DE69227357T2 - Optisches Gerät - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Aufnehmerstruktur zum optischen Lesen aufgezeichneter Daten von einem Aufzeichnungsmedium.
- In einem optischen Plattenabspielgerät oder dergleichen, wie dargestellt in Fig. 1A, wird ein zusammengesetztes Lichtsende-/empfangselement, welches als Laserkoppler 11 bezeichnet wird, in einem optischen Aufnehmer verwendet. In dem Laserkoppler 11 sind Photodioden 13 und 14 auf einem Si-Substrat 12 geformt und ein Prisma 15 ist auf den Photodioden 13 und 14 durch ein Klebmittel fixiert.
- Ein Sekundärträger 16, der als ein anderes Si-Substrat dient, ist auf dem Si-Substrat 12 durch eine Lötung oder dergleichen fixiert. Eine Photodiode 17 ist auf dem Sekundärträger 16 geformt und eine Laserdiode 21 ist auf dem Sekundärträger 16 durch eine Lötung oder dergleichen fixiert.
- Um auf einer optischen Scheibe 22 aufgezeichnete Daten unter Verwendung des Laserkopplers 11 wiederzugeben, wird ein Teil des von der Laserdiode 21 emittierten Lichts 23 auf einer Oberfläche 15a des Prisma 15 reflektiert, durch eine Objektivlinse 24 durchgelassen und trifft auf die optische Scheibe 22 auf.
- Der Teil des Lichts 23, welches von der optischen Scheibe 22 reflektiert wird, durch die Objektivlinse 24 durchgelassen wird und auf die Oberfläche 15a des Prismas 15 auftrifft, wird abgebeugt und tritt in das Prisma 15 ein. Die erste Hälfte des Lichts 23, welches in das Prisma 15 eintritt, trifft auf die Photodiode 13 auf und die von der Photodiode 13 reflektierte zweite Hälfte wird an einer Oberfläche 15b des Prismas 15 total reflektiert und triff auf die Photodiode 14 auf.
- Die Photodiode 13 ist, wie dargestellt in Fig. 1B, in drei Teile A, B und C aufgeteilt und die Photodiode 14 ist, wie dargestellt in Fig. 1C, in drei Teile D, E und F aufgeteilt. Ein von diesen Photodioden 13 und 14 erhaltener und durch
- (A + C + E) - (B + D + F)
- ausgedrückter Ausgang wird als ein Fokusfehlersignal verwendet.
- Somit müssen, wie oben beschrieben, 50% des Lichts 23, welches in das Prisma 15 durch die Oberfläche 15a eintritt, auf die Photodiode 13 auftreffen und die verbleibenden 50% müssen von der Photodiode 13 reflektiert werden.
- Aus diesem Grund wird in dem konventionellen Aufnehmer, der in einem optischen Nichtpolarisationssystem-Aufzeichnungsschema wie einer optischen Scheibe verwendet wird, wie dargestellt in Fig. 2, ein optisch semitransparenter Film 25 (Halbspiegel) mit einer Reflektivität von 50% auf einem Abschnitt des Prismas 15 gegenüber der Photodiode 13 abgeschieden.
- Zu beachten ist, daß ein SiO&sub2;-Film 26, der als ein Schutzfilm dient, auf der Oberfläche des Si-Substrats 12 geformt ist, und eine Klebeschicht 27 ist zwischen den SiO&sub2;-Film 26 und den optisch semitransparenten Film 25 auf der Photodiode 13 eingesetzt.
- Ferner empfängt die Photodiode 17 das von der rückwärtigen Oberfläche der Laserdiode 21 emittierte Licht 23, um eine automatische Leistungskontrolle durchzuführen.
- Die Brechungsindizes des Si-Substrats 12, des SiO&sub2;-Films 26 und der Klebeschicht 27 betragen jeweils etwa 3,5, etwa 1,5 und etwa 1,45 in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm. Aus diesem Grund wird etwa 16% des auftreffenden Lichts von der Grenzfläche zwischen dem Si-Substrat 12 und dem SiO&sub2;-Film 26 reflektiert, welche eine große Brechungsindexdifferenz aufweisen, und, wie dargestellt in Fig. 3, wird das Licht 23 auf vielfache Weise zwischen der Grenzfläche und dem optischen semitransparenten Film 25 reflektiert, um somit das Auftreten von Vielfachinterferenz herbeizuführen.
