DE3788321T2 - Integrierter Abtaster für optische Platte. - Google Patents
Integrierter Abtaster für optische Platte.Info
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Description
- Ein integrierter Abtaster für optische Platten gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der IEEE Journal of Quantum Electronics, 1986, (Fig. 40a) bekannt.
- Desweiteren ist eine Linse für optische Wellenleiter in der GB-A-2 169 119 offenbart.
- Im allgemeinen weisen integrierte Abtaster für optische Platten in Kombination ein System einer Vielzahl von Linsen, einen Strahlteiler und Fotodetektoren auf.
- Dennoch ist ein konventioneller optischer Abtaster unhandlich zusammenzubauen und einzustellen und ist daher kostspielig, wobei der optische Abtaster, welcher großformatig ist, den Nachteil hat, daß er eine verlängerte Zugriffszeit erfordert. Um die Nachteile zu überwinden, hat Nishihara et al. einen integrierten Abtaster für optische Platten vorgeschlagen (s. IEICE (The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers) Technical Report, OQE 85-72 (1986)).
- Der vorgeschlagene Abtaster enthält einen fokussierenden Gitterkoppler zum Fokussieren eines Laserstrahls auf der optischen Platte und erfordert die Steuerung der absoluten Wellenlänge der Lichtquelle, da die Fokussiercharakteristik des Kopplers abhängig von der Wellenlänge der Lichtquelle ist. Insofern der Halbleiterlaser als Lichtquelle verwendet wird, bringt die vorgeschlagene Vorrichtung demgemäß extreme Schwierigkeiten mit sich und ist unausführbar.
- Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, einen integrierten Abtaster für optische Platten vorzusehen, welcher derart verbessert ist, daß er die Fokussierleistungsfähigkeit steigert und die Herstellung eines Abtasters erleichtert.
- Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale, welche im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dargelegt sind, gelöst.
- Weitere Ausführungsformen sind durch die Ansprüche 2 bis 7 gekennzeichnet.
- Die vorliegende Erfindung wird aus den folgenden Ausführungsformen, welche mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, offensichtlich werden.
- Fig. 1 ist eine grafische Darstellung, die die Konstruktion eines die Erfindung verkörpernden integrierten Abtasters für optische Platten zeigt;
- Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;
- Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Linie III-III in Fig. 1; und
- Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 1.
- Der integrierte optische Abtaster der vorliegenden Erfindung besteht im wesentlichen aus einem optischen Wellenleiter in der Form einer Halbleiterschicht oder Isolierschicht, die auf der Oberfläche eines Substrats vorgesehen ist, einem Halbleiterlaser, der außerhalb des Wellenleiters angeordnet ist, einem Strahlteiler und einer Linse für optische Wellenleiter, die für den Ausbreitungsweg eines Laserstrahls von dem Halbleiterlaser durch den Wellenleiter vorgesehen ist und in der erwähnten Anordnung in einer Richtung weg vom Laser angeordnet ist, einem Beugungsgitter, welches auf dem von dem Laserstrahl zu befolgenden Weg durch den Wellenleiter vorgesehen ist, nachdem seine Richtung nach Ausströmen aus dem Laser durch den Strahlteiler, Durchgang durch den Strahlteiler und durch die Linse für optische Wellenleiter, Reflexion durch eine außerhalb des Wellenleiters angeordneten optischen Platte und Durchgang durch die Linse geändert wurde. Eine Fotodetektorvorrichtung ist auf den Ausbreitungswegen durch den Wellenleiter der zwei Teile des Laserstrahls, welche durch das Beugungsgitter geteilt sind, angeordnet.
- Das in der Erfindung verwendete Substrat ist aus Glas, Si oder dergleichen gemacht und ist z. B. 5 - in der Länge, 3 mm in der Breite und 1 - in der Höhe.
- Der optische Wellenleiter der Erfindung ist eine Halbleiterschicht GaAlAs, GaInAlP oder dgl., oder eine Isolierschicht von Si&sub3;N&sub4;, SiO&sub2; oder dgl. Die Si&sub3;N&sub4;-Schicht z. B. ist vorzugsweise 0,5 um bis 2,0 um, besonders bevorzugt 1 um in der Dicke.
