DE60116438T2

DE60116438T2 - Halbleiterlaservorrichtung und diese verwendende optische Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE60116438T2
Application number: DE60116438T
Authority: DE
Inventors: 304 Yukio Saitoh; Shoichi Osaka-shi Takasuka; Naoki Nakanishi; Hideyuki Nakanishi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-03-01
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2021-02-28
Also published as: DE60116438D1; JP3614746B2; US6747939B2; US20010019530A1; EP1130582A3; EP1130582B1; JP2001244542A; EP1130582A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Abtastvorrichtung.
Die bevorzugte Ausführungsform betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung, die zum Wiedergeben von Informationen von optischen Platten mit verschiedenen Formaten in der Art einer Compact Disk (CD) und einer Digital Video Disk (DVD) in einer einzigen optischen Abtastvorrichtung verwendet wird.
Gegenwärtig ist der CD-Markt unter den Märkten optischer Platten der größte Markt. In der Vorrichtung zum Wiedergeben von Informationen von CDs wurde ein Nahinfrarot-Halbleiterlaserelement mit einer Wellenlänge in einem Band von 780 nm bis 800 nm verwendet. Andererseits wurde für das Aufzeichnen auf DVDs und das Wiedergeben von diesen, wobei es sich um optische Medien mit einer höheren Aufzeichnungsdichte handelt und von denen erwartet wird, dass sie in der Zukunft schnell weit verbreitet verwendet werden, ein rotes Halbleiterlaserelement mit einer kürzeren Wellenlänge in einem Band von 635 nm bis 680 nm verwendet, weil ein Lichtfleck einen kleinen Durchmesser haben muss. Es wurde gefordert, dass es ermöglicht wird, dass Informationen auf zwei solchen Arten optischer Platten mit verschiedenen Standards in einer Vorrichtung aufgezeichnet und von diesen wiedergegeben werden. Eine optische Abtastvorrichtung für einen solchen Zweck ist beispielsweise in JP 10(1998)-320815 beschrieben. 9 zeigt eine Konfiguration einer herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung.
Ein Arbeitsprinzip der herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung wird nachfolgend mit Bezug auf 9 beschrieben.
Für das Aufzeichnen auf einer CD und das Wiedergeben von dieser wird ein Halbleiterlaserelement 101 mit einer Wellenlänge von 780 nm verwendet. Ein von dem Halbleiterlaserelement 101 in Richtung senkrecht zur Oberfläche einer optischen Platte 106 ausgesendeter Strahl 116 wird durch ein Beugungsgitter 115 in drei Strahlen divergiert. Eine auf einer optischen Achse angeordnete Kollimatorlinse 103 wandelt den divergenten Strahl in einen parallelen Strahl um. Der parallele Strahl durchläuft ein Wellenlängen-Ablenkfilter 109 und wird durch eine Objektivlinse 105 auf der optischen Platte 106 fokussiert.
Der von der optischen Platte 106 reflektierte Strahl wird durch die Objektivlinse 105 von einem divergenten Strahl in einen parallelen Strahl umgewandelt und läuft wieder durch das Wellenlängen-Ablenkfilter 109. Anschließend wird der Strahl durch die Kollimatorlinse 103 in einen konvergierten Strahl umgewandelt und tritt dann in ein Hologrammelement 111 ein. Die durch das Hologrammelement 111 zerlegten Strahlen werden in empfangender Optik 113 als elektrische Signale erfasst. Auf der Grundlage der erfassten Signale werden der Wiedergabevorgang und der fokussierende/verfolgende Servovorgang in Bezug auf die CD ausgeführt.
Andererseits wird für das Aufzeichnen auf einer DVD und die Wiedergabe von dieser ein Halbleiterlaserelement 102 mit einer Wellenlänge von 635 nm (oder 650 nm) verwendet. Ein vom Halbleiterlaserelement 102 in eine Richtung parallel zur Oberfläche einer optischen Platte 106 ausgesendeter Strahl 117 wird durch eine Kollimatorlinse 104, die auf einer optischen Achse angeordnet ist, von einem divergenten Strahl in einen parallelen Strahl umgewandelt und läuft durch einen Polarisations-Strahlteiler 107 und eine Viertelwellenlängenplatte 108. Anschließend wird der Strahl von dem Wellenlängen-Ablenkfilter 109 reflektiert, so dass sein Weg um 90° abgelenkt wird, und er wird dann durch die Objektivlinse 105 auf der optischen Platte 106 fokussiert.
