CN1324585C

CN1324585C - 双波长光学元件

Info

Publication number: CN1324585C
Application number: CNB038056321A
Authority: CN
Inventors: 稻垣胜人
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: WO2003102938A1; JPWO2003102938A1; KR20050008767A; US20050162994A1; CN1639782A; TW200405634A

Abstract

一种双波长装置，其能够消除由于在两个波长的元件集成在一个单元中时出现的波长之间的差造成的光路差，抑制可能由所述光路差造成的光盘再现信号的劣化。该对光盘进行读取/写入操作的双波长装置包括多个用于向该光盘发射不同波长的激光(17)的发光元件(3，5)和用于接收从所述光盘反射回来的光的光接收元件(13)，其中，各个所述发光元件(3，5)设置在能够消除由于不同波长之间的差造成的光路差的相关位置。

Description

双波长光学元件

技术领域

本发明涉及一种双波长光学装置，该双波长光学装置设置有多个用于向光盘发射不同波长激光束的发光元件，使得反射光的变化照射在光接收元件上，并且输出结果作为光盘再现信号。

背景技术

使用光学记录介质的装置，比如压缩盘(CD)播放器和数字通用盘(DVD)装置，使用780nm波段的激光束播放CD并使用650nm波段的激光束播放DVD，因此不同的光盘装置过去仅用于读取(再现)记录在光盘的信息和向同样的光盘上写入(记录)信息。近年来，市场上已经出现了由单一的光学拾取器产生波长依据光盘的类型而不同的激光束的双波长光学装置。

这种双波长光学装置具有用于发射波长为780nm波段的激光束的发光元件(第一激光二极管)、用于发射波长为650nm波段的激光束的发光元件(第二激光二极管)、用于接收从这些发光元件发射到光盘上的反射光并且输出光盘再现信号的光接收元件、设置在发光元件和光接收元件之间的光路上的预定位置上的光栅、反射镜、透镜以及光学系统的其它部件。注意，在上述的光学系统中，光学组件的部件为发光元件所共用。

在以这种方式构成的双波长光学装置中，从每个发光元件发送的激光束穿过所述光栅、在其前向路径上借助所述反射镜发生偏转并且借助所述透镜聚焦在所述光盘上。通过所述透镜、反射镜等，使得从所述光盘反射回来的光照射在所述光接收元件上。记录在所述光盘的记录面上的信息是依据这一反射光的变化而读取出来的。这样，在双波长光学装置中，通过安装CD用激光二级管和DVD用激光二极管并且共用所述光学系统，能够兼具播放CD和DVD的能力。

不过，由于使用上述双波长光学装置进行的常规光盘读取和写入从发光元件发出的光波长不同并且此外还共用该光学系统，因此到所述发光元件和所述光接收元件的光路的长度变得相对而言彼此不同，从而出现了光路差。就是说，在具有上述结构的实际装置中，由聚焦偏移造成的焦点偏差的理论值为大约180μm。过去，由于这样一种两个不同波长的差异造成的光路差是借助接收从光盘反射回来的光的所述光接收元件的厚度与用作布设所述发光元件的基座的半导体晶片(子安装台(sub mount))的厚度之间的差来调节的。

不过，要通过光接收元件的厚度和安装台厚度的机加工来获得作为理论值的、调整光路差的厚度是极端困难的。存在着这样的问题：所述装置实际上是在保留有光路差的情况下使用的，因此光盘再现信号遭到了劣化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种双波长光学装置，该装置能够消除由于形成双波长光学装置时产生的波长差造成的光路差并且能够抑制由于所述光路差造成的光盘再现信号劣化。

为了实现上述目的，按照本发明的双波长光学装置是这样一种双波长光学装置：用于从光盘上读取数据和/或向该光盘上写入数据，所述双波长光学装置设置有多个用于向光盘发射不同波长激光束的发光元件和用于接收从所述光盘反射回来的光的光接收元件，所述双波长光学装置的特征在于，所述发光元件设置在用于消除由于两个不同波长之间的差造成的光路差的相关位置上。