- Ein Halbleiterlaser ist daran an einer Seite des Wellenleiters extern angebracht. An der anderen Seite des Wellenleiters gegenüber dem Laser und weg von dem Wellenleiter ist eine optische Platte mit ihrer Oberfläche senkrecht zum Laserstrahlausbreitungsweg aus dem Laser positioniert.
- Beispiele für brauchbare Halbleiterlasern sind diejenigen vom GaAlAs-Typ, InGaAlP-Typ oder InGaAsP-Typ.
- Vorzugsweise ist die Tiefe der Pits der optischen Platte 0,158 um.
- Im optischen Wellenleiter ist ein Strahlteiler und eine Moden-Index-Linse auf dem Wellenleiter vorgesehen. Ein Beispiel eines brauchbaren Strahlteilers ist ein Strahlteiler vom Übertragungstyp, 1 mm in der Breite, 1 um in der Dicke und 1,5 mm in der Länge, der durch Mesa-Ätzung eines optischen Wellenleiters aus Si&sub3;N&sub4; Film photolithographisch gebildet wird. Ebenso brauchbar ist ein Strahlteiler vom Beugungsgittertyp.
- Beispiele von brauchbaren Linsen für optische Wellenleiter sind eine Luneburg-Linse, geodätische Linse, etc. Die Luneburg- Linse ist z. B. durch Abscheidung von As&sub2;S&sub3; auf dem Wellenleiter aus Si&sub3;N&sub4; mittels Vakuumverdampfung gebildet und ist an ihrer Mitte 1 um in der Dicke und 1,5 mm im Durchmesser und 3 mm in der Brennweite. Die geodätische Linse ist auf dem Wellenleiter in Form einer Halbkugel durch Diffusion von Ti gebildet.
- Das in der Erfindung verwendete Beugungsgitter ist z. B. ein Übertragungsgitter, das auf dem Wellenleiter gebildet ist. Das Übertragungsgitter ist durch Abscheidung von As&sub2;S&sub3; auf dem Wellenleiter aus Si&sub3;N&sub4; Film durch Vakuumabscheidung gebildet und erzeugt Pits, 20 um in der Breite und mit einem Abstand von 4 um angeordnet, in der Abscheidung durch das photolithographische Verfahren.
- Die Fotodetektorvorrichtung der Erfindung weist einen ersten Fotodetektor zum Erfassen eines Fokus-Servo-Signals von der optischen Platte und einen zweiten Fotodetektor zum Erfassen eines Spur (Tracking)-Signals von der optischen Platte. Der zweite Fotodetektor ist derart angebracht, daß einer der zwei Laserstrahlteile, die durch das Beugungsgitter geteilt sind, z. B. der primär gebeugte Strahl, darauf auffällt. Insbesondere weist die Fotodetektorvorrichtung zwei Fotodioden auf, die auf dem Wellenleiter aus Si&sub3;N&sub4; Film gebildet sind. Jede Fotodiode weist zwei geteilte voneinander beabstandete Abschnitte auf.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der optische Abtaster mit Mitteln zum Ansteuern des Abtasters quer zur Spur der optischen Platte und ebenso in der Richtung deren optischer Achse versehen. Der Abtaster ist senkrecht zur Plattenebene positioniert.
- Die Luneburg-Linse, welche eine Brennweite von 3 mm hat, ist in einem Abstand von 3 mm von dem Halbleiterlaser angeordnet und fokussiert einen Punktstrahl, 1 um im Durchmesser, auf der Oberfläche der Platte an der durch den Strahl fokussierten Position.
- Eine spezifische Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Dennoch ist die Erfindung keineswegs auf die Ausführungsform beschränkt.
- Der in Fig. 1 gezeigte integrierte Abtaster für optische Platten besteht im wesentlichen aus einem Strahlteiler 1, einer Luneburg-Linse 2, einem Beugungsgitter 3 und zwei Fotodetektoren, z. B. ersten und zweiten Fotodetektoren 4 und 5.
- Um die Abtasteinrichtung herzustellen, wird zuerst ein Si&sub3;N&sub4; von 1 um Dicke auf der gesamten Oberfläche eines Glassubstrats 20 durch Vakuumverdampfung abgeschieden, um einen optischen Wellenleiter 6 zu bilden. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, ist der Strahlteiler 1 in Form einer Aussparung, 1 mm in der Breite d und 1,5 mm in der Länge, durch Mesa-Ätzung des Wellenleiters 6 mittels dem üblichen photolithographische Verfahren gebildet. Dieser Strahlteiler 1 vom Übertragungstyp reflektiert den Strahl auf der Oberfläche, welche die Aussparung bestimmt. Alternativ sind einige andere Strahlteiler verwendbar.
