DE69321034T2

DE69321034T2 - Optisches Informationsverarbeitungsgerät

Info

Publication number: DE69321034T2
Application number: DE69321034T
Authority: DE
Inventors: Mamoru Chiyodamachi Niihari-Gun Ibaraki-Ken Kainuma; Hidehiko Matsudo-Shi Kando; Katsuhiko Niihari-Gun Ibaraki-Ken Kimura; Masaru Niihari-Gun Ibaraki-Ken Muranishi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-06-02
Filing date: 1993-06-01
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2013-06-02
Also published as: KR940006094A; JPH05334712A; US5404009A; EP0572982B1; EP0572982A1; KR970001372B1; DE69321034D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen integrierten optischen Informationsdetektor zum Umsetzen von an einem optischen Informationsmedium reflektierten Licht in ein elektrisches Signal. Ein solcher Detektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist offenbart in der EP-A-0 357 780.
In einer anderen optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung, die ein Wellenleiterelement verwendet, das in der P-A-2-7238 beschrieben ist, ist ein Einkopplungsabschnitt für einfallendes Licht in einem Wellenleiterelement in einer Richtung parallel zur optischen Achse des geführten Lichts gespalten. Wenn die Größe eines Abschnitts, der das Anregen des geführten Lichts im Einkopplungsabschnitt für das einfallende Licht bewirkt, groß ist, wird die Toleranz eines Lichteinfallswinkels, der eine geeignete Einfalleffizienz liefert, klein, wodurch das Problem entsteht, daß die Halterung desselben schwierig einzustellen ist. Wenn andererseits die Größe des Abschnitts, der die Anregung des geführten Lichts im Einkopplungsabschnitt für das einfallende Licht bewirkt, klein ist, entsteht ferner das Problem, daß das Licht, das auf den Einkopplungsabschnitt für das einfallende Licht fällt, schwierig zu positionieren ist. Wenn ferner der Einkopplungsabschnitt für das einfallende Licht nicht in einer Richtung gespalten ist, die die optische Achse des geführten Lichts schneidet, kann keine ausreichend hohe Einfalleffizienz erreicht werden.
Wie oben beschrieben ist, ist es sehr schwierig, die Zuverlässigkeit der Optik, die einen solchen Einkopplungsabschnitt für einfallendes Licht verwendet, zu ver bessern aufgrund der Tatsache, daß die Halterungseinstellung schwierig ist und daß die Einfalleffizienz nicht ausreichend hoch ist, wodurch das Problem entsteht, daß die Zuverlässigkeit der gesamten optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung nicht ausreichend verbessert werden kann.
Der optische Informationsdetektor, der in der erwähnten EP-A-0 357 780 offenbart ist, umfaßt einen optischen Wellenleiter, der auf einem Substrat ausgebildet ist, sowie mehrere integrierte Photodetektorsektionen, die jeweils einen Gitterkoppler und eine Photodetektoreinheit zum Detektieren eines geführten Lichtstrahls im optischen Wellenleiter besitzen. Die kreisförmige Photodetektorfläche ist jedoch nur in der optischen Achse eines Lichts vorhanden und ist in Radialrichtung in mehrere Sektionen unterteilt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Informationsverarbeitungsvorrichtung zu schaffen, die die Zuverlässigkeit der gesamten Vorrichtung verbessern kann.
Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Durch Ausbilden des integrierten Photodetektors mittels des Substrats, den auf diesem Substrat ausgebildeten optischen Wellenleiter und die mehreren integrierten Photodetektorsektionen, die jeweils einen Gitterkoppler zum Führen des reflektierten Lichtstrahls im optischen Wellenleiter sowie eine Photödetektoreinheit zum Detektieren eines im optischen Wellenleiter geführten Lichtstrahls enthält, kann die Größe eines Einkopplungsabschnitts für einfallendes Licht bezüglich der Richtung der optischen Achse des geführten Lichtstrahls reduziert werden. Somit ist für einen Einfallswinkel und eine Einfallsposition nicht nur eine größere Toleranz verfügbar, sondern es können auch die Toleranz für Wellenlängenschwankungen und Herstellungsfehler während der Herstellung des optischen Wellenleiters vergrößert werden, mit dem Ergebnis, daß die Zuverlässigkeit der gesamten optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung verbessert werden kann.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Vorderansicht, die teilweise aufgeschnitten eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt:
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Photodetektors in der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zeigt;
Fig. 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Photodetektors in der in der Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zeigt;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht des in Fig. 3 gezeigten Photodetektors;
Fig. 5 ist eine Draufsicht des in Fig. 3 gezeigten Photodetektors;
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel eines Photodetektors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist ein Graph, der die Eigenschaften des Photodetektors der vorliegenden Erfindung zeigt und der zur Erläuterung der Lichtnutzungseffizienz desselben verwendet wird;
Fig. 8 und 9 sind Querschnittsansichten, die jeweils ein weiteres Beispiel des Photodetektors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 10 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel des Photodetektors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, die teilweise im Schnitt Abschnitte des Photodetektors, einer Lichtquelle und eines Linsensystems in Fig. 1 zeigt;
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die teilweise im Schnitt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 13 und 14 sind Vorderansichten, die jeweils teilweise im Schnitt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 15 ist ein Schaubild, das ein Beispiel eines Abschnitts einer optischen Struktur in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 16 ist ein Schaubild, das ein weiteres Beispiel eines Abschnitts der optischen Struktur in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 17 ist eine Vorderansicht, die teilweise im Schnitt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden wird mit Bezug auf Fig. 1 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist zu beachten, daß die Fig. 1 ein optisches Plattenlaufwerk zeigt, das als Beispiel einer optischen Informsverarbeitungsvorrichtung erläutert wird.
In Fig. 1 beleuchtet ein Lichtstrahl, der von einem an einem Gehäuse 50 befestigten und von einer Systemsteuervorrichtung 70 angesteuerten Halbleiterlaser 1 ausgesendet wird, sowie einen integrierten Photodetektor 2. Der davon reflektierte Lichtstrahl durchläuft eine Objektivlinse 3, die am Gehäuse 50 befestigt ist, und beleuchtet eine optische Platte 4. Ein Signallichtstrahl 101, der von der optischen Platte 4 reflektiert wird, durchläuft erneut die Objektivlinse 3 und beleuchtet den integrierten Photodetektor z.
Der integrierte Photodetektor 2 umfaßt ein Halbleitersubstrat 10, eine leitende Dünnschicht 11 und einen Einfalleinkopplungsabschnitt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Hierbei wird angenommen, daß der Einfalleinkopplungsabschnitt beispielsweise ein Gitterkoppler ist. Innerhalb der leitenden Dünnschicht 11 sind wenigstens Abschnitte vorgesehen, in denen die Gitterkoppler 15a-15f und die Photodetektorsektionen 16a-16f ausgebildet sind, um als optischer Wellenleiter zu dienen, wobei Einzelheiten derselben später beschrieben werden.
Die Gitterkoppler sind parallel zur Richtung der optischen Achse 102 eines geführten Lichtstrahls gespalten. Sie sind hier mit Gitterkopplerzeile A, Gitterkopplerzeile B, Gitterkopplerzeile C bzw. Gitterkopplerzeile D bezeichnet. Die Gitterkoppler in jeder Zeile sind ferner in einer Richtung gespalten, die die Richtung der optischen Achsen 102 des geführten Lichtstrahls schneidet, zum Beispiel in Richtung senkrecht zur Richtung der optischen Achse 102 des geführten Lichtstrahls. Hier wird nur die Gitterkopplerzeile A erläutert. Die Gitterkopplerzeile A umfaßt die Gitterkoppler 15a-15f und die Photodetektorsektionen 16a-16f, die jeweils den Gitterkopplern 15a-15f zugeordnet sind. Die durch die Gitterkoppler 15a-15f angeregten geführten Lichtstrahlen werden auf die entsprechenden Photodetektorsektionen 16a-16f gerichtet, die die Intensitäten der jeweiligen geführten Lichtstrahlen erfassen. Die Gitterkoppler in den Zeilen B, C, und D sind in ähnlicher Weise in einer Richtung gespalten, die die Richtung der optischen Achse 102 des geführten Lichtstrahls schneidet, z. B. in Richtung senkrecht zur Richtung der optischen Achse 102 des geführten Lichtstrahls.
Die Photodetektorsektionen in der Gitterkopplerzeile A sind elektrisch so verbunden, daß ein Signal, das die Summe der erfaßten Intensitäten der geführten Lichtstrahlen anzeigt, zu einer Bondfläche 20A herausgeführt wird. In ähnlicher Weise wird die Summe der Ausgänge der Photodetektorsektionen in der Gitterkopplerzeile B zu einer Bondfläche 20B herausgeführt, die Summe der Ausgänge der Photodetektorsektionen in der Zeile C zur Bondfläche 20C herausgeführt und die Summe der Ausgänge der Photodetektorsektionen in der Zeile D zu einer Bondfläche 20D herausgeführt. Die Ausgänge der Bondflächen 20A-20D werden der Systemsteuervorrichtung 70 zugeführt, die einen Fokusfehlersignal, ein Spurfehlersignal und ein Lesesignal für die optische Platte mittels der folgenden Verarbeitung erzeugt:
(Fokusfehlersignal) = (Summe der Zeile A) - (Summe der Zeile B) - (Summe der Zeile C) + (Summe der Zeile D)
(Spurfehlersignal) = (Summe der Zeile A) + (Summe der Zeile B) - (Summe der Zeile C) - (Summe der Zeile D)
(Lesesignal) = (Summe der Zeile A) + (Summe der Zeile B) + (Summe der Zeile C) + (Summe der Zeile D)
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Gehäuse 50 mittels einer Aufhängung 63 so unterstützt, daß das Gehäuse 50 in Richtung senkrecht zu einer Aufzeichnungsoberfläche der optischen Platte 4 und in Radialrichtung der optischen Platte 4 bewegt werden kann.
Als Antwort auf das wie oben beschrieben detektierte Fokusfehlersignal legt die Systemsteuervorrichtung 70 einen Strom an eine elektromagnetische Spule 62 an, die in einem magnetischen Kreis 60 angeordnet ist, um das Gehäuse 50 in Richtung senkrecht zur Oberfläche der optischen Platte 4 für eine Fokusregelung zu bewegen.
Als Antwort auf das erfaßte Spurfehlersignal und eine Informationszugriffanfrage von einer externen Vorrichtung über einen E/A-Bus legt die Systemsteuervorrichtung 70 einen Strom an eine Grobbewegungs-Elektromagnetspule 71 an, die in einem magnetischen Kreis 61 angeordnet ist, um ein Außengehäuse 51, das auf einem geraden Schienenmechanismus 53 montiert ist, in Radialrichtung der optischen Platte 4 zu bewegen. Ferner legt die Systemsteuervorrichtung 70 einen Strom an eine elektromagnetische Spule 62 an, die im magnetischen Kreis 60 angeordnet ist, um das Gehäuse 50 in Radialrichtung der optischen Platte 4 zu bewegen. Durch dieses Bewegen des Außengehäuses 51 und des Gehäuses 50 wird eine Spurregelung für die optische Platte 4 durchgeführt.
Die Systemsteuervorrichtung 70 dreht die optischen Platte 4 mittels eines Drehmotors 55.