在这种双波长光学装置中，发光元件设置在用于消除由于波长的差造成的光路差的相关位置上。即，即使在例如CD使用的发射具有780nm波段波长的激光束的激光二极管和DVD使用的发射具有650nm波段波长的激光束的激光二极管共用一个光学系统的情况下，也能够消除光路之间的相对差，并且使得消除大部分的光路差成为可能。由此，消除掉了由于光路差造成的聚焦偏移，并且能够抑制由于光路差造成的光盘再现信号的劣化。

此外，本发明的双波长光学装置提供了具有如下特征的上述双波长光学装置：所述发光元件之一设置为使发光点位于激光束发射方向上的厚度中心的上侧，并且所述发光元件的另一个设置为使发光点位于激光束发射方向的厚度中心的下侧。

在该双波长光学装置中，在激光束发射方向的厚度方向上对发光元件的发光点进行调整成为了可能。即，能够在光轴方向上调整发光点。由于这一原因，移动距离直接起到了调整焦点的距离的作用，从而可以实现聚焦偏移的有效调整。

此外，本发明的双波长光学装置提供了具有如下特征的上述双波长光学装置：一个发光元件垂直翻转，以将所述发光点定位在所述激光束发射方向上的厚度中心的上侧。

在这种双波长光学装置中，在发光元件具有位于远离激光束发射方向上的厚度中心的上侧或下侧的发光点的情况下，通过垂直地翻转发光元件，不用进行切削加工即可容易地实现在光轴方向上对发光点的位置进行调整。

此外，本发明的双波长光学装置提供了具有如下特征的上述双波长光学装置：所述发光元件沿着安装面的顶部移动到用于消除所述光路差的相关位置上而得以设置。

在这种双波长光学装置中，通过设置沿着安装面的顶部移动的所述发光元件，能够消除所述光路差。在这种情况下，移动距离间接地起到了调整焦点距离的作用，因此，与沿着激光束发射方向上的厚度方向(即，光轴方向)调整发光点的情况不同，调整距离变小了，从而使得光路差的精细调整成为可能。

此外，在本发明的双波长光学装置中，可以采用两个或一个渐高反射镜，用于将来自不同发光元件的激光束偏转向光盘。所述两个或一个渐高反射镜可以安装在两个具有相同高度的子安装台或相同子安装台上。

附图说明

图1是按照本发明的双波长光学装置的总体结构的截面图。

图2是图1中所示的双波长光学装置的主要部分的平面图。

图3A、3B和3C是发光元件的发光点的示意图。

具体实施方式

下面，将参照附图对按照本发明的双波长光学装置的一个优选实施例进行详细的解释说明。

附图1是按照本发明的双波长光学装置的示意性结构的截面图；附图2是附图1中所示的双波长光学装置的主要部件的平面图；而附图3A、3B和3C是发光元件的发光点的说明图。

按照本发明的双波长光学装置1具有多个(在本实施例中是两个)发射具有不同波长的激光束的发光元件(激光二极管)3和5，这些发光元件平行地设置在半导体晶片(下文中，称为子安装台7)上，该半导体晶片是基座。发光元件3发射例如用于压缩盘(CD)的780nm波段的激光束，而发光元件5发射用于数字通用盘(DVD)的650nm波段的激光束。

子安装台7采用化学方法加工成附图2中所示的渐高(rising)反射镜9。该子安装台7设置在封装件11上。封装件11设置有与子安装台7相邻设置的光接收元件13。该光接收元件13接收从未示出的光盘上反射回来的光，将该反射光的变化转换为电信号，对输出信号进行放大并将其输出到封装件11的外部。在封装件11容纳这些发光元件3和5以及光接收元件13的上部处，设置光学元件(例如，全息件或透镜)。该光学元件15是通过在采用光学方法定位之后粘接到封装件11上的基准面上而固定的。

