JPH10312577A - 光学的サブモジュールおよび製作方法 - Google Patents

光学的サブモジュールおよび製作方法

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JPH10312577A
JPH10312577A JP10136001A JP13600198A JPH10312577A JP H10312577 A JPH10312577 A JP H10312577A JP 10136001 A JP10136001 A JP 10136001A JP 13600198 A JP13600198 A JP 13600198A JP H10312577 A JPH10312577 A JP H10312577A
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light
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laser
light emitting
emitting device
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JP10136001A
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Wenbin Jiang
ウェンビン・ジャン
Michael S Lebby
マイケル・エス・レビー
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    • G11B7/127Lasers; Multiple laser arrays
    • GPHYSICS
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    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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    • G11B7/123Integrated head arrangements, e.g. with source and detectors mounted on the same substrate
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の光ディスクの読取りが可能な低価格、
小型かつ製造が容易な光学的ピックアップモジュールを
実現する。 【解決手段】 複数のVCSEL213,215,21
7、またはVCSEL119と伝統的なエッジ放射レー
ザ117を含む光学的モジュール101,201が提案
され、単一の光学系によってCDまたはDVDを読み取
るためDVDピックアップへと導入される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光学的ピックアップ
モジュールに関し、かつより特定的には縦型空洞表面放
射レーザ(vertical cavity surf
ace emitting laser)を基礎とした
光学的ピックアップモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】マルチメディアの用途の急速な進歩はよ
り多くの情報をよりコンパクトに記憶し、かつ使用しか
つ取り扱うのがより容易であり、かつすべての点で卓越
した性能を有するシステムを要求している。デジタルビ
デオディスク(DVD)技術はその利点を提供し、かつ
その応用分野は映画の娯楽からコンピュータデータの記
憶まで広がっている。実際に、DVDはデジタル技術が
支配するものすべて、すなわち大きな容量が絶対必要な
あらゆるところで強大な役割を演じる。
【0003】DVDはあるいはデジタル多用途ディスク
(digital varsatile disk)と
称される。それは最も大きなコンピュータ、コンシュー
マエレクトロニクス、および娯楽会社の協会(cons
ortium)によって開発されている仕様に適合して
構築される製品およびソフトウエアを含む。その意図す
るところは、特にビデオおよびマルチメディアの用途に
対して、大きな記憶容量および性能を提供する新しい世
代のコンパクトディスクフォーマットに基づくある範囲
の互換性ある製品を作成することである。
【0004】コンパクトディスク(CD)はたった5分
の分量のアナログ画像情報を記憶できるのみであり、か
つより大きな寸法の11.8インチのレーザディスクは
60分の画像を記憶できる。映画およびコンピュータ産
業は共にCDと互換性を備えた小さなディスクを望んで
おり、それは音楽およびコンピュータソフトウエアのた
めの世界的標準であるCDがますますCD ROM上に
パッケージングされているからである。人々はこれらの
便利な、スペースを節約するディスクに慣れ親しんでい
る。また、両方の産業はタスクの通常の実行または運転
時間を取り扱うのに十分な片面または単一側部(sin
gle−side)容量を備えたディスクを希望してい
る。中断のない映画観賞のためにかつ高速の、信頼性あ
