DE3887026T2

DE3887026T2 - Optischer Wandler.

Info

Publication number: DE3887026T2
Application number: DE3887026T
Authority: DE
Inventors: Hidehiro Kume; Yoshiyuki Matsumoto; Koji Mitsumori; Hiroshi Oinoue; Etsufumi Yamamoto; You Yoshitoshi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-07-30
Filing date: 1988-07-25
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2008-07-26
Also published as: EP0301793A2; EP0545905A3; DE3855780T2; EP0301793A3; JP2590902B2; KR970002830B1; US4893296A; EP0545905A2; JPS6433734A; DE3887026D1; DE3855780D1; EP0301793B1; KR890002840A; EP0545905B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein optische Wandlervorrichtungen und insbesondere eine optische Wandlervorrichtung, in der ein Lichtemissionselement und ein Lichtempfangselement einteilig auf einem Halbleiter-Substrat ausgebildet sind.
Bis jetzt sind optische Köpfe mit unterschiedlichen Konstruktionen vorgeschlagen worden, um Informationen von Informationsbits zu erfassen, die auf der Oberfläche eines Substrats, wie etwa in einer Compact-Disk (CD) od. dgl., ausgebildet sind. Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung die Konstruktion einer optischen Wandlervorrichtung, die eine Kombination aus einem Lichtemissions- und/oder Lichtempfangselement verwendet, welche wir in der japanischen Patentanmeldung 61-38575 (veröffentlicht am 31. August 1987) vorgeschlagen haben.
Wie Fig. 1 zeigt, ist ein optischer Kopf 1 vorgesehen, in welchem ein erster, durch eine sog. PIN-Diode od. dgl. gebildeter Photodetektor 3 beispielsweise auf der linken Hälfte einer Hauptfläche 2A eines rechteckigen, aus Silizium od. dgl. hergestellten Halbleiter-Substrats 2 ausgebildet ist und als Lichtempfangselement dient. Der erste Photodetektor 3 ist beispielsweise aus zwei Gruppen von Photodetektoren 3a und 3b gebildet, deren jede aufgeteilt ist, um drei Photodetektor-Abschnitte zu bilden. Ein zweiter, durch eine PIN-Diode od. dgl. gebildeter Photodetektor 4 zum Kontrollieren ist auf der rechten Hälfte der Hauptfläche 2A des Halbleiter- Substrats 2 als Lichtempfangselement ausgebildet, falls erforderlich. Zwischen dem ersten und zweiten Photodetektor 3 und 4 ist ein Lichtemissionselement 5, wie etwa ein Halbleiter-Laserchip od. dgl., auf der Hauptfläche 2A des Halbleiter-Substrats 2 direkt aufgelötet. Weiterhin ist ein optisches Strahlengangsablenkungsteil, wie beispielsweise ein Prisma 6, vorgesehen. Dieses Prisma 6 ist im Querschnitt trapezförmig und auf der Hauptfläche 2A des Halbleiter-Substrats 2 angebracht, um den ersten Photodetektor 3 abzudecken und auf diese Weise ein Lichtemissions/ Lichtempfangs-Kombinationselement 1a zu bilden. Das Prisma 6 weist eine Fläche 6a auf, die dem Lichtemissionspunkt der aktiven Schicht im Halbleiter-Laserchip 5 zugewandt ist. Diese Fläche 6a ist als eine halbdurchlässige Reflexionsfläche ausgebildet. In einer das Halbleiter-Substrat 2 berührenden Fläche 6b des Prismas 6 sind der andere als der die Photodetektoren 3a und 3b berührende Flächenbereich und eine der Fläche 6b gegenüberliegende Fläche 6c des Prismas 6 jeweils als Reflexionsfläche ausgebildet.
Mit der vorerwähnten Anordnung wird ein von der aktiven Schicht des Halbleiter-Laserchips 5 abgestrahlter Laserstrahl 7a an der halbdurchlässigen Reflexionsfläche 6a des Prismas 6 reflektiert und dann als einfallender Laserstrahl 7b durch eine Objektivlinse (nicht gezeigt) auf eine optische Platte geworfen. Das von der optischen Platte reflektierte Licht des einfallenden Laserstrahls 7b tritt durch die Fläche 6a des Prismas 6 hindurch und trifft auf die erste Gruppe von Photodetektoren 3a auf. Das durch die Fläche 6a hindurchgetretene Licht wird von einer zwischen dem Prisma 6 und der ersten Gruppe von Photodetektoren 3a ausgebildeten halbdurchlässigen Schicht (nicht gezeigt) reflektiert und sodann auf die Fläche 6c des Prismas 6 reflektiert, um auf die zweite Gruppe von Photodetektoren 3b aufzutreffen, wodurch die den Informationsbits auf der optischen Platte entsprechende Daten erfaßt werden. Ein Laserstrahl 7c wird von einer gegenüberliegenden aktiven Schicht des Halbleiter-Laserchips 5 zur Kontrolle abgestrahlt.
