DE3687078T2 - Halbleiterlaservorrichtung fuer optischen kopf. - Google Patents
Halbleiterlaservorrichtung fuer optischen kopf.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung für optische Köpfe von Aufnahme/Wiedergabegeräten. Solche Halbleiterlaservorrichtungen dienen zum Aussenden eines Strahls und zum Detektieren eines ankommenden Strahls.
- Zur Aufnahme/Wiedergabe von Information in einem Aufnahme/Wiedergabegerät sendet der optische Kopf einen Strahl auf ein optisches Aufzeichnungsmedium und detektiert einen von diesem reflektierten Strahl.
- Der optische Kopf ist in der Regel mit einer Halbleiterlaservorrichtung ausgestattet. Fig. 1, auf die hier Bezug genommen wird, zeigt einen optischen Kopf 1 mit einer bekannten Halbleiterlaservorrichtung. In dem optischen Kopf 1 trifft ein von einem Halbleiterlaser 2 ausgesendeter und an einem Strahlenteiler 3 reflektierter Strahl 4 durch ein Objektiv auf ein optisches Aufzeichnungsmedium 6. Der von diesem reflektierte Strahl trifft nach seinem Durchgang durch das Objektiv 5 und den Strahlenteiler 5 auf einen Photodetektor 7. Der Halbleiterlaser 2, der Strahlenteiler 3 und der Photodetektor 7 bilden eine Halbleiterlaservorrichtung 8 in dem optischen Kopf 1.
- Die Herstellung des optischen Kopfes ist kostenaufwendig, weil eine räumliche Justierung der drei getrennten optischen Komponenten in der Halbleiterlaservorrichtung 8 erforderlich ist. Da der optische Kopf 1 das optische Aufzeichnungsmedium 6 berührungsfrei abtastet, ist außerdem eine Servosteuerung für die Fokussierung erforderlich. Zur Detektierung von Fokussierungsfehlern setzt man normalerweise ein astigmatisches Verfahren ein. Da hierbei in der Regel zwischen dem Strahlenteiler 3 und dem Photodetektor 7 eine Zylinderlinse angeordnet ist, wird das oben angesprochene Problem noch verschärft.
- Die europäische Patentanmeldung EP-A1-0 029 755 (US-A-4 334 300) beschreibt eine Vorrichtung, die einen Halbleiterlaserchip mit einer Strahlfläche zur Aussendung eines Strahls, ferner einen Photodetektor zur Detektierung eines ankommenden Strahls und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals und einen an dem Photodetektor befestigten Strahlenteiler aufweist mit einer gegenüber der genannten Strahlfläche um einen vorbestimmten Winkel geneigten ersten Fläche.
- Die europäische Patentanmeldung EP-A1-0 061 384 (US-A-4 482 903) beschreibt eine Halbleiterlaservorrichtung, die einen Halbleiterlaserchip mit einer Strahlfläche zur Aussendung eines Strahls aufweist, ferner einen Photodetektor zum Detektieren eines ankommenden Strahls und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals und einen Strahlenteiler mit einer gegenüber der genannten Strahlfläche um einen vorbestimmten Winkel geneigten ersten Fläche.
- Die japanische Patentanmeldung JP-A-56 93 388 beschreibt eine Halbleiterlaservorrichtung mit ähnlichen Merkmalen, wie sie im Oberbegriff von Anspruch angegeben sind.
- Gemäß vorliegender Erfindung ist eine Halbleiterlaservorrichtung für einen optischen Kopf vorgesehen
- mit einem Halbleiterlaserchip, der eine Strahlfläche zur Aussendung eines Strahls aufweist,
- mit einem Photodetektor zum Detektieren eines auftreffenden Strahls und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals,
- wobei Halbleiterlaserchip und Photodetektor auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind,
- sowie mit einem auf dem Photodetektor befestigten Strahlenteiler mit einer ersten Fläche, die gegenüber der Strahlfläche um einen vorbestimmten Winkel geneigt ist,
- wobei die Halbleiterlaservorrichtung dadurch gekennzeichnet ist,
- daß ein weiterer Photodetektor vorgesehen ist,
- und daß der Strahlenteiler eine zweite Fläche besitzt, die diejenigen Strahlanteile des von dem Halbleiterlaserchip ausgesendeten Strahls, die durch die erste Fläche des Strahlenteilers verlaufen, derart zu dem weiteren Photodetektor lenken, daß die Ausgangsgröße des Halbleiterlaserchips von einem von dem weiteren Photodetektor abgegebenen Signal überwacht wird.
