JP4221391B2 - 検出器位置を調節できる光学式記録用レーザ／検出器装置 - Google Patents

Description

本発明は、検出器位置を調節できる光学式記録用レーザ／検出器装置に関する。

連邦政府後援の研究又は開発の下でなされた発明についての権利に関する声明。
コンパクトディスクで提出された「シーケンスリスト」、表又は付属書類を列挙したコンピュータプログラム
米国特許第４，７３１，７７２号明細書及び米国特許第４，７５７，１９７号明細書は、コンパクトディスク（ＣＤ）からの情報の読取りのために同一パッケージ内に半導体レーザ装置及び光検出器を一体化することを記載している。その時点においては、コンパクトディスクプレーヤに用いられる光学式ヘッドは、１つのレーザしか備えていなかった。しかしながら、米国特許第４，７５７，１９７号は、やがてはかかる読取り装置が同一パッケージ内に２つの半導体を備えることを予期していた。

図１は、米国特許第４，７５７，１９７号明細書に記載された２つのレーザパッケージを示している。２つのレーザチップ９４，９６が、ヒートシンク１０２の第１の表面上に置かれている。２つの検出器９８，１００が、ヒートシンク１０２の第１の表面に垂直な表面に取り付けられている。偏光フィルタ１０４，１０６が、別々の検出器からの信号を分離するために用いられる。ホログラム（図示せず）が、レーザ９６から生じた戻り光を検出器１００に向けて回折させる。レーザ９４から生じた戻り光は、検出器９８，１００に向かって回折させられる。

ディジタルビデオディスク（digital versatile disk: ＤＶＤ）の開発により、ディスク上のピットは、短波長レーザを用いて読取り可能である。しかしながら、書込み可能なコンパクトディスク（ＣＤ−Ｒ）は、長波長レーザによってのみ読取り可能な色素を有する。その結果、ＤＶＤ／ＣＤプレーヤに用いられる光学ヘッドは全て今日、２つのレーザを有し、１つは、７８０ｎｍ付近の波長を有し、他方は、６５０ｎｍ付近の波長を有している。１９９８年に発行された米国特許第５，７１７，６７４号明細書は、２つのレーザを有する一体形レーザ／検出器装置の構造について同様な技術的思想を記載している。この先行技術は、図２に示されている。レーザ２０１は、短波長レーザである。高密度記録層からのその反射光は、ホログラム２０４によって回折させられて検出器２０７に差し向けられる。レーザ２０２は、長波長レーザである。ＣＤ記録層で反射させられた後、その反射光は、同一のホログラム２０４によって回折させられて検出器２０８に差し向けられる。対物レンズ２０５が、レーザ光を記録層の表面上に合焦させるために用いられる。図２に示すように、高密度記録層は、０．６ｍｍの距離だけＣＤ記録層から離されている。収差補正板２０６が、ＣＤ記録層上の情報を読み取っているとき、対物レンズの下に挿入される。格子２０３の厚さｔは、その構造がレーザ２０１には不可視であるように選択される。ホログラム２０４の厚さＴは、より多くの光を検出器２０７へ反射するように選択される。

米国特許第５，７１７，６７４号明細書に記載された発明は、検出器２０７，２０８がレーザの同一側に設けられている点において米国特許第４，７５７，１９７号に記載された発明とは異なっており、米国特許第４，７５７，１９７号の検出器９８，１００（図１）は、レーザの各側に設けられている。さらに、検出器９８，１００は、光軸に対し同一平面上に位置し、これに対し、検出器２０７，２０８は、互いに異なる平面上に位置している。

