CN100382168C - 集成式光学系统及制造方法以及信息记录和/或再现装置 - Google Patents

Abstract

一种集成式光学系统，制造方法及使用该系统作为光学模块或者光学拾取器的信息记录和/或再现装置。该系统包括：其上安装有发光光源以及包括接收光的主光电探测器的至少一个光电探测器的光学台；联接到光学台的透镜单元；及分离从光源出射并朝向透镜单元传播的光的光路以及从透镜单元入射的光的光路的光路分离元件。该系统包括设置在光学台上以直接接收从光源射出的光的一部分的至少一个监测光电探测器以及联接到光学台的光路形成单元。该光路形成单元包括将从光源射出的光反射到透镜单元的第一反射镜以及将从透镜单元入射并由第一反射镜反射的光反射到主光电探测器的第二反射镜。

Description

集成式光学系统及制造方法以及信息记录和/或再现装置

技术领域

本发明涉及一种信息记录和/或再现装置，更具体的，涉及一种集成式光学系统以及制造该系统的方法，和采用该集成式光学系统的信息记录和/或再现装置。

背景技术

在通过使用物镜将激光聚焦而在光学信息存储介质上记录任意信息并且将记录在光学信息存储介质上的信息再现的光学记录和/或再现装置中，记录容量是根据聚焦光点的尺寸决定的。聚焦光点的尺寸(S)是根据激光的波长(λ)以及物镜的数值孔径(NA)决定的，如下式。

S∝λ/NA    ...(1)

因此，为了减小高记录密度的光学存储介质上聚焦的光点的尺寸，对使用短波光源例如蓝光激光以及NA为0.6或更大的物镜的光学记录和/或再现装置进行研究。

由于需要波长为780nm的光以及NA为0.45或0.5的物镜以在其上记录信息和/或由其再现信息的紧致光盘(CD)的发展，大量研究如何增加介质的记录密度和信息存储容量。使用波长为650nm的光以及NA为0.6或0.65的物镜而在其上记录信息或者由其再现信息的数字多用光盘(DVD)为这些研究的成果。

近年来，对使用波长为例如405nm的蓝光以及存储容量为20GB或更大的高密度信息存储介质的研究稳步进展，一些标准几近确立。高密度光学信息存储介质的物镜的NA为0.65或0.85，将在下文中叙述。

由于物镜的NA从CD所用的0.45增加至DVD所用的0.6，DVD的厚度从CD所用的1.2mm减小至0.6mm，以便对光学信息存储介质倾斜的提供适当的容限。

在存储容量比DVD的存储容量更大的高密度光学信息存储介质中，当物镜的NA增加到例如0.85，高密度光学信息存储介质的厚度必须减小到大约0.1mm。

具有这样的减小的厚度并且需要更大NA的物镜的高密度光学信息存储介质被称为“蓝光光盘(BD)”。根据BD的标准，光源的波长为405nm，物镜的NA为0.85。BD的标准厚度为大约0.1m。

除了BD以外，现在还在研发(高分辨率)HD DVD作为高密度光学信息存储介质。HD DVD的基片厚度以及所需物镜的NA与DVD相同。只有标准光源的波长，即例如405nm的蓝光波长与BD的标准匹配。

除了对高密度、高容量约光学信息存储介质的需求，还需要更薄更小的构成光学拾取器的光学系统。

伴随着对于采用便携式终端型的光学记录和/或再现装置，例如个人数字助理(PDA)、移动电话、数码相机、便携式光盘播放器、摄录机等的需求增加，近年来更需要薄型的光学拾取器。对于在便携式终端领域中的使用，光学拾取器应当薄而且小，并且可高密度地记录和/或再现大量信息，例如音乐，移动图片等。

然而，通过减小构成常规光学拾取器，即现今用在CD和/或DVD的光学记录和/或再现装置中的光学拾取器的光学元件的尺寸来制造小而薄的光学系统是有技术上的限制的。

进而，常规的光学拾取器是通过光学对齐(aligning)和接合多个单个制造的光学元件来构成的。因比，由于在部件的组装和对齐中可能产生的组装误差，组装的光学拾取器的可靠性和自动化程度降低。

发明内容

本发明提供一种集成式光学系统，其满足对小而薄的装置的需求并且可通过微机电系统(MEMS)工艺来制造，以及制造该集成式光学系统的方法和使用该集成式光学系统作为光学模块或者光学拾取器的信息记录和/或再现装置。

根据本发明的一个方面，提供一种集成式光学系统，包括：一光学台，其上安装有发光光源以及包括接收光的主光电探测器的至少一个光电探测器；一透镜单元，其联接到所述光学台；一光路分离元件，其分离从所述光源出射并朝向所述透镜单元传播的光的光路以及从所述透镜单元入射的光的光路；以及一光路形成单元，其联接到所述光学台，所述光路形成单元包括将从所述光源射出的光反射到所述透镜单元的第一反射镜，以及将从所述透镜单元入射并由所述第一反射镜反射的光反射到所述主光电探测器的第二反射镜，其中所述光源设置在所述第一和第二反射镜之间。