- Als nächstes werden der erste und zweite Fotodetektor 4, 5 gebildet. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird eine Elektrode, die ein Fenster oder eine durchsichtige Elektrode hat, welche als eine P-Seitenelektrode 10 dient, auf dem Wellenleiter 6 durch Abscheidung von Al mittels Vakuumverdampfung darauf gebildet. P-Typ und N-Typ Polysilizium wird dann schrittweise aufgewachsen, jedes bis zu einer Dicke von 2 um, über die Elektrode 10 mittels chemischer Beschichtung aus der Dampfphase (CVD). Nachfolgend wird-eine Elektrode 11 in der gleichen Weise wie die Elektrode 10 gebildet. Die Polysiliziumschichten vom P- und N-Typ werden danach durch das übliche photolithographische Verfahren geätzt außer für die erforderlichen P-, N-Übergangsbereiche, um den ersten und zweiten Fotodetektor 4 und 5 vorzusehen. Diese Fotodetektoren 4 und 5 weisen jeweils zwei getrennte Fotodioden, z. B. ein Paar von Fotodiodenvorrichtungen 4a, 4b bzw. ein Paar von Fotodiodenvorrichtungen 5a, 5b auf. Die Fotodiodenvorrichtungen in jedem Paar sind durch einen Abstand von 10 um voneinander beabstandet.
- Als nächstes wird As&sub2;S&sub3; (Arsensulfid) durch das Lochmaskenverfahren auf den Wellenleiter 6 vakuumabgeschieden, um die Luneburg-Linse 2 zu bilden, welche in Fig. 2 im Schnitt gezeigt ist. Die Linse ist an ihrer Mitte 1 um in der Dicke, 1,5 mm im Durchmesser D und 3 mm in der Brennweite. Die so gebilbete Luneburg-Linse 2 befindet sich in einem Abstand H von 3,0 mm von der Lichtquelle, z. B. einem Halbleiterlaser 7. Die Verwendung der Luneburg-Linse ist nicht einschränkend; ebenso ist eine geodätische Linse, die durch Diffundieren von Ti in einer halbkugeligen Form oder eine andere Moden-Index-Linse verwendbar.
- Um das Beugungsgitter 3 zu bilden, wird als nächstes As&sub2;S&sub3; bis zu einer Dicke von 1 um durch Vakuumabscheidung abgeschieden. Ein Übertragungsgitter, welches Pits in einem Abstand von 4 um, wie in Fig. 3 zu sehen ist, hat, wird dann in der Abscheidung durch das photolithographische Verfahren gebildet. Das Gitter ist 20 um in der Breite L (Fig. 1). Ein Strahlteiler ist als Beugungsgitter anstelle des Übertragungsgitters verwendbar. Auf diese Art wird die Abtasteinrichtung hergestellt.
- Die Abtasteinrichtung mit dem vorhergehenden Aufbau und mit einem daran befestigten Halbleiterlaser 7 wird auf einem Rahmen (nicht gezeigt) befestigt, welcher quer zu der Spur einer optischen Platte und entlang deren optischer Achse beweglich ist. Die Platte wird senkrecht zu der Vorrichtung positioniert.
- In dieser Anordnung ist 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.