Der von der optischen Platte 106 reflektierte Strahl wird durch die Objektivlinse 105 von einem divergenten Strahl in einen parallelen Strahl umgewandelt und wieder durch das Wellenlängen-Ablenkfilter 109 reflektiert, so dass sein Weg um 90° abgelenkt wird. Anschließend wird seine Polarisationsrichtung durch die Viertelwellenlängenplatte 108 geändert. Daher wird der in den polarisierenden bzw. Polarisations-Strahlteiler 107 eintretende Strahl reflektiert, so dass sein Weg um 90° abgelenkt wird, und er wird dann durch eine Detektionslinse 110 konvergiert. Der konvergierte Strahl durchläuft eine Zylinderlinse 112 und wird in der empfangenden Optik 114 als ein elektrisches Signal erfasst. Auf der Grundlage dieses Erfassungssignals werden der Wiedergabevorgang und der fokussierende/verfolgende Servovorgang in Bezug auf die DVD ausgeführt.
Bei der vorstehend erwähnten Konfiguration ist der Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 780 nm montiert, so dass auch das Aufzeichnen auf CD-Rs und das Wiedergeben von diesen ausgeführt werden können.
Eine solche herkömmliche optische Abtastvorrichtung, wie sie in 9 dargestellt ist, ist jedoch mit vielen optischen Komponenten, wie zwei Halbleiterlaserelementen 101 und 102 mit unterschiedlichen Emissionswellenlängen und einer Vielzahl von empfangenden Optiken 113 und 114 für jeweilige von den Halbleiterlaserelementen 101 und 102 ausgesendete Strahlen sowie dem Hologrammelement 111, der Zylinderlinse 112, dem Wellenlängen-Ablenkfilter 109 und dergleichen konfiguriert. Daher ist es schwierig, die Größe der Vorrichtung zu verringern.
Zudem ist, weil die jeweiligen optischen Komponenten diskret angeordnet sind, ein hohes Maß an Positionseinstellungen und Fixierungen erforderlich, so dass ein großer Zeitaufwand und hohe Kosten für die Montage erforderlich sind, was problematisch war.
EP-A-0 810 589 beschreibt eine optische Abtastvorrichtung zur Verwendung in optischen Plattensystemen. Der unabhängige Anspruch ist über dieses Dokument gekennzeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 vorgesehen.
Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend erwähnten herkömmlichen Probleme. Die vorliegende Erfindung soll eine kleine und kostengünstige Halbleiterlaservorrichtung, die in der Lage ist, auf verschiedenen optischen Platten mit unterschiedlichen Formaten aufzuzeichnen und von diesen wiederzugeben und eine optische Abtastvorrichtung, die diese aufweist, bereitstellen.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind zwei Halbleiterlaserelemente und eine Mehrzahl empfangender Optiken in dem eine empfangende/emittierende Optik integrierenden Substrat integriert, so dass eine kleine und kostengünstige Halbleiterlaservorrichtung bereitgestellt werden kann. Weil die in Luft gemessenen Distanzen von den beiden Halbleiterlaserelementen zu dem fokussierenden Element weiterhin im Wesentlichen gleich sind, kann ein einziges fokussierendes Element (beispielsweise eine Kollimatorlinse) verwendet werden. Demgemäß ist die optische Konfiguration vereinfacht.
Die in Luft gemessene Differenz zwischen der Distanz L1 und der Distanz L2 liegt vorzugsweise innerhalb von ±50 μm.
Bei dieser Konfiguration kann insbesondere der Einfluss von Aberrationen auf ein niedriges Niveau unterdrückt werden, und es wird einfach, die ein einziges fokussierendes Element verwendende optische Abtastvorrichtung zu konfigurieren.
Das optische Element ist in einem optischen Weg zumindest zwischen dem ersten oder dem zweiten Halbleiterlaserelement und dem fokussierenden Element angeordnet.
Diese Konfiguration ermöglicht es, dass das von der optischen Platte zurückkehrende Licht wirksam divergiert wird, um es zur empfangenden Optik zu leiten.
Zusätzlich weist das optische Element ein Element auf, das es ermöglicht, dass eine Distanz, welche ein Strahl, der von dem ersten Halbleiterlaserelement ausgesendet wird, zurücklegt, um durch das optische Element zu gehen, von einer Distanz, welche ein Strahl, der von dem zweiten Halbleiterlaserelement ausgesendet wird, zurücklegt, um durch das optische Element zu gehen, verschieden ist.
Bei dieser Konfiguration sind die Distanzen, die die beiden ausgesendeten Strahlen zurücklegen, um durch das optische Element zu gehen, unterschiedlich, so dass die in Luft gemessenen Distanzen, die die beiden ausgesendeten Strahlen zurücklegen, nachdem sie das optische Element verlassen haben, im Wesentlichen gleich gemacht werden können.
Es ist auch bevorzugt, dass ein Licht divergierendes Element in dem optischen Element ausgebildet ist und ein Beugungsgitter, ein Reflektor oder dergleichen als das Licht divergierende Element verwendet wird.