渐高反射镜9是由半导体晶片构成的，该半导体晶片蚀刻掉了一定厚度，从而形成了45度的斜坡，并且在表面上涂覆有高反射率膜(例如，反射系数R＝99.9％)。在发光元件3和5的激光束发射位置后(沿着附图2的X轴方向向左)，形成有使用光接收元件的监测器的光接收表面19和21。通过由所述使用光接收元件的检测器来持续不断地监测两个发光元件3和5的输出，使得APC(自动功率控制)得以进行，从而发光元件3和5的输出变成了定值并且驱动电流得到了控制。发光元件3和5是依据所安放的光盘的类型(CD或DVD)而有选择地使用的。

这里，将给出具有这种结构的双波长光学装置1的光路的解释说明。

从发光元件3和5发出的激光束17沿着附图1中的X轴前行，并且由形成在子安装台7上的渐高反射镜9弯折(偏转)90度，弯折到了该图中的Y轴方向上。由渐高反射镜9弯折的光线穿过设置在封装件11上的光学元件15、穿过未示出的准直透镜和设置在光学拾取器(OP)上的物镜，最终聚焦到了未示出的光盘上。

从所述光盘表面上反射回来的光线穿过所述物镜和所述准直透镜并照射在设置所述封装件11上的光学元件15上。照射到光学元件15上的激光束17由形成在表面上的光栅栅格、透镜等等在光路中进行分光。经过分光的光成为反射光25并照射在设置在封装件11内部的光接收元件13上。该光接收元件13放大并输出光盘再现信号和进行OP致动器控制所需的控制信号。

不过，发光元件3和5设置在用于消除由于两个不同的波长的差异而造成的光路差的相关位置上。

如附图3A所示，发光元件3和5具有发光点3a和5a，这两个发光点位于激光束发射方向上的厚度中心27的下侧。例如，在发光元件3和5的厚度A为120到180μm的情况下，压缩盘(CD)使用的发光元件3具有处于与底面之间的距离为B1＝2.3μm的位置上的发光点3a。此外，数字通用盘(DVD)使用的发光元件5具有处于与底面之间的距离为B2＝1.2μm的位置上的发光点5a。

在这样的具有从厚度中心27偏离(偏移)的发光点3a和5a的发光元件3和5中，作为借助发光元件3和5的相关位置消除光路差的模式，可以提出发光元件3和5之一的布设方式，从而使得发光点在激光束发射方向上位于远离厚度中心27的上侧，和另一个发光元件的布设方式，从而使得发光点在激光束发射方向上位于远离厚度中心27的上侧。在这种情况下，在激光束发射方向上沿着厚度方向对发光元件3和5的发光点3a和5a进行调整成为可能。即，能够在光轴方向上调整发光点3a和5a，因此，移动距离直接起到了调整焦点的距离的作用，从而能够实现聚焦偏移的有效调整。

发光点3a和5a之间的这样一种位置关系可以通过这样的方法来实现：垂直翻转发光元件3，以致如附图3B所示，相对于激光束发射方向的厚度中心27垂直地翻转发光点3a。即，发光元件5具有设置得位于子安装台7的焊料和银糊焊接表面侧上(下文中称为“下接”)的发光点5a，而将另一个发光元件3设置为使发光点3a位于上侧上(与焊接面相反的一个)(下文中称为“上接”)。

更加具体地讲，将发光元件3和发光元件5制备成如附图3C所示那样。在发光元件3是用于CD的具有780nm波段波长的基于AlGaAs的半导体激光器的情况下，例如，它包括n型GaAs基板31，在该基板31上，外延地生长由n型AlGaAs层33构成的第一包层、AlGaAs活性层35、由p型AlGaAs层37构成的第二包层，并且在它们上面，通过接触层形成P型电极39，等等。在晶体生长的时候，GaAs基板31为例如450μm，不过为了便于劈开以形成半导体激光器的振荡器端面，在晶体生长完成之后通过研磨(lapping)将该厚度减小了80μm到大约200μm，通常例如会到大约180μm。