In dem vorerwähnten Lichtemissions/Lichtempfangs-Kombinationselement 1a tritt ein Teil des Laserstrahls, der vom Halbleiter-Laserchip 5 abgestrahlt wird, durch das Prisma 6 hindurch und trifft direkt auf den ersten Photodetektor 3 auf, und dies unerwünschte Streulicht stellt ein dem Erfassungssignal hinzugefügtes Rauschen dar.
Aus experimentellen Ergebnissen wurde festgestellt, daß das auf das Prisma 6 auftreffende unerwünschte Licht im herkömmlichen Lichtemissions/ Lichtempfangs-Kombinationselement 1a zwar entfernt werden kann, doch eine andere Art unerwünschten Lichtes erzeugt wird, das einen nachteiligen Einfluß auf das vom ersten Photodetektor 3 erzeugte Detektorsignal hat.
Es sei nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 erklärt, warum solch eine andere Art von unerwünschtem Licht erzeugt wird. Fig. 2 ist eine Seitenansicht in Teildarstellung und im Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 bei Betrachtung in Richtung des Pfeiles A. Mit Ausnahme der halbdurchlässigen Reflexionsfläche 6a des auf der Hauptfläche 2A des Halbleiter-Substrats 2 zum Abdecken des ersten Photodetektors 3 angebrachten Prismas 6 sind die linke, die rechte und die hintere Seitenwandfläche 6d, 6e und 6f als Flächen ausgebildet, die nicht geglättet sind. Beispielsweise sind sie als Rauchglas-Flächen ausgebildet. Aus diesem Grunde tritt ein Teil des von der aktiven Schicht des Halbleiter-Laserchips 5 abgestrahlten Laserstrahls 7a durch die halbdurchlässige Reflexionsfläche 6a hindurch und wird dann an den Seitenwandflächen 6d, 6e und 6f im Prisma 6 reflektiert und/oder gestreut. Somit fällt, wie durch die mit gestrichelten Linien in Fig. 2 dargestellten reflektierten und/oder gestreuten Laserstrahlen 8 gezeigt, unerwünschtes Licht mit einem kleineren Einfallswinkel 61 wiederum auf die Lichtempfangsflächen der Photodetektoren 3a und 3b. Ein HF-Signal vom ersten Photodetektor 3 wird von solch einem unerwünschten Licht als Gleich-Abweichungssignal überlagert, wodurch ein nachteiliger Einfluß auf das Detektorsignal ausgeübt wird. Ein anderer Grund für das Auftreten einer großen Anzahl unerwünschter Lichtstrahlen, die wiederholt innerhalb des Prismas 6 reflektiert und/oder gestreut werden, besteht darin, daß der Brechungsindex des das Prisma 6 bildenden Materials größer als der Brechungsindex von Luft ist und deshalb die unerwünschten Lichtstrahlen vom Prisma 6 nicht in die Luft abgestrahlt werden.
EP-A-0199565 offenbart eine optische Wandlervorrichtung mit:
(a) einem Substrat;
(b) einem Halbleiter-Laserelement, das auf dem Substrat angebracht ist;
(c) einem Photodetektor zum Empfangen eines Laserstrahls, der von dem auf dem Substrat gebildeten Halbleiter-Laserelement abgestrahlt wird; und
(d) einem optischen Strahlengangablenkungs-Element, das über dem Photodetektor am Substrat befestigt ist, wobei dieses optische Element eine schräge vordere Fläche, die dem Laserelement gegenüberliegend angeordnet ist und eine auf ihr aufgebrachte halbdurchlässige Reflexionsschicht aufweist, und eine hintere Fläche umfaßt, die der vorderen Fläche abgewandt angeordnet ist. Diese optische Wandlervorrichtung ist anfällig für das vorerwähnte Problem des Auftreffens von Streu-Laserlicht vom Laserelement auf den Photodetektor, wodurch elektrisches Rauschen hervorgerufen wird.
