CN1318832A - 光学读取装置和激光二极管基片 - Google Patents

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Abstract

一种用于光学读取装置的激光二极管基片,其中在衬底上形成多个具有层压结构的发光部分,用于发射不同波长的激光束,并且多个发光部分的各个发光点位于在层压方向距离衬底同一平面不同长度的位置处。

Description

光学读取装置和激光二极管基片
本发明涉及一种通过发射不同波长的多种激光束而从不同类型的多种记录介质上读取信息的光学读取装置和用于光学读取装置的激光二极管。
通常用半导体激光器装置作为播放光学信息记录介质如CD、DVD等的光学读取装置的光源。
要播放记录介质，光发射波长和用于播放CD以及播放DVD的半导体激光器装置的物镜的数值孔径彼此不同。例如，在DVD的情形中，波长为650nm，NA为0.6，在CD的情形中，波长为780nm，数值孔径为0.45。
用一个盘播放器播放不同类型的盘如CD和DVD等，要采用其中具有两个不同波长650nm和780nm的光源的光学读取装置。图1是光学读取装置的一个实例。
根据图1所示的光学读取装置，它顺次地排列发射650nm波长的激光束的激光器1、发射780nm波长的激光束的激光器2、合成棱镜3、半反射镜4、准直透镜5和物镜6。另外，在半反射镜4伸出的另一光轴放置一个光探测器7。在此结构中，因为对于CD和DVD采用一个公共的以合成滤光器3开始并延伸到光盘8的的光学系统，所以从激光器发出的光穿过合成滤光器3并沿光轴Y导向光盘8。用在此处的物镜6是一个根据两种波长而设置有双焦点和不同焦点位置的透镜。因此，可以抑制由CD和DVD表面衬底的不同厚度而导致的球差。
但是，在此结构中，因为需要一个合成棱镜或类似的部件，所以需要的部件数量较大并且制造成本较高。另外，因为两个激光器的位置与合成棱镜必须匹配，所以结构变得复杂并且难于调节装置。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种光学读取装置和一个激光二极管基片，其中可以简化并缩小使用多种多个不同波长的激光束的装置的结构。
根据本发明的激光二极管基片是用于光学读取装置，其中在衬底上形成多个具有层压结构的发光部分，用于发射不同波长的激光束，其特征在于多个发光部分的各个发光点位于在层压方向距离衬底同一平面不同长度的位置处。
根据本发明的光读取装置包括一个光发射装置，光发射装置中在衬底上形成多个具有层压结构的发光部分，用于发射不同波长的激光束，并且激光束从多个发光部分中的一个选择性地发出；一个光学系统，用于把光发射装置发出的激光束导向记录介质的记录表面并把从记录介质的记录表面反射的激光束导向光敏装置，其特征在于多个发光部分的各个发光点位于在层压方向距离衬底同一平面不同长度的位置处，光学系统包括一个用于为激光束提供象散的象散元件，光探测装置具有对应于按已安排好的方式具有不同波长的各个激光束的四束分光接收部分，并且各四束分光接收部分阵列方向中的光接收面的所有中心分割线被设置成形成同一直线，光发射装置放置成由激光束在记录介质上形成的椭圆斑的主轴线与记录介质轨道的切线形成的角度和同一平面与连接多个发光部分的发光点的直线形成的角度之和成为预定角，并且光探测装置放置成使中心分割线平行于光接收面上轨道的切线。
另外，根据本发明的光读取装置包括一个光发射装置，光发射装置中在衬底上形成多个具有层压结构的发光部分，用于发射不同波长的激光束，并且激光束从多个发光部分中的一个选择性地发出；一个光学系统，用于把光发射装置发出的激光束导向记录介质的记录表面并把从记录介质的记录表面反射的激光束导向光敏装置，其特征在于多个发光部分的各个发光点位于在层压方向距离衬底同一平面不同长度的位置处，光学系统包括一个用于为激光束提供象散的象散元件，光探测装置具有对应于按已安排好的方式具有不同波长的各个激光束的四束分光接收部分，并且各四束分光接收部分阵列方向中的光接收面的所有中心分割线被设置成形成同一直线，光发射装置放置成由激光束在记录介质上形成的椭圆斑的主轴线与记录介质轨道的切线形成的角度之和等于同一平面与连接多个发光部分的发光点的直线形成的角度，并且光探测装置放置成使中心分割线垂直于光接收面上轨道的切线。