Die Systemsteuervorrichtung überträgt ferner ein so abgeleitetes Lesesignal über den E/A-Bus zu einer externen Vorrichtung.
Um die vorangehenden Operationen durchzuführen, wird die Systemsteuervorrichtung 70 aus einer optionalen externen Stromquelle, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, mit elektrischer Energie versorgt.
Als nächstes wird mit Bezug auf die Fig. 3 die Struktur des integrierten Photodetektors 2 genauer beschrieben. Die Fig. 3 zeigt den integrierten Photodetektor 2, die Objektivlinse 3 und den Halbleiterlaser 1, die in Fig. 1 gezeigt sind. Ein Teil der vom Halbleiterlaser 1 ausgesendeten Lichtstrahlen wird vom Halbleitersubstrat 10 reflektiert, durchläuft die Objektivlinse 3 und wird auf der optischen Platte 4 gesammelt. Der von der optischen Platte 4 reflektierte Lichtstrahl durchläuft erneut die Objektivlinse 3 und beleuchtet das Halbleitersubstrat 10.
Im folgenden wird die Struktur des integrierten Photodetektors 2 beschrieben, wobei eine Pufferschicht 12 aus einem leitenden Material auf dem Halbleitersubstrat 10 ausgebildet ist. Auf der Pufferschicht 12 sind mehrere optische Wellenleiter 18, Gitterkoppler 15 und die Photodetektorsektionen 16 ausgebildet, die alle längs der Richtung der optischen Achse des geführten Lichtstrahls und in Richtung senkrecht zur optischen Achse des geführten Lichtstrahls gespalten sind, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Lichtdetektoren in den jeweiligen Zeilen A-D sind mit den Bondflächen 20A-20D entsprechend mittels elektrischer Verbindungen über Drähte 29 verbunden, die mittels Dünnschichten ausgebildet sind, die auf dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sind. Die Signale von den jeweiligen Photodetektoren werden über die Bondflächen 20A-20D herausgeführt.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 4 der integrierte Photodetektor 2 genauer beschrieben. Die Fig. 4 zeigt im Querschnitt die minimalen Einheiten der optischen Wellenleiter 18, der Gitterkoppler 15 und der Photodetektorsektionen 16, die mehrfach gespalten sind. Es ist zu beachten, daß der Querschnitt längs einer Richtung genommen ist, die im wesentlichen parallel zur optischen Achse des geführten Lichtstrahls verläuft. Obwohl es vorstellbar ist, daß das Halbleitersubstrat 10 aus verschiedenen Materialien wie z. B. Silicium, Germanium, Gallium-Arsenid usw. hergestellt ist, ist das hier erläuterte Halbleitersubstrat 10 aus Silicium hergestellt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, sind auf einem Siliciumsubstrat 10', das aus mit N-Typ-Störstellen in niedriger Konzentration gemischtem Silicium hergestellt ist, eine mit N- Typ-Störstellen hochdotierte hintere Elektrode 24, eine mit P-Typ-Störstellen hochdotierte P-Schicht 13 und eine mit N-Typ-Störstellen hochdotierte Kanalstoppschicht 14 in einem Bereich um die P-Schicht 13 ausgebildet, wodurch ein Photodetektor des PIN-Typs gebildet wird. Wenn zwischen der hinteren Elektrode 24 und der P-Schicht 13 von der Systemsteuervorrichtung 70 in Fig. 1 eine umgekehrte Vorspannung angelegt wird, kann ein auf die PIN-Struktur auftreffender Lichtstrahl als Strom entnommen werden. Die Kanalstoppschicht 14 dient dazu, zu verhindern, daß ein unnötiger Oberflächenstrom oder dergleichen durch die PIN-Struktur fließt, um eine hohe Signalqualität zu erhalten.
Das Siliciumstubstrat 10' ist mit einer Pufferschicht 12 versehen, um zu verhindern, daß die durch die optischen Wellenleiter 18 laufenden geführten Lichtstrahlen vom Siliciumsubstrat 10' der Fig. 4 an einem Ort außerhalb der Photodetektorsektionen der Fig. 3 übermäßig absorbiert werden. Die Pufferschicht 12 ist ferner mit einem optischen Wellenleiter 18 versehen, der seinerseits mit einem Gitterkoppler 15 versehen ist. Der optische Wellenleiter 18 ist ferner mit einer Mantelschicht 23 versehen, um den optischen Wellenleiter 18 vor Staubpartikeln usw. zu schützen, die daran von außen anhaften können.
Der Signallichtstrahl 101 in Fig. 1 wird mittels Beugung am Gitterkoppler 15 in einen geführten Lichtstrahl umgesetzt, der sich im optischen Wellenleiter 18 ausbreitet. Dieser geführte Lichtstrahl wird durch die Wirkung eines Strahlbeugungsgitters 17 gebeugt. Ein in Richtung zum Siliciumsubstrat 10' gebeugter Lichtstrahl fällt auf den obenbeschriebenen PIN-Typ-Photodetektor. Ferner wird ein Lichtstrahl, der in die Richtung entgegengesetzt zum Siliciumsubstrat 10' gebeugt wird, in dem Lichtstrahl, der vom Radialbeugungsgitter 17 gebeugt wird, durch die Wirkung einer reflektierenden Schicht 22 reflektiert und fällt ebenfalls auf den PIN-Typ- Photodetektor. Der geführte Lichtstrahl wird in ein elektrisches Signal umgesetzt und im PIN-Typ- Photodetektor erfaßt.
Die reflektierende Schicht 22, die Mantelschicht 23, der optische Wellenleiter 18, das Radialbeugungsgitter 17, die Pufferschicht 12, die P-Schicht 13, das Siliciumsubstrat 10' und die hintere Elektrode 24 dienen insgesamt als Mechanismus zum Erfassen der Intensität des geführten Lichtstrahls, der sich durch den optischen Wellenleiter 18 ausbreitet, was der vorher in Verbindung mit den Fig. 1-3 erläuterten Photodetektorsektion 16 entspricht.
Die in den Fig. 2 und 3 gezeigte Photodetektorsektion 16 ist vorzugsweise eher unter Verwendung des hier gezeigten Radialbeugungsgitters 17 aufgebaut. Dies hat folgende Gründe: (1) ihre Größe kann relativ klein ausgeführt werden; (2) die reflektierende Schicht 22 verhindert, daß das direkt vom Halbleiterlaser 1 der Fig. 1 ausgesendete Licht (Licht, das das Halbleitersubstrat 10 beleuchtet, bevor es die optische Platte 4 in Fig. 3 erreicht) in die PIN-Struktur der Fig. 4 eindringt und unnötige Signale erzeugt, wodurch eine hohe Qualität des erfaßten Signals erreicht wird; (3) wenn für die reflektierende Schicht 22 ein leitendes Material gewählt wird, kann die reflektierende Schicht 22 gleichzeitig mit den Drähten 29 ausgebildet werden, die aus der Dünnschicht in Fig. 2 hergestellt sind, wodurch der Herstellungsprozeß vereinfacht werden kann; und dergleichen. Obwohl die Ausführungsformen im folgenden unter Verwendung der Photodetektorsektion mit dieser Struktur beschrieben werden, kann anstelle der obenerwähnten Struktur ein alternativer Photodetektor verwendet werden, der eine andere Wellenleiterstruktur benützt, die Fachleuten allgemein bekannt ist.
Obwohl die gemäß dieser Ausführungsform strukturierte Photodetektorsektion das N-Typ-Silicium für das Siliciumsubstrat, die hintere Elektrode und die Kanalstoppschicht und das P-Typ-Silicium für die P-Schicht verwendet, bleibt die Operation unverändert, selbst wenn P-Typ- Silicium für das Siliciumsubstrat, die hintere Oberflächenelektrode und die Kanalstoppschicht und N-Typ-Silicium für einen Abschnitt, der der P-Schicht entspricht, verwendet werden kann. Obwohl ein Photodetektor der PIN- Struktur als Beispiel genommen wird, kann ferner ein PN- Typ-Photodetektor verwendet werden, der das Siliciumsubstrat 10' und die hintere Elektrode 24 mit der gleichen Störstellenkonzentration aufweist. Da jedoch der PIN-Typ-Photodetektor dem PN-Typ hinsichtlich der Betriebsgeschwindigkeit und der Lichtdetektorempfindlich keit mehrfach überlegen ist, wird auch in dieser Ausführungsform die PIN-Typ-Struktur verwendet.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 5 die Struktur des integrierten Photodetektors 2 genauer beschrieben. Die Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht der Fig. 3, wobei das Halbleitersubstrat 10 aus der Richtung senkrecht zum Halbleitersubstrat 10 betrachtet dargestellt ist.
In Fig. 5 sind auf dem Halbleitersubstrat 10 die P- Schichten 13, die Gitterkoppler 15 und die reflektierenden Schichten 22 wie in Fig. 4 gezeigt ausgebildet. Die entsprechenden P-Schichten 13 in den jeweiligen Zeilen A- D sind über Drähte 29 und Kontaktlöcher 25 verbunden und erreichen jeweils die Bondflächen 20A-20D.
Die von den jeweiligen Gitterkopplern 15 erzeugten geführten Lichtstrahlen werden von den entsprechenden Photodetektorsektionen 16 unabhängig voneinander erfaßt, ohne daß sie mit den von anderen Gitterkopplern erzeugten geführten Lichtstrahlen gemischt werden, und werden in elektrische Signale umgesetzt, deren Summe anschließend erfaßt wird.
Als nächstes werden die Prinzipien der Erhöhung einer Einfallswinkeltoleranz und der Verbesserung der Lichtnutzungseffizienz beschrieben, die sich ergeben, wenn der Gitterkoppler mehrfach in einer Richtung gespalten ist, die die optische Achse eines geführten Lichtstrahls schneidet.
Zuerst wird die Funktion des Gitterkopplers erläutert. Hierbei wird angenommen, daß die Länge des Gitterkopplers, der mit einfallendem Licht relativ zur Richtung der optischen Achse des geführten Lichtstrahls bestrahlt wird, durch einen Ausdruck "Einkopplungslänge" definiert ist.
Wenn der Gitterkoppler mit einfallendem Licht bestrahlt wird, wird von jedem der Gitterkoppler gemäß dem Huygens- Prinzip eine zweidimensionale Wellenfläche ausgebildet. Der Gitterkoppler kann einen geführten Lichtstrahl in einem optischen Wellenleiter nur dann anregen, wenn jede Wellenfläche genau mit der Richtung des optischen Wellenleiters in Phase ist. Wenn die Einkopplungslänge lang ist, muß die Ausrichtung der Phase, die zur Anregung eines geführten Lichtstrahls erforderlich ist, über eine große Strecke erfüllt sein, so daß ein tolerierter Einfallswinkelfehler bezüglich des Gitterkopplers sehr klein ist. Wenn im Gegensatz hierzu die Einkopplungslänge kurz ist, ist die für die Phasenausrichtung erforderliche Länge kurz, so daß ein großer Einfallswinkelfehler toleriert werden kann.
In der vorliegenden Erfindung ist daher ein Substrat 94 mit einer hinteren Elektrode 24 und P-Schichten 13 versehen, um mehrere PIN-Photodetektoren zu bilden, wie in Fig. 6 gezeigt ist. Das Substrat 94 ist mit optischen Wellenleitern 18a-18c versehen, die voneinander unabhängig sind und ihrerseits jeweils mit Gitterkopplern 90a-90c versehen sind. Die von den entsprechenden Gitterkopplern angeregten geführten Lichtstrahlen werden in den entsprechenden PIN-Photodetektoren durch die Wirkung der Ausgangsbeugungsgitter 17a-17c in Ströme umgesetzt. Diese Ströme werden mittels eines Drahtes 95' summiert und herausgeführt.
Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die Gitterkopplersektion in die Gitterkoppler 90a-90c in einer Richtung gespalten, die die Richtung der optischen Achse der geführten Lichtstrahlen schneidet, so daß die von den jeweiligen Gitter kopplern angeregten geführten Lichtstrahlen von den entsprechenden Photodetektoren unabhängig voneinander erfaßt werden. Die Gitterkopplersektion ist jedoch innerhalb eines Bereichs gespalten, der mit dem gleichen einfallenden Licht bestrahlt wird. Die entsprechenden erfaßten Ströme werden vom Draht 95' summiert und herausgeführt. Da in einem solchen Fall die Einkopplungslänge kürzer sein kann als die Länge der Gitterkopplersektion können gleichzeitig eine Reduktion der Einkopplungslänge zum Zulassen einer höheren Einfallswinkelfehlertoleranz sowie eine Erweiterung der Gesamtlänge der Gitterkopplersektion zum Zulassen einer höheren Einfallslichtpositionsfehlertoleranz bewirkt werden. Eine größere Einfallswinkelfehlertoleranz bedeutet ferner, daß der Photodetektor gegenüber Herstellungsfehlern, Wellenlängenschwankungen und dergleichen unempfindlich ist, so daß die optische Gesamteigenschaft verbessert werden kann.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 7 die Lichtnutzungseffizienz der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Einkopplungseffizienz eines Gitterkopplers kann ausgewertet werden durch überlappendes Integrieren der Amplitude des einfallenden Lichts und der Amplitude eines konjugierten Ausgangslichtstrahls eines geführten Lichtstrahls am Gitterkoppler. Es ist zu beachten, daß der konjugierte abgestrahlte Lichtstrahl eines geführten Lichtstrahls in folgender Weise erklärt werden kann. Bei einer konjugierten Welle eines geführten Lichtstrahls, der ein geführter Lichtstrahl ist, dessen Ausbreitungsrichtung zu derjenigen des ursprünglichen geführten Lichtstrahls entgegengesetzt ist, reicht diese Welle vom optischen Wellenleiter bis zur Gitterkopplersektion und strahlt hiervon nach außerhalb des optischen Wellenleiters ab. Wenn ein solcher konjugierter geführter Lichtstrahl abstrahlt, wird der anregende Lichtstrahl ein konjugierter abgestrahlter Lichtstrahl eines geführten Lichtstrahls oder einfach ein abgestrahlter Lichtstrahl genannt. Hier wird das erstere gewählt.
Eine Gleichung zum Abschätzen der Einfallseffizienz von Licht wird abgeleitet aus der Gleichung (4ß85) auf Seite 95 einer Referenz "Optical Integrated Circuit" von Hiroshi Nishihara, Ohm Co., 1985, wie im folgenden gezeigt ist:
wobei A die Einfallseffizienz von Licht am Gitterkoppler darstellt, g eine Amplitudenverteilung eines konjugierten Ausgangslichtstrahls eines geführten Lichtstrahls, k eine Amplitudenverteilung des einfallenden Lichts und z eine der dreidimensionalen Koordinatenachsen darstellt, die der Ausbreitungsrichtung eines geführten Lichtstrahls entspricht.
Diese Gleichung zeigt, daß die Amplituden eines einfallenden Lichtstrahls und eines konjugierten Ausgangslichtstrahls eines geführten Lichtstrahls so normiert sind, daß jede Integration im Nenner 1 ergibt, wobei die Amplitudenkurven der entsprechenden Lichtstrahlen gezeichnet sind, und wobei ein überlappender Abschnitt beider Kurven eine Amplitude anzeigt, die in guter Näherung als geführter Lichtstrahl effektiv genutzt werden kann. Es ist jedoch zu beachten, daß eine genaue Auswertung für einen Wert durch direktes Ausführen des Überlappungsintegrals durchgeführt werden muß.
Die Fig. 7 zeigt einen Graphen für die Auswertung der Einfallseffizienz gemäß der vorliegenden Erfindung. Da die Normierung für jeden der gespaltenen Gitterkoppler durchgeführt wird, ist die Kurve, die die einfallende Lichtamplitude darstellt, nicht vollständig stetig. Es ist jedoch klar, daß die Amplitude, die effektiv als geführter Lichtstrahl genutzt werden kann, größer ist, wenn ein Gitterkoppler gespalten ist. Folglich ist klar, daß die Lichtnutzungseffizienz durch Spalten des Gitterkopplers in einer Richtung, die die optische Achse des geführten Lichtstrahls schneidet, verbessert werden kann.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Fig. 8 zeigt ähnlich der Fig. 4 eine Teilquerschnittsansicht eines integrierten Photodetektors, die in einer Richtung im wesentlichen parallel zur optischen Achse des geführten Lichtstrahls aufgenommen ist.
Wie in den Fig. 3, 4 und 6 gezeigt, sind dann, wenn die optischen Wellenleiter in einer Richtung, die die optische Achse der geführten Lichtstrahlen schneidet, gespalten sind, die entsprechenden optischen Wellenleiter voneinander so beabstandet, daß die durch die jeweiligen optischen Wellenleiter laufenden geführten Lichtstrahlen nicht miteinander in Wechselwirkung treten. Alternativ zeigt die Fig. 8 ein Beispiel, bei dem Wechselwirkungen wie z. B. eine Führungsinterferenzerscheinung unter geführten Lichtstrahlen, die in den jeweiligen optischen Wellenleitern laufen, im wesentlichen nicht auftreten, obwohl die jeweiligen optischen Wellenleiter kontinuierlich sind.
Wie in Fig. 8 gezeigt, ist ein Halbleitersubstrat 10 mit einer hinteren Elektrode 24, einer Pufferschicht 12 und einem optischen Wellenleiter 19 versehen. Zusätzlich zu dieser Struktur bilden ein Gitterkoppler 15a und eine Mantelschicht 23a eine Sektion, die geführtes Licht anregt, während ein Strahlbeugungsgitter 17a, eine reflektierende Schicht 22a, eine P-Schicht 13a und eine Kanalstoppschicht 14a eine Sektion zum Erfassen geführten Lichts bilden, wodurch eine Einheit gebildet wird, die der in Fig. 3 gezeigten der Struktur entspricht. Eine solche Einheit wird ferner implementiert durch eine Kombination eines Gitterkopplers 15b, einer Mantelschicht 23b, eines Radialbeugungsgitters 17b, einer reflektierenden Schicht 22b, einer P-Schicht 13b und einer Kanalstoppschicht 14b; und eine Kombination eines Gitterkopplers 15c, einer Mantelschicht 23c, eines Radialbeugungsgitters 17c, einer reflektierenden Schicht 22c, einer P- Schicht 13c und einer Kanalstoppschicht 14c.
In der in Fig. 8 gezeigten Struktur ist der optische Wellenleiter 19 allen Einheiten gemeinsam und ist nicht geteilt, in einer Weise ähnlich der Fig. 3 oder der Fig. 4. Ein von jedem Gitterkoppler in jeder Einheit angeregter geführter Lichtstrahl wird jedoch durch einen entsprechenden Photodetektor mittels des Radialbeugungsgitters und dergleichen in der Einheit absorbiert. Aus diesem Grund kann eine Interferenz durch geführte Lichtstrahlen in den jeweiligen Einheiten vermieden werden.
Um die Interferenz durch die geführten Lichtstrahlen in den jeweiligen Einheiten vollständig zu beseitigen, ist es erforderlich, die Länge der Sektion zum Absorbieren geführten Lichts, die vom Strahlbeugungsgitter und dergleichen gebildet wird, in Richtung der optischen Achse des geführten Lichtstrahls unendlich lang zu machen. Der geführte Lichtstrahl muß in Wirklichkeit durch eine endliche Länge der Sektion zum Absorbieren geführten Lichts absorbiert werden, was dazu führt, daß eine leichte Interferenz zwischen den geführten Lichtstrahlen der jeweiligen Einheiten bestehen bleibt. Es trifft jedoch nicht zu, daß der bisher beschriebene Effekt der Erhöhung der Einfallswinkelfehlertoleranz für einfallendes Licht nur dann erzeugt werden kann, wenn die Interferenz der geführten Lichtstrahlen der jeweiligen Einheiten vollständig beseitigt wird. Wenn ein in jeder Einheit angeregter geführter Lichtstrahl in der Intensität durch den Photodetektor und dergleichen in dieser Einheit um ungefähr die Hälfte gedämpft wird, sind der Effekt der Erhöhung der Einfallswinkelfehlertoleranz, der Effekt der Erhöhung der Einfallspositionsfehlertoleranz, der Effekt der Erhöhung der Lichtnutzungseffizienz und dergleichen beträchtlich. Daher arbeitet eine relativ kurze Photodetektorsektion gut genug, um diese Effekte im ausreichenden Maß zu erzeugen.
Wenn die Länge der Photodetektorsektion extrem kurz ist, müssen die in den jeweiligen Einheiten angeregten geführten Lichtstrahlen durch eine andere Technik als die Verwendung der Photodetektorsektion wirksam absorbiert werden. Obwohl es im allgemeinen verschiedene Verfahren zum Dämpfen eines geführten Lichtstrahls gibt, wird hier als Beispiel die Absorption eines geführten Lichtstrahls unter Verwendung eines leitenden Materials erläutert, das dicht am optischen Wellenleiter angeordnet ist. Wenn ein leitendes Material dicht an einem optischen Wellenleiter angeordnet ist, wird ein geführter Lichtstrahl, der sich durch diesen Abschnitt des optischen Wellenleiters ausbreitet, vom dielektrischen Material absorbiert.
Wie in Fig. 8 gezeigt, werden dann, wenn die reflektierenden Schichten 22a-22c aus einem leitenden Material hergestellt sind, die Mantelschichten durch Ätzen teilweise entfernt, um Abschnitte für die jeweiligen reflektierenden Schichten 22a-22c auszubilden, die sich teilweise bis dicht an den optischen Wellenleiter 19 erstrekken. Wenn die reflektierenden Schichten 22a-22c in Baueinheit mit den Abschnitten zum Absorbieren geführten Lichts 26a-26c ausgebildet sind, können die reflektierenden Schichten 22a-22c, die Abschnitte zum Absorbieren geführten Lichts 26a-26c und die in Fig. 4 gezeigten Drähte aus dem gleichen Material gebildet werden, wodurch der Herstellungsprozeß vereinfacht werden kann. Wenn alternativ hierzu die reflektierenden Schichten 22a-22c aus einem leitenden Material gebildet sind, können nichtleitende Materialien nahe dem optischen Wellenleiter beabstandet von den reflektierenden Schichten angeordnet sein.
Die Funktion der Abschnitte zum. Absorbieren geführten Lichts 26a-26c dient zusätzlich zum Unterstützen der Absorption der geführten Lichtstrahlen, wenn die Photodetektorsektionen die geführten Lichtstrahlen nicht ausreichend absorbieren können, und zum Verbessern der Qualität der erfaßten Signale. Diese Verbesserung der erfaßten Signale wird im folgenden erläutert.