るアクセスおよびコンピュータデータの読出しのために
十分な容量がなければならない。新しいDVD標準は単
一側部のDVDが4.7ギガバイトの情報を保持できる
ようにし、これは135分の高品質映画を記憶するに十
分なものである。DVDはまたコンピュータのユーザに
大きな利点を提供する。
【0005】産業が新しいデジタル技術を導入すると
き、ますます重要な考慮事項は前のフォーマットとの互
換性である。DVD−ROMのような、DVDシステム
を後方互換可能な(backward compati
ble)ものとするよう大きな努力が行われてきた。こ
れは、現存するCDフォーマットをDVDシステム上で
演奏できることを意味する。しかしながら、DVDシス
テムとCDシステムの間にはほんの少しの物理的差異が
存在する。例えば、DVDフォーマットのディスクは
0.4μmのピット長さ(pit length)およ
び0.74μmのトラックピッチを有し、これはほぼC
Dフォーマットのディスクの半分である。さらに、DV
D基板は、1.2mmのCD基板と比較して、0.6m
mである。DVDレーザの波長は635nmまたは65
0nmであり、かつ焦点用レンズのDVD開口数(N
A)は0.6であり、一方CDレーザの波長は780n
m、かつ焦点用レンズのCD NAは0.45である。
DVDとCDとの間のこれらの異なるパラメータはDV
D用ピックアップモジュールとCD用ピックアップモジ
ュールとの間の差につながる。
【0006】DVDの後方互換の事項を解決するために
いくつかの手法が提案されてきている。候補の解決方法
の内には、一方はCDのための、かつ他方はDVDのた
めの、2つのレンズからなる一体化された2レンズ切り
替えシステム、および単一のレンズがCDおよびDVD
の双方に対する焦点合せを達成するために使用されるデ
ュアルフォーカスピックアップシステムがある。一体化
された2レンズ切り替えシステムによれば、一方がCD
のためにかつ他方がDVDのために、2つのレンズがそ
れらのレンズを水平方向に回転させて各々のディスクの
ための信号を読み取るよう切り替えられる。デュアルフ
ォーカスピックアップシステムによれば、単一のレンズ
が再整列されることなくCDおよびDVDの双方のため
の焦点合せを達成でき、かつフォログラムレンズの採用
により信号を読み取ることができる。
【0007】前記2レンズシステムおよびフォログラム
レンズシステムは複雑でありかつ製作するのが困難であ
る。他の技術はディスクを読むうえで使用されるレーザ
の特性を変えるためにLCDシャッタを使用することで
ある。LCDシャッタピックアップは2レンズおよびフ
ォログラム形式よりも複雑でなく、結果としてより小
型、より信頼性あるピックアップにつながる。該ピック
アップは635nmの赤色レーザを使用して構築され
る。LCDシャッタはレンズの開口数を変化させ、より
狭いビームを生成し、結果としてCDへの1.2mmの
より長い焦点距離を生じあるいはより広いビームを生成
し、結果としてDVDへの0.6mmのより短い焦点距
離を生じる。これは1つのピックアップで2つの異なる
フォーマットを読み取ることができるようにする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前記LCDシャッタピ
ックアップは2レンズピックアップシステムまたはフォ
ログラムレンズピックアップシステムのいずれに対して
も改善となるが、それはレーザ出力パワーの効率的な使
用とはならず、それはシャッタがビーム幅を狭くするた
めかなりの量のレーザパワーを阻止するからである。パ
ワー効率はラップトップコンピュータの用途にとっては
非常に重要である。また、LCDシャッタ方式のピック
アップシステムでは、LCDシャッタを制御するために
余分の回路が必要とされる。
【0009】従って、極めて望ましくかつ本発明の目的
とするところは、その中に780nmの縦型空洞表面放
射レーザ(VCSEL)および可視エッジ放射レーザ、
または他の可視VCSEL、を含んで有し、低価格の材
料を使用し、かつ製造が容易な、低価格、小型の光学的
ピックアップモジュールを提供することである。
【0010】本発明の他の目的は、CDおよびDVDの
双方を読み取ることができ、かつエネルギ効率のよい新
規なかつ改善された低価格の光学的ピックアップを提供
することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる光学的サ
ブモジュールにより上記問題および他のものは少なくと
も部分的に解決されかつ上記目的および他のものが実現
される。本発明に係わる光学的サブモジュールは第1の
面、第2の面および第3の面を有する基板を含む。該第
2の面は第3の面によって第1の面に接続されており、
従って第2の面が実質的に第1の面に平行でありかつ第
3の面が第1の面に対してある角度で配置されるように
される。第1の発光装置が前記基板の第2の面上に配置
されて第1の光を該第1の光が第3の面から反射される
ように第3の面に向かって放射し、かつ第2の発光装置
は前記基板の第1の面上で動作することができ第1の光