图1是常规的光学读取装置的框图；
图2是表示本发明光学读取装置的结构以及当光盘是一个DVD时的激光束路径简图；
图3是当光盘为一个CD时的激光束路径简图；
图4是半导体激光器的具体截面图；
图5是表示盘轨道上的光斑的简图；
图6是表示固定在绝缘子衬底上的半导体激光器简图；
图7是表示各个光接收元件的光接收面布局的简图；
图8是表示第一激光束在图7中的光接收面上形成的光斑位置简图；
图9是表示第二激光束在图7中的光接收面上形成的光斑位置简图；
图10是表示各个光接收元件的光接收面布局的简图；
图11是表示第一激光束在图10中的光接收面上形成的光斑位置简图；
图12是表示第二激光束在图10中的光接收面上形成的光斑位置简图；
图13是表示作为本发明的另一个实施例，半导体激光器的布局与盘轨道上的光斑之间的关系以及光接收面的位置简图。
下面将参考附图对本发明的实施例进行描述。
图2和图3表示本发明光学读取装置的光学系统。光学读取装置有一个用于发射两束不同波长的激光束的半导体激光器。在光学读取装置中，从半导体激光器11发出的激光束经过光栅12到达半反射镜(分束器)13。设置光栅12用于把激光束分成多束光(第0级光，±1级一级光)。0级光用于聚焦伺服控制。±1级一级光用于寻迹伺服控制。
半反射镜13以入射激光束的几乎90°反射入射激光束。反射的激光束的方向等于朝向作为记录介质的光盘17的方向。在半反射镜13和光盘17之间布置一个准直透镜14和一个物镜15。
准直透镜14把来自半反射镜13的激光束转变成一个平行光并将其提供给物镜15。物镜15是一个具有双焦点的透镜，它把平行的激光束会聚到盘17的记录面上。盘17的记录面反射激光束。被记录面反射的激光束由物镜15和准直透镜14转变成平行激光束，并且之后直线形通过半反射镜13。在通过半反射镜13的光轴方向相继布置一个柱状透镜18和一个光探测器16。柱状透镜18是一个用于形成象散的象散发生装置。
图2表示DVD用作光盘17的情况。半导体激光器11发射出一束650nm波长的第一激光束。图3表示CD用作光盘17的情况。半导体激光器11发射出一束780nm波长的第二激光束。
图4是半导体激光器11的外视图。如图4所示，半导体激光器11以单片的形式设置。在单n型GaAs衬底20的一个主面上经过一个分割槽23形成一个具有第一发光点A1的第一发光部分21和一个具有第二发光点A2的第二发光部分22，分别用于发射650nm波长的第一激光束和780nm波长的第二激光束。在衬底20的另一个主面上形成一个用作两发光部分21和22的公共电极的背电极24。
第一发光部分21有一个n型AlGaInP包层31、一个应变量子阱活性层32、p型AlGaInP包层33、n型GaAs层34、p型GaAs层35和一个电极36，它们以所述的顺序形成在GaAs衬底20上。包层33的横截面在其中心部分形成不等边四边形。形成的n型GaAs层34覆盖除不等边四边形上表面之外的包层33。在不等边四边形的上表面上形成p型GaInP层37。第一发光点A1位于应变量子阱活性层32中。
在类似于第一光发射部分21的方式中，第二光发射部分22依次有一个n型AlGaInP包层41、一个应变量子阱活性层42、p型AlGaInP包层43、n型GaAs层44、p型GaAs层45和一个电极46。包层43的横截面在其中心部分形成不等边四边形。形成的n型GaAs层44覆盖除不等边四边形上表面之外的包层43。在不等边四边形的上表面上形成p型GaInP层47。第二发光点A2位于应变量子阱活性层32中。第一发光点A1的光轴和第二发光点A2的光轴之间的间隔设置为例如100μm。