Das erste Halbleiterlaserelement hat vorzugsweise eine Emissionswellenlänge in einem 780-nm-Band, und das zweite Halbleiterlaserelement hat vorzugsweise eine Emissionswellenlänge in einem 650-nm-Band.
Bei dieser Konfiguration kann in Bezug auf optische Platten sowohl mit dem CD-Format als auch mit dem DVD-Format aufgezeichnet werden und von diesen wiedergegeben werden.
Vorzugsweise weist das Licht divergierende Element, abhängig von Wellenlängen, unterschiedliche Divergierungswirkungsgrade auf.
Wenn bei dieser Konfiguration beispielsweise ein Beugungsgitter als das Licht divergierende Element verwendet wird, kann eine Halbleiterlaservorrichtung erhalten werden, die durch Einstellen der Tiefe des Beugungsgitters für die jeweiligen Wellenlängen optimierte Lichtdivergierungswirkungsgrade aufweist. Wenn dieses verwendet wird, kann daher eine optische Abtastvorrichtung mit einem ausgezeichneten Lichtausnutzungsgrad konfiguriert werden. Folglich kann eine optische Abtastvorrichtung mit einem niedrigen Leistungsverbrauch erhalten werden.
Das Substrat ist vorzugsweise ein Siliciumsubstrat mit einer Hauptebene, die eine Ebene ist, die erhalten wird, wenn eine Ebene äquivalent zu einer Ebene (100) um eine Achse, die sich in eine Richtung erstreckt, die äquivalent zu einer Richtung <0-11> ist, um 5° bis 15° in eine Richtung äquivalent zu einer Richtung <100> gedreht wird, konkave Teile sind in dem Substrat ausgebildet, das erste und das zweite Halbleiterlaserelement sind auf Bodenflächen der konkaven Teile angeordnet, und jeder vom ersten und vom zweiten Halbleiterlaserelement ausgesendete Strahl wird durch eine Seitenfläche des entsprechenden konkaven Teils reflektiert.
Wenn bei dieser Konfiguration die konkaven Teile durch anisotropes Ätzen unter Verwendung eines Ätzmittels auf Kaliumhydroxidbasis an der Oberfläche des Siliciumsubstrats gebildet werden, kann eine zu einer Ebene (111) äquivalente Ebene als eine der Seitenflächen jedes konkaven Teils mit einem Winkel von 40° bis 50° in Bezug auf die Bodenfläche des konkaven Teils gebildet werden. Wenn daher das erste und das zweite Halbleiterlaserelement an den Bodenflächen der konkaven Teile angeordnet sind, dient die eine der Seitenflächen jedes konkaven Teils als ein reflektierender Spiegel, und ausgesendete Strahlen können daher nach oben in Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Siliciumsubstrat herausgeführt werden. Weiterhin sind die Mehrzahl empfangender Optiken in dem Bereich ausgebildet, in dem die konkaven Teile nicht gebildet sind, so dass das empfangende/emittierende Optik integrierende Substrat leicht konfiguriert werden kann.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform kann eine Vielzahl von Elementen in einem Gehäuse angeordnet werden, und die Gesamtanordnung wird gedichtet, so dass die Zuverlässigkeit leicht verbessert werden kann. Wenn dieses Gehäuse als eine optische Einheit ausgebildet ist, ist seine Handhabung bei der Montage einer optischen Abtastvorrichtung zudem erheblich einfacher als in dem Fall, in dem getrennte Elemente gehandhabt werden. Demgemäß können der Montageprozess und die Montagelinie vereinfacht werden.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform können der Montageprozess und die Montagelinie der vorstehend beschriebenen optischen Abtastvorrichtung vereinfacht werden.
Vorzugsweise weist die optische Abtastvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weiter ein tragendes Element auf, und das Gehäuse und das tragende Element sind durch einen Träger verbunden, und das Gehäuse ist an dem tragenden Element beweglich semi-fixiert.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind alle optischen Komponenten der optischen Abtastvorrichtung integriert beweglich. Wenn daher der fokussierende/verfolgende Servovorgang in Bezug auf eine optische Platte ausgeführt wird, wird keine optische Verschiebung hervorgerufen, so dass zuverlässige Aufzeichnungs- und Wiedergabeeigenschaften erhalten werden können.
Das erste und das zweite Halbleiterlaserelement sind vorzugsweise in einem Chip integriert.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Halbleiterlaserelementen in einem Chip integriert, so dass eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer verringerten Anzahl von Komponenten erhalten werden kann. Dies ermöglicht es, dass die Größe der optischen Abtastvorrichtung verringert wird.