Wie aus der Erläuterung in Verbindung mit Fig. 3 deutlich wird, wird jeder Gitterkoppler mit einem direkten Lichtstrahl vom Halbleiterlaser 1 zusätzlich zu einem reflektierten Lichtstrahl von der optischen Platte 4 bestrahlt. Genauer, der Gitterkoppler wird in Fig. 8 mit einem reflektierten Lichtstrahl 101 und einem direkten Lichtstrahl 103 bestrahlt.
Wenn der reflektierte Lichtstrahl 101 z. B. den Gitterkoppler 15b beleuchtet, wird von der Sektion zum Erfassen geführten Lichts, die vom Strahlbeugungsgitter 17b und dergleichen gebildet wird, ein angeregter geführter Lichtstrahl erfaßt. Außerdem bewirkt der direkte Lichtstrahl 103, der gleichzeitig den Gitterkoppler 15c beleuchtet, daß in der gleichen Weise ein geführter Lichtstrahl angeregt wird, jedoch breitet sich dieser geführte Lichtstrahl in die Richtung entgegengesetzt zu dem vom reflektierten Lichtstrahl angeregten geführten Lichtstrahl aus. Aus diesem Grund wird der vom direkten Lichtstrahl 103 im Gitterkoppler 15c angeregte geführte Licht strahl von einer Sektion zum Erfassen geführten Lichts erfaßt, die vom Ausgangsbeugungsgitter 17b und dergleichen gebildet wird. Diese Erscheinung tritt in den anderen Einheiten auf, wobei ein anschließend erfaßtes Signal durch die Summe der geführten Lichtstrahlen, die vom direkten Lichtstrahl und vom reflektierten Lichtstrahl angeregt werden, erzeugt wird, wodurch möglicherweise die Signalqualität beeinträchtigt wird. In einem solchen Fall werden die Abschnitte zum Absorbieren geführten Lichts 26a-26c dann, wenn sie in den jeweiligen Einheiten vorgesehen sind, die vom direkten Lichtstrahl angeregten geführten Lichtstrahlen effektiv absorbieren, um zu verhindern, daß ein vom direkten Lichtstrahl erzeugtes Signal in die Photodetektorsektion eindringt, mit dem Ergebnis, daß die Signalqualität verbessert werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben. Die Fig. 9 zeigt einen Teil einer Querschnittsansicht eines integrierten Photodetektors, in einer Richtung im wesentlichen parallel zur optischen Achse eines geführten Lichtstrahls aufgenommen, ähnlich wie in Fig. 3.
Wie in Fig. 9 gezeigt, ist ein Halbleitersubstrat 10 versehen mit einer hinteren Elektrode 24, einer Pufferschicht 12, einem optischen Wellenleiter 18, einer Mantelschicht 23 und Kanalstoppschichten ·14. Zusätzlich zu diesen Bestandteilen, die allen Einheiten gemeinsam sind, bildet ein Gitterkoppler 15a eine Sektion zum Anregen geführten Lichts, wobei ein Strahlbeugungsgitter 17a, eine reflektierende Schicht 22a, und eine P-Schicht 13a eine Sektion zum Erfassen geführten Lichts bilden, was eine einzelne Einheit vervollständigt. Eine solche Einheit wird ferner gebildet durch eine Kombination eines Gitterkopplers 15b, eines Strahlbeugungsgitters 17b, einer reflektierenden Schichten 22b und einer P-Schicht 13b.
Da diese Einheiten in ihrer Funktion alle identisch sind, wird hier die Einheit mit dem Gitterkoppler 15b erläutert.
Ein reflektierter Lichtstrahl 101 veranlaßt den Gitterkoppler 15b, einen geführten Lichtstrahl anzuregen, der sich durch einen optischen Wellenleiter 18 ausbreitet. Dieser geführte Lichtstrahl wird von der Sektion zum Erfassen geführten Lichts detektiert, die vom Strahlbeugungsgitter 17b, der reflektierenden Schicht 22b, der P- Schicht 13b und usw. gebildet wird. In diesem Fall ist der optische Wellenleiter 18b mit einem Leiterspiegel 31b versehen, der bewirkt, daß der geführte Lichtstrahl durch das Strahlbeugungsgitter 17b läuft, um sich in die entgegengesetzte Richtung auszubreiten, und erneut zurück durch das Strahlbeugungsgitter 17b läuft. Auf diese Weise veranlaßt das Vorsehen des Leiterspiegels 13b den geführten Lichtstrahl, mehrmals durch das Strahlbeugungsgitter 17b zu laufen, so daß die Erfassungsempfindlichkeit der Sektion zum Erfassen geführten Lichts gesteigert wird.
Außerdem veranlaßt ein direkter Lichtstrahl 103 den Gitterkoppler 15b, einen geführten Lichtstrahl anzuregen, dessen Intensität von einer Sektion zum Erfassen geführten Lichts detektiert wird, die von einem Strahlbeugungsgitter 35b, einer reflektierenden Schichten 30b, einer P- Schicht 34b, einem Leiterspiegel 32b usw. gebildet wird. Diese detektierte Intensität ist die Intensität des direkt vom Laser ausgesendeten Lichtstrahls und ist nichts anderes als die Schwingungsintensität des Lasers. Wenn daher die Schwingungsintensität des Lasers durch diese detektierte Intensität gesteuert wird, kann eine stabile Operation des Lasers verwirklicht werden, oder es wird ein separater Photodetektor zum Erfassen der Schwingungsintensität des Lasers überflüssig, wodurch die Struktur vereinfacht wird.
Wie die Leiterspiegel 31b und 32b kann der Leiterspiegel aus einem leitenden Material oder einem nichtleitenden Material hergestellt sein. In einer Struktur, in der die Leiterspiegel 31b und 32b aus einem leitenden Material hergestellt sind, können die reflektierenden Schichten 22a-22c, die Abschnitte zum Absorbieren geführten Lichts 26a-26c und die in Fig. 5 gezeigten Drähte 29 alle aus dem gleichen Material hergestellt sein, so daß eine Vereinfachung des Herstellungsprozesses erreicht wird.
In einem Abschnitt unterhalb des Gitterkopplers 15b und dergleichen ist eine P-Schicht 33b vorgesehen, um die Intensität eines Abschnitts im direkten Lichtstrahl 103 und im reflektierten Lichtstrahl 101, von dem kein geführter Lichtstrahl durch den Gitterkoppler erzeugt worden ist, zu erfassen. Dieser Lichtdetektor unterhalb des Gitterkopplers ist vorgesehen, um zu verhindern, daß ein solcher direkter Lichtstrahl 103 und der reflektierte Lichtstrahl 101, die den Gitterkoppler 15b usw. nicht veranlassen, einen geführten Lichtstrahl anzuregen, auf das Halbleitersubstrat 10 treffen, sowie um aus dem Halbleitersubstrat 10 die von dem Lichtanteil, der ansonsten auf das Halbleitersubstrat 10 fällt, erzeugten Elektronen und Löcher effektiv zu entfernen. Anders ausgedrückt, die P-Schicht 33b bewahrt solche Elektronen und Löcher, die vom direkten Lichtstrahl 103 und vom reflektierten Lichtstrahl 101 hervorgerufen werden, vor einem Eindringen in die Sektion zum Erfassen geführten Lichts aufgrund der substratinternen Diffusion und verhindert somit die Verschlechterung der Signalqualität, wodurch die Signalqualität hoch gehalten wird. Ferner kann ein von der P-Schicht 33b unterhalb des Gitterkopp lers erfaßtes Signal verwendet werden, um die relative Position zwischen dem Halbleitersubstrat 10 und dem Halbleiterlaser 1 wie in Fig. 2 gezeigt einzustellen, um eine hochgenaue Einstellung zu ermöglichen. Dieser Effekt wird im folgenden genauer beschrieben.
Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben. Die Fig. 10 zeigt eine Vorderansicht eines Photodetektors, wobei ein Halbleitersubstrat 10 aus der Richtung senkrecht zum Halbleitersubstrat 10 betrachtet gezeigt ist.
Wie in Fig. 10 gezeigt, stellen die mit Kurven gefüllten Abschnitte Gitterkoppler dar. Weiße Kreise stellen Kontaktlöcher dar. Ferner stellen die von gestrichelten Linien umrundeten Bereiche P-Schicht-Bereiche im Substrat dar. Obwohl die Kanalstoppschicht, das Strahlbeugungsgitter usw., die in den vorangehenden Querschnittsansichten dargestellt sind, in Fig. 10 nicht gezeigt sind, ist klar, daß sie immer noch vorhanden sind und die bisher erläuterten Operationen ausführen.
Der reflektierte Lichtstrahl 101 in Fig. 9 beleuchtet gleichzeitig die Gitterkoppler 110a-110d. Die jeweiligen Gitterkoppler sind in einer Richtung, die die optische Achse 102 des geführten Lichtstrahls schneidet, voneinander getrennt.
Ein vom reflektierten Licht im Gitterkoppler 110a angeregter geführter Lichtstrahl wird von den P-Schichten 111a-111c erfaßt. Hierbei ist die reflektierende Schicht 22 in Fig. 9 unter Verwendung eines Teils eines Drahtes 130 in Fig. 130 ausgebildet. Ein in der P-Schicht 111b erzeugtes Signal wird über ein Kontaktloch zum Draht 130 herausgeführt. In ähnlicher Weise wird ein in der P- Schicht 111a erzeugtes Signal zu einem Draht 131 herausgeführt, bzw. ein Ausgang von der P-Schicht 111c zu einem Draht 129 herausgeführt. Ferner wird der vom Gitterkoppler 110b angeregte geführte Lichtstrahl von den P-Schichten 112a-112c erfaßt, während ein in der P-Schicht 111a erzeugtes Signal zum Draht 131 herausgeführt wird, ein Signal von der P-Schicht 112b zum Draht 130 bzw. ein Signal von der P-Schicht 112c zum Draht 129 herausgeführt wird. Ein vom Gitterkoppler 110c angeregter geführter Lichtstrahl wird von den P-Schichten 113a-113c erfaßt, wobei ein Signal von der P-Schicht 113a zum Draht 131 herausgeführt wird, ein Signal von der P-Schicht 113b zum Draht 130 herausgeführt wird, bzw. ein Signal von der P- Schicht 113c zum Draht 129 herausgeführt wird. Ein vom Gitterkoppler 110d angeregter geführter Lichtstrahl wird von den P-Schichten 114a-114c erfaßt, wobei ein Signal von der P-Schicht 114a zum Draht 131 herausgeführt wird, ein Signal von der P-Schicht 114b zum Draht 130 herausgeführt wird, bzw. ein Signal von der P-Schicht 114c zum Draht 129 herausgeführt wird.
Nach dem Erfassen dieser vom reflektierten Lichtstrahl erzeugten Signale wird der in Verbindung mit Fig. 9 erläuterte Leiterspiegel genutzt, der den Leiterspiegeln 115b-115e in Fig. 10 entspricht.