米国特許第６，２１１，５１１号は、図３に示されているＤＶＤ光学ヘッド用の一体形レーザ／検出器装置を記載した別の最近の特許である。一体形装置３００は、光の２つの波長を放出することができるレーザチップ３１０を有している。レーザチップ３１０の各側には検出器３３０ａ，３３０ｂが設けられている。このレーザチップは、ディスクからの反射光を回折させてこれをそれぞれの検出器に差し向けるホログラム３２０を更に有している。レーザにより放出された短波長の光は、実線で示すように大きな円錐のものである。レンズ３４０によってコリメートされた後、この光は、対物レンズ３５０によってディスク表面３６０ａに合焦される。表面３６０ａで反射された光は、回折させられて検出器３３０ａに差し向けられる。
長波長の光は、表面３６０ｂによって反射され、ホログラム３２０によって回折して検出器３３０ｂに差し向けられる。米国特許第６，２１１，５１１号の発明思想は、米国特許第４，７５７，１９７号とほぼ同じである。

上述の３つの米国特許は全て、一レーザを一検出器に整列させるようそのパターンを調節させることができるに過ぎない１つのホログラムレンズを有している。これが行われた後、一体形装置は、第２のレーザからの光が第２の検出器に差し向けられるようにするのに機械的精度に依存している。したがって、検出器及びレーザチップの配置は、非常に正確でなければならない。米国特許第５，２８５，０６２号明細書は、単一のレーザ装置を記載しており、製造時における調整を行って反射ビームが光検出器に当たるよう回転させることができるホログラムレンズを有している。本発明の意図は、ディスクからの反射光ビームを個々にそれぞれの検出器に整列させることができるデュアルレーザ付き一体形レーザ／検出器装置を提供することにある。

上述の３つの米国特許では、レーザは、対物レンズの光軸に平行にビームを放出する。しかしながら、米国特許第５，７２７，００９号明細書は、４５°プリズムで反射されてレーザビームがプリズムの通過後、図４に示すように、対物レンズの光軸に平行になるようなレーザ放出光を示している。レーザチップ４０４が、サブマウント４０３に取り付けられ、このサブマウントも又、光電性素子４０３ａを有している。サブマウント４０３は、ミラー４０６の挿入のためのキャビティ４０２ｅを有するベース４０２に取り付けられている。多素子検出器４０５は、レーザチップと反対側のミラー４０６の一方の側部に取り付けられている。図４で理解できるように、レーザ放出光は、ミラー４０６により上方に反射させられて回折部品４３１中へ通される。この回折部品４３１の下側部には、格子４０７ａが設けられ、この格子４０７ａは、レーザビームを３つのビームに分割する。ホログラフィーレンズ４０８ａが、回折部品４３１の頂面に備えられている。ディスクからの反射ビームは、ホログラフィーレンズ４０８ａで回折して検出器４０５に差し向けられる。ミラー４０５は、レーザチップ４０４及び検出器チップ４０５の位置に対して固定されていることは注目される。

本発明は、レーザビームの向きを媒体に変更するような角度に設けられたミラーを有する一体形レーザ／検出装置の組立て構造及び方法を提供する。ミラーは、先行技術の場合のようにレーザ／検出器付きの回路基板に取り付けられているわけではなく、回路基板の真ぐ上でハウジング内に設けられている。これにより、回路基板を組立て中、回路基板がミラーに対して側方へ近づけたり遠ざけて反射光を第１の方向に沿って調節されて、反射ビームが光検出器に到達するようになっている。ホログラムレンズがミラーの上方に設けられ、ホログラムレンズは、反射光を調節して第２の直交方向に沿って光検出器に当てるよう回転可能（又は上下に移動可能）である。一実施形態では、２つのレーザビームを生じさせ、２つのホログラムレンズが２つのビームを別々に調節するよう用いられる。

一実施形態では、レーザ／検出器装置は、２つの放出光源、４５°ミラー、２つのホログラムレンズ、出力モニタ検出器及び信号検出器を有する。また、４５°ミラーは、その表面に設けられた格子構造を有し、したがってミラーに入射したレーザビームが３つの光ビームに分割されるようになる。