Das optische Element wird vorzugsweise auf dem empfangende/emittierende Optik integrierenden Substrat angeordnet.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird das optische Element auf dem empfangende/emittierende Optik integrierenden Substrat so angeordnet, dass eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem geschützten empfangende/emittierende Optik integrierenden Substrat erhalten werden kann. Folglich kann die Zuverlässigkeit der optischen Abtastvorrichtung verbessert werden.
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur als Beispiel mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer optischen Abtastvorrichtung mit einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine Schnittansicht, die eine Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
3A eine Draufsicht eines Siliciumsubstrats 8 der in 2 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung bei Betrachtung von der Seite der optischen Platte 4,
3B eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' in dem in 3A dargestellten Siliciumsubstrat 8,
4 eine Darstellung optischer Weglängen von jeweiligen Halbleiterlaserelementen innerhalb der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu den Positionen, an denen Strahlen die Halbleiterlaservorrichtung nach außen verlassen,
5 eine Darstellung optischer Weglängen von jeweiligen Halbleiterlaserelementen innerhalb einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bis zu den Positionen, an denen Strahlen die Halbleiterlaservorrichtung nach außen verlassen,
6 eine Schnittansicht einer Konfiguration einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Anordnung, die nur der Veranschaulichung dient und nicht erfindungsgemäß ist,
7 eine Draufsicht eines Siliciumsubstrats 8 der in 6 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung bei Betrachtung von der Seite der optischen Platte 4, die nur der Veranschaulichung dient und nicht erfindungsgemäß ist,
8 eine schematische Schnittansicht einer optischen Abtastvorrichtung mit einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
9 eine Ansicht des Aufbaus einer herkömmlichen optischen Abtastvorrichtung.
Geeignete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die 1 bis 5 beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer optischen Abtastvorrichtung mit einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 wird ein von einer Halbleiterlaservorrichtung 1 ausgesendeter Strahl durch eine Kollimatorlinse 2 von einem divergenten Strahl in einen parallelen Strahl umgewandelt. Der parallele Strahl tritt dann in eine Objektivlinse 3 ein und wird durch diese auf eine optische Platte 4 fokussiert. Das von der optischen Platte 4 reflektierte Licht läuft in entgegengesetzter Richtung auf dem erwähnten Weg und tritt als rückkehrendes Licht in die Halbleiterlaservorrichtung 1 ein.
Die folgende Beschreibung betrifft eine Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 1.
2 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 3A ist eine Draufsicht eines Siliciumsubstrats 8 der in 2 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung 1 bei Betrachtung von der Seite der optischen Platte 4. 3B ist eine Schnittansicht entlang einer Linie A-A' in dem in 3A dargestellten Siliciumsubstrat 8.
In den 2, 3A und 3B sind zwei konkave Teile 81 und 82 in dem Siliciumsubstrat 8 ausgebildet, wobei darin empfangende Optiken 7a und 7b ausgebildet sind. Ein Halbleiterlaserelement 5 mit einer Wellenlänge von 780 nm und ein Halbleiterlaserelement 6 mit einer Wellenlänge von 650 nm sind auf den jeweiligen Bodenflächen 81a und 82a der konkaven Teile 81 bzw. 82 angeordnet. Die Halbleiterlaserelemente 5 und 6 werden zum Aussenden von Laserstrahlen für eine Platte mit dem CD-Format bzw. eine Platte mit dem DVD-Format verwendet. Zusätzlich ist das Siliciumsubstrat 8 innerhalb eines Gehäuses 9 angeordnet und mit einem Hologrammelement 10 versiegelt, in dem Beugungsgitter 14, 15 und 16 ausgebildet sind. Weiterhin ist ein zusammengesetztes Prisma 11 mit einem reflektierenden Spiegel 12 und einem Wellenlängen-Ablenkfilter 13, die zur Bildung einer einzigen Komponente kombiniert sind, auf dem Hologrammelement 10 angeordnet.
In den 3A und 3B ist es bevorzugt, dass das Siliciumsubstrat 8 eine Hauptebene aufweist, die eine Ebene ist, die erhalten wird, wenn eine Ebene (100) um 5° bis 15° und bevorzugter um 9,7° in eine Richtung <100> um eine in eine Richtung <0-11> verlaufende Achse gedreht wird (welche nachstehend als eine "geneigte Ebene α" bezeichnet wird). Wenn bei einer solchen Konfiguration der konkave Teil 81 durch anisotropes Ätzen unter Verwendung eines Ätzmittels auf Kaliumhydroxidbasis in dem Siliciumsubstrat 8 gebildet wird, kann eine Ebene (111), die die geneigte Ebene α ist, als eine Seitenfläche 81b des konkaven Teils 81 so gebildet werden, dass sie einen Winkel von 40° bis 50° in Bezug auf die Bodenfläche 81a des konkaven Teils 81 aufweist.