当由连结第一发光点A与第二发光点A2的直线和平行于公共电极24的表面的直线形成如图4中所示的角θ1，并且由如下所述在光盘17的轨道25上形成的椭圆光斑26的主轴27和轨道25的切线28形成如图5中所示的角度θ2时，把半导体激光器11放置成满足下列方程：
                       θ1+θ2=90°
此关系式使得连结第一发光点A1和第二发光点A2的直线平行于被播放的盘的轨道切线。
半导体激光器11固定在如图6所示的绝缘子衬底50上并被一个包装元件(未示出)覆盖。
半导体激光器11根据激光器驱动装置(未示出)的控制信号选择性地发出第一激光束或第二激光束。虽然两种激光束不是同时发出，但第一激光束的中心轴X1和第二激光束的中心轴X2基本上平行。发出的第一和第二激光束中的每一个具有图4中虚线所示的椭圆形。在本发明中，激光束的中心轴对应于穿过激光束截面上光强分布中心的线。
光探测器16有三个独立的光接收元件51至53，如图7中所示。光接收元件51至53的光接收面位于垂直于光轴的一个平面上，并分别具有矩形的形状。光接收元件51至53设置在纵向线上。光接收元件51位于光接收元件52和53之间。光接收元件51的光接收面被分成八份，即八个光接收元件51a～51h。也即光接收元件51的光接收面被一条用于在纵向分成两等份的分割线和三条用于四等份的垂直于两等份的分割线分成八等份。光接收元件51的八个光接收元件51a～51h中的每一个产生一个对应于光接收面处的光接收强度的输出信号。光接收元件52和53每个都没有一个划分的光接收面，并且都产生一个对应于光接收面处的光接收强度的输出信号。在图7中，长短交替变化的虚线表示对光接收元件51～53的光接收面的每一个共用的中心线。光探测器16放置成使中心线平行于待播放盘的轨道切线。由此，形成光斑的轨道的切线与中心线对应。
在上述结构中，从半导体激光器11发出的第一或第二激光束被光栅12分成多束光束(0级光、±1一级光)，并且之后被半反射镜13反射。由半反射镜13反射的激光束被准直透镜14准变成平行光并到达物镜15。该激光束由物镜15会聚到盘17的记录表面并形成一个椭圆光斑。
由第一激光束形成的椭圆光斑的中心点和由第二激光束形成的椭圆光斑的中心点位于盘17的轨道上。这是因为，如上所述，在θ1和θ2之间成立这种关系：θ1+θ2=90°，其中θ1是连结第一发光点A和第二发光点A2的直线与平行于公共电极24的表面的直线之间的夹角，θ2是形成在光盘17的轨道上的椭圆光斑的主轴与轨道的切线之间的夹角。这也意味着光接收元件51～53的排列方向可以指向轨道的方向或垂直于轨道的方向。
由信息点调制并被盘17的记录面反射的光束穿过物镜15和准直透镜14，返回到半反射镜13，在此处与半导体激光器11的光路分开，并经过柱状透镜18进入光探测器16的每个光接收元件51～53的光接收面。从盘17反射的0级光提供给光接收元件51，±1一级光从盘17反射的各个反射光提供给光接收元件52和53。
当第一光发射部分21发出的波长为650nm的第一激光束及其在盘17的记录面上形成的一个椭圆光斑聚焦并定位于一条轨道上时，在光探测器16的各个光接收元件51～53的光接收面上分别形成圆光斑61～63，如图8所示。光接收元件51处形成的圆光斑61使其中心处于光接收元件51a,51b,51e和51f的光接收面的十字划分线的中心。在光接收元件52和53处，圆光斑62和63分别形成在与光接收元件51的光斑61相隔预定间隔的位置处。即光斑62位于光接收元件51中心纵向相对一侧光接收元件52的光接收面上。在光接收元件53的光接收面上，光斑63位于光接收元件51中心纵向的以侧。用于划分光接收元件51a和51e的光接收面与光接收元件51b和51f的光接收面的分割线的方向对应于盘17的轨道方向，利用这种对应关系在光接收面上形成光斑61。
