영역의 계평면에 대한 바깥측 및 안쪽을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제1 및 제2의 광검출 소자와, 한쌍의 렌즈영역중의 제2의 렌즈영역의 계평면에 대한 바깥측 및 안쪽을 각각 통과하여 각 출사광을 수광하는 제3 및 제4의 광검출 소자로부터의 제1 및 제4의 광검출 신호와의 합계와, 상기 제2 및 제3의 광검출 소자로부터의 제2 및 제3의 광검출 신호의 합계와의 차로부터 포커스 오차 신호를 얻게끔 한 포커스 오차 검출장치에 있어서, 사용하는 복합렌즈가 제조하기 쉽고, 더우나 온도변화에 불구하고, 정밀도가 좋은 포커스 오차 신호를 얻을 수가 있는 것을 제외하고자 하는 것이다.

본 발명에 의한 포커스 오차 검출 장치는, 유리 단 렌즈 및 플라스틱 단 렌즈로부터 이룬 복합렌즈와, 이 복합렌즈의 후방에 대향하여 배치된 광검출기를 가지고, 유리 단 렌즈는 동일한 촛점거리를 가지고, 플라스틱 단 렌즈는 복합렌즈에 대한 입사광의 광축을 포함하는 계평면으로 2분된 한쌍의 렌즈영역으로부터 이루고, 이 한쌍의 렌즈영역은 서로 상이한 후측 촛점거리를 가짐과 동시에, 이 한쌍의 렌즈영역의 각 광축을 이간하게 되고, 복합렌즈에 대한 입사광이 포커스 상태에 있을때의 한쌍의 렌즈영역으로부터의 각 출사광의 각 집속점 입사광의 광축상에 있어서의 중간위치에 그 광검출면이 위치하도록 광검출기를 배치함과 동시에, 이 광검출기는 한쌍의 렌즈영역중의 제1의 렌즈영역이 계평면에 대한 바깥측 및 안쪽을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제1 및 제2의 광검출 소자와, 한쌍의 렌즈영역 제2의 렌즈영역의 계평면에 대한 바깥측과 안쪽을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제3 및 제4의 광검출 소자로부터 구성되고, 제1 및 제4의 광검출 소자로부터의 제1 및 제4의 광검출 신호의 합계와, 제2 및 제3의 광검출 소자로부터의 제2 및 제3의 광검출 신호의 합계의 차로부터 포커스 오차 신호를 얻도록 한 것이다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 사용하는 복합렌즈가 제조하기 쉽고, 더우나 온도 변화에 불구하고, 정밀도의 좋은 포커스 오차 신호를 얻을 수 있는 포커스 오차 검출 장치를 얻을 수가 있다.

아래에, 제35도 및 제36도를 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하나, 그 복합렌즈만을 설명하고, 포커스 오차 검출 장치 전체의 구성예는, 상기의 제15도 이하의 도면 및 그 설명을 원용한다. 30은 본 발명 장치에 사용하는 복합렌즈(예를들면 제21도의 장치에 사용하는 제22도 및 제24도에 도시한 복합렌즈(30)에 대응하는 凹렌즈임)을 전체로서 도시하고, 이것은 예를들면 주위에서 접촉된 유리 단렌즈(30α) 및 플라스틱 단렌즈(30β)로부터 이룬다. 유리 단렌즈(30α)는 평면 T'상에 광축을 가지고, 촛점거리 f₀(정, 부가)를 가지는 동일한 렌즈이고, 여기서는 평 凹형의 凹렌즈(본예에서는 촛점거리 f₀는 예를들면 -10.5mm)이다. 플라스틱 단렌즈(30β)는, 예를들면 凹凸형 렌즈이다. 그리고, (30α)는 단렌즈 (30α), (30β)간의 공간이다.

플라스틱 단렌즈(30β)는, 제35도에 도시하는바 같이, 입사광의 광축 o를 포함하는 계평면 T(x축)로 상하 2분된 렌즈영역(30'a, 30'b)를 가지고, 제1렌즈영역(30'a)의 촛점거리(후측 촛점거리)를 f₁'로 하고, 제2의 렌즈영역(30'b)의 촛점거리(후측 촛점거리)를 f₂'로 한다. 또, 각 렌즈영역(30'a, 30'b)의 광축 O₁, O₂는 상기의 제22도 및 제24도와 똑같이 y축상에 있어서, 입사광의 광축 O(계평면 T)에 대해, 소정거리 Y₁, Y₂만 이간하고 있다. 그리고, 촛점거리 f₁', f₂'는 일반적으로 f₁'=f₂'이면, 정부의 어느 것이라도 좋고, 한편 이 ∞라도 좋다. 본 예에는 촛점거리 f₁', f₂'는 각각 -210mm, 231mm이다. 또, 복합렌즈(30)의 윤곽은 임의이지만, 제35도와 같이 원형으로 하는 것이 실제적이다.

그리고, 단렌즈(30β)의 렌즈영역(30'a), (30'b)와, 단렌즈(30α)의 대응영역으로서 복합렌즈(평凹렌즈)(30)의 각각 렌즈영역(30a, 30b)을 구성한다. 그와 같은 단렌즈(30β)의 만드는 방법으로서는 두가지 방법이 있다. 그 하나는, 상이한 굴절율의 2종류의 아크릴등의 플라스틱 렌즈재료로부터 이루는 레이저 영역을 접착등에 의하여 합체하고, 그 후 이 합체된 소재를 성형 및 연마하여, 각 렌즈를 2분활하고, 얻어진 각 렌즈영역을 접착등에 의하여 합체하여, 단렌즈(30β)를 얻게 되는 것이다.