Der direkte Lichtstrahl 103 in Fig. 9 veranlaßt die Gitterkoppler 110a-110d ebenfalls, geführte Lichtstrahlen anzuregen. Ein vom direkten Lichtstrahl im Gitterkoppler 110a angeregter geführter Lichtstrahl wird von den P- Schichten 116a und 116b erfaßt. Ein von der P-Schicht 116a erzeugtes Signal wird über ein Kontaktloch zu einem Draht 132 herausgeführt, während ein Signal von der P- Schicht 116b zu einem Draht 128 herausgeführt wird. In ähnlicher Weise wird ein vom Gitterkoppler 110b angeregter geführter Lichtstrahl von den P-Schichten 117a und 117b erfaßt. Ein Signal von der P-Schicht 117a wird zum Draht 132 herausgeführt, während ein Signal von der P- Schicht 117b zum Draht 128 herausgeführt wird. Ein vom Gitterkoppler 110c angeregter geführter Lichtstrahl wird von den P-Schichten 118a und 118b erfaßt. Ein Signal von der P-Schicht 118a wird zum Draht 132 herausgeführt, während ein Signal von der P-Schicht 118b zum Draht 128 herausgeführt wird. Ein vom Gitterkoppler 110d angeregter geführter Lichtstrahl wird von den P-Schichten 118a und 118b erfaßt. Ein Signal von der P-Schicht 118a wird zum Draht 132 herausgeführt, während ein Signal von der P- Schicht 118b zum Draht 128 herausgeführt wird.
Nach dem Erfassen dieser vom direkten Lichtstrahl erzeugten Signale wird der in Verbindung mit Fig. 9 erläuterte Leiterspiegel genutzt, der den Leiterspiegeln 115a-115d in Fig. 10 entspricht. Es ist klar, daß die Leiterspiegel 115b-115d doppelseitige Spiegel sind, so daß sie sowohl zum Erfassen eines reflektierten Lichtstrahls als auch eines direkten Lichtstrahls verwendet werden können.
Unterhalb des Gitterkopplers 110a liegen die P-Schichten 120a und 120b zum Erfassen eines direkten Lichtstrahls und eines reflektierten Lichtstrahls. Ein von der P- Schicht 120a erzeugtes Signal wird über ein Kontaktloch zu einem Draht 133 herausgeführt, während ein Signal von der P-Schicht 120b in ähnlicher Weise zu einem Draht 127 herausgeführt wird. In ähnlicher Weise wird ein von einer P-Schicht 121a unterhalb des Gitterkopplers 110b erzeugtes Signal zum Draht 133 herausgeführt, während ein Signal von einer P-Schicht 121b zum Draht 127 herausgeführt wird. Ferner wird ein Signal von einer P-Schicht 123a unterhalb des Gitterkopplers 110c zu einem Draht 134 herausgeführt, während ein Signal von einer P-Schicht 123b zu einem Draht 126 herausgeführt wird. In ähnlicher Weise wird ein Signal von einer P-Schicht 12a unterhalb des Gitterkopplers 110d zum Draht 134 herausgeführt, während ein Signal von einer P-Schicht 124b zum Draht 126 herausgeführt wird. Die Kanalstoppschichten sind mit den Drähten 125-135 verbunden.
Der Draht 126 ist mit einer Bondfläche 136 verbunden; der Draht 127 ist mit einer Bondfläche 137 verbunden; der Draht 128 ist mit einer Bondfläche 138 verbunden; der Draht 129 ist mit einer Bondfläche 139 verbunden; der Draht 130 ist mit einer Bondfläche 140 verbunden; der Draht 131 ist mit einer Bondfläche 141 verbunden; der Draht 132 ist mit einer Bondfläche 142 verbunden; der Draht 133 ist mit einer Bondfläche 143 verbunden; der Draht 134 ist mit einer Bondfläche 144 verbunden; der Draht 135 ist mit einer Bondfläche 145 verbunden. Die Signale sind über diese Bondflächen zu externen Schaltungen herausgeführt.
In der obenbeschriebenen Struktur werden mittels der folgenden Verarbeitung ein Fokusfehlersignal, ein Spurfehlersignal und ein Lesesignal erzeugt. Es ist zu beachten, daß jeder Ausdruck auf der rechten Seite jeder Gleichung die Intensität eines Signals von der mit der Zahl in Klammern bezeichneten Bondfläche angibt.
(Fokusfehlersignal) = (139) - (140) + (141)
(Spurfehlersignal) = (139) - (141)
(Lesesignal) = (139) + (140) + (141)
Die Intensität des direkten Lichtstrahls vom Halbleiterlaser 1 der Fig. 3, die zur Durchführung einer Emissionsintensitätskontrolle erfaßt wird, wird durch die folgende Gleichung dargestellt:
(direkte Lichtintensität) = (138) + (142)
Als nächstes wird beschrieben, wie die relative Positionsbeziehung zwischen dem Halbleiterlaser 1 und dem Halbleitersubstrat 10 in Fig. 3 eingestellt wird. Diese Einstellung wird in einem Zustand durchgeführt, in dem die optische Platte 4 in Fig. 4 entfernt ist, so daß nur der direkte Lichtstrahl vorhanden ist. Zur Erläuterung sind in Fig. 10 Koordinatenachsen gesetzt. Genauer liegen die y-Achse und die x-Achse in Ausbreitungsrichtung des direkten Lichtstrahls bzw. in der Richtung senkrecht hierzu in einer Ebene, in der das Halbleitersubstrat 10 angeordnet ist.
Zuerst wird der Halbleiterlaser 1 so eingestellt, daß er einen Mittelabschnitt des Gitterkopplers in Fig. 10 beleuchtet. Genauer werden die Koordinaten der beleuchteten Position durch die folgenden Gleichungen dargestellt:
(x-Achse der beleuchteten Position) = (144) + (143) - (137) - (136)
(y-Achse der beleuchteten Position) = (143) + (137) - (144) - (136)
Der Halbleiterlaser 1 wird so eingestellt, daß die erfaßte beleuchtete Position weder in x-Richtung noch in y- Richtung versetzt ist, oder daß die Position einen erwarteten Wert darstellt. Die relative Positionsbeziehung zwischen dem Halbleiterlaser 1 und dem Halbleitersubstrat 10 in Fig. 3 wird eingestellt durch Einstellen der Position des Halbleiterlasers derart, daß die Intensität des direkten Lichtstrahls maximiert wird, während die beleuchtete Position, die auf diese Weise erfaßt wird, beibehalten wird.
Anschließend wird die relative Positionsbeziehung zwischen dem Halbleitersubstrat 10 und der Objektivlinse 3 so eingestellt, daß der vom Halbleitersubstrat 10 reflektierte Lichtstrahl den besten Fleck bildet, wie in Fig. 3 gezeigt.
Wenn die reflektierende Oberfläche der optischen Platte 4 im Brennpunkt der Objektivlinse 3 in Fig. 3 liegt, bilden ein reflektierter Lichtstrahl und ein direkter Lichtstrahl eine konjugierte Wellenfläche. Genauer, da sich die Intensität eines vom direkten Lichtstrahl angeregten geführten Lichtstrahls im Maximum befindet, wird die Intensität eines im optischen Wellenleiter in Fig. 10 vom reflektierten Lichtstrahl angeregten geführten Lichtstrahls automatisch maximal. Mit anderen Worten, die beste Einstellung kann insgesamt leicht durchgeführt werden, ohne zusätzlich eine kompliziertere Einstellung für den reflektierten Lichtstrahl durchzuführen.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Struktur zeigt, die im Außengehäuse 51 und im Gehäuse 50 in Fig. 1 angeordnet ist.
Zur Erläuterung sind auf das Außengehäuse in Fig. 11 feste Koordinatenachsen aufgesetzt. Die z-Achse ist in Richtung der optischen Achse der Objektivlinse 3, die x- Achse in Radialrichtung der optischen Platte 4 in Fig. 1, und die y-Achse in Richtung senkrecht zur x-Achse und zur z-Achse gelegt, so daß das Koordinatensystem rechtshändig ist.
Eine Gehäusebasis 56 ist mit einer Laserhalterung 57 zum Befestigen des Halbleiterlasers 1 und einer Substrathalterung 58 zum Befestigen des Halbleitersubstrats 10 ver sehen. Die Gehäusebasis 56 ist mit mehreren Signalentnahmestiften 65 versehen, die von der Gehäusebasis 56 elektrisch isoliert sind. Die Bondflächen 20, die wie in Fig. 3 gezeigt auf dem Substrat 10 ausgebildet sind, sind über die Signalentnahmestifte 65 und Drähte 66 der Fig. 11 elektrisch verbunden. In ähnlicher Weise sind mehrere Signalpfade vorgesehen, die von Bondflächen, Signalentnahmestiften und Drähten gebildet werden. Die Signalentnahmestifte 65 sind mit flexiblen Drähten 67 verbunden, über die der Halbleiterlaser 1 mit elektrischem Strom versorgt wird und die vom Halbleitersubstrat 10 erfaßten Signale der Systemsteuervorrichtung 70 in Fig. 1 zugeführt werden.
Die Gehäusebasis 56 ist am Gehäuse 50 befestigt. Die Objektivlinse 3 ist ebenfalls am Gehäuse 50 befestigt. Die Verbindungsebene der Objektivlinse 3 mit dem Gehäuse 50 liegt parallel zur xy-Ebene. Bevor die Objektivlinse 3 und das Gehäuse 50 aneinander befestigt werden, wird die Position der Objektivlinse 3 eingestellt, indem diese auf der Verbindungsebene bewegt wird, so daß ein Aberrationsmaß eines von der Objektivlinse 3 gesammelten Lichtstrahls minimiert wird. Nachdem die Einstellung abgeschlossen ist, wird die Objektivlinse 3 am Gehäuse 50 mittels eines Klebemittels oder dergleichen befestigt.
Das Innere der obigen Struktur wird mittels der Objektivlinse 3, des Gehäuses 50 und der Gehäusebasis 56 abgeschlossen, wobei innerhalb der Struktur ein Schutzgas eingeschlossen ist. Die Objektivlinse 3 dient als optisches Fenster dieser abgeschlossenen Struktur. Auf diese Weise kann durch Integrieren der Optik in eine abgeschlossene Struktur sowie durch Eingeben und Ausgeben von Lichtstrahlen durch das optische Fenster eine Reduzierung der Größe und eine Verbesserung der Zuverlässigkeit für diese Optik erreicht werden.
Das Gehäuse 50 wird an einem Hilfsgehäuse 59 befestigt. Zusätzlich werden eine Fokussierungselektromagnetspule 65a und eine Spurverfolgungselektromagnetspule 62b an diesem Hilfsgehäuse 59 befestigt.
Das Außengehäuse 51 umfaßt ein magnetisches Joch 60a, an dem ein Magnet 60b befestigt ist. Die Fokussierungselektromagnetspule 62a und die Spurverfolgungselektromagnetspule 62b werden in einem Magnetfeld gehalten, das von diesem magnetischen Joch 60a und dem Magneten 60b erzeugt wird.
Das Hilfsgehäuse 59 ist über mehrere Federaufhängungen 64 mit dem Außengehäuse 51 verbunden. Das Gehäuse 50 ist in x-Richtung, d. h. in Spurverfolgungsrichtung, und in z- Richtung, d. h. in Fokussierungsrichtung, mittels elastischer Verformung der Federaufhängungen 64 beweglich angeordnet.
Die Systemsteuervorrichtung 70 in Fig. 1 legt Ströme an die Fokussierungselektromagnetspule 62a und die Spurverfolgungselektromagnetspule 62b an, um die Fokussierungs- und Spurverfolgungseinstellung durchzuführen.