Es ist ein Ziel der Erfindung und/oder der bevorzugten Ausführungsbeispiele, eine verbesserte optische Wandlervorrichtung zu schaffen, die ein stabiles Detektorsignal von einem Photodetektor erzeugen und mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß ist eine optische Wandlervorrichtung vorgesehen, die im Vergleich zur Vorrichtung gemäß der EP-A-0199565 dadurch gekennzeichnet ist, daß die hintere Fläche des optischen Strahlengangablenkungs-Elementes so geformt ist, daß sie die Reflexion auf sie auftreffenden Lichtes in den Photodetektor dadurch im wesentlichen verhindert, daß sie das auftreffende Licht derart reflektiert, daß es intern mehrfach zwischen Flächen des optischen Elementes reflektiert wird, bevor es vom optischen Element an einem Rand der hinteren Fläche abgestrahlt wird.
Ausgestaltungen der Erfindung werden nun lediglich in Form von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Beispiels einer mit der Erfindung nicht übereinstimmenden optischen Wandlervorrichtung ist;
Fig. 2 eine Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 bei Betrachtung in Richtung des Pfeiles A ist;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung ist, die ein Ausführungsbeispiel einer optischen Wandlervorrichtung gemäß der Erfindung darstellt;
Fig. 4 eine Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 ist;
Fig. 5 und 6 teildargestellte Seitenansichten im Schnitt sind, die zur Erläuterung anderer Ausführungsbeispiele der optischen Wandlervorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden; und
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung ist, die zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung verwendet wird.
Nun werden Ausführungsbeispiele einer optischen Wandlervorrichtung gemäß der Erfindung nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 7 beschrieben.
Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer optischen Wandlervorrichtung oder sog. optischen Kopfes, der ein Lichtemissions/Lichtempfangs-Kombinationselement gemäß der Erfindung verwendet. In Fig. 3 sind gleiche Teile, die denjenigen der Fig. 1 und 2 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und erfordern somit keine detaillierte Beschreibung.
Wie in Fig. 3 gezeigt, ist der Teil der optischen Anordnung zum Ablenken des Strahlengangs des Laserstrahls, d. h. das Prisma 6 des Lichtemissions/Lichtempfangs-Kombinationselementes 1a, auf den ersten Photodetektoren 3a und 3b, die als Lichtempfangselemente verwendet werden, angebracht. Der Halbleiter-Laserchip 5 wird als Lichtemissionselement verwendet, und der von ihm abgestrahlte Laserstrahl 7a trifft auf die halbdurchlässige Reflexionsfläche 6a des Prismas 6 auf. Das in der Erfindung verwendete Prisma 6 bildet eine Einrichtung zum Vermeiden unerwünschten Lichtes durch Veränderung der Form seiner hinteren Seitenwandfläche 6f, um auf diese Weise das Problem des Standes der Technik zu lösen, daß das durch die wiederholte Reflexion und/oder Streuung innerhalb des Prismas 6 erzeugte unerwünschte Licht die Empfindlichkeit der von den ersten Photodetektoren 3a und 3b stammenden Detektorsignale beeinträchtigt, so daß der Detektorfehler vergrößert wird.
Die Konstruktion der obenerwähnten Einrichtung zur Vermeidung unerwünschten Lichtes wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben, die eine Teildarstellung im Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 ist. Das Prisma 6 ist, wie in Fig. 4 gezeigt, bei Betrachtung von der Seite im wesentlichen rautenförmig ausgebildet und der von der hinteren Seitenwandfläche 6f des Prismas 6 und der Hauptfläche 2A des Substrats 2 eingeschlossene Winkel R2 ist als stumpfer Winkel gewählt. Wenn das Prisma 6 so wie oben beschrieben konstruiert ist, erreicht der vom Halbleiter-Laserchip 5 abgestrahlte Laserstrahl 7a die halbdurchlässige Reflexionsfläche 6a des Prismas 6, und ein Teil des Laserstrahls 7a dringt durch die Fläche 6a in das Prisma 6 ein. Abhängig vom Lichtemissionswinkel des Laserstrahls 7a vom Halbleiter-Laserchip 5 existieren innerhalb des Prismas 6 verschiedene optische