- Im folgenden sei die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei in den einzelnen Zeichnungsfiguren gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
- Fig. 1 zeigt einen optischen Kopf mit einer bekannten Halbleiterlaservorrichtung in einer Seitenansicht,
- Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Erfindung in einer geschnittenen Seitenansicht,
- Fig. 3 zeigt einen Teil des ersten Ausführungsbeispiels in einer Draufsicht,
- Fig. 4 zeigt einen mit dem ersten Ausführungsbeispiel ausgerüsteten optischen Kopf in einer Seitenansicht,
- Fig. 5A bis 5C zeigen Draufsichten von Strahlpunkten auf Photodetektoren,
- Fig. 6 zeigt das Blockschaltbild des optischen Kopfes von Fig. 4,
- Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der Erfindung in geschnittener Seitenansicht,
- Fig. 8 zeigt den Verlauf von Signalen eines optischen Kopfes, in dem das zweite Ausführungsbeispiel angewendet wird,
- Fig 9 bis 11 zeigen Seitenansichten eines dritten, vierten bzw. fünften Ausführungsbeispiels, die nicht Teil der beanspruchten Erfindung sind.
- Fig. 2 und 3 zeigen das erste Ausführungsbeispiel. In der Halbleiterlaservorrichtung 21 des ersten Ausführungsbeispiels ist ein Siliziumsubstrat 24 auf einem Sockel 23 befestigt, der Zuleitungen 22 aufweist. Auf dem Siliziumsubstrat 24 sind eine PIN- Diode 25 und eine PIN-Diode 26 ausgebildet, die als Photodetektoren zur Signaldetektierung bzw. zur Überwachung der Ausgangsgröße des Lasers dienen.
- Auf dem Siliziumsubstrat 24 ist ein Dreieckprisma 27 ist mit einem Klebstoff so befestigt, daß es die PIN-Dioden 25 und 26 überdeckt. Ein Siliziumsubstrat 28, das einstückig mit dem Siliziumsubstrat 28 ausgebildet ist, erstreckt sich bis in die Nähe des Dreieckprismas 27. An der neben dem Dreieckprisma 27 liegenden Kante des Siliziumsubstrats 28 ist ein als Halbleiterlaser verwendeter Laserdiodenchip 31 angeordnet. Diesem liegt eine geneigte Fläche 27a des Dreieckprismas 27 gegenüber, die einen Reflektionsgrad von etwa 50% hat. Eine weitere geneigte Fläche 27b ist mit einer totalreflektierenden Beschichtung versehen, d. h. ihr Reflektionsgrad beträgt 100%.
- Auf dem Sockel 23 ist eine Kappe 33 mit einem Glasfenster 32 montiert, die das optische System hermetisch abdichtet. Die PIN-Dioden 25 und 26 und der Laserdiodenchip 31 sind über (nicht dargestellte) Leiterdrähte mit den Zuleitungen 22 verbunden.
- Fig. 4 zeigt einen optischen Kopf 34, bei dem die Halbleiterlaservorrichtung 21 Verwendung findet. In dem optischen Kopf 34 wird ein von dem Laserdiodenchip 31 ausgesendeter und an der geneigten Fläche 27a des Dreieckprismas 27 reflektierter Strahl 4 durch das Glasfenster 32 und das Objektiv 5 gelenkt und trifft auf das optische Aufzeichnungsmedium 6 auf.
- Der von dem optischen Aufzeichnungsmedium 6 reflektierte und durch das Glasfenster 32 und die geneigte Fläche 27a übertragene Strahl 4 trifft auf die PIN-Diode 25.
- In diesem Fall konvergiert der von dem optischen Aufzeichnungsmedium 6 reflektierte Strahl 4 auf der geneigten Fläche 27a. Wegen der unterschiedlichen Brechungsidizes des Dreieckprismas und der Luft wird der Strahl astigmatisch verformt und trifft so auf die PIN-Diode 25.