Da die gesamte im Gehäuse 50 integrierte Optik bewegt wird, ist die Optik nach der Fokussierungseinstellung und nach der Spurverfolgungseinstellung frei von einem Offset der erfaßten Signale, einer Verschlechterung der Signalqualität wie z. B. einer Verringerung der Empfindlichkeit usw., was andernfalls während der Fokussierungseinstellung und der Spurverfolgungseinstellung auftreten würde, wodurch immer eine optimale Operation sichergestellt ist, mit dem Ergebnis, daß die Zuverlässigkeit der Vorrichtung der Fig. 1 verbessert wird.
Da keine Verschlechterung der Signalqualität aufgrund der Bewegung des Gehäuses 50 während der Fokussierungseinstellung und der Spurverfolgungseinstellung vorliegt, kann das Gehäuse 50 über eine lange Strecke bewegt werden. Aus diesem Grund kann die Zuverlässigkeit selbst bei einer optischen Platte hoch gehalten werden, die eine große Wölbung und/oder Verformung aufweist. Da ferner ein beweglicher Spurbereich des Gehäuses 50 breiter ausgeführt sein kann als das Außengehäuse 51, da die Operationsgeschwindigkeit des Gehäuses 50 höher ist als diejenige des Außengehäuses 51, das durch die Grobbewegungselektromagnetspule 71 in Fig. 1 angetrieben wird, wird die Zugriffsgeschwindigkeit erhöht.
Wie oben beschrieben worden ist, bewirkt die Nutzung des integrierten Photodetektors 2 in Fig. 1, bei dem die Einfallkopplungsektion in einer Richtung gespalten ist, die die Richtung der optischen Achse des geführten Lichtstrahls schneidet, eine einfache Durchführung der optischen Einstellung und ein einfaches Erhalten hoher optischer Leistungsfähigkeit, wodurch eine stabile optische Leistung gegenüber Herstellungsfehlern, Umgebungsfehlern, Wellenlängenschwankungen usw. sichergestellt wird und eine hoch zuverlässige optische Aufnahmevorrichtung gebildet wird. Ferner ist eine optische Informationsverarbeitungsvorrichtung, die unter Verwendung einer solchen optischen Aufnahmevorrichtung wie in Fig. 1 gezeigt verwirklicht wird, sehr zuverlässig, einfach herzustellen und einzustellen und weist eine kleine Größe auf.
Als nächstes wird mit Bezug auf die Fig. 12 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform, die zur Erläuterung teilweise im Querschnitt gezeigt ist.
Wie in Fig. 12 gezeigt, enthält eine optische Aufnahmebaueinheit 5 ein Gehäuse 50, eine Gehäusebasis 56 sowie eine Objektivlinse 3 und interne Bauteile, die in einer abgedichteten Struktur angeordnet sind, die von diesen Bestandteilen gebildet wird, wie in Fig. 11 gezeigt ist.
Die Baueinheit 5 ist an einem Hilfsgehäuse 59' befestigt. Ferner sind am Hilfsgehäuse 59' eine Fokussierungselektromagnetspule 62a und eine Spurverfolgungselektromagnetspule 62b befestigt. Diese Elektromagnetspulen sind in einem Magnetfeld angeordnet, das von einem Joch 60a und einem Magneten 60b erzeugt wird, die an einem Schwenkarm 160a angebracht sind. Das Hilfsgehäuse 59' besitzt ferner einen axial verschiebbaren Abschnitt 162, der in einen axial verschiebbaren Schaft 161 eingesetzt ist, der am Schwenkarm 160a befestigt ist, sowie ein Verstärkungselement 163.
Das Hilfsgehäuse 59' nimmt eine einzige oder mehrere Baueinheiten 5 auf. Die Fig. 12 zeigt, daß zwei Baueinheiten 5 an Positionen angeordnet sind, die bezüglich des axial verschiebbaren Abschnitts 162 axial symmetrisch angeordnet sind. Diese Baueinheiten 5 sind so angeordnet, daß die optische Achse 102 der Objektivlinse parallel oder im wesentlichen parallel zum verschiebbaren Schaft 161 verläuft.
Der Schwenkarm 160a ist mit einem Positionsdetektor 166 versehen, um einen Schwenkwinkel des Hilfsgehäuses 59' über dem verschiebbaren Schacht 161 zu erfassen.
Die Baueinheiten 5, der Positionsdetektor 166, die Fokussierungselektromagnetspule 62a und die Spurverfolgungselektromagnetspule 62b sind über flexible Drähte 67' mit der Systemsteuervorrichtung 70' elektrisch verbunden.
Es können willkürlich ein einzelner oder mehrere Schwenkarme 160a vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform sind mehrere Arme vorgesehen, die mit 160b und 160c bezeichnet sind, zusätzlich zum Schwenkarm 160a. Es ist zu beachten, daß die Schwenkarme 160b, 160c die gleiche Struktur aufweisen wie der Schwenkarm 160a. Wenn mehrere Schwenkarme auf diese Weise vorgesehen sind, sind sie mittels Verbindungselementen 165 miteinander verbunden. Jeder Schwenkarm ist um einen Armschwenkzapfen 152, der an einer Basis 170 befestigt ist, schwenkbar angeordnet. Der Schwenkvorgang des Schwenkarms um den Armschwenkzapfen 152 wird bewirkt durch Anlegen eines Stroms an die Schwenkmagnetspule 154, die in einem Magnetfeld angeordnet ist, das von einem magnetischen Joch 156 und einem Magneten 155 erzeugt wird, die beide an der Basis 170 angebracht sind. Ferner wird der Schwenkwinkel um den Armschwenkzapfen 152 erfaßt durch ein Rotationswinkelpotentiometer 153, das ein Signal, das einen erfaßten Winkel anzeigt, zur Systemsteuervorrichtung 70' überträgt.
Die Systemsteuervorrichtung 70' wird von außen mit elektrischem Strom versorgt. Die Systemsteuervorrichtung 70' führt ihrerseits elektrischen Strom einem Drehmotor für die optische Platte 151, der an der Basis 170 befestigt ist, zu, um die mit einer Drehwelle 50 verbundene optische Platte 4' zu drehen. Obwohl die Fig. 12 drei optische Platten 4' zeigt, können auch eine einzelne ode r mehrere Platten vorhanden sein. Bei einer einzigen Platte kann die Höhe der Vorrichtung reduziert werden, wobei die optische Platte 4' leicht ausgetauscht werden kann. Im Gegensatz hierzu wird bei mehreren Platten die Speicherkapazität der gesamten Vorrichtung erhöht.
Die Systemsteuervorrichtung 70' führt elektrischen Strom der Baueinheit 5 zu, um dem darin eingebauten Halbleiter laser 1 zu ermöglichen, Laserlicht auszusenden. Gemäß einem von der Baueinheit 5 erfaßten Fokusfehlersignal legt die Systemsteuervorrichtung 70' ferner einen Strom an die Fokussierungselektromagnetspule 62a an, um die Baueinheit 5 in Axialrichtung des axial verschiebbaren Schaftes 161 zu bewegen und für eine Fokuseinstellung den Brennpunkt der Objektivlinse 3 auf der Informationsaufzeichnungsoberfläche der optischen Platte 4' zu positionieren.
Die Systemsteuervorrichtung 70' empfängt ein Informationszugriffanfragesignal von einer externen Vorrichtung über einen E/A-Bus. Als Antwort hierauf legt die Systemsteuervorrichtung 70' einen Strom an die Schwenkmagnetspule 154 an, um die Schwenkarme 160a-160c zu schwenken. Die Systemsteuervorrichtung 70' legt ferner einen Strom an die Spurverfolgungselektromagnetspule 62b an, um das Hilfsgehäuse 59' um den Gleitzapfen 161 zu schwenken. Durch diese Operationen wird auf eine Zielinformation zugegriffen. Um das Ansteuern der Schwenkmagnetspule 154 und der Spurverfolgungselektromagnetspule 62b zu regeln, können statt eines Spurverfolgungserfassungssignals von der Baueinheit 5 auch ein vom Drehwinkelpotentiometer 153 erzeugtes Signal und ein Signal vom Positionsdetektor 166 verwendet werden. Da in diesem Fall die Anzahl der Zustandserfassungen für die Systemsteuerung erhöht ist, können die Stabilisierung des Systems und ein schnellerer Zugriff erreicht werden.
Jedes auf den Schwenkarmen 160a-160c montierte Baueinheitspaar 5 kann die jeweiligen Objektivlinsen 3 in der gleichen Richtung oder in zueinander entgegengesetzten Richtungen orientiert haben. Wenn sie in der gleichen Richtung orientiert sind, lesen die mehreren Baueinheiten 5 die Informationen, die auf der gleichen Aufzeichnungsoberfläche der gleichen optischen Platte 4' gespeichert sind, so daß die Übertragungsrate erhöht werden kann. Wenn sie im Gegensatz hierzu in entgegengesetzten Richtungen orientiert sind, lesen die zwei Baueinheiten 5 auf einem Schwenkarm Informationen auf Aufzeichnungsoberflächen verschiedener optischer Platten 4'. Somit können die Informationen auf beiden Oberflächen der optischen Platten 4' von dem auf den mehreren Schwenkarmen montierten Baueinheiten 5 gelesen werden, wodurch die auf der optischen Platte 4' aufgezeichnete Informationsmenge erhöht wird.
Die Verwendung des in Fig. 1 gezeigten integrierten Photodetektors 2, bei dem die Einfalleinkopplungssektion in einer Richtung gespalten ist, die die Richtung der optischen Achse des geführten Lichtstrahls schneidet, ermöglicht der in Fig. 12 gezeigten optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung, daß sie kompakt, sehr zuverlässig und einfach herzustellen und einzustellen ist. Ferner bietet der Zugriffmechanismus des Schwenkarmtyps einen Hochgeschwindigkeitszugriff oder eine größere Kapazität zur Informationsspeicherung, wenn mehrere optische Platten verwendet werden
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 13 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in Fig. 13 gezeigt, beleuchtet ein Lichtstrahl, der von einem an einem Gehäuse 50 befestigten und von der Systemsteuervorrichtung 70 angesteuerten Halbleiterlaser ausgesendet wird, einen integrierten Photodetektor 2, dessen reflektierter Lichtstrahl durch eine am Gehäuse 50 befestigte Sammellinse 7 läuft und gebündelt wird. Dieser gebündelte Lichtstrahl wird von einem reflektierenden Spiegel 6 reflektiert und von einer Objektivlinse 3 gebündelt und beleuchtet anschließend eine optische Platte 4. Der von der optischen Platte 4 reflektierte Lichtstrahl durchläuft erneut die Objektivlinse 3 und die Sammellinse 7, um den integrierten Photodetektor 2 zu beleuchten. Es ist zu beachten, daß die Struktur des integrierten Photodetektors 2 der bisher erläuterten Struktur ähnlich ist.
Das Gehäuse 50 ist am Außengehäuse 51 befestigt. Die Objektivlinse 3 wird von einer Aufhängung 63 so unterstützt, daß sie in der Richtung senkrecht zur Aufzeichnungsoberfläche der optischen Platte 4 und in Radialrichtung der optischen Platte 4 bewegt werden kann. Die Signale werden vom integrierten Photodetektor 2 mit einem bisher erläuterten Verfahren erfaßt und über Stifte 65 zur Systemsteuervorrichtung 70 übertragen.