- Wenn das als konvergentes Licht vorliegende Licht 23, welches entsprechend den Auftrefpositionen geänderte Auftreffwinkel aufweist, auf dem Abschnitt auftrifft, an dem die Vielfachinterferenz auftritt, werden entsprechend den Auftreffwinkeln helle und dunkle Abschnitte geformt und die in Fig. 4 gezeigten Streifen werden geformt. Da die Streifen Funk tionen der Auftreffwinkel und der Wellenlängen sind, wenn die Wellenlänge der Laserdiode 21 durch eine Änderung in der Temperatur variiert wird, bewegen sich die Streifen.
- Die Bewegung der Streifen bewirkt in ungünstiger Weise variable Charakteristiken des Laserkopplers 11 in Form einer Temperaturcharakteristik und ein den Laserkoppler 11 verwendendes optisches Plattenabspielgerät oder dergleichen wird unter den Standards der gegenwärtig erhältlichen optischen Plattenabspielgeräte und dergleichen als ein defektes angesehen.
- Wie gezeigt in Fig. 5. ist der optische semitransparente Film 25 nicht geformt und ein SiN- Film 31 mit einem Brechungsindex von etwa 2,0 ist auf einem Abschnitt des SiO&sub2;-Films 26 auf der Photodiode 13 geformt. Auf diese Weise wird ebenso eine Struktur in Betracht gezogen, in der die Funktion des optischen semitransparenten Films durch vier Schichten bestehend aus der Klebeschicht 27, dem SiN-Film 31, dem SiO&sub2;-Film 26 und dem Si-Substrat 12 erhalten wird.
- In dieser Struktur in Fig. 5 beträgt jedoch die maximale Reflektivität etwa 40% und ein Verhältnis der auf die Photodiode 13 zu der auf die Photodiode 14 auftreffenden Lichtmenge kann nicht auf 1 : 1 eingestellt werden. Dieses Verhältnis der Lichtmengen kann elektrisch korrigiert werden. In diesem Fall kann jedoch das Rauschen der Photodioden 13 und 14 nicht differentiell reduziert werden. Das heißt, daß ein optimaler optischer Punkt und ein optimaler Signalpunkt nicht miteinander zusammenfallen und somit die Abspielfähigkeit eines optischen Plattenabspielgerätes herabgesetzt wird.
- Zusätzlich muß, um die Struktur in Fig. 5 zu erhalten, jedes der Produkte der Dicken und Brechungsindizes des SiN-Films 31 und des SiO&sub2;-Films 26 auf λ/4 des Lichtes 23 eingestellt werden. Der SiN-Film 31 und der SiO&sub2;-Film 26 können jedoch mit jeweils einer Hochpräzisionsfilmdicke nicht auf einfache Art in Massenproduktion geformt werden.
- Daher kann das obige Problem durch den Stand der Technik nicht auf einfache Art gelöst werden. Obwohl ein optisches Nichtpolarisationssystem-Aufzeichnungsschema auf einen für eine optische Scheibe verwendeten Laserkoppler angewandt wird, in welchem die obige Laserdiode, ein Mikroprisma und dergleichen integral angeordnet sind, kann dieses Aufzeichnungsschema nur zum Lesen von Daten verwendet werden.
- Beispiele des oben erwähnten Standes der Technik sind in der JP-1237939A und der JP- 1315036 offenbart.
- Die EP-A-0278406 beschreibt einen optischen Aufnehmerkopf, der ein Substrat, auf welchem Photodetektoren geformt sind, und ein auf den Photodetektoren durch ein Klebmittel angeklebtes optisches Glied aufweist, welches einen semitransparenten reflektiven Film enthält, der angeordnet ist, um das Licht von einer Laserquelle zu reflektieren und das von einem Aufzeichnungsmedium einer Scheibe zurückkehrende Licht durchzulassen, wobei der Brechungsindex des optischen Gliedes größer als der Brechungsindex des Klebmittels ist, um so zu vermeiden, daß "Streulicht" von der Laserquelle die Photodetektoren erreichen kann.
- In der JP-A-56107247 ist ein Bildaufzeichnungsverfahren offenbart, in welchem mit einem eine- Bildinformätion tragenden Lichtsignal ein Photosensitives Aufzeichnungsmedium bestrahlt wird, welches mit einer lichtabsorbierenden Schicht zwischen einem Photoempfänger und einer Unterlage versehen ist, um vielfache Reflexion im Inneren des Photoempfänger zu vermeiden.
- Die vorliegende Erfindung ist im Anspruch 1 definiert.