と実質的に平行な第2の光を放射する。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の光学的ピックアップモジ
ュールは、複数の縦型空洞表面放射レーザ(VCSE
L)のような、複数の半導体レーザ、あるいはVCSE
Lと伝統的なエッジ放射半導体レーザとの組合せを使用
してCDおよびDVDの双方を読み取るために適切なビ
ームスポットサイズおよび焦点距離を達成することに基
づいている。一般に、前記光学的ピックアップモジュー
ルは基板の上にお互いに接近して実装された780nm
のVCSELおよび650nmまたは635nmのエッ
ジ放射レーザを含んでいる。あるいは、前記モジュール
のエッジ放射レーザは650nmまたは635nmのV
CSELによって置き換えられる。前記ピックアップモ
ジュールは両方のレーザで共有または共用される1つの
レンズ系またはレンズシステムのみを有する。該レンズ
システムは電気的サーボシステムによって制御され、か
つ従ってお互いに対するその相対位置を精細調整するこ
とができる。CDが読み取る必要がある場合、780n
mのVCSELがオンに切り替えられかつサーボシステ
ムがレーザビームが1.2mmのCD基板内に焦点合せ
される位置へと前記レンズを調整する。DVDが読み取
られる必要がある場合、650nmまたは635nmの
レーザがスイッチオンされかつサーボシステムがレンズ
を前記レーザビームが0.6mmのDVD基板内に焦点
を合わせる位置に調整する。
【0013】次に図面に移ると、まず本発明の第1の実
施形態を示す図1に注目する。光学的モジュール100
は光学的サブモジュール101および電気的サーボシス
テム(図示せず)によって制御されるレンズシステム1
59を備えている。サブモジュール101は、シリコン
基板またはモールドプラスチックのような任意の堅い材
料で作られ、かつ鋼鉄(steel)、アルミニウムま
たはモールドプラスチックのような堅いサブマウント
(submount)157の上に装着された基板10
3を有する。基板103は頭部面105、底部面10
7、および側部面109,111,113および115
からなる中空の空洞部を有する。頭部面105および底
部面107はお互いにほぼ平行に配置されかつ側部面1
09は底部面107および頭部面105に対して45度
の角度で傾斜している。電気的コンタクトパッド143
および145が底部面107の上に装着され、かつ電気
的コンタクトパッド147および149が頭部面105
の上に装着されている。すべてのコンタクトパッド14
3,145,147および149はお互いから電気的に
隔離されており、かつ電気的伝送ライン133,13
5,137,139および155を通して数字151お
よび153で表される1つまたはそれ以上の電気的回路
基板に接続されている。すべてのコンタクトパッドおよ
び電気的伝送ラインは金、アルミニウムまたは任意の他
の金属によって被着またはデポジション、スパッタリン
グあるいはめっき(plating)によって作られ
る。コンタクトパッド、伝送ラインおよび回路基板の間
の電気的接続はワイヤボンディング、ソルダリング、リ
ードフレームのプラグイン、その他によって達成され
る。
【0014】630nm〜690nmの波長で動作する
エッジ放射レーザダイオードのような、レーザ装置11
7がレーザ電流バイアス用コンタクトの1つとしてのパ
ッド145と直接接触して底部面107上に実装され
る。レーザ装置117の他のレーザコンタクトはワイヤ
ボンド163を介してパッド143に接続される。レー
ザビーム123はレーザ装置117から面107に平行
に放射され、かつ側部面109に向かって導かれる。レ
ーザビーム127は側部面109によって頭部面109
と垂直な方向に反射される。
【0015】760〜800nmの波長で動作する縦型
空洞表面放射レーザのような、レーザ装置119は側部
面109に隣接するコンタクトパッドと直接接触して頭
部面105上に実装される。レーザ装置119の第2の
コンタクト、典型的にはレーザ装置119のアノード、
はワイヤボンド165を通してコンタクトパッド149
に接続される。レーザビーム125はレーザ装置119
上の放射開口(emission aperture)
121から放射され、かつ基板の頭部面105と垂直に
向けられ、またはレーザビーム127と並列にむけられ
る。レーザビーム125および127の間の距離は通常
150μmより小さく、かつ典型的には75μmより小
さい。
【0016】ピックアップシステムがディスク161を
適所に検出しかつディスク161がCDであることを検
出したとき、レーザ装置119がターンオンされ、かつ
レーザ装置117はターンオフされる。ビーム125の
みがレンズシステム159に入り、かつサーボシステム
がレンズシステム159を適切な位置に調整し、従って
出力ビーム129は、厚さが1.2mmの基板を備えた
CDである、ディスク161内に集束される。ピックア
ップシステムがディスク161がDVDであることを検
出したとき、レーザ装置119はターンオフされ、かつ
レーザ装置117はターンオンされる。ビーム127の
みがレンズシステム159に入り、かつサーボシステム
はレンズシステム159を適切な位置に調整し、従って