다음에, 그와 같은 복합렌즈(30)의 온도에 변화에 대한 촛점거리등의 변화율에 대하여 검토한다. 유리 단렌즈(30α) 및 플라스틱 단렌즈(30β)의 각 굴절율을 각각_α,_β로 한다. 렌즈영역(30a), (30b)의 촛점거리 f₁, f₂의 온도 T에 대한 변화율은, (13)식을 참고로 하면, 다음식과 같이 나타나게 된다.

그런데, 유리 단렌즈(30α)의 dmm/dT는, BK₇유리의 경우, 1.7×10^-6(1℃당)이고(다른 유리도 거의 같다), 플라스틱 단렌즈(30β)의 dnβ/dT는, 아크릴의 경우 -1.4×10^-4(1℃당)이다. 따라서, 이것으로부터 알다시피, dnx/dT 및 dnβ/dT의 사이에는 dnx/dT dnβ/dT의 관계가 있다.

따라서, 상기의 (18), (19)식은 각각 다음과 같이 근사할 수가 있다.

또, 제34도의 광학계에 제35도 및 제36도의 복합렌즈(30)를 적용한 경우의 dc/dT는, (15), (16)식을 참고로 하면 다음과 같이 나타나게 된다.

따라서, dc/dT를 작게하기 위해서는 (1/f₁'+1/f₂')를 작게하면 된다. 즉, f₁, f₂가 정해져 있을때에는, f₁/f₁', f₂/f₂'를 각각 작게 하면 된다. 또, f₁', f₂'=-1로 선택하면, dc/dT를 대략 영으로 할 수가 있다.

그와 같은 복합렌즈(30)에 의하면 유리단 렌즈(30α)는 한개의 광축 및 동일한 촛점거리를 가지는 것을 사용하고, 단 렌즈(30β)는 플라스틱 렌즈를 사용하고, 이것들을 복합하고 있기 때문에, 제조가 용이함은 물론, 온도 T의 변화에 대한 렌즈영역(30a), (30b)의 촛점거리 f₁, f₂의 변화율이 작게 된다.

또, 그와 같은 복합렌즈(30)를 상기의 광검출기와 조합함으로써, 포커스 오차 신호 검출장치의 포커스 오차 신호의 온도에 의한 오프셋이 적게되고, 정밀도가 좋은 포커스 오차 신호를 얻을 수가 있다.

그리고 본 발명에 사용하는 복합렌즈(30)는, 제15도 이하에 설명한 먼저 제안한 포커스 오차 신호 검출장치의 실시예에 있어서 사용한 복합렌즈의 각 변형예에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.

상기 본 발명에 의하면, 상기한 먼저 제안한 포커스 오차 검출장치에 있어서, 이 장치에 사용하는 복합렌즈가 제조하기 쉽고, 더우기 온도 변화에 불구하고, 정밀도가 좋은 오차 신호를 얻을 수가 있다.

Claims

유리 단렌즈(30α) 및 플라스틱 단렌즈(30β)로 형성되는 복합렌즈(30)와, 이 복합렌즈(30)의 후방에 대향하여 설치된 광검출기(8)를 가지며, 상기 유리 단렌즈(30α)는 동일한 촛점거리를 가지고, 상기 플라스틱 단렌즈(30β)는 상기 복합렌즈(30)에 대한 입사광의 광축(o)를 포함하는 계평면내(T)에서 2분된 한쌍의 렌즈영역(30a', 30b')으로 형성되며, 이 한쌍의 렌즈영역(30a', 30b')는 서로 다른 후측 촛점거리(f₁, f₂')를 가지면서, 상기한 한쌍의 렌즈영역(30a', 30b')의 각 광축은 이간되어져, 상기 복합렌즈(30)에 대한 입사광이 포카스 상태로 있을때의 상기 한쌍의 렌즈영역(30a', 30b')으로부터의 각 출사광이 각 집속점의 상기 입사광의 광축상에 있어서 중간위치에 그 광검출면이 위치되도록 상기 광검출기(8)를 설치함과 동시에, 상기 광검출기(8)는 상기한 한쌍의 렌즈영역(30a', 30b')중 제1의 렌즈영역(30')의 상기 계평면(T)에 대한 외측 및 내측을 각각 통과하는 각 출사광을 수광하는 제1 및 제2의 광검출 소자(8C, 8D)와, 상기 한 한쌍의 렌즈영역중 제2의 렌즈영역(30b')의 상기 계평면(T)에 대한 외측 및 내측을 통과하는 각 출사광을 수광하는 제3 및 제4의 광검출 소자(8A, 8B)가 구성되어, 상기 제1 및 제4의 광검출 소자(8C, 8B)로부터의 제1 및 제4의 광검출 신호(S_C, S_B)의 합계(S_C+S_B)와, 상기 제2 및 제3의 광검출 소자(8D, 8A)로부터의 제2 및 제3의 광검출 신호(S_D, S_A)의 합계(S_D+S_A)와의 차로부터 포카스 오차 신호를 얻도록 한 포카스 오차 검출장치.