- Zuerst trifft der von dem Halbleiterlaser 7 ausströmende Laserstrahl 8 (z. B. 0,78 um in der Wellenlänge) auf dem optischen Wellenleiter 6 auf, woraufhin der Strahl 8 durch den Strahlteiler 1 und dann durch die Luneburg-Linse 2 passiert und Informationen von einem Pit auf der optischen Platte 9 liest. Der Strahl kehrt dann zu dem Strahlteiler 1 durch die Linse 2 zurück und trifft auf das Gitter 3 auf, wobei der Strahl in zwei Teile geteilt wird. Ein Strahlteil trifft auf den ersten Fotodetektor 4 auf, wodurch ein Fokussierservosignal bereitgestellt wird. Der andere Strahlteil, z. B. der primär gebeugte Strahl, trifft auf dem zweiten Fotodetektor 5 auf, um ein Tracking-Signal zu erzeugen. Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Strahl eines Halbleiterlasers auf der Oberfläche der optischen Platte durch eine Luneburg-Linse fokussiert, so daß die Strahlfokussiercharakteristik entgegen dem Stand der Technik nicht von der Wellenlänge des Laserstrahls abhängig ist, wodurch es möglich gelacht wird, einen Punktstrahl von optimaler Form auf das Pit der Platte genau abzubilden und die Notwendigkeit zu eliminieren, die absolute Wellenlänge des Laserstrahls genauestens zu steuern. Desweiteren wird es bei Verwendung eines Gitters nach dem Verfahren zur Abtastung eines Fokussiersignals möglich, den Nullpunkt des Fotodetektors elektrisch zu korrigieren mit dem Ergebnis, daß das Fokussierservosignal auch erfaßt werden kann, wenn die absolute Wellenlänge des Laserstrahls sich verändert.
Claims (7)
1. Ein integrierter Abtaster für optische Platten mit einem
optischen Wellenleiter (6) in der Form einer Halbleiterschicht
oder Isolierschicht, die auf der Oberfläche eines Substrats
vorgesehen ist, mit einen Halbleiterlaser (7), der außerhalb des
Wellenleiters (6) angeordnet ist,
desweiteren mit einem Strahlteiler (1), welcher in dem
Laserstrahlweg vorgesehen ist, wobei ein Beugungsgitter (3) auf dem
Weg durch den Wellenleiter (6) vorgesehen ist,
desweiteren mit Fotodetektorvorrichtungen (4, 5), die auf dem
Ausbreitungsweg durch den Wellenleiter für zwei Teile des durch
das Beugungsgitter geteilten Laserstrahls angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet
daß eine Linse für optische Wellenleiter (2) in dem
Ausbreitungsweg eines Laserstrahls von dem Halbleiterlaser durch den
Wellenleiter (6), in welchem der Strahlteiler (1) und die Linse
für optische Wellenleiter (2) in der zuvor erwähnten Anordnung
angeordnet sind, vorgesehen ist, daß das Beugungsgitter (3)
zwischen dem Strahlteiler (1) und den Fotodetektormitteln (4, 5)
vorgesehen ist, wobei die Richtung des Laserstrahls durch den
Strahlteiler (1) nach Ausströmen aus dem Laser, Durchgang durch
den Strahlteiler (1) und die Linse für optische Wellenleiter (2),
von einer außerhalb des Wellenleiters (6) angeordneten optischen
Platte und Durchgang durch die Linse für optische Wellenleiter
geändert wird, und daß der optische Wellenleiter (6) und die
optische Platte (9) linear in der gleichen Ebene angeordnet sind.
2. Ein Abtaster gemäß Anspruch 1,
wobei die Linse für optische Wellenleiter (2) eine Luneburg-Linse
ist.
3. Abtaster gemäß Anspruch 1,
wobei die Linse für optische Wellenleiter (2) eine geodätische
Linse ist.
4. Abtaster gemäß Anspruch 1,
wobei das Substrat ein Glassubstrat (20) ist mit einem Si&sub3;N&sub4;-
Film, der darauf durch Vakuumverdampfung gebildet wird.
5. Abtaster gemäß Anspruch 2,
wobei der Wellenleiter (6) aus Si&sub3;N&sub4; gefertigt ist, und die
Luneburg-Linse (2) auf dem Wellenleiter (6) durch Abscheidung von
As&sub2;S&sub3; darauf mittels Vakuumverdampfung gebildet wird.
6. Abtaster gemäß Anspruch 2 oder 5,
wobei die Luneburg-Linse (2) in ihrer Mitte eine Dicke von 1 um,
einen Durchmesser von 1,5 mm und eine Brennweite von 3 mm hat
und in einem Abstand von 3,0 mm zum Halbleiterlaser angeordnet
ist zum Fokussieren eines Punktstrahls mit einem Durchmesser von
1 um auf der optischen Platte.
7. Abtaster gemäß Anspruch 3,
wobei die geodätische Linse (2) durch Diffusion von Ti in Form
einer Halbkugel gebildet wird.
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