Die Systemsteuervorrichtung 70 spricht auf ein erfaßtes Fokusfehlersignal an und legt einen Strom an eine Elektromagnetspule 62 an, die in einem magnetischen Kreis 60 angeordnet ist, um die Objektivlinse 3 in der Richtung senkrecht zur Aufzeichnungsoberfläche der optischen Platte 4 für eine Fokusregelung zu bewegen.
Ferner legt die Systemsteuervorrichtung 70 als Antwort auf ein erfaßtes Spurfehlersignal und eine Informationszugriffsanfrage von einer externen Vorrichtung über einen E/A-Bus einen Strom an eine Grobbewegungselektromagnetspule 71 an, um das auf einem geraden Schienenmechanismus 73 montierte Außengehäuse 51 in Radialrichtung der optischen Platte 4 zu bewegen. Ferner legt die Systemsteuervorrichtung 70 einen Strom an eine Elektromagnetspule 62 an, die im magnetischen Kreis 60 angeordnet ist, um die Objektivlinse 3 in Radialrichtung der optischen Platte 4 zu bewegen. Durch diese Bewegung des Außengehäuses 51 und der Objektivlinse 3 wird eine Spurregelung für die optische Platte 4 durchgeführt.
Die Systemsteuervorrichtung 70 dreht die optische Platte 4 mittels eines Drehmotors 55.
Die Systemsteuervorrichtung 70 überträgt die wie oben beschrieben abgeleiteten Lesesignale über den E/A-Bus zur externen Vorrichtung.
Zur Durchführung der obigen Operationen wird der Systemsteuervorrichtung von einer optionalen externen Stromversorgung, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, elektrische Energie zugeführt.
Durch Verwenden der obenbeschriebenen Struktur wird das Gewicht eines Abschnitts, der von der elektromagnetischen Spule 62 angetrieben wird, verringert, was zu einer Stabilisierung der Antriebsoperation und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit gegenüber externen Störungen führt. Außerdem kann die Zuverlässigkeit der gesamten in Fig. 13 gezeigten optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung in ähnlicher Weise verbessert werden.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 14 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in Fig. 14 gezeigt, beleuchtet ein Lichtstrahl, der von einem an einer Gehäusebasis 56 befestigten und von einer Systemsteuervorrichtung 70 angetriebenen Halbleiterlaser 1 ausgesendet wird, einen integrierten Photodetektor 2. Der reflektierte Lichtstrahl vom Photodetektor 2 durchläuft ein optisches Fenster 8, das am Gehäuse 50 befestigt ist, und wird von einer Objektivlinse 3 gebündelt, um eine optische Platte 4 zu beleuchten. Der von der optischen Platte 4 reflektierte Lichtstrahl durchläuft erneut die Objektivlinse 3 und das optische Fenster 8 und beleuchtet den integrierten Photodetektor 2. Die Struktur des integrierten Photodetektors ist der bisher erläuterten ähnlich.
Die Gehäusebasis 56, das Gehäuse 50 und das optische Fenster 8 sind miteinander verbunden, um eine abgeschlossene Struktur zu bilden. Die Gehäusebasis 56 ist an einem Außengehäuse 51 befestigt.
Die Objektivlinse 3 wird von einer Aufhängung 63 unterstützt, so daß sie in der Richtung senkrecht zur Aufzeichnungsoberfläche der optischen Platte 4 und in Radialrichtung der optischen Platte 4 bewegt werden kann. Als Antwort auf ein vom integrierten Photodetektor 2 mit dem bisher beschriebenen Verfahren erfaßtes Fokusfehlersignal legt die Systemsteuervorrichtung 70 einen Strom an eine elektromagnetische Spule 62 an, die in einem magnetischen Kreis 60 angeordnet ist, um die Objektivlinse 3 in der Richtung senkrecht zur Aufzeichnungsoberfläche der optischen Platte 4 für eine Fokusregelung zu bewegen.
Als Antwort auf ein erfaßtes Spurfehlersignal und eine Informationszugriffsanfrage von einer externen Vorrichtung über einen E/A-Bus legt die Systemsteuervorrichtung 70 ferner einen Strom an einen Grobbewegungsmotor 72 an, um den Motor zu drehen. Die Drehung des Motors 72 wird mittels eines Schneckengetriebemechanismus 73 untersetzt und bewegt über einen Schiene-Ritzel-Mechanismus 74 das Außengehäuse 51, das auf einem geraden Schienenmechanismus 53 montiert ist, in Radialrichtung der optischen Platte 4. Die Systemsteuervorrichtung 70 legt ferner einen Strom an eine Elektromagnetspule 62 an, die im magnetischen Kreis 60 angeordnet ist, um die Objektivlinse 3 in Radialrichtung der optischen Platte 4 zu bewegen. Auf diese Weise werden das Außengehäuse 51 und die Objektivlinse 3 bewegt, um eine Spurregelung für die optische Platte 4 durchzuführen.
Die Systemsteuervorrichtung 70 dreht die optische Platte 4 mittels eines Drehmotors 55. Die Systemsteuervorrichtung 70 überträgt ferner die wie oben beschrieben abgeleiteten Lesesignale über den E/A-Bus zur externen Vorrichtung.
Zum Durchführen der obigen Operationen wird die Systemsteuervorrichtung 70 von einer optionalen externen Stromversorgung, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, mit elektrischer Energie versorgt.
Die obenbeschriebene Struktur kann dann, wenn sie verwendet wird, eine sehr zuverlässige Vorrichtung verwirklichen, selbst wenn die Basis 52 übermäßig belastet ist oder Schwingungen ausgesetzt ist, wenn die hier offenbarte optische Informationsverarbeitungsvorrichtung transportiert wird oder im Freien verwendet wird.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 15 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Fig. 15 zeigt nur die Optik, die die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung bildet. Obwohl diese Ausführungsform ursprünglich in einer optischen Informationsverarbeitungseinheit eingebaut sein kann, wie in den Fig. 1, 2, 3 und 14 gezeigt, wird im folgenden zur Vermeidung einer wiederholten Erläuterung nur die Optik erläutert.
Wie in Fig. 15 gezeigt, wird ein von einem Halbleiterlaser 1 ausgesendeter Lichtstrahl von einem integrierten Photodetektor 2 reflektiert, durchläuft eine Wellenlängenplatte 9 und anschließend eine Objektivlinse 3, um anschließend auf eine Informationsoberfläche einer optischen Platte 4 gebündelt zu werden. Der von der optischen Platte 4 reflektierte Lichtstrahl durchläuft erneut die Objektivlinse 3 und die Wellenlängenplatte 9, um auf den integrierten Photodetektor 2 aufzutreffen. Die Funktion des integrierten Photodetektors 2 ist der bisher erläuterten ähnlich.
Wenn der von der optischen Platte reflektierte Lichtstrahl auf einen optischen Wellenleiter fällt, der im integrierten Photodetektor 2 ausgebildet ist, kann ein optimaler Einfallswinkel sich in Abhängigkeit von der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtstrahls ändern. Genauer kann der optimale Einfallswinkel sich in Abhängigkeit davon ändern, ob ein TE-Modus (transversal elektrisch) oder ein TM-Modus (transversal magnetisch) im ebenen optischen Wellenleiter angeregt wird.
Selbst wenn ein einfallender Lichtstrahl, der den TM- Modus anregen soll, auf eine Einfallseinkopplungssektion in einem Einfallswinkel zum Anregen des TE-Modus fällt, wird ein geführter Lichtstrahl angeregt, jedoch ist die Reflektivität der Einfalleinkopplungssektion erhöht.
Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, werden der Einfallswinkel bezüglich des integrierten Photodetektors 2 und die Form des Beugungsgitters z. B. so gewählt, daß der TE-Modus angeregt wird. Ferner wird die Polarisierungsrichtung für den Halbleiterlaser 1 so gewählt, daß ein direkter Lichtstrahl vom Halbleiterlaser 1 die Anregung des TM-Modus verursacht. Auf diese Weise werden sehr wenige geführte Lichtstrahlen im optischen Wellenleiter angeregt, während die Reflexion des direkten Lichtstrahls erhöht wird, was zu einer Erhöhung des Anteils des Laserstrahls führt, der die optische Platte 4 erreicht. Die Funktion der Wellenlängenplatte 9 besteht darin, den reflektierten Lichtstrahl von der optischen Platte 4 zu zwingen, im integrierten Photodetektor 2 den TE-Modus anzuregen. Auf diese Weise wird ein reflektierter Lichtstrahl effektiv in einen geführten Lichtstrahl umgesetzt. Da die obige Struktur bewirkt, daß eine Gesamtlichtnut zungseffizienz ansteigt, wird die Signalqualität verbessert. Wenn ferner die Signalqualität konstant ist, kann die Intensität des vom Halbleiterlaser 1 ausgesendeten Lichtstrahls verringert werden, wodurch es möglich wird, ferner den Energieverbrauch zu reduzieren und die Verschlechterung der Zuverlässigkeit aufgrund der Wärmeerzeugung auf ein Minimum zu drücken.
Die obenbeschriebenen Wirkungen können in genau derselben Weise erzeugt werden, wenn der Einfallswinkel bezüglich des integrierten Photodetektors 2 und die Form des Beugungsgitters so gewählt werden, daß der TM-Modus angeregt wird, wobei die Richtung der Polarisation des Halbleiterlasers 1 so gewählt wird, daß der direkte Lichtstrahl vom Halbleiterlaser 1 den TM-Modus anregt, so daß der reflektierte Lichtstrahl von der optischen Platte 4 bewirkt, daß im integrierten Photodetektor 2 der TM-Modus angeregt wird.
Die Wellenlängenplatte 9 kann an der Position des optischen Fensters in Fig. 14 montiert sein, um nicht nur als Wellenlängenplatte zu dienen, sondern auch als optisches Fenster. Auf diese Weise kann eine sehr zuverlässige optische Informationsverarbeitungsvorrichtung mit einer geringeren Teilezahl verwirklicht werden.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 16 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Fig. 16 zeigt nur die Optik, die die vorliegende Erfindung bildet. Obwohl die Optik ursprünglich in eine optische Informationsverarbeitungsvorrichtung eingebaut sein kann, wie in den Fig. 1, 12, 13 und 14 gezeigt, wird zur Vermeidung einer wiederholten Erläuterung nur die Optik beschrieben.
Wie in Fig. 16 gezeigt, wird ein von einem Halbleiterlaser 1 ausgesendeter Lichtstrahl von einer Sammellinse 7 gesammelt und von einem Strahlteiler 27 reflektiert, durchläuft eine Objektivlinse 3 und wird auf die Informationsoberfläche einer optischen Platte 4 gebündelt. Der von der optischen Platte 4 reflektierte Lichtstrahl durchläuft erneut die Objektivlinse 3 und den Strahlteiler 27, wird von einer Sammellinse 28 gebündelt und fällt auf einen integrierten Photodetektor 2.
In der obenbeschriebenen Struktur wird der integrierte Photodetektor 2 nicht mit Lichtstrahlen wie z. B. einem direkten Lichtstrahl im Halbleiterlaser 1 bestrahlt, die nicht erforderlich sind, um Signale zu erzeugen, sondern nur mit dem reflektierten Lichtstrahl von der optischen Platte 4, wodurch die Signalqualität verbessert wird. Obwohl die reflektierende Schicht 22 in Fig. 4 mit einer Funktion beschrieben wurde, die verhindert, daß der direkte Lichtstrahl auf den Photodetektor fällt, erreicht außerdem der direkte Lichtstrahl nicht den integrierten Photodetektor 2, so daß diese reflektierende Schicht weggelassen werden kann, wodurch die Struktur vereinfacht wird.