Demzufolge dient, wenn das Halbleiterlaserelement 5 mit einer Wellenlänge von 780 nm auf der Bodenfläche 81a des konkaven Teils 81 angeordnet wird, die eine Seitenfläche 81b des konkaven Teils 81 als ein reflektierender Spiegel. Demgemäß können ausgesendete Strahlen in Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Siliciumsubstrat 8 nach oben herausgeführt werden.
In diesem Zusammenhang bezeichnet die Richtung <0-11>:
<011>.
Das heißt, dass "–1" "1 quer" darstellt.
Beim Siliciumsubstrat 8 ist die Hauptebene nicht auf die geneigte Ebene α beschränkt und kann beispielsweise eine Ebene sein, die erhalten wird, wenn eine Ebene (001) um 5° bis 15° in eine Richtung <001> um eine in eine Richtung <–110> verlaufende Achse gedreht wird, oder eine Ebene sein, die erhalten wird, wenn eine Ebene (010) um 5° bis 15° in eine Richtung <010> um eine in eine Richtung <–101> verlaufende Achse gedreht wird. Mit anderen Worten kann eine Ebene, die erhalten wird, wenn eine zur Ebene (100) äquivalente Ebene um 5° bis 15° in eine zur Richtung <100> äquivalente Richtung um eine Achse gedreht wird, die in eine zur Richtung <0-11> äquivalente Richtung verläuft, als die Hauptebene des Siliciumsubstrats 8 verwendet werden.
Die folgende Beschreibung betrifft eine Operation der wie vorstehend beschrieben konfigurierten Halbleiterlaservorrichtung 1.
Wenn die in 1 dargestellte optische Platte 4 dem CD-Format entspricht, sendet das Halbleiterlaserelement 5 einen Strahl aus. Der so ausgesendete Strahl wird von der einen Seitenfläche 81b des konkaven Teils 81 reflektiert, so dass er nach oben herausgeführt wird und in das Beugungsgitter 15 eintritt und dann durch dieses gebeugt wird. Demgemäß werden gebeugtes Licht 0ter Ordnung und gebeugtes Licht ±1ter Ordnung erzeugt. Dann durchlaufen diese drei Lichttypen das Beugungsgitter 14 und das Wellenlängen-Ablenkfilter 13, so dass sie von der Halbleiterlaservorrichtung 1 ausgesendet werden und auf der in 1 dargestellten optischen Platte 4 fokussiert werden. Das rückkehrende Licht, das von der optischen Platte 4 in die Halbleiterlaservorrichtung 1 eintritt, durchläuft das Wellenlängen-Ablenkfilter 13 und tritt dann in das Beugungsgitter 14 ein. Dann wird das gebeugte Licht ±1ter Ordnung des rückkehrenden Lichts zur empfangenden Optik 7a geleitet und als Photostromsignal ausgegeben. Dieses Photostromsignal wird einer vorgegebenen Verstärkung/Verarbeitung unterzogen, so dass verschiedene Servosignale (Fokussierungs/Verfolgungs-Fehlersignale) und Wiedergabesignale erfasst werden.
Andererseits sendet das Halbleiterlaserelement 6 einen Strahl aus, wenn die optische Platte 4 dem DVD-Format entspricht. Der so ausgesendete Strahl wird von der einen Seitenfläche 82b des konkaven Teils 82 so reflektiert, dass er nach oben herausgeführt wird, durchläuft das Beugungsgitter 16 und tritt in das zusammengesetzte Prisma 11 ein und wird dann durch den reflektierenden Spiegel 12 reflektiert. Der reflektierte Strahl wird weiter von dem Wellenlängen-Ablenkfilter 13 reflektiert, so dass er von der Halbleiterlaservorrichtung 1 ausgesendet wird, und wird auf der in 1 dargestellten optischen Platte 4 fokussiert. Das von der optischen Platte 4 zurückkehrende, in die Halbleiterlaservorrichtung 1 eintretende Licht wird vom Wellenlängen-Ablenkfilter 13 reflektiert und tritt dann über den reflektierenden Spiegel 12 in das Beugungsgitter 16 ein, so dass es gebeugt wird. Das gebeugte Licht ±1ter Ordnung wird mit einer Anzahl unterteilter Bereiche zur empfangenden Optik 7b geführt und als ein Photostromsignal ausgegeben. Dieses Photostromsignal wird einer vorgegebenen Verstärkung/Verarbeitung unterzogen, so dass verschiedene Servosignale und Wiedergabesignale erfasst werden.
4 zeigt optische Weglängen von den Halbleiterlaserelementen 5 und 6 innerhalb der Halbleiterlaservorrichtung 1, von der Strahlen ausgesendet werden, welche zu den Positionen verlaufen, an denen die Strahlen die Halbleiterlaservorrichtung 1 nach außen verlassen. Die optischen Weglängen der von den Halbleiterlaserelementen 5 und 6 ausgesendeten Strahlen werden mit Bezug auf drei unterteilte Bereiche der Halbleiterlaservorrichtung 1 beschrieben.