所述至少一个光电探测器还包括一监测光电探测器，其设置在所述光学台上并且直接接收从所述光源向前射出的光的一部分。

所述主光电探测器和所述监测光电探测器可设置在所述光学台的底面上，并且所述光源安装在一底座上并与所述光学台的底面间隔开。

所述监测光电探测器平行于所述光源，朝向所述光源倾斜，或者与所述光学台的底面间隔开。

所述光源可安装在一底座上。

所述光路分离元件可包括一衍射光学元件。

所述光路分离元件包括一偏振衍射以及和一四分之一波板。

所述光学台中形成一具有开口的接收槽，并且所述光路分离元件插入到所述接收槽中。

所述的集成式光学系统还包括用于在所述光源和所述至少一个光电探测器以及外部电路之间电连接的接线和端子，其中所述接线和端子形成在所述光学台的衬底上。

根据本发明的一个方面，提供一种集成式光学系统，包括：一光学台，其上安装有发光光源以及直接接收从所述光源向前射出的光的一部分的一监测光电探测器；一透镜单元，其联接到所述光学台；以及一光路分离元件，其分离从所述光源出射并随后朝向所述透镜单元传播的光的光路以及从透镜单元入射的光的光路，以及一光路形成单元，其联接到所述光学台，所述光路形成单元包括将从所述光源射出的光反射到所述透镜单元的第一反射镜，以及将从所述透镜单元入射并由所述第一反射镜反射的光反射到所述主光电探测器的第二反射镜，其中所述光源设置在所述第一和第二反射镜之间。

所述监测光电探测器设置在所述光学台的底面上，所述光源安装在一底座上并且与所述光学台的底面间隔开。

所述监测光电探测器平行于所述光源，朝向所述光源倾斜，或者与所述光学台的底面间隔。

所述光源安装在一底座上。

所述的集成式光学系统还包括安装在所述光学台上的一主光电探测器，以及用于在所述光源，所述主光电探测器和所述监测光电探测器以及外部电路之间电连接的接线和端子，其中所述接线和端子形成在所述光学台的底面上。

所述透镜单元包括折射透镜、衍射透镜以及渐变折射率(GRIN)透镜中的至少一个。

所述透镜单元包括由折射透镜和衍射透镜组成的混合透镜。

所述透镜单元包括折射透镜和衍射透镜，所述折射透镜用作物镜，所述衍射透镜用作准直透镜。

所述透镜单元构成为使得在一透镜保持器的一个表面形成用作准直透镜的衍射透镜，并且通过选降性地将用作物镜的折射透镜插入到所述透镜保持器中而在光学拾取器的光学模块和光学拾取器之间进行选择性地变换。

所述透镜单元利用折射透镜、衍射透镜或者GRIN透镜用作准直透镜，使得所述集成式光学系统可用作光学拾取器的光学模块。

根据本发明的再一方面，提供一种制造上述集成式光学系统的方法，该方法包括：制备光学台晶片，在该光学台晶片上形成有光学台，以及光路形成单元晶片，在该光路形成单元晶片形成有光路形成单元；并且将所述光路形成单元晶片接合到所述光学台晶片，并且将该接合的晶片切割以获得光学台和光路形成单元组件。

根据本发明的又一方面，提供一种制造上述集成式光学系统的方法，该方法包括：制备光学台晶片，在该光学台晶片上形成有光学台；将光路形成单元连接到形成在所述光学台晶片上的光学台；并且将连接有所述光路形成单元的光学台晶片切割，以获得光学台和光路形成单元组件。

根据本发明的又一方面，提供一种制造上述集成式光学系统的方法，该方法包括：制备光学台晶片，在该光学台晶片上形成有光学台；将所述光学台晶片切割；并且将光路形成单元连接到光学台，以获得光学台和光路形成单元组件。

所述光路形成单元可形成在一晶片上。

根据本发明的另一方面，提供一种信息记录和/或再现装置，包括：上述集成式光学系统；旋转信息存储介质的一信息存储介质旋转单元；驱动所述集成式光学系统以及所述信息存储介质旋转单元的一驱动单元；以及控制所述驱动单元以控制聚焦和追踪伺服的一控制单元。

