증상: 반사형 판독의 콘트라스트가 예상의 절반뿐이다 – 기판 배면 반사

글래스 코드 디스크를 반사형으로 판독할 때 투과 슬릿으로 들어간 빛이 배면이나 아래쪽 부품에서 반사되어 2t·tanθ′만큼 옆으로 이동한 뒤 다시 투과 슬릿으로 나와, 주 줄무늬와 역상이거나 위상이 어긋난 배경을 만듭니다. 이 글은 배면 반사율과 횡이동이 변조도에 미치는 영향을 유도해 등가 반사율 약 0.4면 변조도가 절반이 됨을 보이고, 흑색 도포 비교와 경사 시험 등 진단 절차를 제시합니다.

글래스 코드 디스크를 반사형 리드헤드에 쓸 때, 크롬 선 반사율과 유리 표면 반사율로 추정하면 변조도가 어느 수준은 되어야 하는데 실측은 그 절반 정도에 불과합니다. 같은 로트의 디스크라도 장착하는 허브가 다르면 결과도 다릅니다. 디스크 윗면의 패턴에는 문제가 없습니다. 문제는 투과 슬릿을 통과한 빛에 있습니다. 이 빛이 유리 배면이나 디스크 아래 부품에서 반사되어 돌아와 다시 투과 슬릿으로 빠져나와 주 줄무늬와 겹치는 것입니다. 이 글은 이 빛이 어디로 가는지, 변조도에 얼마나 영향을 주는지, 어떻게 빠르게 확인하고 처리하는지를 정리합니다. 리드헤드 내부 부품 사이의 고스트는 본 자료실의 미광 글을 참조하십시오. 여기서는 디스크 기판이라는 이 한 가지 경로만 다룹니다.

광로: 배면 반사광은 어디로 가는가

크롬 선은 윗면에 있으며 리드헤드를 향합니다. 조명은 입사각 θ로 디스크에 닿습니다. 크롬 선에 닿은 빛은 반사되며(반사율 R_c, 맨 크롬은 근적외선에서 약 0.6), 이것이 주 신호입니다. 투과 슬릿에 닿은 빛은 약 4%가 윗면에서 반사되고 나머지는 유리로 들어가며, 굴절각 θ′는 sinθ = n·sinθ′를 만족합니다. 이 빛은 배면에서 등가 반사율 R_b로 반사되어 윗면으로 돌아올 때

Δx = 2t·tanθ′

만큼 옆으로 이동합니다. 여기서 t는 유리 두께, n은 굴절률입니다. 소다라임 유리 n = 1.52, t = 1.5 mm, θ = 10°일 때 θ′ ≈ 6.56°, Δx ≈ 0.35 mm로, 20 μm 피치의 17.25주기에 해당합니다.

윗면으로 돌아온 빛은 투과 슬릿으로만 나갈 수 있고, 크롬 선 뒷면에 닿은 부분은 다시 아래로 반사되어(유리 쪽에서 본 맨 크롬의 반사율은 약 0.44) 여러 번 왕복합니다. 조명에 각폭 Δθ가 있으면 왕복 경로가 배면 상을 폭 b ≈ 2t·Δθ/n으로 흐리게 만듭니다. Δθ = 20 mrad일 때 b ≈ 39 μm로 이미 20 μm 피치보다 큽니다.

모델: 두 극한에서의 변조도

출사광 강도 = 주 반사 + 배면 성분입니다. 배면 성분은 ‘투과 슬릿 패턴 × 횡이동하고 흐려진 입사 패턴’과 같으며, 비간섭성 광강도로 더합니다(LED의 결맞음 길이는 약 20 μm 수준으로 3 mm 왕복 광로보다 훨씬 짧음).

블러가 피치보다 훨씬 큰 경우(b ≫ p): 돌아온 빛은 윗면 바로 아래에서 이미 균일하며 투과 슬릿으로만 나오므로 슬릿 위에서 밝아지고, 크롬 선 위에서 밝은 주 신호와 정확히 역상이 됩니다. 한 번의 왕복만 고려하면 상대 변조도는

M/M0 = (1 − k)/(1 + k′), k = T²·R_b /[2(R_c − R_f)], k′ = T²·R_b /[2(R_c + R_f)]

여기서 R_f ≈ 0.04는 윗면 반사율, T ≈ 0.96은 윗면 투과율입니다. R_b = 0.04(유리 배면만)일 때 M/M0 ≈ 0.94이고, R_b ≈ 0.42이면 0.50으로 떨어집니다. 다중 왕복을 고려하면 같은 R_b에서 약 0.46입니다.

블러가 피치보다 훨씬 작은 경우(b ≪ p): 배면 성분이 패턴을 유지하며, 그것과 투과 슬릿의 겹침은 Δx/p의 소수 부분에 따라 변합니다. 배경과 주 줄무늬의 위상차는 더 이상 180°가 아니라 두께와 입사각에 따라 변합니다. R_b = 0.42, b = 2 μm일 때 M/M0는 0.20(소수 부분 0, 돌아온 빛이 정확히 슬릿에 겹침)에서 0.77(소수 부분 0.5) 사이입니다. 두께가 0.087 mm 변할 때마다 Δx가 한 피치씩 변하므로, ±0.05 mm 두께 공차만으로도 같은 로트의 디스크가 곡선의 서로 다른 위치에 놓여 개체 차이로 나타납니다(그림 2 참조).