- Es sei angenommen, daß die relative räumliche Lage des Laserdiodenchips 31 und der PIN-Diode 25 so festgelegt ist, daß der von dem auf die PIN-Diode 25 auftreffenden Strahl erzeugte Strahlpunkt in fokussiertem Zustand die in Fig. 5B dargestellte Form habe. Nach Maßgabe der Verschiebung der PIN-Diode 25 aus ihrer Fokussierungsstellung wird auf ihr ein Strahlpunkt mit der in Fig. 5A oder 5C dargestellten Form erzeugt.
- Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist die PIN-Diode 25 durch zwei gegenüber der Dachkantlinie des Dreieckprismas 27 in entgegengesetzten Richtungen um 45º geneigte Winkelhalbierende in vier Photodetektorbereiche A bis D unterteilt. Mit einer Schaltung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, läßt sich mit Hilfe eines Subtrahierers, der Signale von den vier die PIN-Diode 25 bildenden Photodetektorbereichen A bis D aufnimmt, ein Fokussierungsfehlersignal (A + C)-(B + D) und mit Hilfe eines Phasenkomparators 37 und eines Addierers 38 ein Spurfehlersignal bzw. ein Wiedergabesignal (A+B+C+D) herleiten.
- Falls der Astigmatismuseffekt, der durch die Differenz zwischen den Brechungsindizes des Dreieckprismas 27 und der Luft zustande kommt nicht genügend groß ist, wird ein Teil des Dreieckprismas 27 abgetragen, wie dies durch die strichpunktierten Linien in Fig. 2 und 3 angedeutet ist, so daß ein Zylinderlinsenteil 41 oder 42 entsteht.
- Bei der in Fig. 2 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung 21 nach dem ersten Ausführungsbeispiel wird der von dem Laserdiodenchip 31 ausgesendete Strahl 4 über die geneigte Fläche 27a des Dreieckprismas 27 übertragen und trifft dann entweder direkt oder nach Reflektion an der geneigten Fläche 27b auf die PIN-Diode 26. Deshalb bildet das Ausgangssignal der PIN-Diode 26 eine Basis, auf der die Ausgangsgröße des Laserdiodenchips 31 justiert werden kann.
- In der Halbleiterlaservorrichtung 21 nach dem ersten Ausführungsbeispiel kehrt der von dem Laserdiodenchip 31 ausgesendete und an der geneigten Fläche 27a des Dreieckprismas 27 reflektierte Strahl 4 nicht direkt zu dem Laserdiodenchip 31 zurück. Deshalb erzeugt der Laserdiodenchip 31 ein geringfügiges Rauschen.
- Da außerdem das einzige Dreieckprisma 27 als Strahlenteiler dient, ist die Halbleiterlaservorrichtung 21 kostengünstig. Da die PIN-Dioden 25 und 26 auf derselben Fläche des einzigen Siliziumsubstrats 24 ausgebildet sind, können sie durch ein lithographisches Verfahren gleichzeitig hergestellt werden.
- Fig. 7 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel. Bis auf die Tatsache, daß die Strahlenteiler aus zwei Rechtprismen 44 und 45 mit unterschiedlichen Brechungsindizes besteht, entspricht die Halbleiterlaservorrichtung 43 des zweiten Ausführungsbeispiels im wesentlichen derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels (Fig. 2).
- Fig. 8 zeigt die Pegel zweier Signale der PIN-Diode 25, die auftreten, wenn die Halbleiterlaservorrichtung 43 des zweiten Ausführungsbeispiels in einem optischen Kopf verwendet wird und das optische Aufzeichnungsmedium 6 in Richtung der optischen Achse eines Strahls 4 verschoben wird. Die Rechtprismen 44 und 45, die einen 1 mm hohen Strahlenteiler bilden, bestehen aus optischen Gläsern BK7 und SF11. Die numerische Apertur des Objektiv 5 hat den Wert 0,47 und diejenige einer (in Fig. 4 nicht dargestellten) Kollimatorlinse den Wert 0,14.
- Fig. 9 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel. Bis auf die Tatsache, daß die PIN-Dioden 25 und 26 und der Laserdiodenchip 31 auf einem einteiligen Siliziumsubstrat 47 ausgebildet sind und der aus zwei Rechtprismen 48 und 49 mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehende Strahlenteiler auf dem Siliziumsubstrat 47 in einer Position befestigt ist, in der nur die PIN-Diode 25 überdeckt, entspricht die Halbleiterlaservorrichtung 46 des dritten Ausführungsbeispiels im wesentlichen derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels (Fig. 2).