该集成式光学系统可用作光学拾取器。

信息记录和/或再现装置，其中还包括聚焦信息存储介质上的入射光的物镜，其中所述集成式光学系统用作光学模块。

附图说明

本发明的上述和其它特征以及优点将通过下面结合附图详细解释示例性实施例而显见。

图1是根据本发明一实施例的集成式光学系统的示意透视图。

图2是图1的集成式光学系统的侧视图。

图3是图1的集成式光学系统的光学台的透视图。

图4A是根据本发明一实施例的图1的集成式光学系统的光路分离元件的截面图。

图4B是根据本发明另一实施例的图1的集成式光学系统的光路分离元件的截面图。

图5是根据本发明一实施例的图1的集成式光学系统的透镜单元的截面图。

图6是根据本发明另一实施例的图1的集成式光学系统的透镜单元的截面图。

图7是描述包括图5的透镜单元的图1的集成式光学系统用作集成式光学拾取器的示例的侧视图。

图8是描述包括图6的透镜单元的图1的集成式光学系统用作光学拾取模块的示例的透视图。

图9是描述监测光电管设置在光学台的底面上并且平行于光源的情况的视图。

图10是描述监测光电管倾斜朝向光源的情况的视图。

图11是描述监测光电管设置在从光学台的底面突出的部分上并且平行于光源的情况的视图。

图12是采用根据本发明的集成式光学系统的信息记录和/或再现装置的示意图。

具体实施方式

下面将参考示出本发明优选实施例的附图来全面说明本发明。

图1是根据本发明一实施例的集成式光学系统的示意透视图。图2是图1的集成式光学系统的侧视图。图3是图1的集成式光学系统的光学台的透视图。

参考图1、2和3，根据本发明的集成式光学系统包括：光学台(opticalbench)10，其上安装有光源15以及包括主光电管17的至少一个光电管，透镜单元70和连接到光学台10的光路形成单元30，以及光路分离元件50，其将从光源15射出并传播朝向透镜单元70的光的光路以及由信息存储介质1反射并且随后入射在透镜单元70上的光的光路分离。根据透镜单元70的结构，集成式光学系统可用作光学拾取模块或者光学拾取器。该至少一个光电管可包括设置在光学台10上的主光电管17和监测光电管19，以便直接接收从光源15向前射出的一部分光。

参考图3，光学台10，例如硅光学台(SiOB)，包括设置在衬底上的光源15、主光电探测器17和监测光电探测器19。

光学台10的衬底可为硅晶片。光学台10可通过其中利用微机电系统(MEMS)工艺形成光学台晶片的晶片工艺来制造。

光源15是发射预定波长的光的半导体激光器。光源15可为发射具有蓝光波长，例如波长405nm的光的半导体激光器。在这种情况下，集成式的光学系统可在蓝光光盘(BD)或者高精度(HD)DVD上记录信息和/或由其再现信息。

进而，光源15可为发射具有红光波长，例如波长650nm的光的半导体激光器。在这种情况下，集成式的光学系统可在数字多用光盘(DVD)上记录信息和/或由其再现信息。

另外，光源15可设置为发射其它波长范围的光。而且，光源15可设置为发射多个波长的光，使得集成式光学系统与多个具有不同格式的光学信息存储介质兼容。

从光源15发射的光的波长可根据使用的目标信息存储介质而变化。因此，集成式光学系统可在各种光学信息存储介质，例如CD类光盘、DVD类光盘、BD和/或HD DVD上记录信息和/或由其再现信息。

光源15可为在平行于半导体材料层的方向发射激光的边缘发射型半导体激光器。

考虑到这种类型的半导体激光器的发光结构，光源15安装在底座13上。因此，光源15与光学台10的底面11相分开。

安装在底座13上的光源15可安装在光学台10上。可选的，底座13可形成从光学台10的底面11突出并且然后光源15可安装在底座13上。这里，光源15，即半导体激光器，可直接形成在使用半导体工艺制造光学台10的光学台晶片上。

在工作中，主光电探测器17接收由信息存储介质1反射的光并且探测信息再现(RF)信号和伺服驱动所使用的误差信号(例如聚焦误差信号、跟踪误差信号和/或倾斜误差信号)。主光电探测器17可设置在光学台10的底面11上。

监测光电探测器19监测从光源15发射的光强。

监测光电探测器19可设置在光源15前面，以便在光通过反射镜之前直接接收从光源15向前发射的部分光。

从用作光源15的半导体激光器发出的光是具有高斯分布的发散光。实际上，只有从半导体激光器发出的发散光的预定中心区域中的中心光通过物镜聚焦以便用于光学记录和/或重现，并且周边光没有被物镜聚焦而损耗了。

监测光电探测器19接收没有被物镜聚焦的部分低强度光，并且监测从光源15输出的光。被监测无电探测器19接收到的光从光源15出射并且随后直接入射到监测光电探测器19上而不通过分立的反射镜元件。

如后所述，虽然监测光电探测器19设置在光源15前面的光学台的底面11上，监测光电探测器19可接收足够强的光以便监测光源15的工作。

因而，监测光电探测器19可设置在光学台10的底面11上，平行于光源15。

可选的，为了增加监测光电探测器19所接收的光的强度，监测光电探测器19可朝向光源15倾斜或者可设置在从光学台10的底面11突出的部分上。具体实现是，使得光学台10具有从底面11突出的倾斜表面，在该倾斜表面上安装监测光电探测器19，或者形成从底面11突出并且具有平行于光源15的平面的底座。可选的，其上安装有监测光电探测器19的底座可连接到光学台10。

主光电探测器17和监测光电探测器19可直接形成在其上形成光学台10的光学台晶片上，或者可单独制造然后安装在光学台10上。

用于电连接光源15、主光电探测器17和监测光电探测器19以及外部电路的接线和焊垫23可形成在光学台10的底面11上。焊垫23形成为与外部电路电接触。当主光电探测器17和监测光电探测器19直接形成在光学台晶片上时，利用薄膜工艺将内部接线21和焊垫23形成在光学台10上。

辐射由驱动集成式光学拾取器和/或光源15的致动器所产生的热量的发热结构(未示出)可安装在光学台10的顶面上。这里，发热结构可进一步安装在光学台10的侧面上，如果需要的话。

具有开口27的接收槽25形成在光学台10的侧部。光路分离元件50可插入到接收槽25中。

光路分离元件50将从无源15发射并向透镜单元70前行的光和从透镜单元70入射的光分离。

如上所述，具有开口27的接收槽25可形成在光学台10中，并且光路分离元件50可插入到接收槽25中。可选的，作为替代形成接收槽25并将光路分离元件50插入到接收槽25的另一种方案，光路分离元件50可连接到没有接收槽的光学台10的表面，或者光路分离元件50可与透镜单元70集成形成。