구분해야 할 경우가 하나 더 있습니다. 광원과 검출기가 같은 평면에 있고 발산광으로 직접 투영하는 리드헤드에서는 배면 성분이 더 깊은 곳의 허광원에서 오므로 투영 배율이 주 줄무늬와 다르고, 검출면에서는 더 이상 검출 어레이와 같은 주기가 아니어서 주로 직류로 나타납니다. 이때 R_b = 0.42라도 M/M0는 약 0.75로만 떨어지며, 절반으로 떨어뜨리려면 더 밝은 반사체가 필요합니다.

(R_c = 0.6, 피치 20 μm, b ≪ p 열은 b = 2 μm, 모두 예시값.)

유리 배면의 4% 반사만으로는 변조도 손실이 몇 퍼센트에 불과함을 알 수 있습니다. ‘절반만 남았다’는 것은 보통 디스크 아래에 밝은 면이 있다는 뜻입니다. 연마된 허브 단면, 반사층을 코팅한 배면, 밝은 색 플라스틱 부품, 노출된 구리 패드 등입니다.

진단 절차

1. 먼저 다른 원인 배제: 막면 방향(크롬면이 리드헤드를 향하는지), 크롬면에 저반사 흑화층이 있는지, 판독 갭이 설계 범위 안에 있는지 확인합니다. 이것들도 콘트라스트를 몇 분의 일로 떨어뜨릴 수 있습니다.
2. 암 레벨 보기: 정지 상태에서 투과 슬릿을 검출 창에 맞추고 반사광 강도와 크롬 선 위치에서의 강도 비를 측정합니다. 정상이면 R_f/R_c ≈ 0.07에 가깝고, 뚜렷이 높으면 슬릿에서 빛이 되돌아오고 있는 것입니다.
3. 배면 흑색 도포 비교: 트랙에 해당하는 배면에 검은 테이프를 붙이거나 검게 칠하거나 검은 벨벳을 깔고 변조도를 다시 측정합니다. 기대값으로 돌아오면 배면 경로로 확정할 수 있습니다. 공기층을 두고 붙인 테이프는 유리면의 4%가 그대로 남는다는 점에 주의하십시오.
4. 경사 시험: 리드헤드를 약 1° 기울이면 Δx가 약 35 μm 변해 두 피치에 가까워집니다. 변조도가 따라서 크게 오르내리면 조명이 평행하고 배경이 패턴을 유지하는 경우이고, 거의 변하지 않으면 균일한 역상 배경입니다.
5. 개체 차이 통계: 변조도가 유리 두께와 상관되면 b ≪ p인 경우를, 허브 로트나 표면 처리와 상관되면 아래쪽의 밝은 면을 가리킵니다.

설계 포인트

• 반사형 글래스 코드 디스크는 배면을 광학면으로 설계해야 합니다. 배면에 흡수층을 칠하거나 허브를 흑화하면 R_b를 몇 퍼센트로 낮출 수 있습니다.
• 배면 반사 방지막은 유리면 자체의 약 4%만 처리할 수 있고 아래쪽의 밝은 부품에는 효과가 없습니다.
• 등가 R_b가 약 0.4면 변조도가 절반이 됩니다. 트랙 바로 아래에 연마 금속, 밝은 색 플라스틱, 노출 패드를 두지 마십시오.
• 조명 평행도가 좋으면 변조도가 두께에 민감하며 주기는 p/(2tanθ′), 예시에서는 약 0.087 mm입니다. 두께 공차에 따라 양산 편차를 평가해야 합니다.
• 배면 귀환광을 시야 밖으로 보내려면 Δx가 조명 스폿과 검출 창 크기보다 커야 합니다. 1 mm 창, 1.5 mm 유리에서는 약 29° 입사가 필요해 보통 현실적이지 않으므로 흑색 도포가 더 확실합니다.
• 메탈 코드 디스크나 크롬 아래에 흡수층이 있는 구조에는 이 광로가 없으므로, 높은 콘트라스트가 필요하면 우선 검토할 만합니다.

정리

반사형 판독에서 투과 슬릿을 통과한 빛은 배면이나 아래쪽 부품에서 반사된 뒤 2t·tanθ′만큼 옆으로 이동해 다시 슬릿으로 나옵니다. 조명 블러가 크면 역상의 균일한 배경이, 평행 조명이면 두께에 따라 위상이 변하는 배경이 됩니다. 유리 배면만 있을 때 손실은 약 6%이지만, 등가 반사율이 0.4 정도가 되면 변조도는 절반이 됩니다. 암 레벨, 배면 흑색 도포, 경사 시험의 세 단계로 확인할 수 있으며, 대책은 배면 흡수가 중심입니다.

중국어 원문 기사 번역 (0232). ENC7 코드 디스크 제조사 (문의) · 기술 자료 · https://enc7.com

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