当第二光发射部分22发出波长为780nm的第二激光束并且该第二激光束在盘17的记录面上形成的一个椭圆光斑聚焦并定位于一条轨道上时，在光探测器16的光接收元件51～53的光接收面上分别形成圆光斑64～66，如图9所示。光接收元件51处形成的圆光斑61其中心处于光接收元件51c,51d,51g和51h的光接收面的十字划分线的中心。在光接收元件52和53处，圆光斑65和66分别形成在与光接收元件51的光斑相隔预定间隔的位置处。即光斑65位于光接收元件51中心纵向一侧光接收元件52的光接收面上，并且，光斑63位于光接收元件51中心纵向相对一侧光接收元件53的光接收面上。用于划分光接收元件51c和51g的光接收面与光接收元件51d和51h的光接收面的分割线的方向对应于盘17的轨道方向，利用这种对应关系在光接收面上形成光斑64。
根据光接收元件51a至51h的输出信号产生读取信号RF和聚焦误差信号FE。根据光接收元件52和53的输出信号，产生寻迹误差信号TE。假设光接收元件51a至51h的输出信号依次是Aa至Ah，并且光接收元件52和53的输出信号依次是B和C，则当从第一光发射部分21发出波长为650nm的第一激光束时，读取信号RF是：
                     RF=Aa+Ab+Ae+Af聚焦误差信号FE是：
                 FE=(Aa+Af)-(Ab+Ae)并且寻迹误差信号TE是：
                        TE=B-C当从第二光发射部分22发出波长为780nm的第二激光束时，读取信号RF是：
                     RF=Ac+Ad+Ag+Ah聚焦误差信号FE是：
                 FE=(Ac+Ah)-(Ad+Ag)并且寻迹误差信号TE是：
                        TE=B-C
在光探测器16中通过由多个加法器和减法器组成的计算单元探测这些读取信号RF、寻迹误差信号TE和聚焦误差信号FE，其中在图中未示出加法器和减法器。把读取信号RF提供给信号再现系统(未示出)，把寻迹误差信号TE和聚焦误差信号FE提供给伺服电路(未示出)。根据寻迹误差信号TE和聚焦误差信号FE，伺服电路控制聚焦方向和寻迹方向上的物镜15，从而通过一个由磁性电路和线圈构成的致动器(未示出)来满足信息轨道上光斑的位置。
根据本发明的上述实施例，当使用具有两个光发射部分的光发射装置的读取装置以象散法执行聚焦伺服调节时，在可得到适当的聚焦误差信号的情况下能够接收到两种激光束的每一种。
即，如果形成斑点的轨道的切线不与用于探测聚焦误差的四分光接收元件的中心分割线对应，则当寻迹失败时不可避免地给聚焦误差信号中增加偏差。但是根据本发明，即使光接收元件被简化成4×2的八分面，在形成光斑的轨道的切线与用于探测聚焦误差的光接收元件的中心分割线对应的情况下可以接收两种激光束的每一种。具有简单结构的光接收元件即使在出现寻迹误差时仍可以获得适当的聚焦误差信号。
虽然在上述实施例中半导体激光器11配置有两个具有不同波长的光发射部分A1和A2，但本发明也可以用于配置有三个或多个彼此具有不同发射波长的发光点的整体式激光器。具有彼此不同的发射波长的三个或多个发光点布置在同一条直线上。如果该直线与平行于公共电极平面的直线之间形成一个θ1的角度，并且形成在光盘轨道上的椭圆光斑的主轴与轨道的切线之间形成一个θ2的角度，则以类似于上述实施例的方式建立θ1+θ2=90°。
虽然光探测器16的光接收元件51的光接收面被分成八份，但也可以分成六份。即，光探测器16由放置在其纵向的一条线上的光接收元件54至56组成，如图10所示。光接收元件54位于光接收元件55和56之间。光接收元件的54的光接收面被在纵向分成两半的分割线和垂直于它的三等份分割线分成六份。光接收元件54有六个光接收元件54a至54f。从对应于其光接收面上的接收强度的六个光接收元件54a至54f的每一个中产生一个输出信号。在图10中，长短交替的虚线表示光接收元件54至65的每个光接收面的公共中心线。
