-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen integrierten
Abtaster für eine optische Platte, bei dem es sich um ein
Schlüsselbauteil für optische Plattenvorrichtungen zum Aufzeichnen
und Wiedergeben von Information handelt.
-
In der britischen Patentanmeldung GB 2 169 119 A ist eine
Informationslesevorrichtung beschrieben, die einen elastischen
Oberflächenwellenbereich (surface elastic wave region)
aufweist. Die Oszillationsfrequenz der durch einen
Schwingungserzeuger erzeugten Ultraschallwellen variiert, und der
Abstand zwischen Abschnitten, die frei von bzw. dicht mit
stehenden Ultraschallwellen besetzt sind, die in dem
Wellenleiter gebildet sind, wird allmählich verringert. Eine derartige
Änderung der stehenden Wellen erzeugt dasselbe Ergebnis, wie
es erzielt wird, wenn das optische Gitterintervall geändert
wird. Demnach ändert sich der Beugungswinkel des
Lichtstrahls, der durch den elastischen Wellenbereich läuft,
derart, daß der Strahl über einen Winkelbereich entsprechend der
Änderung des Abstands zwischen den freigelassenen und dichten
Abschnitten geschwenkt wird. Infolge davon ändert sich der
Einfallswinkel eines Strahls kontinuierlich, der in eine
Linse einfällt.
-
In IEEE Journal of Quantum Electronics, Band 22, Nr. 6, 10.
Juni 1986, Seiten 845-867, sind periodische Strukturen
verwendende integrierte Optiken, Bauteile und Elemente
beschrieben. Die periodischen Strukturen enthalten statische Gitter
und dynamische Gitter, die durch akustooptische (AO) und
elektrooptische (EO) Effekte erzeugt werden. Sie stellen eine
Vielfalt von passiven Funktionen und effektiven Mitteln zur
Wellenführungssteuerung bereit.
-
Üblicherweise weisen integrierte Abtaster für eine optische
Platte ein System mit mehreren Linsen, einen Strahlenteiler
und Photodetektoren in Kombination auf.
-
Der herkömmliche optische Abtaster ist jedoch mühsam
zusammenzubauen und einzustellen und deshalb kostenungünstig,
während der optische Abtaster, der mit großer Abmessung
ausgebildet ist, den Nachteil hat, eine längere Zugriffzeit zu
erfordern.
-
Um die Nachteile zu überwinden, haben Nishihara et al. einen
integrierten Abtaster für eine optische Platte vorgeschlagen
(siehe IEICE (The Institute of Electronics, Information and
Communication Engineers), Technical Report, OQE85-72 (1986)).
Der vorgeschlagene Abtaster weist einen fokussierenden
Gitterkoppler zum Fokussieren eines Laserstrahls auf der
optischen Platte auf und erfordert eine Steuerung bzw. Regelung
der absoluten Wellenlänge der Lichtquelle, da die
Fokussiereigenschaft des Kopplers von der Wellenlänge der Lichtquelle
abhängt. Soweit ein Halbleiterlaser als Lichtquelle verwendet
wird, bringt die vorgeschlagene Anordnung demnach extreme
Schwierigkeiten mit sich und ist unbrauchbar.
-
Die vorliegende Erfindung schafft einen integrierten Abtaster
für eine optische Platte mit einem optischen Wellenleiter in
der Form einer Halbleiterschicht oder einer Isolierschicht,
welche auf der Oberfläche eines Substrats vorgesehen ist,
einem Halbleiterlaser, welcher außerhalb des Wellenleiters
angeordnet ist, einem Strahlenteiler und einer Wellenleiter-
Linse, die für den Ausbreitungsweg eines von dem
Halbleiterlaser ausgehenden und durch den Wellenleiter laufenden
Laserstrahls vorgesehen und in der angegebenen Reihenfolge in
einer von dem Laser abgewandten Richtung angeordnet sind,
einem Diffraktionsgitter, welches auf dem Weg durch den
Wellenleiter derart vorgesehen ist, daß der Laserstrahl bei
durch den Strahlenteiler geänderter Richtung dorthin gelangt,
nachdem er von dem Laser ausgestrahlt ist, durch den
Strahlenteiler und die Wellenleiter-Linse hindurchgetreten,
von einer außerhalb des Wellenleiters angeordneten optischen
Platte reflektiert und durch die Wellenleiter-Linse
hindurchgetreten ist, sowie einer Photodetektoreinrichtung, welche
auf den Ausbreitungswegen durch den Wellenleiter zweier
Anteile des durch das Diffraktionsgitter aufgeteilten
Laserstrahls angeordnet ist; die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Strahlenteiler einen ausgesparten Abschnitt
aufweist, der in dem Wellenleiter der Halbleiterschicht oder
der Isolationsschicht gebildet ist.