図５ａは、本発明の第１の実施形態を示している。レーザチップ５０３は、互いに異なる波長をもつ２つの放出光を放射するか、又は互いに異なる波長のレーザを放射する２つのレーザチップからなる。レーザチップ５０３は、サブマウント５０２に結合され、このサブマウントも又、レーザ５０３からの後方出力を検出する光電性素子を有している。信号検出器５０１とサブマウント５０２は両方共、回路基板５００に取り付けられている。回路基板５００は一時的にピン５１１ａ，５１１ｂ付きのハウジング５０７に取り付けられる。ミラー５０４が、回路基板５００の上方でハウジング５０７内に取付けられている。ミラー５０４の表面は、レーザからの入射光が符号５０８で示されるように３以上のビームに分割され、ハウジング５０７の中心軸線に沿って伝播するよう波形になっている。ホログラムレンズ５０５，５０６が、ハウジング内に頂部から挿入されている。ホログラムレンズは、構造がレーザビームの一波長によってのみ可視であるように（当業者には知られている）製作されている。かくして、各ホログラムレンズは、反射ビームの特定の波長を回折させてこれを四分円形検出器５０１に差し向ける。

本発明の設計により、光ビームの光軸を変化させることなくレーザチップを４５°ミラー５０４に垂直に動かすことができる。この一体形装置の製造の際、検出器５０１，５０２を回路基板上に置くことにより、配置上の誤差が生じることは避けられない。その結果、ホログラムレンズ５０５，５０６により回折した反射ビームは、チップ上に搭載された四分円形検出器５０１を外れる場合がある。本発明の設計により、回路基板５００を検出器が反射ビーム５１０の下に位置するまで長手方向に沿って（図において左から右へ）動かすことができる。レーザをミラーに近づけたりこれから遠ざけることによっては、反射ビームの位置に影響は生じない。この調整法は、検出器と中心軸線との間の距離を、ホログラムレンズにより回折した反射ビームの位置の精度について要求される精度で調整する。また、直交方向（図の紙面に垂直の方向）における配置の誤差も又生じると考えられる。この第２の位置に関する誤差は、ホログラムレンズ５０５，５０６のうち一方を回転させることにより補正される。デュアルレーザがサブマウント５０２に別々に接合されたダイである場合、互いに対するレーザチップの不正確な配置に起因して誤差がもう一つ生じる。したがって、検出器５０１を第１のレーザからの反射ビームに整列させた後、第２のホログラムレンズを回転させると共に（或いは）上下に動かして第２のレーザチップからの反射ビームを検出器上に心出しさせる。全ての調整が行われた後、エポキシを塗布して回路基板５００及びホログラムレンズ５０５，５０６をハウジング５０７に永続的に固定する。

図５ｂの分解図は、本発明の一体形装置の製造方法を示している。ミラー５０４をハウジング５０７に永続的に取り付ける。これを行うには、ミラーをハウジングの側壁（図では切除されており、したがって図示せず）に膠着するのがよい。ホログラムレンズ５０５，５０６をハウジング５０７内に挿入するが、固定しない。別の手順では、レーザチップ５０２を出力検出器チップ５０３に取り付ける。次に、検出器チップ５０１，５０２を回路基板にダイ接着する。次に、回路基板５００をピン５１１ａ，５１１ｂによりハウジング５０７に取り付ける。その時点で、一体形装置は、いつでも位置合わせ可能な状態にある。

図６は、回路基板に搭載された部品の細部を示している。検出器チップ６０４は、６つの光電性素子を有している。合焦誤差及び情報信号を検出する四分円形検出器６０５が設けられている。検出器６０６は、追跡センサである。レーザサブマウント６０１は、レーザチップ６０３からの後方出力を検出する光電性素子６０２を有している。ハウジング５０７の中心軸線に対する検出器の位置を調節する穴６１２ａ，６１２ｂが設けられている。回路基板上の装置への電気的接続は、ボンディングパッド６０７ａ，６０７ｂにより行われる。