出力ビーム131が、厚さが0.6mmの基板を備えた
DVDである、ディスク161内に集束される。ビーム
125および127の間の150μmより小さい距離は
両方のレーザビームがレンズサーボシステムによる最小
のレンズ位置の調整のみで同じレンズシステム159を
共用できることを保証する。
【0017】当業者により、レーザ装置117および1
19のものとは異なる波長で動作する縦型空洞表面放射
レーザのような、第3のレーザ装置(図示せず)をレー
ザ装置119のすぐ隣に、頭部面105の上に実装でき
ることが理解されるであろう。例えば、この第3のレー
ザ装置は650nmまたは635nmの波長を有するV
CSELとすることができ、レーザ装置119は780
nmの波長を有するVCSELとし、かつレーザ装置1
17は400nmの波長を有するエッジ放射レーザとす
ることができる。DVD、DVD−IIの将来の発生が
400nm付近の波長で動作する半導体レーザを使用す
ることが予期される。従って、上述の3つのレーザ装置
を備えた光学的モジュールをCD、DVDおよびDVD
−IIを読み取るために使用することができる。
【0018】次に図面に移ると、本発明の第2の実施形
態を示す図2に注目する。光学的モジュール200は光
学的サブモジュール201および電気的サーボシステム
(図示せず)によって制御されるレンズシステム263
を備えている。サブモジュール201は、シリコン基板
またはモールドプラスチックのような任意の堅い材料で
作られ、かつ鋼鉄、アルミニウムまたはモールドプラス
チックのような堅いサブマウント249の上に実装され
た基板203を有する。基板203は頭部面205を有
し、該頭部面205にはその上に装着されかつお互いに
電気的に隔離された6つの電気的コンタクトパッド22
9,231,233,235,237および239を備
えている。コンタクトパッド229,231,233,
235,237および239は電気的伝送ライン24
1,242,243,244,245および247を通
して1つまたはそれ以上の電気的回路基板(図示せず)
に接続されている。すべてのコンタクトパッドおよび電
気的伝送ラインは金、アルミニウムまたは任意の他の都
合のよい金属によってデポジション、スパッタリングあ
るいはプレーティングまたはめっきによって作られる。
コンタクトパッド、伝送ラインおよび回路基板の間の電
気的接続はワイヤボンディング、ソルダリング、リード
フレームのプラグイン、その他によって達成される。
【0019】780nmの波長で動作するVCSELの
ような、放射開口213を備えた第1のレーザ装置20
7がレーザコンタクトの1つとしてのパッド229と直
接接触して実装されている。レーザ装置207の第2の
電気的コンタクトはワイヤボンド219を介してパッド
235に接続されている。レーザ装置207から放射さ
れるレーザビーム251は面または表面205に垂直で
あり、かつレンズシステム263に向けられている。6
35nmまたは650nmの波長で動作するVCSEL
のような、放射開口215を備えた第2のレーザ装置2
09がレーザコンタクトの1つとしてのコンタクトパッ
ド231と直接接触して実装されている。レーザ装置2
09の第2の電気的コンタクトはワイヤボンド221を
通してパッド237に接続されている。レーザ装置20
9から放射されるレーザビーム253は面205に垂直
であり、かつレンズシステム263に向けられている。
400nmの波長で動作するVCSELのような、放射
開口217を備えた第3のレーザ装置211がレーザコ
ンタクトの1つとしてのパッド233と直接接触して実
装されている。レーザ装置211の第2の電気的コンタ
クトはワイヤボンド223を通してパッド239に接続
されている。レーザ装置211から放射されるレーザビ
ーム255は面205に垂直であり、かつレンズ系また
はレンズシステム263に向けられている。3つのレー
ザビーム251,253および255はお互いに平行で
ありかつビーム間の距離は通常150μmより小さく、
かつ典型的には75μmより小さい。
【0020】この光学的ピックアップシステムが適所に
あるディスク265を検出しかつディスク265がCD
であることを決定したとき、レーザ装置207はターン
オンされかつレーザ装置209および211はターンオ
フされる。ビーム251のみがレンズシステム263に
入り、かつサーボシステムはレンズシステム263を適
切な位置に調整し、従って出力ビーム257が、厚さが
1.2mmの基板を備えたCDである、ディスク265
内へ集束されあるいは焦点合せされるよう制御される。
光学的ピックアップシステムがディスク265がDVD
であることを決定したとき、レーザ装置207および2
11はターンオフされ、かつレーザ装置209はターン
オンされる。ビーム253のみがレンズシステム263
に入り、かつサーボシステムはレンズシステム263が
適切な位置になり、従って出力ビーム259が、厚さが
0.6mmの基板を備えたDVDである、ディスク26
5内へ集束または焦点合せされるようにされる。光学的
ピックアップシステムがディスク265がDVD−II
であることを判定しとき、レーザ装置207および20