-
Der Laserstrahl von einem Halbleiterlaser wird auf der
Oberfläche der optischen Platte durch eine Wellenleiter-Linse
fokussiert, die auf dem optischen Wellenleiter so vorgesehen
ist, daß ein Strahlfleck optimaler Form auf das Pit bzw. die
Informationsvertiefung der Platte selbst dann projiziert
wird, wenn die absolute Wellenlänge des Laserstrahls sich
ändert, und um dadurch die Notwendigkeit für ein strenges
Steuern der absoluten Wellenlänge des Laserstrahls zu
beseitigen.
-
Der Strahlenteiler ist dazu ausgelegt, die Richtung des
Laserstrahls zu ändern, der von der Plattenoberfläche
reflektiert wird und erneut durch die Wellenleiter-Linse läuft.
-
Bei der Richtungsänderung durch den Strahlenteiler wird der
Laserstrahl durch ein Diffraktionsgitter in zwei Anteile
unterteilt. Zwei Photodetektoren sind angeordnet, um die
unterteilten Strahlenanteile jeweils zu empfangen.
-
Fig. 1 zeigt ein Schema des Aufbaus eines integrierten
Abtasters für eine optische Platte, der die vorliegende Erfindung
verkörpert;
-
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in
Fig. 1;
-
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in
Fig. 1; und
-
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in
Fig. 1.
-
Der erfindungsgemäße integrierte Abtaster für eine optische
Platte besteht im wesentlichen aus einem optischen
Wellenleiter in der Form einer Halbleiterschicht oder einer
Isolierschicht, die auf der Oberfläche eines Substrats vorgesehen
ist, einem Halbleiterlaser, der außerhalb des Wellenleiters
angeordnet ist, einem Strahlenteiler und einer Wellenleiter-
Linse, die für den Ausbreitungsweg eines von dem
Halbleiterlaser ausgehenden und durch den Wellenleiter laufenden
Laserstrahls vorgesehen und in der angegebenen Reihenfolge in
einer vom Laser abgewandten Richtung angeordnet sind, einem
Diffraktionsgitter, das auf dem Weg durch den Wellenleiter
derart vorgesehen ist, daß der Laserstrahl bei durch den
Strahlenteiler geänderter Richtung dorthin gelangt, nachdem
er von dem Laser ausgestrahlt ist, durch den Strahlenteiler
und die Wellenleiter-Linse hindurchgetreten, von einer
außerhalb des Wellenleiters angeordneten optischen Platte
reflektiert und durch die Wellenleiter-Linse hindurchgetreten ist,
und einer Photodetektoreinrichtung, die an bzw. auf den
Ausbreitungswegen durch den Wellenleiter von zwei Anteilen des
durch das Diffraktionsgitter aufgeteilten Laserstrahls
angeordnet ist.
-
Das bei der Erfindung zu verwendende Substrat besteht aus
Glas, Si oder dergleichen und ist beispielsweise 5 mm lang, 3
mm breit und 1 mm hoch.
-
Der optische Wellenleiter gemäß der Erfindung ist eine
Halbleiterschicht aus GaAlAs, GaInAlP oder dergleichen oder eine
Isolierschicht aus Si&sub3;N&sub4;, SiO&sub2; oder dergleichen.
Beispielsweise weist die Si&sub3;N&sub4;-Schicht bevorzugt eine Dicke von 0,5 µm
bis 2,0 µm, besonders bevorzugt von 1 µm, auf.
-
Ein Halbleiterlaser ist an einer Seite des Wellenleiters
außerhalb von diesem angeordnet. An der anderen Seite des
Wellenleiters gegenüber von dem Laser und von dem
Wellenleiter weg bzw. entfernt ist eine optische Platte mit ihrer
Oberfläche senkrecht zu dem Ausbreitungsweg des Laserstrahls
von dem Laser angeordnet.
-
Beispiele für verwendbare Halbleiterlaser sind diejenigen des
GaAlAs-Typs, des InGaAlP-Typs oder des InGaAsP-Typs.
-
Bevorzugt beträgt die Tiefe der Pits der optischen Scheibe
0,158 µm.
-
Ein Strahlenteiler ist in dem optischen Wellenleiter
vorgesehen, und eine Wellenleiter-Linse auf dem Wellenleiter. Ein
Beispiel eines verwendbaren Strahlenteilers ist ein
Strahlenteiler des Transmissions-Typs mit einer Breite von 1 mm,
einer Dicke von 1 µm und einer Länge von 1,5 mm, der durch
Mesa-Ätzen eines optischen Wellenleiters eines Si&sub3;N&sub4;-Films
photolithographisch gebildet ist. Verwendbar ist außerdem ein
Strahlenteiler des Diffraktionsgitter-Typs.