図７ａは、レーザサブマウント７００の構造の細部を示している。２つの金属パッド７０２ａ，７０２ｂが、サブマウントにめっきされ、これら金属パッドは、互いに且つサブマウントから電気的に絶縁されている。レーザ７０４，７０３がそれぞれパッド７０２ａ，７０２ｂにダイ接着されている。金属パッド７０２の後ろには、光電性素子７０１が設けられ、この光電性素子は、レーザからの後方出力をモニタするために用いられる。大抵の光学ヘッドでは、レーザ及び出力モニタ検出器のカソードは、図７ｂに示すように互いに電気的に接続されている。

本発明の第２の実施形態が、図８に示されている。この設計例では、ホログラムレンズ８０６は、両方のレーザ波長によって可視である。第２のホログラムレンズ８０５は、レーザの長波長に対してのみ可視である。その結果、波長の短いレーザからの反射ビームは、ホログラムレンズ８０６により回折させられ、その回折ビーム８１０は、ホログラムレンズ８０５によって遮ることなく検出器８０１に到達する。しかしながら、波長の長いレーザからの反射ビームがホログラムレンズ８０６に到達すると、その回折ビーム８０９は、再びホログラムレンズ８０５によって回折して同一の検出器８０１に到達する。この第２の実施形態の位置合わせ法は、先ず最初に回路基板及びホログラムレンズ８０６を調節して波長の短いレーザ光からの反射ビームが検出器の中心に位置するようにすることにある。次に、ホログラム８０５を調節して波長の長いレーザからの反射ビームを検出器の中心に位置させる。ホログラムレンズ８０５も又、波長の変化の結果としてのホログラムレンズ８０６の収差を補正する構造を有している。収差の補正は重要であるが、その理由は、合焦誤差信号を正しく生じさせるには検出器に或る特定のビーム特性が必要だからである。

本発明の第３の実施形態が、図９に示されている。一体形装置は、ミラーが９０％反射形のものであることを除き、図５又は図８に示す装置と同一である。ミラーを通過した１０％光ビームは、前方出力モニタ９１３によって検出される。変形例として、ミラーは、８０％反射形のもの又は任意他の相当大きな百分率の反射形のものであってよい。この実施形態は、レーザが媒体上への記録に用いられるだけでなく情報を読み出すのに用いられる場合に有用である。

図１０は、ミラーを用いない本発明の別の実施形態を示している。ＰＣＢ９２１は、検出器チップ９２２だけを有している。この装置の光源は、レーザパッケージにより提供され、このレーザパッケージは、２つの別々の波長を持つ光を放出することができる。レーザビーム９２３は、レーザ源のうちの一方によって放出される。格子装置９２４が、入射レーザビームを符号９２７で示すように３つのビームに回折させる。第１の波長のレーザビームが媒体表面から反射されると、これはホログラム装置９２５によって回折して検出器９２２に差し向けられる。他方、媒体表面から戻った第２の波長のレーザビームは、ホログラム装置９２６によって回折して同一の検出器９２２に差し向けられる。レーザ装置９３２、検出器付きのＰＣＢ及び回折部品は、ハウジング９３０により一緒に保持されている。

図１０の実施形態の変形例では、レーザの上方の開口部は、検出器付き回路基板をレーザチップが静止した状態で左右に動かして戻りビームの位置を調節することができるほど大きい。
当業者には理解されるように、本発明の範囲に属する上述の実施形態の変形例を想到できる。したがって、上記説明は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲の例示であってこれを限定するものではない。

米国特許第４，７５７，１９７号の先行技術のデュアルレーザ装置を示す図である。 米国特許第５，７１７，６７４号の先行技術のデュアルレーザ装置を示す図である。 米国特許第６，２１１，５１１号の先行技術のデュアルレーザ装置を示す図である。 米国特許第５，７２７，００９号の先行技術のデュアルレーザ装置を示す図である。 本発明の第１の実施形態の略図である。 図５ａの本発明の第１の実施形態の分解図である。 本発明の実施形態のレーザ及び検出器を有する回路基板の平面図である。 本発明の実施形態の出力モニタ検出器チップの細部の略図である。 本発明の実施形態のレーザ及び出力モニタ検出器の電気的接続状態の略図である。 本発明の第２の実施形態の略図である。 部分透過形ミラーを備えた本発明の第３の実施形態の略図である。 ミラーを用いない本発明の別の実施形態の略図である。