Als nächstes wird mit Bezug auf Fig. 17 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in Fig. 17 gezeigt, beleuchtet ein Lichtstrahl, der von einem an einem Gehäuse 50 befestigten und von einer Systemsteuervorrichtung 70 angesteuerten Halbleiterlaser 1 ausgesendet wird, einen integrierten Photodetektor 2, wobei der reflektierte Lichtstrahl desselben durch die Sammellinse 7 fällt, die am Gehäuse 50 befestigt ist, um gesammelt zu werden. Dieser Lichtstrahl durchläuft ein durchlässiges Fenster 201, das am Außengehäuse 51 befestigt ist, wird von einem reflektierenden Spiegel 6 reflektiert und mittels einer Objektivlinse gebündelt, um eine optische Platte 4 zu beleuchten. Der von der optischen Platte 4 reflektierte Lichtstrahl durchläuft erneut die Objektivlinse 3 und die Sammellinse 7, um den integrierten Photodetektor 2 zu beleuchten. Die Struktur des integrierten Photodetektors 2 ist der bisher erläuterten ähnlich.
Das Gehäuse 50 ist an einer Basis 52a mittels eines Passabschnitts 200 montiert. Die Objektivlinse 3 wird von einer Aufhängung 63 unterstützt, so daß sie in der Richtung senkrecht zur Aufzeichnungsoberfläche der optischen Platte 4 und in Radialrichtung der optischen Platte 4 bewegt werden kann.
Die Signale werden vom integrierten Photodetektor mit dem bisher erläuterten Verfahren erfaßt und über Stifte 65 zur Systemsteuervorrichtung 70 übertragen.
Die Systemsteuervorrichtung 70 legt als Antwort auf ein erfaßtes Fokusfehlersignal einen Strom an eine Elektromagnetspule 62 an, die in einem magnetischen Kreis 60 angeordnet ist, um die Objektivlinse 3 in der Richtung senkrecht zur Aufzeichnungsoberfläche der optischen Platte 4 für eine Fokusregelung zu bewegen.
Als Antwort auf ein erfaßtes Spurfehlersignal und eine Informationszugriffsanfrage von einer externen Vorrichtung über einen E/A-Bus legt die Systemsteuervorrichtung 70 einen Strom an eine Grobbewegungselektromagnetspule 71 an, die in einem magnetischen Kreis 61 angeordnet ist, um das auf einem geraden Schienenmechanismus 53 montierte Außengehäuse 51 in Radialrichtung der optischen Platte 4 zu bewegen. Die Systemsteuervorrichtung 70 legt ferner einen Strom an eine Elektromagnetspule 62 an, die in einem magnetischen Kreis 60 angeordnet ist, um die Objektivlinse 3 in Radialrichtung der optischen Platte 4 zu bewegen. Durch diese Bewegung des Außengehäuses 51 und der Objektivlinse 3 wird eine Spurregelung für die optische Platte 4 durchgeführt.
Die Systemsteuervorrichtung 70 dreht die optische Platte 4 mittels eines Drehmotors 55. Die Systemsteuervorrichtung überträgt ferner die wie oben beschrieben abgeleiteten Lesesignale über den E/A-Bus zur externen Vorrichtung.
Für die Durchführung der obigen Operationen wird die Systemsteuervorrichtung 70 von einer optionalen Stromversorgung, die in der Zeichnung nicht gezeigt ist, mit elektrischer Energie versorgt.
Die obenbeschriebene Struktur ermöglicht dem Außengehäuse 51, das ein Teil eines beweglichen Abschnitts für den Zugriff auf Informationen ist, vom Gehäuse 50 getrennt zu werden, wodurch das Gewicht des beweglichen Abschnitts reduziert wird, d. h. das Gewicht eines Abschnitts, der von der elektromagnetischen Spule 62 angetrieben wird, was zu einer Stabilisierung der Antriebsoperation und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit gegenüber externen Störungen führt.
In den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 17 war die Beschreibung auf die Informationsleseoperation von einer optischen Platte 4 konzentriert. In Abhängigkeit von der Art der optischen Platte können Informationen auf eine optische Platte geschrieben werden, indem die Intensität eines abgegebenen Laserlichtstrahls moduliert wird. In diesem Fall kann die Systemsteuervorrichtung in jeder der vorangehenden Ausführungsformen Informationsschreibanfragen und Informationsleseanfragen von einer externen Vorrichtung über den E/A-Bus empfangen. Die Systemsteuervorrichtung bewegt einen Lichtfleck zu einer Spur, auf die die Informationen geschrieben werden sollen, moduliert die Intensität eines ausgesendeten Laserlichts vom Halbleiterlaser entsprechend den zu schreibenden Informationen und führt das Schreiben durch, indem sie die Stärke des Lichtstrahls zum Beleuchten der optischen Platte ändert. Auf diese Weise kann die optische Informationsverarbeitungsvorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit sowohl Informationen schreiben als auch Informationen lesen.
Obwohl die Ausführungsformen der Fig. 1 bis 17 einen Halbleiterlaser als Laserlichtquelle verwenden, kann beispielsweise ein anderer Typ von Laser wie z. B. ein Gaslaser, ein Festkörperlaser oder dergleichen verwendet werden. In den vorangehenden Ausführungsformen kann ferner der Halbleiterlaser aus seiner Position entfernt werden und stattdessen ein optionaler Typ eines Lasers an einer anderen Position angeordnet werden. In diesem Fall kann der von einem Laser ausgesendete Lichtstrahl mittels einer Lichtleitfaser oder dergleichen zu dem Ort geführt werden, an dem der ausgesendete Punkt des Halbleiterlasers angeordnet war, um ihn als Laserlichtquelle zu verwenden. Da in einer solchen Struktur die Laserlichtquelle außerhalb des beweglichen Abschnitts zur Durchführung der Spurregelung angeordnet sein kann, kann das Gewicht des beweglichen Abschnitts reduziert werden, so daß die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert wird.
Obwohl ferner in den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 17 ein Halbleitersubstrat als ein Beispiel eines Substrats gezeigt ist, auf dem optische Wellenleiter und dergleichen ausgebildet sind, dient dies der Vereinfachung der Erläuterung der Photodetektorsektion. Es ist nicht erforderlich, insbesondere an einem Halbleitersubstrat festzuhalten. Alternativ kann ein dielektrisches Material wie z. B. Glas oder ein Isoliermaterial als Substrat verwen det werden, wobei eine Photodetektorsektion mit Photodetektoren versehen sein kann, die aus einem Dünnschichthalbleiter hergestellt sind, der unter Verwendung eines Aufdampfverfahrens ausgebildet wird, oder mit Photodetektoren versehen sein kann, die separat erzeugt und auf die Photodetektorsektion aufgeklebt sein können.
Wie oben beschrieben ist es gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich, gleichzeitig eine Vergrößerung der Einfallswinkeltoleranz und eine Vergrößerung der Einfallslichtstrahlpositionsfehlertoleranz zu erreichen, die beide einer Photodetektorsektion in einer optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung zugeordnet sind. Die Fähigkeit zur Schaffung einer größeren Einfallswinkelfehlertoleranz bedeutet, daß die Photodetektorsektion auch gegenüber Herstellungsfehlern, Wellenlängenschwankungen usw. widerstandsfähiger ist, wodurch es möglich wird, die gesamten optischen Eigenschaften der Photodetektorsektion zu verbessern. Ein solcher Photodetektor führt dann, wenn er verwendet wird, zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit der optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung.
Ferner verbessern die Gitterkopplerspaltung in einer Richtung, die die optische Achse des geführten Lichtstrahls schneidet, und die Verwendung einer Wellenlängenplatte die Lichtnutzungseffizienz und dementsprechend die Zuverlässigkeit der optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung. Wenn die Lichtnutzungseffizienz ein Niveau aufweisen kann, das dem vorherigen ähnlich ist, kann die Intensität eines ausgesendeten Laserstrahls verringert werden, was zu einer Reduzierung des Energieverbrauchs führt.
Ein weiterer Effekt, der von der vorliegenden Erfindung bewirkt wird, besteht darin, daß die relative Position zwischen dem Photodetektor und der Laserlichtquelle mit hoher Genauigkeit leicht eingestellt werden kann. Folglich kann unter Verwendung des Photodetektors der vorliegenden Erfindung leicht eine sehr zuverlässige optische Informationsverarbeitungsvorrichtung entworfen werden.
Obwohl es für einen gewöhnlichen Photodetektor nicht einfach ist, Signallicht und Streulicht getrennt zu erfassen, kann die vorliegende Erfindung leicht eine Struktur bilden, die es ermöglicht, nur das Sollsignallicht selektiv zu erfassen, wodurch eine sehr zuverlässige optische Informationsverarbeitungsvorrichtung geschaffen wird.
Wie oben beschrieben kann die vorliegende Erfindung gleichzeitig die Einfallswinkeltoleranz und die Einfallslichtstrahlpositionsfehlertoleranz erhöhen, die beide einer Photodetektorsektion in einer optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung zugeordnet sind, so daß die Vorrichtung Herstellungsfehler, Wellenlängenschwankungen usw. ausreichend auffangen kann, wodurch es möglich wird, die gesamten optischen Eigenschaften des Photodetektors zu verbessern und die Zuverlässigkeit der optischen Informationsverarbeitungsvorrichtung anzuheben.

Claims

1. Integrierter optischer Informationsdetektor zum Umsetzen von an einem optischen Informationsmedium reflektierten Licht in ein elektrisches Signal mit mehreren Lichtbestimmungssektionen (15, 16) von denen jede einen optischen Leiter (18), einen Gitterkoppler (15a bis 15f) zum Führen des Lichtstrahls in den optischen Leiter und einen Detektor (2) zum Erfassen des im optischen Leiter geführten Lichts, wobei die Lichtbestimmungssektionen nebeneinander auf einem Substrat (10) so ausgebildet sind, daß sie sich in Richtung der optischen Achse (102) des geführten Lichts erstrecken und dadurch ein Lichtbestimmungsband bilden, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichterfassungsbänder (16a bis 16f) nebeneinander auf dem Substrat iri einer Querrichtung zur optischen Achse (107) des geführten Lichts ausgebildet sind und die in Richtung der optischen Achse (102) des geführten Lichts ausgerichteten Lichtbestimmungssektionen in jedem Lichtbestimmungsband gemeinsam mit einem jeweiligen Glied (20, 29) zum Vereinigen der Ausgänge aus jeder Lichtbestimmungssektion jedes einzelnen Lichtbestimmungsbandes elektrisch verbunden sind.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtabsorbierteil (26) an einem Ort rechtwinklig zur optischen Achse des geführten Lichtstrahls in jeder der integrierten Lichtbestimmungssektionen (15, 16) angeordnet ist, der einen einfallenden Lichtstrahl absorbiert, welcher durch einen auf den Gitterkoppler (15a bis 15f) einfallenden Lichtstrahl erzeugt wird.

3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtreflektorteil (22) auf der Oberfläche der Lichtbestimmungseinheit in jeder integrierten Lichtbestimmungssektion vorgesehen ist.