In 4 ist ein erster Bereich ein Bereich des zusammengesetzten Prismas 11, ein zweiter Bereich ein Bereich des Hologrammelements 10 und ein dritter Bereich ein Bereich von Strahlaussendepunkten der Halbleiterlaserelemente 5 und 6 bis zur unteren Fläche des Hologrammelements 10.
In diesem Fall sind für die Wellenlänge 780 nm die Brechungsindizes im ersten, zweiten und dritten Bereich als n1, n2 bzw. n3 angegeben. Für die Wellenlänge von 650 nm sind die Brechungsindizes im ersten, zweiten und dritten Bereich als n1', n2' bzw. n3' angegeben. Wenn weiterhin die in Luft gemessenen Distanzen der optischen Wege von den Halbleiterlaserelementen 5 und 6, von denen Strahlen ausgesendet werden, bis zu den Positionen, an denen die Strahlen die Halbleiterlaservorrichtung 1 nach außen verlassen, mit L1 bzw. L2 bezeichnet sind, sind L1 und L2 durch L1 = (a + b)/n3 + c/n2 + d/n1 bzw.L2 = (a + e + f)/n3' + g/n2' + h/n1' gegeben.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die Brechungsindizes in den jeweiligen Bereichen und eine optische Weglänge e eingestellt, so dass die Beziehung L1 = L2 erfüllt werden kann. Folglich können die Halbleiterlaserelemente 5 und 6 als eine optische Quelle behandelt werden, wenn die Halbleiterlaservorrichtung 1 von außen betrachtet wird.
Wie vorstehend beschrieben wurde, sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform die in Luft gemessenen Distanzen von den Halbleiterlaserelementen 5 und 6 bis zur Kollimatorlinse 2 als Fokussierungsmittel im Wesentlichen gleich. Daher kann die optische Abtastvorrichtung, wie in 1 dargestellt ist, mit einer Kollimatorlinse 2 allein konfiguriert werden, ohne dass die Verschlechterung ihrer Eigenschaften zugelassen wird, so dass eine sehr einfache und kleine optische Konfiguration erhalten werden kann. Zusätzlich sind die beiden Halbleiterlaserelemente und dazu entsprechende Empfangsoptiken integriert, so dass die Größe der optischen Abtastvorrichtung weiter verringert werden kann.
In der vorstehenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform wurde die durch die Brechungsindizes und die optische Weglänge e hervorgerufene Wellenlängendispersion eingestellt. Wie in 5 dargestellt ist, dürfen die in Luft gemessenen Distanzen L1 und L2 jedoch durch die Einstellung der Längen der in den optischen Wegen der von den Halbleiterlaserelementen 5 und 6 ausgesendeten Strahlen angeordneten optischen Elemente auch gleich sein. Beispielsweise wechselte die Dicke des Hologrammelements 10 im optischen Weg eines vom Halbleiterlaserelement 6 ausgesendeten Strahls von g zu g'.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde die Konfiguration einer optischen Abtastvorrichtung mit einem unbegrenzten optischen System unter Verwendung der Kollimatorlinse 2 und der Objektivlinse 3 als Fokussiermittel erläutert und beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf eine optische Abtastvorrichtung mit einem begrenzten optischen System angewendet werden, bei dem nur eine Objektivlinse als Fokussiermittel verwendet wird. In diesem Fall ist die Kollimatorlinse nicht erforderlich, so dass die Größe der optischen Abtastvorrichtung weiter verringert werden kann und ihre Montage und Einrichtung erleichtert werden.
Erste Anordnung
Eine erste Anordnung, die nur Erläuterungszwecken dient und nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, wird nachstehend unter Verwendung der 1, 6 und 7 beschrieben. Elemente, die die gleichen Funktionen aufweisen wie in der ersten Ausführungsform, sind mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
6 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration einer Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß der ersten Anordnung zeigt. 7 ist eine Draufsicht eines Siliciumsubstrats 8 der in 6 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung 1 bei Betrachtung von der Seite der optischen Platte 4.
In 6 sind Halbleiterlaserelemente 5 und 6 auf dem Siliciumsubstrat 8 angeordnet, wobei dazwischen ein Kühlkörper 18 angeordnet ist. In dem Siliciumsubstrat 8 sind empfangende Optiken 7a und 7b, die den Halbleiterlaserelementen 5 bzw. 6 entsprechen, ausgebildet. Zusätzlich ist ein Mikroprisma 17 auf den empfangenden Optiken 7a und 7b angeordnet. Eine optische Abtastvorrichtung mit der Halbleiterlaservorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat eine Konfiguration, die durch Ersetzen der in 2 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung 1 durch die in den 6 und 7 dargestellte Halbleiterlaservorrichtung 1 in der in 1 dargestellten optischen Abtastvorrichtung erhalten wird.