这里，不管是否存在接收槽25，优选的，光学台10具有由光源15出射并随后被光路形成单元30的第一反射镜31反射的光可通过以便向透镜单元70传播的开口27。

在根据本发明的集成式光学系统中，光路分离元件50通过传送导向信息存储介质1的光而不改变光路以及衍射由信息存储介质1反射的光来分离光路。光路分离元件50使得可探测记录在信息存储介质1上的信号，并且通过将由信息存储介质1反射的光衍射为多束光束来聚焦和跟踪误差信号，或者调节形成在主光电探测器17上的光点的形状并反射光到主光电探测器17上以便进行信号探测。

图4A描述了其中光路分离元件50具有衍射光学元件51，例如全息光学元件(HOE)或者衍射性光学元件(DOE)的实例。

当光路分离元件50具有衍射光学元件51时，由信息存储介质1反射的光被光路分离元件50以一角度衍射，使得光向着与光源15间隔的主光电探测器17前行。

根据本发明的集成式光学系统可包括如图4B所示的偏振选择光路分离元件150，来代替具有衍射光学元件51的光路分离元件50。

偏振选择光路分离元件150包括偏振衍射元件151，即一偏振全息元件，其根据入射光的偏振状态选择性地笔直传送或者衍射传送入射光，以及四分之一波板153，其改变入射光的偏振状态。

用作光源15的半导体激光器发射主要为线偏振成分的激光。由此，大致s偏振或者p偏振的光可从半导体激光器出射。

因此，如果偏振衍射元件151设置为传送从光源15射出的线偏振光，而不改变光路，通过偏振衍射元件151传送的光在通过四分之一波板153后变为第一圆偏振光，并且随后在被光学信息存储介质1反射后变为第二圆偏振光，其垂直于第一圆偏振光。第二圆偏振光在通过四分之一波板153并随后被偏振衍射元件151衍射后变为另一线偏振光。

因此，向着光学信息存储介质1前行的光的光路以及被光学信息存储介质1反射的光的光路可通过偏振选择光路分离元件150而彼此分离。如此，偏振选择光路分离元件150只衍射被信息存储介质1反射的光，而不影响直接从光源15射出的光，由此增加了效率。

光学形成单元30包括第一反射镜31，其将从光源15射出的光反射到透镜单元70，以及第二反射镜35，其将从透镜单元70入射而被第一反射镜31反射的光反射到主光电探测器17。光源15可设置在第一和第二反射镜31和35之间。

光路形成单元30包括两个反射镜31和35，如图1和2所示，并且该光路形成单元30适于形成从光源15射出的光的光路，使得通过透镜单元70的物镜在信息存储介质1上形成焦点，并且适于将由信息存储介质1反射的光传送到主光电探测器17。

光路形成单元30可利用晶片工艺来制造。也就是，如后所述，光路形成单元30可通过在光路形成单元晶片上加工多个反射镜而形成。光学台和光路形成单元组件可通过将其上形成有光路形成单元30的光路形成单元晶片接合到光学台晶片并且切割该接合的晶片来形成，或者通过将光路形成单元晶片切割为反射镜并随后将反射镜在合适的位置连接到光学台10而形成光路形成单元30。

透镜单元70可联接到光学台10的顶面的一侧。透镜单元70可包括折射透镜，衍射透镜和渐变折射率(GRIN，gradient index)透镜中的至少一个。

参考图5，透镜单元70可包括由折射透镜71和衍射透镜73组成的混合透镜。这里，衍射透镜71可插入到透镜保持器75并且衍射透镜73可形成在透镜保持器75的一面。

参考图5，透镜单元70可通过下述步骤形成：将硅衬底打孔而形成具有组装折射透镜71的开口的透镜保持器75，在玻璃衬底上形成衍射透镜73，将折射透镜71插入到透镜保持器75的开口中，并且将衍射透镜73连接到透镜保持器75的一面。

物镜聚焦从光源15射出的光并形成比衍射极限小的光点以便在信息存储介质1上记录信号并读取所记录的信号。折射透镜71和衍射透镜73可设计为用于入射发散光的物镜。因此，如果由衍射透镜73和折射透镜71组成的混合透镜用作物镜，折射透镜71易于制造并且可获得更好的色差校正。这里，虽然折射透镜71和衍射透镜73是独立的元件，如图5所示，由衍射透镜73和折射透镜71彼此集成形成的混合透镜可用作物镜。

另一方面，衍射透镜73，如图5所示，可形成在透镜保持器75的底面。衍射透镜73可设计用于准直光束。

在这种情况下，如果折射透镜71安装到透镜保持器75中，衍射透镜73用作准直入射发射光的准直透镜，并且折射透镜71用作将由衍射透镜73准直的光聚焦的物镜。

这里，当透镜单元70包括其中组合有折射透镜71和衍射透镜73的混合透镜时，混合透镜可缓解像差，例如色差和球面像差，不管是否混合透镜既用作物镜又用作准直透镜或者只用作物镜。例如，衍射透镜73相对于波长较长的光具有较大的衍射角度，而折射透镜71相对于波长较长的光具有较小的折射角度。因此，通过组合衍射透镜73和折射透镜71，抑制了由于光的波长的变化而引起的色差。