通过同样的方式，在发光元件5是用于DVD的具有650nm波段波长的基于AlGaInP的半导体激光器的情况下，例如，它包括n型GaAs基板41，在该基板41上，外延地生长由n型AlGaP层43构成的第一包层、GaInP活性层45、由p型AlGaP层47构成的第二包层，并且此外在它们上面，通过接触层形成P型电极49，等等。通过与发光元件3相同的方式，借助研磨使GaAs基板41变薄以获得预定的厚度。将该发光元件5安装成基板一侧处于顶部，就是说，晶体生长层一侧面向下。

发光元件3的发光点3a与发光元件5的发光点5a之间的高度差为例如180μm或基本上与发光元件3和5之间的180μm光路差相配。

通过采用按照这样的方式相对于激光束发射方向上的厚度中心27垂直翻转发光点3a和5a之一以垂直翻转发光点的模式，不用切削加工等就能够容易地调整发光点在光轴方向上的位置。

由此，可以将发光元件3和5的发光点3a和5a在光路方向上的位置间隔设置为120到180μm(当使用可见射线激光器和红外线激光器作为激光器时)，从而可以消除掉光路差。就是说，实际装置中存在的理论值为180μm的聚焦偏移可以得到消除。

上面，针对发光元件3和发光元件5分别为用于CD的具有780nm波段波长的基于AlGaAs的半导体激光器和用于DVD的具有650nm波段波长的基于AlGaInP的半导体激光器的情况进行了解释说明，但是本发明并不局限于这些半导体激光器的组合。即，按照本发明，只要有不同波长的半导体激光器的组合就足够了。例如，可以是具有405nm波段波长的基于GaN的半导体激光器和具有650nm波段波长的基于AlGaInP的半导体激光器。此外，也可以是，例如，具有405nm波段波长的基于GaN的半导体激光器和具有780nm波段波长的基于AlGaAs的半导体激光器的组合。

此外，也可以提出这样一种方式作为借助发光元件3和5的相关位置来消除光路差的模式：通过沿着安装面(子安装台7)将发光元件3和5移动到能够消除光路差的相关位置上来布设发光元件3和5。即，通过借助发光元件3和5沿着安装面的顶部进行移动来进行的布设，使得消除光路差成为可能。在这种情况下，移动距离间接地起到了调整焦点距离的作用，因此，与沿着激光束发射方向上的厚度方向(即，光轴方向)调整发光点3a和5a的情况不同，调整距离变小了，从而使得光路差的精细调整成为了可能。由此，聚焦偏移的精细调整成为了可能，并且能够将光盘再现信号的劣化抑制到最低限度。

按照双波长光学装置1，将发光元件3和5布设在用于消除由于波长的差异造成的光路差的相关位置上。即，将发光元件3和5之一设置为上接，而将另一个设置为下接。因此，即使在例如CD使用的发射具有780nm波段波长的激光束的激光二极管和DVD使用的发射具有650nm波段波长的激光束的激光二极管共用单一的光学系统的情况下，也能够消除光路之间的相对差，并且使得消除几乎所有的光路差成为可能。由此，消除掉了由于光路差造成的聚焦偏移，并且能够抑制由于光路差造成的光盘再现信号的劣化。

此外，通过将两个发光元件3和5设置为前后(在附图2中箭头31所示的方向上)偏移，能够实现发光元件之间的光路差的精细调整，从而通过对生产系统进行调整，也能够容易地实现光路差的消除。

请注意，在本发明的实施例中，给出的是，对整体地形成有发光元件3和5以及光接收元件13的集成光学装置的解释说明，但是也可以将本发明以同样的方式应用于仅由不具有光接收元件13的双波长光学装置构成的装置中，并且将会表现出与上述相同的效果。