-
Beispiele für verwendbare Wellenleiter-Linsen sind eine
Luneburg-Linse&sub1; eine geodätische Linse usw. Die Luneburg-
Linse wird beispielsweise durch Abscheiden von As&sub2;S&sub3; auf den
Wellenleiter aus Si&sub3;N&sub4; durch Vakuumverdampfung gebildet, und
sie ist in ihrer Mitte 1 µm dick, hat einen Durchmesser von
1,5 mm und eine Brennweite von 3 mm. Die geodätische Linse
wird auf dem Wellenleiter in der Form einer Halbkugel durch
die Diffusion von Ti gebildet.
-
Das bei der Erfindung zu verwendende Diffraktionsgitter ist
beispielsweise ein Transmissionsgitter, das auf dem
Wellenleiter gebildet ist. Das Transmissionsgitter wird durch
Abscheiden von As&sub2;S&sub3; auf dem Wellenleiter aus dem Si&sub3;N&sub4;-Film
durch Vakuumabscheiden und Ausbilden von Pits mit einer
Breite von 20 µm, die mit einem Abstand von 4 µm angeordnet
sind, in dem Niederschlag durch das photolithographische
Verfahren gebildet.
-
Die Photodetektoreinrichtung gemäß der Erfindung weist einen
ersten Photodetektor zum Ermitteln eines Fokus-Servosignals
von der optischen Platte und einen zweiten Photodetektor zum
Ermitteln eines Spurführungssignals von der optischen Platte
auf. Der zweite Photodetektor ist so angeordnet, daß einer
der zwei Laserstrahlanteile, die durch das Diffraktionsgitter
aufgeteilt sind, d.h. der primärgebeugte Strahl, darauf
einfällt. Insbesondere weist die Photodetektoreinrichtung zwei
Photodioden auf, die auf dem Wellenleiter aus dem Si&sub3;N&sub4;-Film
gebildet sind. Jede Photodiode weist zwei voneinander
beabstandete unterteilte Teile bzw. Abschnitte auf.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der optische Abtaster
mit einer Einrichtung zum Antreiben des Abtasters quer zur
Spur der optischen Platte und außerdem in der Richtung seiner
optischen Achse versehen. Der Abtaster ist senkrecht zu der
Ebene der Platte angeordnet.
-
Die Luneburg-Linse, die eine Brennweite von 3 mm aufweist,
ist unter einem Abstand von 3,0 mm von dem Halbleiterlaser
angeordnet und fokussiert einen Strahlenfleck mit einem
Durchmesser von 1 µm auf die Oberfläche der Scheibe in der
Strahlenfokussierposition.
-
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr in
bezug auf Fig. 1 erläutert. Die Erfindung ist jedoch in
keinster Weise durch die Ausführungsforrn beschränkt.
-
Der in Fig. 1 gezeigte integrierte Abtaster für eine optische
Platte besteht im wesentlichen aus einem Strahlenteiler 1,
einer Luneburg-Linse 2, einem Diffraktionsgitter 3 und zwei
Photodetektoren, d.h. ersten und zweiten Photodetektoren, 4
und 5.
-
Um das Abtastelement herzustellen, wird zunächst Si&sub3;N&sub4; mit
einer Dicke von 1 µm auf der gesamten Oberfläche eines
Glassubstrats 20 durch Vakuumverdampfung abgeschieden, um einen
optischen Wellenleiter 6 zu bilden. Wie aus Fig. 2
hervorgeht, hat der Strahlenteiler 1 die Form einer Vertiefung bzw.
Ausnehmung mit einer Breite d von 1 mm und einer Länge von
1,5 mm, und ist durch Mesa-Ätzen des Wellenleiters 6 durch
den üblichen photolithographischen Prozeß gebildet. Dieser
Strahlenteiler 1 vom Transmissions-Typ reflektiert den Strahl
auf der die Vertiefung festlegenden Oberfläche. Alternativ
können einige andere Strahlenteiler verwendet werden.
-
Als nächstes werden die ersten und zweiten Photodetektoren 4,
5 gebildet. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird eine Elektrode mit
einem Fenster oder einer transparenten Elektrode, die als P-
Seiten-Elektrode 10 dient, auf dem Wellenleiter 6 durch
Abscheiden von Al darauf durch Vakuumverdampfung gebildet.
Polysilicium vom P-Typ und Polysilicium vom N-Typ werden
daraufhin
nacheinander jeweils mit einer Dicke von 2 µm über der
Elektrode 10 durch einen chemischen
Dampfabscheidungs(CVD)prozeß abgeschieden. Daraufhin wird eine Elektrode
11 in derselben Weise als die Elektrode 10 gebildet. Die
Polysiliciumschichten vom P- und N-Typ werden daraufhin durch
den üblichen photolithographischen Prozeß mit Ausnahme der
erforderlichen P-, N-Übergangsabschnitte geätzt, um die
ersten und zweiten Photodetektoren 4 und 5 bereitzustellen.