当衍射透镜73设计用于准直光束时，透镜单元70用作准直透镜，此时衍射透镜71没有被组装到透镜保持器75中，如图6所示。

因此，当折射透镜71插入到透镜单元70的透镜保持器75中时，根据本发明的集成式光学系统可用作集成式光学拾取器，如图7所示。

进而，当折射透镜71没有插入到透镜单元70的透镜保持器75中时，根据本发明的集成式光学系统可用作光学拾取器的光学拾取模块，如图8所示。

图7是描述其中根据本发明的集成式光学系统用作集成式光学拾取器的实例的图。如图7所示，透镜单元70包括如图5所示的折射透镜71和衍射透镜73。

当集成式光学系统用作集成式光学拾取器时，如图7所示，整个集成式光学系统由致动器聚焦、追踪和/或倾斜。

图8是描述其中根据本发明的集成式光学系统用作光学拾取器的光学拾取模块的实例的图。如图8所示，透镜单元70包括设计用作准直透镜的衍射透镜73，但不包括设计用作物镜的折射透镜71。

这里，设计用作准直透镜的衍射透镜73可形成在单独的衬底上并连接到光学台10的开口，或者可与光路分离元件50集成形成。

这里，透镜单元70可使用折射透镜、衍射透镜或者GRIN透镜作为准直透镜，并且在这种情况下，集成式光学系统可用作光学模块的光学模块。

当集成式光学系统用作光学模块时，如图8所示，光学拾取器可进一步包括反射从光学模块射出的光的反射镜81、以及聚焦由反射镜81反射的光并在信息存储介质1上形成光点的物镜85。在这种情况下，只有物镜85可由致动器聚焦、追踪和/或倾斜。

因此，根据本发明的集成式光学系统可在制造过程中在光学拾取器和用于光学拾取器的光学模块之间转换。也就是说，通过将折射透镜71选择性地插入到其一面上形成衍射透镜73的透镜保持器75中，集成式光学系统可选择性地用作光学拾取器的光学模块或者光学拾取器。

另外，当如图5和6所示使用透镜保持器75时，可简单地通过将透镜保持器75联接到光学台10而容易地将透镜单元70联接到光学台10。

虽然，上述说明使用的是衍射透镜73，也可使用作为准直透镜的折射透镜来代替衍射透镜73。

在根据本发明的集成式光学系统中，从光源15即从半导体激光器射出的光的一些光强部分，被第一反射镜31反射，并随后通过物镜即用作透镜单元70的物镜的折射透镜71或者分立的物镜85(见图8)而聚焦在信息存储介质1上。从光源15出射并且没有被物镜汇集的一些低光强部分被传送到监测光电探测器19，以便监测从光源15射出的光的强度。

由信息存储介质1反射的光通过物镜，被分为多束光束或者被调节聚焦到主光电探测器17上的光点形状，并且通过光路分离元件50改变前行方向，被第一反射镜31反射，并且不与光源15以及光源15的子底座13相干扰地到达第二反射镜35。被第二反射镜35反射的光形成在用于信号探测的主光电探测器17上，以便探测记录在信息存储介质1上的信号和/或信息存储介质1的聚焦和追踪误差。

由于根据本发明的集成式光学系统相比常规的光学拾取器结构简单，并且可利用MEMS工艺来制造大部分元件，即集成式光学系统的光学台和光路形成单元，可同时在晶片上制造多个集成式光学系统，并且相比常规的光学拾取器易于调整并组装。而且，由于结构简单并且大部分元件集成形成，可以减小光学拾取器的大小。

下面将说明根据本发明的集成式光学系统的制造方法。

首先，以如下方式制造光学台10。在主光电探测器17和监测光电探测器19直接形成在光学台晶片上以后，通过薄膜工艺形成内部接线21和焊垫23。为了将光源15，即半导体激光器安装在光学台10上，制造接合有光源15的子底座13，并且将子底座13接合到其上设置有主光电探测器17和监测光电探测器19的光学台10的底面11。如必要，通过接线接合(wirebonding)完成接线21。可选的，可独立制造主光电探测器17和监测光电探测器19并随后将其接合到光学台10的底面11，并且通过半导体工艺直接在光学台10上形成光源15。

通过晶片工艺制造包括第一和第二反射镜31和35的光路形成单元30，即通过蚀刻光路形成单元晶片或者模制聚合体或者玻璃而在晶片上排列形成第一和第二反射镜31和35。

在制造了其上形成有光学台10的光学台晶片以及其上形成有包括第一和第二反射镜31和35的光路形成单元30的光路形成单元晶片后，光路形成单元晶片和光学台晶片对准、接合并切割以便获得光学台和光路形成单元组件。

通过将光路分离元件50和透镜单元70联接到各自的光学台和光路形成单元组件模体，可制得用作光学拾取器或者光学模块的集成式光学系统。

这里，通过对中透镜单元70(例如物镜)并调节光路分离元件50和透镜单元70来将透镜单元70和光路分离元件50联接到光学台10，使得可通过主光电探测器17正确接收光。当透镜单元70和光路分离元件50通过这种调节过程而联接到光学台10时，可获得根据本发明的集成式光学系统。