如上面所作的详细说明，按照依据本发明的双波长光学装置，给出了设置有多个用于发射不同波长的激光束的发光元件和用于接收从光盘反射回来的光的光接收元件的双波长光学装置，其中所述发光元件设置在用于消除由于两个不同波长之间的差而产生的光路差的相关位置上，从而大部分所述光路差能够得以消除，并且能够抑制由于所述光路差造成的光盘再现信号的劣化。

Claims

1.一种双波长光学装置，其通过将分别来自两个半导体激光发射元件的具有短波长和长波长的两种类型的光经过包括渐高反射镜的公共光路光学系统聚焦到光盘上而从所述光盘上读取数据和/或向该光盘上写入数据，所述渐高反射镜将入射光线偏转90度而将其向所述光盘发射，

所述双波长光学装置的特征在于，基于没有光路差的情况下，消除在所述公共光路光学系统中由来自所述两个半导体激光发射元件的、经过用于所述两个半导体激光发射元件的所述公共光路光学系统的两种类型激光束的波长差而导致的光路差，

对用于发射具有所述短波长的激光束的第一半导体激光发射元件的发光部分进行布置，以便使其位于在第一半导体激光发射元件的激光束发射方向上的厚度中心的下侧，

对用于发射具有所述长波长的激光束的第二半导体激光发射元件的发光部分进行布置，以便使其位于在第二半导体激光发射元件的激光束发射方向上的厚度中心的上侧。

2.按照权利要求1所述的双波长光学装置，其特征在于，通过相对所述两个半导体激光发射元件在激光束发射方向上的中心垂直翻转半导体激光发射元件中的一个，将所述发光部分定位在一个半导体激光发射元件的激光束发射方向上的厚度中心的上侧。

3.按照权利要求2所述的双波长光学装置，其特征在于，通过沿着所述半导体激光发射元件的安装面的顶部移动所述两个半导体激光发射元件，将所述半导体激光发射元件的发光部分的位置布置在消除所述光路差的相对位置。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的双波长光学装置，其特征在于，在安装所述两个半导体激光发射元件的位置的附近设置一个用于接收经过所述公共光路光学系统从所述光盘返回的光的光接收元件(13)。

5.一种光拾取器，设置有：

两个或一个渐高反射镜(9，9)，其安装在两个具有相同高度的子安装台或相同子安装台(7，7)上，

两个发光元件(3，5)，其用于将分别具有短波长和长波长的两种光发射到所述渐高反射镜(9，9)，和

将从被选择驱动并且在所述两个发光元件之间选择的一个发光元件发射的光聚焦到渐高反射镜上，通过所述渐高反射镜经过共用的光路光学系统偏转入射光并将入射光聚焦到光盘上，以及读取存在所述光盘上的数据和/或将数据写入到所述光盘上，其中，

所述发光元件是具有衬底(31，41)以及形成在衬底上并向所述渐高反射镜发射发射光的发光部分(33，35，37；43，45，47)的半导体激光发射元件，以及

根据该两个半导体激光发光元件的发射光的波长调整所述半导体激光发光元件的发光部分相对所述子安装台的厚度方向位置，从而消除由于从所述两个半导体激光发射元件发出的、具有不同波长的两种类型的光的波长而产生于所述光路光学系统中的光路差。

6.按照权利要求5所述的光拾取器，其特征在于，

用于发射具有所述短波长的激光束的所述第一半导体激光发射元件的发光部分位于所述子安装台侧，和

用于发射具有所述长波长的激光束的所述第二半导体激光发射元件的衬底位于所述子安装台侧。

7.按照权利要求6所述的光拾取器，其特征在于，通过调整所述两个半导体激光发射元件的一个的衬底的厚度来消除所述光路差。

8.如权利要求5至7中任一项所述的光拾取器，其特征在于，在安装所述发光元件的所述子安装台附近设置一个用以接收经过所述光路光学系统从所述光盘反射回来的光的光接收元件(13)。