- Bezüglich der Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird in einem Aufnehmer eines optischen Nichtpolarisationssystem-Aufzeichnungsschemas, um das Problem zu lösen, daß etwa 16% des auftreffenden Lichtes von einer Grenzfläche zwischen einem Si-Substrat und einem SiO&sub2;-Film reflektiert wird, um das Auftreten von vielfachen Interferenzen zu verursachen, ein lichtabsorbierender Film zwischen einem lichtempfangenden Element und einem optischen halbdurchlässigen Film geformt.
- Es folgt eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Die vorliegende Erfindung wird von der nachfolgend gegebenen ausführlichen Beschreibung und von den zugehörigen Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vollständiger erfaßt werden können, wobei jedoch die Zeichnungen nicht dazu gedacht sind, der Erfindung eine Beschränkung auf eine spezifische Ausführungsform aufzuerlegen, sondern lediglich für die Erläuterung und das Verständnis.
- Fig. 1A ist eine Seitenansicht zur Darstellung einer konventionellen Struktur und die Fig. 1B und 1C sind Draufsichten zur Darstellung einer Photodiode der konventionellen Struktur in Fig. 1A;
- Fig. 2 ist eine Seitenansicht zur Darstellung eines anderen Standes der Technik;
- Fig. 3 ist eine vergrößerte Seitenansicht zur Darstellung eines Hauptteils des Standes der Technik in Fig. 2;
- Fig. 4 ist eine Draufsicht zur Darstellung von Interferenzstreifen;
- Fig. 5 ist eine Seitenansicht zur Darstellung eines anderen Standes der Technik;
- Fig. 6A ist eine Seitenansicht zur Darstellung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 6B ist eine vergrößerte Seitenansicht zur Darstellung eines Hauptteils der ersten Ausführungsform.
- Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf ein optisches Nichtpolarisationssystem beschrieben. Die Ausführungsform weist dieselbe Anordnung wie die des in Fig. 2 dargestellten Standes der Technik mit der Ausnahme auf, daß ein lichtabsorbierender Film 32 der Seite der Klebemittelschicht 27 eines optisch halbdurchlässigen Films 25 hinzugefügt ist, wie dargestellt in Fig. 6A. Zu beachten ist, daß die Klebemittelschicht 27 eine Dicke von etwa 10 um aufweist.
- Wenn gemäß der obigen Ausführungsform die Durchlässigkeit oder der Transmissionsfaktor des lichtabsorbierenden Films 32 durch T (< 1) repräsentiert wird, wie aus Fig. 6B deutlich wird, wird die Menge des durch den optisch semitransparenten Film 25 und den lichtabsorbierenden Film 32 durchgelassenen und direkt auf eine Photodiode 13 auftreffenden Lichtes um den Faktor T vermindert im Vergleich zu derjenigen Menge, die erhalten wird, wenn der lichtabsorbierende Film 32 nicht verwendet wird.
- Die Menge des auf vielfache Weise zwischen dem optisch semitransparenten Film 25 und der Grenzfläche zwischen einem Si-Substrat 12 und einem SiO&sub2;-Film 26 reflektierten Lichtes 23 wird jedoch um die Faktoren T³ und T&sup5; ... rasch vermindert. Aus diesem Grund wird die vielfache Interferenz unterdrückt und die in Fig. 4 gezeigten Interferenzstreifen werden nicht derart einfach gebildet.
- Gleichermaßen ist, wenn die Reflektivität oder der Reflexionsfaktor des optisch semitransparenten Films 25 durch R repräsentiert wird, die Menge des auf die Photodiode 13 auftreffenden Lichtes 23 proportional zu (1 - R) · T und die Menge des auf die Photodiode 14 auftreffenden Lichtes 23 ist proportional zu R. Wenn somit R und T eingestellt werden, um die folgende Gleichung zu erfüllen:
- T = R/(1 - R),
- kann ein Verhältnis der Menge des auf die Photodiode 13 auftreffenden Lichtes zu der des auf die Photodiode 14 auftreffenden Lichtes auf 1 : 1 eingestellt werden.
- Wenn die Reflektivität R und der Transmissionsfaktor T so eingestellt werden, daß sie variable Werte sind, so daß das Verhältnis der Menge des auf die Photodiode 13 zu der des auf die Photodiode 14 auftreffenden Lichtes auf 1 : 1 eingestellt wird, wird ein Verhältnis der Intensität des auf die Grenzfläche zwischen dem Si-Substrat 12 und dem SiO&sub2;-Film 26 auftreffenden Lichtes 23 zu der Intensität des auf den optisch semitransparenten Film 25 auftreffenden Lichtes aktuell berechnet.