Diese Photodetektoren 4 und 5 weisen jeweils zwei unterteilte
Photodioden auf, d.h. ein Paar von Photodiodenelementen 4a,
4b und ein Paar von Photodiodenelementen 5a, 5b. Die
Photodiodenelemente in jedem Paar sind mit einem Abstand von 10 µm
beabstandet.
-
Als nächtes wird As&sub2;S&sub3; (Arsensulfid) auf dem Wellenleiter 6
durch den Schattenmaskenprozeß vakuumabgeschieden, um die
Luneburg-Linse 2 zu bilden, die in Fig. 2 im Querschnitt
gezeigt ist. Die Linse hat in ihrer Mitte bzw. ihrem Zentrum
eine Dicke von 1 µm, einen Durchmesser D von 1,5 mm und eine
Brennweite von 3 mm. Die derart gebildete Luneburg-Linse 2
befindet sich unter einem Abstand H von 3,0 mm von der
Lichtquelle, d.h. einem Halbleiterlaser 7 entfernt. Die Verwendung
der Luneburg-Linse ist nicht beschränkend; verwendbar ist
auch eine geodätische Linse, die durch Diffundieren von Ti in
einer Halbkugelform gebildet ist, oder eine andere
Wellenleiter-Linse.
-
Um das Diffraktionsgitter 3 zu bilden, wird als nächstes
As&sub2;S&sub3; mit einer Dicke von 1 µm durch Vakuumabscheidung
abgeschieden. Ein Transmissionsgitter mit Pits unter einem
Abstand von 4 µm, wie in Fig. 3 gezeigt, wird daraufhin in dem
Niederschlag durch den photolithographischen Prozeß gebildet.
Das Gitter hat eine Breite L von 20 µm (Fig. 1). Ein
Strahlenteiler ist als das Diffraktionsgitter anstelle des
Transmissionsgitters verwendbar. Auf diese Weise ist das
Abtastelement hergestellt.
-
Das Abtastelement des vorstehend angeführten Aufbaus mit dem
daran befestigten Halbleiterlaser 7 wird auf einem (nicht
gezeigten) Rahmen angebracht, der quer zur Spur der optischen
Platte sowie entlang seiner optischen Achse beweglich ist.
Die Platte ist senkrecht zu dem Element angeordnet.
-
Bei dieser Anordnung beträgt der Abstand H zwischen dem Laser
7 und der Luneburg-Linse 2 3,0 mm.
-
Der Laserstrahl breitet sich durch den Abtaster in der
folgenden Weise aus.
-
Zunächst fällt der Laserstrahl (mit beispielsweise einer
Wellenlänge von 0,78 µm) 8, der von dem Halbleiterlaser 7
ausgeht, auf den optischen Wellenleiter 6 ein, woraufhin der
Strahl 8 durch den Strahlenteiler 1 und daraufhin durch die
Luneburg-Linse 2 läuft und Information von einem Pit der
optischen Platte 9 liest. Der Strahl kehrt daraufhin zu dem
Strahlenteiler 1 durch die Linse 2 zurück und trifft auf dem
Gitter 3 auf,wodurch der Strahl in zwei Anteile aufgeteilt
wird. Ein Strahlanteil fällt auf den ersten Photodetektor 4
ein und ergibt ein Fokus-Servosignal. Der andere
Strahlanteil, d.h. der primäre gebrochene Strahl trifft auf den
Photodetektor 5 auf, um ein Spurführungssignal zu erzeugen.
-
Gemäß der vorstehend erläuterten Ausführungsform wird der
Strahl von einem Halbleiterlaser auf der Oberfläche der
optischen Platte durch eine Luneburg-Linse fokussiert, so daß die
Strahlfokussiereigenschaften nicht von der Wellenlänge des
Laserstrahls abhängen, wie dies beim Stand der Technik der
Fall ist, was es ermöglicht, einen Strahlfleck optimaler Form
auf den Pit der Scheibe genau zu projizieren und die
Notwendigkeit zur strengen Steuerung der absoluten Wellenlänge des
Laserstrahls zu eliminieren. Im Fall des Fokus-Servosignal-
Ermittlungsverfahrens unter Verwendung eines Gitters ist es
ferner möglich, den Null-Punkt des Photodetektors elektrisch
mit dem Ergebnis zu korrigieren, daß das Fokus-Servosignal
selbst dann ermittelt werden kann, wenn die absolute
Wellenlänge des Laserstrahls sich ändert.