下面将描述具有六分光接收元件54的光探测器16的光接收操作。从第一光发射部分21发出波长为650nm的第一激光束。当由第一激光束在盘17记录面上形成的椭圆光斑被聚焦并定位到一条轨道上时，在光探测器16的光接收元件54至56的光接收面上分别形成圆光斑67至69，如图11所示。光接收元件54处形成圆光斑67，该光斑的中心处于光接收元件54a,54b,54d和54e的光接收面的十字划分线的中心。在光接收元件55和56处，圆光斑68和69分别形成在与光接收元件54的光斑67相隔预定间隔的位置处。即光斑68位于光接收元件54中心纵向相对一侧的光接收元件55的光接收面上。光斑69位于光接收元件54中心纵向一侧的光接收元件56的光接收面上。
当第二光发射部分22发出波长为780nm的第二激光束并且在盘17的记录面上由第二激光束形成的一个椭圆光斑聚焦并定位于一条轨道上时，在光探测器16的各个光接收元件54～56的光接收面上分别形成圆光斑70～72，如图12所示。光接收元件54处形成的圆光斑70使其中心处于光接收元件54b,54c,54e和54f的光接收面的十字划分线的中心。在光接收元件55和56处，圆光斑71和72分别形成在与光接收元件54的光斑70相隔预定间隔的位置处。即光斑71位于光接收元件54中心纵向一侧光接收元件55的光接收面上。光斑72位于光接收元件54中心纵向相对一侧光接收元件56的光接收面上。
根据光接收元件54a至54f的输出信号产生产生读取信号RF和聚焦误差信号FE。根据光接收元件55和56的输出信号产生寻迹误差信号TE。假设光接收元件54a至54f的输出信号依次是Aa至Ah，并且光接收元件55和56的输出信号依次是B和C，则当从第一光发射部分21发出波长为650nm的第一激光束时，读取信号RF是：
                    RF=Aa+Ab+Ad+Ae聚焦误差信号FE是：
                 FE=(Aa+Ae)-(Ab+Ad)并且寻迹误差信号TE是：
                       TE=B-C当从第二光发射部分22发出波长为780nm的第二激光束时，读取信号RF是：
                    RF=Ab+Ac+Ae+Af聚焦误差信号FE是：
                 FE=(Ab+Af)-(Ac+Ae)并且寻迹误差信号TE是：
                       TE=B-C
在上述实施例中，把半导体激光器11安装成使得θ1和θ2之和成为预定的角度(例如90°)，其中θ1是连结第一发光点A和第二发光点A2的直线与平行于公共电极24表面的直线之间的夹角，θ2是在光盘17的轨道上形成的椭圆光斑的主轴与轨道的切线之间的夹角，并且光接收元件51放置成使其中心分割线平行于光接收面上轨道的切线28。本发明并不局限于这种结构，可以做成如图13所示的结构。即把结构类似于半导体激光器11的半导体激光器80放置成使θ1与θ2一致，其中θ1是连结多个第一和第二光发射部分81和82的第一和第二发光点A和A2的直线83与平行于公共电极84表面直线形成的夹角，θ2是第一和第二激光束在光盘上形成的椭圆光斑85和86的主轴线87和88与光盘轨道的切线89和90之间的夹角。用于探测读取信号和聚焦伺服信号的光探测器91的光接收元件92放置成使八分光接收面的中心分割线95垂直于轨道的切线89和90。用于寻迹伺服的光接收元件93和94放置成在光接收元件92两侧上平行于中心分割线95。
虽然在本实施例中展示了本发明用在使用准直透镜14的无限光学系统，但本发明也可以用于有限光学系统。
如上所述，根据本发明，因为衬底上用于发射彼此波长不同的激光束的多个层压的光发射部分的发光点被放置在层压方向距离衬底同一平面间隔不同距离的位置上。所以可以使由激光束在记录介质上形成的椭圆光斑的主轴线和记录介质的轨道切线形成的角度与同一平面和连结多个光发射部分的每个发光点的连线形成的角度之和为预定角。利用这种结构，当对应于具有不同波长的各个激光束的四分光接收面放置在光探测器中时，可以把个四分光接收面的阵列方向中的光接收面的中心分割线放置成形成同一条直线。因此，可以简化并缩小光学读取装置的结构。

Claims (11)