Die folgende Beschreibung betrifft Operationen der wie vorstehend beschrieben konfigurierten Halbleiterlaservorrichtung 1 und der diese aufweisenden optischen Abtastvorrichtung.
Wenn die in 1 dargestellte optische Platte 4 dem CD-Format entspricht, sendet das Halbleiterlaserelement 5 einen Strahl aus. Der Strahl wird von einer geneigten Ebene 17a des Mikroprismas 17 reflektiert, so dass er in Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Siliciumsubstrat 8 nach oben geführt wird und dann von der Halbleiterlaservorrichtung 1 nach außen ausgesendet wird. Anschließend wird der Strahl durch die Kollimatorlinse 2 zu einem parallelen Strahl umgewandelt und dann durch die Objektivlinse 3 auf der optischen Platte 4 fokussiert. Das von der optischen Platte 4 reflektierte Licht läuft in entgegengesetzter Richtung auf dem vorstehend beschriebenen Weg. Wenn das reflektierte Licht auf die geneigte Ebene 17a des Mikroprismas 17 fällt, tritt ein Teil des reflektierten Lichts in das Mikroprisma 17 ein und erreicht die empfangende Optik 7a mit einer Vielzahl von unterteilten Bereichen, während es zwischen der Oberfläche des Siliciumsubstrats 8 und der oberen Innenfläche 17b des Mikroprismas 17 reflektiert wird. Dann wird das Licht als ein Photostromsignal von der empfangenden Optik 7a ausgegeben. Dieses Photostromsignal wird einer vorgegebenen Verstärkung/Verarbeitung unterzogen, so dass verschiedene Servosignale und Wiedergabesignale erfasst werden.
Wenn die in 1 dargestellte optische Platte 4 andererseits dem DVD-Format entspricht, sendet das Halbleiterlaserelement 6 einen Strahl aus. Wie bei dem vorstehend beschriebenen Vorgang werden verschiedene Servosignale und Wiedergabesignale auf der Grundlage eines von der empfangenden Optik 7b ausgegebenen Photostromsignals erfasst.
Gemäß der ersten Ausführungsform und der ersten Anordnung sind die in Luft gemessenen Distanzen von den zwei Halbleiterlaserelementen 5 und 6 zur Kollimatorlinse 2 als Fokussiermittel im Wesentlichen gleich zueinander. Wie in 1 dargestellt ist, kann daher eine optische Abtastvorrichtung mit der Kollimatorlinse 2 allein konfiguriert werden, ohne dass die Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften zugelassen wird. Demgemäß kann eine sehr einfache und kleine optische Konfiguration erhalten werden. Zusätzlich sind die beiden Halbleiterlaserelemente und die ihnen entsprechenden empfangenden Optiken integriert, so dass die Größe der optischen Abtastvorrichtung weiter verringert werden kann.
8 ist eine schematische Schnittansicht einer optischen Abtastvorrichtung mit einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oder der ersten Anordnung. Wie in 8 dargestellt ist, ist ein flexibles tragendes Element 91, das beispielsweise aus einem Metalldraht gebildet ist, zwischen einem Gehäuse 9 einer Halbleiterlaservorrichtung 1 und einem Träger 92, der an einer optischen Plattenvorrichtung oder dergleichen angebracht ist, verbunden. Demgemäß ist das Gehäuse 9 an dem tragenden Element 91 beweglich semi-fixiert.
Bei dieser Konfiguration sind alle optischen Komponenten der optischen Abtastvorrichtung integriert beweglich. Wenn daher der fokussierende/verfolgende Servovorgang in Bezug auf eine optische Platte ausgeführt wird, wird keine optische Verschiebung hervorgerufen, so dass zuverlässige Aufzeichnungs- und Wiedergabeeigenschaften erhalten werden können.