- Fig. 10 zeigt das vierte Ausführungsbeispiel. Bis auf die Tatsache, daß das Siliziumsubstrat 28 einstückig mit dem Siliziumsubstrat 24 ausgebildet ist und die zur Überwachung der Ausgangsgröße des Lasers dienende PIN-Diode 26 in dem Siliziumsubstrat 28 ausgebildet ist, auf dem sich auch der Laserdiodenchip 31 befindet, entspricht die Halbleiterlaservorrichtung 51 des vierten Ausführungsbeispiels im wesentlichen derjenigen des dritten Ausführungsbeispiels (Fig. 9).
- In der Halbleiterlaservorrichtung 51 des vierten Ausführungsbeispiels dient die PIN- Diode 26 als Rückmelde-Überwachungselement für den Laserdiodenchip 31.
- Fig. 11 zeigt das fünfte Ausführungsbeispiel. Bis auf die Tatsache, daß die PIN-Diode 26 auf dem Siliziumsubstrat 24 ausgebildet ist, auf dem sich auch die PIN-Diode 25 befindet, entspricht die Halbleiterlaservorrichtung 52 des vierten Ausführungsbeispiels (Fig. 10).
Claims (5)
1. Halbleiterlaservorrichtung (21) für einen optischen Kopf
mit einem Halbleiterlaserchip (31), der eine Strahlfläche zur Aussendung eines
Strahls aufweist,
mit einem Photodetektor (25) zum Detektieren eines auftreffenden Strahls und
zur Erzeugung eines entsprechenden Signals,
wobei Halbleiterlaserchip (31) und Photodetektor (25) auf einem gemeinsamen
Substrat (24, 28) angeordnet sind,
sowie mit einem auf dem Photodetektor (25) befestigten Strahlenteiler (27) mit
einer ersten Fläche (27a), die gegenüber der Strahlfläche um einen vorbestimmten
Winkel geneigt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiterer Photodetektor (26) vorgesehen ist,
und daß der Strahlenteiler (27) eine zweite Fläche (17b) besitzt, die diejenigen
Strahlanteile des von dem Halbleiterlaserchip (31) ausgesendeten Strahls, die durch
die erste Fläche (27a) des Strahlenteilers (27) verlaufen, derart zu dem weiteren
Photodetektor (26) lenken, daß die Ausgangsgröße des Halbleiterlaserchips (31) von
einem von dem weiteren Photodetektor (26) abgegebenen Signal überwacht wird.
2. Vorrichtung (21) nach Anspruch 1 mit einem Fenster (32) für die Aufnahme eines
von dem Halbleiterlaserchip (31) ausgesendeten Strahls und an der genannten ersten
Fläche (27a) des Strahlenteilers (27) reflektierten Strahls und zur Aufnahme des von
einem optischen Aufzeichnungsmedium (6) reflektierten Strahls.
3. Vorrichtung (21) nach Anspruch 2, bei der der Strahlenteiler (27) ein Prisma (27)
umfaßt und bei der der Photodetektor (25) vier Photodetektorbereiche (A, B, C, D)
umfaßt, die durch zwei Winkelhalbierende unterteilt sind, die gegenüber der
Dachkantlinie des Strahlenteilers (27) in entgegengesetzten Richtungen um 45º geneigt
sind, wobei diese Photodetektorbereiche (A, B, C, D) relativ zu dem Schnittpunkt der
beiden Winkelhalbierenden paarweise symmetrisch angeordnet sind, so daß sie
Ausgangssignale zur Herleitung eines Fokussierungsfehlersignals liefern, das als
Astigmatismus aus der Differenz zwischen der Summe der Ausgangssignale eines der
Paare von einander gegenüberliegenden Photodetektorbereichen (A, B, C, D) und der
Summe der Ausgangssignale des anderen Paares von einander gegenüberliegenden
Photodetektorbereichen (A, B, C, D) berechnet wird.
4. Vorrichtung (21) nach Anspruch 3, bei der die Gesamtsumme der Ausgangssignale
der Photodetektorbereiche (A, B, C, D) ein Wiedergabesignal bildet.
5. Vorrichtung (21) nach Anspruch (3), bei der das Prisma (27) aus einem ersten und
einem zweiten Dreieckprisma (44, 45) mit unterschiedlichen Brechungsindizes
besteht.
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