1．一种用于光学读取装置的激光二极管基片，其中在衬底上形成多个具有层压结构的发光部分，用于发射不同波长的激光束，
其特征在于多个发光部分的各个发光点位于在层压方向距离所述衬底同一平面不同长度的位置处。
2．如权利要求1所述的激光二极管基片，其特征在于在衬底的一侧上形成所述多个发光部分，在衬底的另一侧上形成一个公共电极。
3．如权利要求1所述的激光二极管基片，其特征在于在多个光发射部分的至少一个光发射部分和衬底之间插入一个辅助衬底，并且所述多个光发射部分的发光点通过插入所述的辅助衬底而位于在层压方向上距离所述衬底的同一平面相隔不同长度的位置处。
4．如权利要求1所述的激光二极管基片，其特征在于当所述的多个光发射部分由三个或多个光发射部分组成时，多个光发射部分的发光点分布在同一条直线上。
5．一种光读取装置，包括：
一个光发射装置，其中在衬底上形成多个发光部分，该发光部分具有发射不同波长激光束的层压结构，并且激光束从多个发光部分中的一个选择性地发出；
一个光学系统，用于把光发射装置发出的激光束导向记录介质的记录表面并把从记录介质的记录表面反射的激光束导向光敏装置，
其特征在于所述多个发光部分的各个发光点位于在层压方向距离衬底同一平面相隔不同长度的位置处，
所述光学系统包括一个用于为所述激光束提供象散的象散元件，
所述光探测装置具有对应于按已安排好的方式具有不同波长的各个激光束的四分光接收部分，并且各四分光接收部分阵列方向中的光接收面的所有中心分割线布置成同一直线，
所述光发射装置放置成由激光束在所述记录介质上形成的椭圆斑的主轴线与所述记录介质轨道的切线形成的角度和同一平面与连接所述多个发光部分的发光点的直线形成的角度之和成为预定角，和
所述光探测装置放置成使中心分割线平行于所述光接收面上轨道的切线。
6．如权利要求5所述的光读取装置，其特征在于光探测装置的光接收面被分成八份，并且八分光接收面的一半对应于从所述多个光发射部分中的一个发出的激光束，而八分光接收面的另一半对应于从邻近所述的多个光发射部分中的一个的光发射部分发出的激光束。
7．如权利要求5所述的光读取装置，其特征在于光探测装置的光接收面被分成六份，并且包围六分光接收面的两个划分十字中的一个的四分光接收面对应于从多个光发射部分中的一个发出的激光束，并且包围六分光接收面的两个划分十字中的另一个的四分光接收面对应于从邻近所述的多个光发射部分中的一个的光发射部分发出的激光束。
8．如权利要求5所述的光读取装置，其特征在于光学系统有一个三光束发生装置，用于把每束激光束转变成三束激光束，包括0级光和±高级光，
所述的光探测装置在四分光接收部分的阵列方向具有两个子光束接收部分，这两部分之间放置四分光接收部分，并且每个子光束接收部分有一个用于接收由所有不同波长的激光束形成的高级光的光接收区域。
9．如权利要求5所述的光读取装置，其特征在于所述的预定角是90°角。
10．如权利要求5所述的光读取装置，其特征在于当多个光发射部分包括三个或多个光发射部分时，多个光发射部分的各个发光点分布在同一直线上。
11．一种光读取装置，包括：
一个光发射装置，光发射装置中在衬底上形成多个具有层压结构的发光部分，用于发射不同波长的激光束，并且激光束从多个发光部分中的一个选择性地发出；
一个光学系统，用于把光发射装置发出的激光束导向记录介质的记录表面并把从记录介质的记录表面反射的激光束导向光敏装置，
其特征在于所述多个发光部分的各个发光点位于在层压方向距离衬底同一平面相隔不同长度的位置处，
所述光学系统包括一个用于为激光束提供象散的象散元件，
所述光探测装置具有对应于不同波长的各个激光束的四分光接收部分，并且各四分光接收部分阵列方向中的光接收面的所有中心分割线布置成同一直线，
所述光发射装置放置成由激光束在记录介质上形成的椭圆斑的主轴线与记录介质轨道的切线形成的角度和同一平面与连接所述多个发光部分的发光点的直线形成的角度相等，和
所述光探测装置放置成使中心分割线垂直于所述光接收面上轨道的切线。
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