可选的，为了制造这种集成式光学系统，制备其上形成有光学台10的光学台晶片，并且通过晶片工艺制得或者分立制得的反射镜在适当的位置连接到光学台晶片上的光学台10，以便形成光路形成单元30的第一和第二反射镜31和35连接到光学台10的结构。继而，其上连接有光路形成单元30的光学台晶片被切割以便获得光学台和光路形成单元组件。

这里，构成光路形成单元30的反射镜31和35可通过晶片工艺加工为排列形成在光路形成单元晶片上。光路形成单元晶片被切割为反射镜，反射镜是分立的并且随后在适当的位置被连接到光学台晶片，并且光学台晶片被切割，以便获得光学台和光路形成单元组件。可选的，光学台晶片可首先被切割，并且反射镜可在适当的位置被连接到每个光学台，以便获得光学台和光路形成单元组件。

这里，透镜单元70的物镜可首先被固定到光学台10并且随后光路形成单元30的第一和第二反射镜31和35可连接到光学台10。这种情况下，在物镜被固定后，根据物镜的位置确定第一反射镜31的位置。接下来，调节光路分离元件50使得主光电探测器17可适当的接收光并且光路分离元件50可被插入到光学台10中以获得根据本发明的集成式光学系统。

可选的，物镜和光路分离元件50可首先被固定到光学台10，并且随后第一反射镜31和第二反射镜35可连接到光学台10。这种情况下，在物镜被固定后，根据物镜的位置确定第一反射镜31的位置，并且确定第二反射镜35的位置，使得可通过主光电探测器17适当地接收光。

上文已经详细说明了根据本发明的集成式光学系统的制造方法，本发明不限于此，可在所附权利要求的精神和范围内进行各种变型。

下面将说明根据本发明的集成式光学系统中的监测光电探测器19的各种设置方式。监测光电探测器19设置在光源前面，如上所述。

图9-11分别描述了其中监测光电探测器19设置在光学台10的底面11并且平行于光源15，监测光电探测器19朝向光源15倾斜，以及监测光电探测器19设置在从光学台10的底面11突出的部分上并且平行于光源15的实例。图9-11描述了其中监测光电探测器10的有效光接收面积的宽度为0.7mm的实例。参考图9-11，LD表示光源15的发光部分，MPD表示监测光电探测器19，有效光束面积表示用于信息记录和/或再现的光束部分，入射在MPD上的光束面积表示入射到监测光电探测器19的有效光接收面积上的光束的部分。

表1显示当监测光电探测器19分别如图9-11所示相对于光源19定位并且监测光电探测器19的有效光接收面积为0.7mm和0.5mm时，由监测光电探测器19接收的光强对从光源15发射的总光强的比例。

表1

参考表1，当监测光电探测器19的有效光接收面积的宽度为0.7mm时，图9、10和11中监测光电探测器19接收的光量的比例分别为6.9％、23.1％和17.96％。当监测光电探测器19的有效光接收面积的宽度为0.5mm时，图9、10和11中监测光电探测器19接收的光量的比例分别为4.75％、22.58％和13.58％。

已知当监测光电探测器19接收的光量占从光源15发射的总光量的5-10％的范围内时，可监测从光源15射出的总光量。

由此，当监测光电探测器19设置在光学台10的底面11上，与光源15相距2.085mm使得有效光接收面积的宽度为0.7mm时，监测光电探测器19接收的光的比例为6.9％。因此，可接收监测所需的有效量的光。

参考图9，当监测光电探测器19设置在光学台10的底面11上时，如果监测光电探测器19设置更远离光源15，有效光接收面积的宽度可小于0.7mm。进而，如果监测光电探测器19更接近光源15设置，有效光接收面积的宽度可大于0.7mm。

这里，图9描述了特定的设计实例。因此，监测光电探测器19和光源15之间的距离以及有效光接收面积并不限于图9所述的实例，可在接收监测所需的有效量的光的范围内进行各种变型。

参考图10，当监测光电探测器19设置在与光源15间隔1.099mm的位置处并且朝向光源15倾斜15度，使得有效光接收面积的宽度为0.7mm时，监测光电探测器19接收的光的比例为23.1％。在相同条件下，当监测光电探测器19的有效光接收面积的宽度为0.5mm时，监测光电探测器19接收的光的比例为22.58％。

当如图10所示，当监测光电探测器19朝向光源15倾斜时，即使当监测光电探测器19接收的光量减少，仍可进行监测。因此，监测光电探测器19的倾斜角度可小于15度或者监测光电探测器19可更接近于光源15设置。

这里，图10只描述了一种特定设计实例。因此，监测光电探测器19和光源15之间的距离、监测光电探测器19的有效光接收面积以及倾斜角度不限于图10所述的实例，并且可在接收监测所需的有效量的光的范围内进行各种变型。

当如图11所示，监测光电探测器19设置在从光学台10的底面11突出0.218mm的部分上并与光源15相距0.5mm，使得有效光接收面积的宽度可为0.7mm时，监测光电探测器19接收的光的比例为17.96％。在相同条件下，当监测光电探测器19的有效光接收面积的宽度为0.5mm时，监测光电探测器19接收的光的比例为13.58％。