Claims

Eine optische Abtastvorrichtung mit einem fokussierenden Element; und einer Halbleiterlaservorrichtung (1), wobei die Halbleiterlaservorrichtung (1) umfasst: ein empfangende/emittierende Optik integrierendes Substrat (8), das in einem Gehäuse (9) angeordnet ist und ein erstes Halbleiterlaserelement (5), ein zweites Halbleiterlaserelement (6) und eine Mehrzahl empfangender Optiken (7a, 7b) umfasst, die auf dem Substrat (8) integriert sind, wobei das erste und zweite Halbleiterlaserelement (5, 6) unterschiedliche Emissionswellenlängen haben; dadurch gekennzeichnet, dass die optische Auslese-Vorrichtung ferner umfasst: ein optisches Element (10, 11), das in demselben Gehäuse (9) angeordnet ist wie das, das das empfangende/emittierende Optik integrierende Substrat (8) umfasst, wobei das optische Element (10, 11) in einem optischen Weg mindestens zwischen dem ersten oder dem zweiten Halbleiterlaserelement (5, 6) und dem fokussierenden Element angeordnet ist, und wobei das optische Element (10, 11) ein Element umfasst, das es zulässt, dass eine Distanz, welche ein Strahl, der von dem ersten Halbleiterlaserelement (5) ausgestrahlt wird, zurücklegt, um durch das optische Element (10, 11) zu gehen, unterschiedlich ist von einer Distanz, welche ein Strahl, der von dem zweiten Halbleiterlaserelement ausgestrahlt ist, zurücklegt, um durch das optische Element (10, 11) zu gehen; wobei eine Distanz L1, wenn sie in Luft entlang des optischen Weges eines ersten Lichtstrahls, der von dem ersten Halbleiterlaserelement (5) ausgestrahlt wurde, zu dem fokussierenden Element gemessen wurde, im wesentlichen gleich einer Distanz L2 ist, die in Luft entlang dem optischen Weg eines zweiten Lichtstrahls, der von dem zweiten Halbleiterlaserelement (6) ausgestrahlt wurde, zu dem fokussierenden Element gemessen wurde, durch Einstellen der Brechungsindizes in Regionen entlang des optischen Weges des ersten und zweiten Lichtstrahls, wobei das fokussierende Element so positioniert ist, dass es an dem Gehäuse der Halbleiterlaservorrichtung (1) befestigt ist.
Eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, wobei entweder der erste Lichtstrahl, der von dem ersten Halbleiterlaserelement (5) ausgestrahlt ist, oder der zweite Lichtstrahl, der von dem zweiten Halbleiterlaserelement (6) ausgestrahlt ist, oder beide durch das optische Element (10, 11) umorientiert bzw. umgeleitet werden, so dass der erste Lichtstrahl und der zweite Lichtstrahl vor Eintritt in das fokussierende Elemente koaxial werden.
Eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Unterschied zwischen der Distanz L1 und der Distanz L2, wenn diese in Luft gemessen werden, innerhalb +/– 50 μm liegt.
Eine optische Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Element (10, 11) ein Licht divergierendes bzw. streuendes Element umfasst.
Eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, wobei als Licht divergierendes bzw. streuendes Element ein Diffraktionsgitter verwendet wird.
Eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Reflektor als das Licht divergierende bzw. streuende Element verwendet wird.
Eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei das Licht divergierende bzw. streuende Element in Abhängigkeit der Wellenlängen verschiedene divergierende bzw. Streu-Wirkungsgrade aufweist.
Eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei das erste Halbleiterlaserelement (5) eine Emissionswellenlänge in einem 780 nm-Band und das zweite Halbleiterlaserelement (6) eine Emissionswellenlänge in einem 650 nm-Band hat.
Eine optische Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das empfangende/emittierende Optik integrierende Substrat (8) ein Siliciumsubstrat mit einer Hauptebene ist, die eine Ebene ist, die erhalten wird, wenn eine Ebene äquivalent zu einer Ebene (100) um eine Achse, die sich in eine Richtung erstreckt, die äquivalent ist zu einer Richtung <0-11>, um 5° bis 15° in eine Richtung äquivalent zu einer Richtung <100> rotiert wird.
Eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein konkaver Teil (81) in dem empfangende/emittierende Optik integrierenden Substrat (8) gebildet ist, und das erste Halbleiterlaserelement (5) auf einer Bodenfläche des konkaven Teils (81) platziert ist.
Eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Strahl, der von dem ersten Halbleiterlaserelement (5) ausgestrahlt ist, durch eine Seitenfläche des konkaven Teils (81) reflektiert wird.
Eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei ein konkaver Teil (82) in dem empfangende/emittierende Optik integrierenden Substrat (8) gebildet ist und das zweite Halbleiterlaserelement (6) auf einer Bodenfläche des konkaven Teils (82) platziert ist.
Eine optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein Strahl, der von dem zweiten Halbleiterlaserelement (6) ausgestrahlt ist, durch eine Seitenfläche des konkaven Teils (82) reflektiert wird.
Eine optische Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein tragendes Element (91), worin das Gehäuse (9) und das tragende Element (91) durch einen Träger (92) verbunden sind und das Gehäuse (9) an dem tragenden Element (91) beweglich semi-fixiert ist.
Eine optische Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Halbleiterlaserelement (5) und das zweite Halbleiterlaserelement (6) in einem Chip integriert sind.
Eine optische Abtastvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das optische Element (10, 11) auf dem empfangende/emittierende Optik integrierenden Substrat (8) platziert ist.