符号の説明

９４ レーザチップ
９６ レーザ
９８，１００ 検出器
１０２ ヒートシンク
１０４，１０６ 偏光フィルタ
５００ 回路基板
５０１ 信号検出器
５０２ サブマウント
５０３ レーザチップ
５０４ ミラー
５０５，５０６ ホログラムレンズ
５０７ ハウジング
５１１ ピン

Claims (10)

1. レーザ及び検出器装置であって、
   ハウジング５０７が、
   レーザ５０３と、
   光検出器５０１とを有し、
   前記光検出器５０１が、反射ビーム５１０の位置を動かすことなく前記レーザ５０３からの反射ビーム５１０を受光するために、製造中、前記光検出器５０１を側方に移動可能にするように前記レーザ５０３と光検出器５０１が装着されており、
   前記レーザと媒体との間に設けられた第１のホログラム５０５を有し、前記第１のホログラム５０５は、製造中、前記光検出器５０１上における第１の波長の第１の反射ビームの位置を調節するよう動くことができ、
   前記レーザ５０３と前記媒体との間に設けられた第２のホログラム５０６を更に有し、前記第２のホログラム５０６は、製造中、前記光検出器５０１上における第２の波長の第２の反射ビームの位置を調節するように、前記第１のホログラム５０５とは無関係に動くことができ、
   ミラー５０４が、前記レーザ５０３からのレーザビームを受光するために前記ハウジング５０７のに固着されており、前記レーザ５０３と光検出器５０１が、製造中、前記ミラー５０４に対して動くことができる基板５００に取り付けられていることを特徴とするレーザ及び検出器装置。
2. 光検出器９２２が、前記レーザ９３２の上方で基板９２１に取り付けられ、前記基板９２１は、前記レーザ９３２からのレーザビームを通過させることができる開口部を有し、前記基板９２１は、製造中、前記レーザビームを遮断することなく側方に動くことができることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記第１の反射ビーム及び前記第２の反射ビームは、短波長レーザビーム及び長波長レーザビームであることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 波長の互いに異なる２つの前記レーザビームは、単一のレーザチップ５０３によって放射されることを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 波長の互いに異なる２つの前記レーザビームは、二つの分離したレーザチップ６０３によって放射されることを特徴とする請求項３記載の装置。
6. 前記第１のホログラムは、前記短波長レーザビームに対してのみ実質的に可視であり、前記第２のホログラムは、前記長波長レーザビームに対してのみ実質的に可視であることを特徴とする請求項３記載の装置。
7. 反射ビームのうち一方は、前記第２のホログラムによってもう一度回折させられることを特徴とする請求項３記載の装置。
8. 前記第２のホログラムは、前記第１のホログラムに起因する収差も又補正するようパターン付けされていることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記ホログラムは、製造中、回転移動できることを特徴とする請求項１記載の装置。
10. レーザ及び検出器装置を組み立てる方法であって、
    ハウジング８０７を用意する工程と、
    ミラー８０４を前記ハウジング内に設ける工程と、
    レーザ８０２及び検出器８０１を、前記ミラーが前記レーザからのレーザビームを受光する位置で、前記ミラーに対して動くことができる基板５００に取り付ける工程と、
    前記基板を側方に動かして前記検出器が前記レーザからの反射ビームの位置を動かすことなく受光するようにする工程と、
    第１のホログラム８０６を前記ミラーで反射された前記レーザからのビームを受光するように設ける工程と、
    前記第１のホログラムを動かして前記検出器上における第１の波長の第１の反射ビーム８１０の位置を調節する工程と、
    第２のホログラム８０５を、前記ミラーで反射された前記レーザからのビームを受光するよう設ける工程と、
    前記第２のホログラムを前記第１のホログラムとは無関係に動かして前記検出器上における第２の波長の第２の反射ビーム８０９の位置を調節する工程と
    を有していることを特徴とする方法。

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