Strahlengänge, d. h. ein optischer Strahlengang 11a, in welchem der Laserstrahl die untere Wandfläche 6a des Prismas 6 erreicht und dann an dieser reflektiert wird, um die rückwärtige Seitenwandfläche 6f zu erreichen, ein optischer Strahlengang 11b, in welchem der Laserstrahl direkt die hintere Seitenwandfläche 6f des Prismas 6 erreicht, ein optischer Strahlengang 11c, in welchem der Laserstrahl die obere Wandfläche 6c des Prismas 6 erreicht und dann an dieser reflektiert wird, um die hintere Seitenwand 6f des Prismas 6 zu erreichen, usw. Die sich durch das Prisma 6 fortpflanzenden und die hintere Seitenwandfläche 6f längs den optischen Strahlengängen 11a bis 11c erreichenden Laserstrahlen werden wiederholt zwischen der oberen Wandfläche 6c und der hinteren Seitenwandfläche 6f reflektiert, so daß sie vom oberen Rand 12a des Prismas 6 nach außen abgestrahlt werden, wodurch die Einrichtung 9a zur Vermeidung unerwünschten Lichtes gebildet ist.
Andere Ausführungsbeispiele der optischen Wandlervorrichtung oder ihres Lichtemissions/Lichtempfangs-Kombinationselementes 1a gemäß der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7 beschrieben. In den Ausführungsbeispielen werden insbesondere Einrichtungen 9b bis 9d zur Vermeidung unerwünschten Lichtes beschrieben, die auf der Basis des obengenannten Prinzips angeordnet sind. In diesem Fall sind die Fig. 5 und 6 jeweils teildargestellte Seitenansichten im Schnitt, die Ausführungsbeispiele der optischen Wandlervorrichtung oder ihres Lichtemissions/Lichtempfangs-Kombinationselementes 1a gemäß der Erfindung beschreiben. Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Lichtemissions/Lichtempfangs-Kombinationselementes 1a.
Wie in Fig. 5 gezeigt, ist das Prisma 6 bei seitlicher Betrachtung des Lichtemissions/Lichtempfangs-Kombinationselementes 1a trapezförmig ausgebildet. In diesem Fall wird das unerwünschte Licht vom unteren Rand 12b des Prismas 6 aus nach außen abgestrahlt. D.h., die Einrichtung 9b zur Vermeidung unerwünschten Lichtes ist an der hinteren Seitenwandfläche 6f des Prismas 6 ausgebildet.
Wie in Fig. 6 gezeigt, ist ein bei seitlicher Betrachtung des Lichtemissions/Lichtempfangs-Kombinationselementes 1a dreieckförmiger Ausschnitt an der hinteren Seitenwandfläche 6f des Prismas 6 in seiner Dickenrichtung ausgebildet, wodurch das unerwünschte Licht vom oberen und vom unteren Rand 12a und 12b des Prismas 6 aus nach außen abgestrahlt und auf diese Weise die Einrichtung 9c zur Vermeidung unerwünschten Lichtes gebildet wird.
Gemäß Fig. 7, die eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Lichtemissions/Lichtempfangs-Kombinationselementes 1a gemäß der Erfindung ist, sind mehrere dreieckförmige Ausschnitte an der hinteren Seitenwandfläche 6f des Prismas 6 über dessen Breite ausgebildet, um die Lichtstrahlen innerhalb der jeweiligen dreieckförmig ausgeschnittenen Abschnitte zu reflektieren, wodurch die unerwünschten Lichtstrahlen 11d nach außerhalb des Prismas 6 von seinem Rand 13 an der Spitze jedes dreieckförmig ausgeschnittenen Abschnittes abgestrahlt werden und auf diese Weise die Einrichtung 9d zur Vermeidung unerwünschten Lichtes gebildet wird.
Da in den erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung das Prisma durch Verändern der Form seiner hinteren Seitenwandfläche mit einer Einrichtung zur Vermeidung unerwünschter Lichtstrahlen versehen ist, um die Reflexion und/oder Streuung des unerwünschten Lichtes innerhalb des Prismas zu vermeiden, müssen das Detektorsignal und das unerwünschte Licht elektrisch nicht getrennt werden. Auf diese Weise können die dargestellten Ausführungsbeispiele der optischen Wandlervorrichtung ohne eine derartige Trennschaltung das unerwünschte Licht vermeiden und ein stabiles Detektorsignal von ihren Photodetektor-Einrichtungen erzeugen sowie mit niedrigen Kosten hergestellt werden.