当如图11所示，监测光电探测器19设置在从光学台10的底面11突出的部分上时，即使当监测光电探测器19接收的光量减少，仍可进行监测。因此，监测光电探测器19的突出量可小于图11所示的0.218mm或者监测光电探测器19可更接近于光源15设置。

这里，图11只描述了一种特定设计实例。因此，监测光电探测器19和光源15之间的距离、监测光电探测器19和光学台10的底面11之间的距离以及有效光接收面积不限于图11所述的实例，并且可在接收监测所需的有效量的光的范围内进行各种变型。

从表1可见，监测光电探测器19可设置在光源15前面的光学台10的底面11上，在这种情况下，可简化设置监测光电探测器19的结构。

而且，监测光电探测器19可朝向光源15倾斜或者设置在从光学台10的底面11突出的部分上。

图12是采用根据本发明的集成式光学系统的信息记录和/或再现装置的示意图。

参考图12，信息记录和/或再现装置包括一包括旋转信息存储介质1(例如光盘)的主轴电动机455的旋转单元，安装以在信息存储介质1的径向可移动并且再现记录在信息存储介质1上的信息和/或记录信息的光学拾取器400，驱动该旋转单元和光学拾取器400的驱动单元457，以及控制驱动单元457以控制光学拾取器450的聚焦和追踪伺服的控制单元470。该装置还包括转台452，以及夹持信息存储介质1的夹持器453。

光学拾取器400包括根据本发明的集成式光学系统。即，当集成式光学系统形成为作用同图7所示的光学拾取器时，光学拾取器400可为根据本发明的集成式光学系统。

可选的，当集成式光学系统形成为作用同图8所示的光学模块时，光学拾取器400可包括根据本发明的集成式光学系统。

通过安装在光学拾取器400上的主光电探测器17探测到由信息存储介质1反射的光，并通过光电转换被转换为电信号。电信号通过驱动单元457被输入到控制单元459中。驱动单元457控制主轴电动机455的旋转速度，放大输入信号，并且驱动光学拾取器400。控制单元459将根据从驱动单元457输入的信号而调节的聚焦伺服指令以及追踪伺服指令再次传送到驱动单元457，以便实现光学拾取器400的聚焦和追踪伺服操作。进而，控制单元459利用由监测光电探测器19探测的光量信号并且控制从光源15输出的光，使得从光源15射出适量的先。

当使用根据本发明任一实施例的光学拾取器时，可实现小而薄的信息记录和/或再现装置。

因此，采用根据本发明的光学拾取器的信息记录和/或再现装置可应用于便携式终端，例如个人数字助理(PDA)，移动电话、数码相机、便携式光盘播放器或者摄录机。

上文参考附图说明了集成式光学系统、其方法以及采用该集成式光学系统作为光学模块或者光学拾取器的信息记录和/或再现装置，本发明不限于此，可在权利要求的技术范围内进行各种变型。

由于根据本发明的集成式光学系统可满足对小而薄的装置的需求，并可利用MEMS工艺集成，可同时在晶片上制造多个集成式光学系统并且相比常规的光学拾取器易于调节和组装。另外，由于简化了结构并且大部分元件可集成，光学拾取器的尺寸可减小。

进而，当透镜单元构成为使得在透镜保持器的一个表面上形成用作准直透镜的透镜并且用作物镜的折射透镜可选择性地插入到透镜保持器中，根据本发明的集成式光学系统易于根据衍射透镜的形成和折射透镜的存在而变换用作光学模块或者集成式光学系统。

上述参考示例性实施例显示并说明了本发明，本领域技术人员应理解在不背离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可对形式和细节做出各种变型。

Claims (29)

1.一种集成式光学系统，包括：

一光学台，其上安装有发光光源以及包括接收光的主光电探测器的至少一个光电探测器；

一透镜单元，其连接到所述光学台；

一光路分离元件，其分离从所述光源出射并朝向所述透镜单元传播的光的光路以及从所述透镜单元入射的光的光路；以及

一光路形成单元，其连接到所述光学台，所述光路形成单元包括将从所述光源射出的光反射到所述透镜单元的第一反射镜，以及将从所述透镜单元入射并由所述第一反射镜反射的光反射到所述主光电探测器的第二反射镜，

所述发光光源位于第一反射镜和第二反射镜之间。

2.如权利要求1所述的集成式光学系统，其中所述至少一个光电探测器还包括一监测光电探测器，所述监测光电探测器设置在所述光学台上并且直接接收从所述光源向前射出的光的一部分。

3.如权利要求2所述的集成式光学系统，其中所述主光电探测器和所述监测光电探测器设置在所述光学台的底面上，并且所述光源安装在一底座上并与所述光学台的底面间隔开。

4.如权利要求2所述的集成式光学系统，其中所述监测光电探测器平行于所述光源，朝向所述光源倾斜，或者与所述光学台的底面间隔开。

5.如权利要求1所述的集成式光学系统，其中所述光源安装在一底座上。

6.如权利要求1所述的集成式光学系统，其中所述光路分离元件包括一衍射光学元件。

7.如权利要求1所述的集成式光学系统，其中所述光路分离元件包括一偏振衍射元件和一四分之一波板。

8.如权利要求1所述的集成式光学系统，其中所述光学台中形成一具有开口的接收槽，并且所述光路分离元件插入到所述接收槽中。

9.如权利要求1所述的集成式光学系统，其中还包括用于在所述光源和所述至少一个光电探测器以及外部电路之间电连接的接线和端子，其中所述接线和端子形成在所述光学台的衬底上。