- Wenn die Amplitude des auf den optisch semitransparenten Film 25 auftreffenden Lichtes 23 durch Io repräsentiert wird; die Amplitudenreflektivität des optisch semitransparenten Films 25 durch rh; der Amplitudentransmissionsfaktor des optisch semitransparenten Films 25 durch th, der Amplitudentransmissionsfaktor des lichtabsorbierenden Films 32 durch ta; und die Amplitudenreflektivität der Grenzfläche zwischen dem Si-Substrat 12 und dem SiO&sub2;-Film 26 durch rs, dann ist die Amplitude des direkt auf die Grenzfläche auftreffenden Lichtes 23 gegeben durch:
- I&sub0; · th · ta
- Zusätzlich ist die Amplitude des einmal von der Grenzfläche und dem optisch semitransparenten Film 25 reflektierten und erneut auf die Grenzfläche auftreffenden Lichtes 23 gegeben durch:
- I&sub0; · th · ta · rs · ta · rh · ta · exp(-iδ)
- wobei δ eine Phasendifferenz ist. Wenn die Dicke eines Interferenzfilms, d. h. drei Schichten bestehend aus dem lichtabsorbierenden Film 32, der Klebeschicht 27 und dem SiO&sub2;-Film 26 durch d repräsentiert wird, der Brechungsindex der drei Schichten durch n repräsentiert wird, die Wellenlänge des Lichtes 23 durch λ repräsentiert wird, und der Auftreffwinkel des Lichtes 23 durch θ repräsentiert wird (Fig. 6B), kann die folgende Gleichung erhalten werden:
- δ = (2π/λ) · 2nd ·cosθ
- Somit wird die Phasendifferenz δ entsprechend dem Auftreffwinkel θ geändert. Da zusätzlich die Phasendifferenz δ von der Wellenlänge λ abhängt, wird die Phasendifferenz ebenso entsprechend der Temperaturcharakteristik einer Laserdiode 21 geändert. Aus diesem Grund bewegen sich die Interferenzstreifen, wie oben beschrieben.
- Vielfache Interferenz ist eine Summe der oben beschriebenen Lichtkomponenten und die Amplitude des auf die Grenzfläche zwischen dem Si-Substrat 12 und dem SiO&sub2;-Film 26 auftreffenden Lichtes 23 ist gegeben durch:
- I = (I&sub0; · th · ta)/{1 - ta² · rs · rh · exp(-iδ)}
- Als ein Resultat ist die Intensität gegeben durch:
- I ² = ( I&sub0;² · th ² · ta ²)/ [1 + ta&sup4; · rs · rh ² - 2ta² · Re{rs · rh · exp(-iδ)}]
- Da andererseits, wie oben beschrieben, die Brechungsindizes des Si-Substrats 12 und des SiO&sub2;-Films 26 jeweils etwa 3,5 und 1,5 in bezug auf Licht mit einer Wellenlänge von 780 nm betragen, kann der folgende Wert erhalten werden:
- rs ² = 16%
- Somit ist ein Verhältnis der Intensität I ² des auf die Grenzfläche zwischen dem Si-Substrat 12 und dem SiO&sub2;-Film 26 auftreffenden Lichtes 23 zu der Intensität I&sub0;² des auf den optisch semitransparenten Film 25 auftreffenden Lichtes 23 aktuell zu berechnen. Wenn der lichtabsorbierende Film 32 nicht verwendet wird, d. h. wenn der Transmissionsfaktor T des lichtabsorbierenden Films 32 100% beträgt, und der Reflexionsfaktor R des optisch semitransparenten Films 25 50% beträgt, wird das Intensitätsverhältnis erhalten durch:
- I ²/ I&sub0;² = 0,5/(1 + 0,5 · 0,16 - 2 · 0,283 · cosδ) = 0,5/(1,08 - 0,566 cosδ)
- Als ein Resultat liegt das Intensitätsverhältnis in einem Bereich von 30,4 bis 97,3% entsprechend dem Wert von cos δ.
- Wenn der Transmissionsfaktor T des lichtabsorbierenden Films 32 25% beträgt, und der Reflexionsfaktor R des optisch semitransparenten Films 52 20% beträgt, wird das Intensitätsverhältnis erhalten durch:
- I ²/ I&sub0;² = 0,2 / (1 + 0,25² · 0,2 · 0,16 - 2 · 0,25 · 0,179 · cos δ) = 0,2/(1,002 - 0,0895 cosδ)
- Als ein Resultat liegt das Intensitätsverhältnis in einem Bereich von 9,7 bis 10,2% entsprechend dem Wert von cos δ.