Claims

1. Optische Wandlervorrichtung mit:

(a) einem Substrat (2);

(b) einem Halbleiter-Laserelement (5), das auf dem Substrat (2) angebracht ist;

(c) einem Photodetektor (3) zum Empfangen eines Laserstrahls, der von dem auf dem Substrat (2) gebildeten Halbleiter-Laserelement abgestrahlt wird; und

(d) einem optischen Strahlengangablenkungs-Element (6), das über dem Photodetektor (3) am Substrat (2) befestigt ist, wobei dieses optische Element (6) eine schräge vordere Fläche (6a), die dem Laserelement (5) gegenüberliegend angeordnet ist und eine auf ihr aufgebrachte halbdurchlässige Reflexionsschicht aufweist, und eine hintere Fläche (6f) umfaßt, die der vorderen Fläche abgewandt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Fläche (6f) so geformt ist, daß sie die Reflexion auf sie auftreffenden Lichtes (11a, 11b, 11c) in den Photodetektor (3) dadurch im wesentlichen verhindert, daß sie das auftreffende Licht derart reflektiert, daß es intern mehrfach zwischen Flächen (6b, 6c, 6f) des optischen Elementes (6) reflektiert wird, bevor es vom optischen Element an einem Rand (12a, 12b, 13) der hinteren Fläche (6f) abgestrahlt wird.

2. Optische Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die hintere Fläche (6f) so geformt ist, daß sie das auftreffende Licht derart reflektiert, daß es vom optischen Element (6) an einem oberen Rand (12a) der hinteren Fläche abgestrahlt wird.

3. Optische Wandlervorrichtung nach Anspruch 2, in welcher das optische Element (6) im wesentlichen rautenförmig ist.

4. Optische Wandlervorrichtung nach Anspruch 3, in welcher der zwischen der hinteren Fläche (6f) des optischen Elementes (6) und dem Substrat (2) unterhalb des optischen Elementes (6) eingeschlossene Winkel ein stumpfer Winkel ist.

5. Optische Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die hintere Fläche (6f) so geformt ist, daß sie das auftreffende Licht derart reflektiert, daß es vom optischen Element an einem unteren Rand (12b) der hinteren Fläche abgestrahlt wird.

6. Optische Wandlervorrichtung nach Anspruch 5, in welcher das optische Element im wesentlichen trapezförmig ist.

7. Optische Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, in welcher die hintere Fläche (6f) so geformt ist, daß sie das auftreffende Licht derart reflektiert, daß es sowohl vom oberen als auch vom unteren Rand (12a, 12b) der hinteren Fläche abgestrahlt wird.

8. Optische Wandlervorrichtung nach Anspruch 7, in welcher ein dreieckförmiger ausgeschnittener Abschnitt an der hinteren Fläche (6f) des optischen Elementes (6), ausgebildet ist.

9. Optische Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, in welcher mehrere dreieckförmige ausgeschnittene Abschnitte an der hinteren Fläche des optischen Elementes (6) ausgebildet sind.