10.如权利要求1所述的集成式光学系统，其中在所述光学台中形成一开口，通过该开口从所述光源射出并被所述第一反射镜反射的光通向所述透镜单元。

11.一种集成式光学系统，包括：

一光学台，其上安装有发光光源、接收所述光的主光电探测器以及直接接收从所述光源向前射出的光的一部分的一监测光电探测器；

一透镜单元，其连接到所述光学台；

一光路分离元件，其分离从所述光源出射并随后朝向所述透镜单元传播的光的光路以及从透镜单元入射的光的光路；以及

一光路形成单元，其连接到所述光学台，所述光路形成单元包括将从所述光源射出的光反射到所述透镜单元的第一反射镜，以及将从所述透镜单元入射并由所述第一反射镜反射的光反射到所述主光电探测器的第二反射镜，所述发光光源位于第一反射镜和第二反射镜之间。

12.如权利要求11所述的集成式光学系统，其中所述监测光电探测器设置在所述光学台的底面上，所述光源安装在一底座上并且与所述光学台的底面间隔开。

13.如权利要求12所述的集成式光学系统，其中所述监测光电探测器平行于所述光源，朝向所述光源倾斜，或者与所述光学台的底面间隔开。

14.如权利要求11所述的集成式光学系统，其中所述光源安装在一底座上。

15.如权利要求11所述的集成式光学系统，其中还包括用于在所述光源，所述主光电探测器和所述监测光电探测器以及外部电路之间电连接的接线和端子，其中所述接线和端子形成在所述光学台的底面上。

16.如权利要求1-15中任一项所述的集成式光学系统，其中所述透镜单元包括折射透镜、衍射透镜以及渐变折射率透镜中的至少一个。

17.如权利要求16所述的集成式光学系统，其中所述透镜单元包括由折射透镜和衍射透镜组成的一混合透镜。

18.如权利要求16所述的集成式光学系统，其中所述透镜单元包括折射透镜和衍射透镜，所述折射透镜用作物镜，所述衍射透镜用作准直透镜。

19.如权利要求16所述的集成式光学系统，其中所述透镜单元将折射透镜、衍射透镜或者渐变折射率透镜用作准直透镜，使得所述集成式光学系统可用作光学拾取器的光学模块。

20.如权利要求16所述的集成式光学系统，其中所述透镜单元构成为使得在一透镜保持器的一个表面形成用作准直透镜的衍射透镜，并且所述集成式光学系统在光学拾取器和光学拾取器的光学模块之间进行选择性地变换，其中当作为物镜的折射透镜插入所述透镜保持器时，所述集成式光学系统作为光学拾取器，而当作为物镜的折射透镜不插入所述透镜保持器时，所述集成式光学系统作为光学拾取器的光学模块。

21.一种制造如权利要求1-15中任一项所述的集成式光学系统的方法，该方法包括：

制备光学台晶片以及光路形成单元晶片，在该光学台晶片上形成有光学台，在该光路形成单元晶片上形成有光路形成单元；并且

将所述光路形成单元晶片接合到所述光学台晶片，并且将接合的晶片切割以获得光学台和光路形成单元组件。

22.一种制造如权利要求1-15中任一项所述的集成式光学系统的方法，该方法包括：

制备光学台晶片，在该光学台晶片上形成有光学台；

将光路形成单元连接到形成在所述光学台晶片上的光学台；并且

将连接有所述光路形成单元的光学台晶片切割，以获得光学台和光路形成单元组件。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述光路形成单元形成在一晶片上。

24.一种制造如权利要求1-15中任一项所述的集成式光学系统的方法，该方法包括：

制备光学台晶片，在该光学台晶片上形成有一光学台；

将所述光学台晶片切割；并且

将该光路形成单元连接到光学台，以获得光学台和光路形成单元组件。

25.一种信息记录和/或再现装置，包括：

如权利要求1-15中任一项所述的集成式光学系统；

旋转信息存储介质的一信息存储介质旋转单元；

驱动所述集成式光学系统以及所述信息存储介质旋转单元的一驱动单元；以及

控制所述驱动单元以控制聚焦和追踪伺服的一控制单元。

26.如权利要求25所述的信息记录和/或再现装置，其中所述透镜单元包括由一折射透镜和一衍射透镜组成的混合透镜，并且该集成式光学系统用作一光学拾取器。

27.如权利要求25所述的信息记录和/或再现装置，其中所述透镜单元包括折射透镜和衍射透镜，所述折射透镜用作物镜，所述衍射透镜用作准直透镜，所述折射透镜插入到一透镜保持器中，所述衍射透镜设置在所述透镜保持器的一个表面，并且所述集成式光学系统用作一光学拾取器。

28.如权利要求25所述的信息记录和/或再现装置，其中还包括聚焦信息存储介质上的入射光的物镜，其中所述透镜单元用作准直透镜，所述集成式光学系统用作一光学模块。

29.如权利要求28所述的信息记录和/或再现装置，其中所述透镜单元包括用作准直透镜的衍射透镜，所述衍射透镜形成在一透镜保持器的一个表面。

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