- In den obigen Berechnungen ist die Differenz zwischen den Brechungsindizes des SiO&sub2;- Films 26 und der Klebeschicht 27 klein und der Reflexionsfaktor der Grenzfläche dazwischen ist klein, d. h. 0,03%. Aus diesen Gründen wird die Reflexion der Grenzfläche vernachlässigt. Ferner ist es eine Annahme, daß eine nichtreflektive Beschichtung zwischen einem Prisma 15 und dem optisch semitransparenten Film 25 geformt wird.
- Wie aus den obigen Resultaten deutlich wird, sind Variationen in dem Intensitätsverhältnis kleiner, wenn der lichtabsorbierende Film 32 verwendet wird, als wenn der lichtabsorbierende Film 32 nicht verwendet wird. Somit wird gemäß dieser Ausführungsform vielfache Interferenz unterdrückt und Interferenzstreifen werden reduziert. Zusätzlich kann der optische semitransparente Film 25 und der lichtabsorbierende Film 32 auf dem Prisma in Massenproduktion geformt werden. Ein optimaler optischer Punkt kann mit einem optimalen Signalpunkt zusammenfallen, womit die Abspielfähigkeit verbessert werden kann.
- Andererseits müssen in dieser Ausführungsform anders als bei dem Stand der Technik ein SiN-Film 31 und der SiO&sub2;-Film 26 jeweils nicht mit einer hochpräzisen Dicke geformt werden. Die Photodioden 13 und 14 können in einem Standardprozeß geformt werden. Aus diesem Grund können die Kosten bedeutsam gesenkt werden und Massenproduktion kann durchgeführt werden.
- Obwohl der lichtabsorbierende Film 32 in der obigen Ausführungsform unabhängig verwendet wird, kann die Klebeschicht 27 einen Farbstoff enthalten, um der Klebeschicht 27 die Funktion eines lichtabsorbierenden Films hinzuzufügen.
Claims (5)
1. Optisches Gerät zum optischen Lesen von Daten von einem Aufzeichnungsmedium, mit:
einem Substrat (12),
einem ersten (13) und einem zweiten Photodetektor (14), die auf einer Hauptoberfläche des
Substrats (12) geformt sind,
einem optischen Element (15) mit einer reflektierenden Oberfläche (15b), welche der
Hauptoberfläche des Substrats gegenüberliegt,
einem optisch semitransparenten Film (25), der zwischen dem ersten Photodetektor (13)
und der lichtreflektierenden Oberfläche (15b) geformt ist, um einen Teil des von dem
Aufzeichnungsmedium reflektierten Lichts zu dem ersten Photodetektor durchzulassen und
einen Teil des Lichts in Richtung auf die reflektierende Oberfläche zu reflektieren, wobei
der zweite Photodetektor (14) derart angeordnet ist, daß er das von dem semitransparenten
Film (25) und der reflektierenden Oberfläche (15b) reflektierte Licht empfängt,
gekennzeichnet durch
einen lichtabsorbierenden Film (27; 32), der zwischen den ersten Photodetektor und den
semitransparenten Film geformt ist, um Interferenz zu unterdrücken, die durch
Mehrfachreflexionen zwischen dem semitransparenten Film und der Substrat-Hauptoberfläche
verursacht wird.
2. Optisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element
(15) auf den Photodetektoren befestigt ist, um das von dem Aufzeichnungsmedium
reflektierte Licht zu dem ersten Photodetektor und von dem ersten Photodetektor zu dem
zweiten Photodetektor zu leiten, und die Filme (25, 32) zwischen dem optischen Element und
den Photodetektoren geformt sind.
3. Optisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Element
auf den Photodetektoren durch eine klebende Schicht (27) befestigt ist, die zwischen die
Photodetektoren und die Filme (25, 32) geformt ist.
4. Optisches Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtabsorbierende
Film dadurch realisiert ist, daß in der klebenden Schicht ein Farbstoff enthalten ist, der eine
Lichtabsorption aufweist.
5. Optisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Transmissionsvermögen T des lichtabsorbierenden Films (32) und das
Reflexionsvermögen R des optisch semitransparenten Films (25) der Gleichung T = R/(1 - R) genügen.
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