9はターンオフされ、かつレーザ装置211はターンオ
ンされる。ビーム255のみがレンズシステム263に
入り、かつサーボシステムはレンズシステム263を適
切な位置に調整し、従って出力ビーム261がディスク
265に集束されるようになる。ビーム251,253
および255の間の150μmより小さい距離はすべて
の3つのレーザビームがレンズサーボシステムによる最
小のレンズ位置の調整のみで同じレンズシステム263
を共用できることを保証する。当業者には2つのVCS
ELのみ、一方が780nmかつ他方が635nmまた
は650nm、によって光学的モジュールがCDおよび
DVDの双方を読み取るために使用できることを理解す
るであろう。
【0021】
【発明の効果】従って、低価格、小型の光学的ピックア
ップモジュールが開示され、該光学的ピックアップモジ
ュールはその中に780nmの縦型空洞表面放射レーザ
(VSCEL)および可視エッジ放射レーザ、または他
の可視VCSELを含んでおり、このモジュールは低価
格の材料を使用しかつ製造が簡単である。さらに、新規
なかつ改善された低価格の光学的ピックアップはCDお
よびDVDの双方を読み取ることができ、かつエネルギ
効率がよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる単純化した光学的ピックアップ
モジュールの斜視図である。
【図2】本発明に係わる他の単純化した光学的ピックア
ップモジュールを示す斜視図である。
【符号の説明】
100 光学的モジュール 101 光学的サブモジュール 103 基板 105 頭部面 107 底部面 109,111,113,115 側部面 157 サブマウント 159 レンズ系 117,119 レーザ装置 133,135,137,139,155 電気的伝送
ライン 143,145,147,149 コンタクトパッド 123,125,127,129,131 レーザビー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・エス・レビー アメリカ合衆国アリゾナ州85219、アパッ チ・ジャンクション、ノース・ラバージ・ ロード 30

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学的サブモジュールであって、 第1の面(105)、第2の面(107)、および第3
    の面(109)を有する基板(103)であって、前記
    第2の面(107)は前記第3の面(109)によって
    前記第1の面(105)に接続され、前記第2の面(1
    07)は前記第1の面(105)と実質的に平行であ
    り、かつ前記第3の面(109)は前記第2の面(10
    7)に対してある角度で配置されているもの、 前記基板(103)の第2の面(107)上に配置され
    第1の光(123)を前記第3の面(109)に向かっ
    て放射し前記第1の光(123)が前記第3の面(10
    9)で反射されるようにする(127)第1の発光装置
    (117)、そして前記基板(103)の第1の面(1
    05)上に配置され前記反射された第1の光(127)
    に実質的に平行に第2の光(125)を放射するよう動
    作可能な第2の発光装置(119)、 を具備することを特徴とする光学的サブモジュール。
  2. 【請求項2】 光学的サブモジュールであって、 第1の面(105)、第2の面(107)、および第3
    の面(109)を有する基板(103)であって、前記
    第2の面(107)は前記第3の面(109)によって
    前記第1の面(105)に接続されかつ前記第3の面
    (109)は前記第2の面(107)に対してある角度
    で配置されているもの、そして前記基板(103)上に
    配置され第1の波長で第1の光(123)を放射するよ
    う設計された第1の発光装置(117)および第2の波
    長で第2の光(127)を放射するよう設計された第2
    の発光装置(119)であって、前記第1の発光装置
    (117)は前記基板(103)の前記第2の面(10
    7)上に配置され第1の光(123)を該第1の光(1
    23)が前記第3の面(109)から第1のビームの光
    (127)へと反射されるように前記基板(103)の
    第3の面(109)に向かって放射し、前記第2の発光
    装置(119)は前記基板(103)の第1の面(10
    5)上に配置され第2のビームの光(125)を前記第
    1のビームの光(127)と実質的に平行に放射し、か
    つ前記第1のビームの光(127)および前記第2のビ
    ームの光(125)はある距離だけ間隔を空けているも
    の、 を具備することを特徴とする光学的サブモジュール。
  3. 【請求項3】 基板(203)を具備し、該基板(20
    3)上には第1の波長で第1の光(251)を放射する
    よう設計された第1の発光装置(213)、第2の波長
    で第2の光を放射するよう設計された第2の発光装置
    (215)、第3の波長で第3の光(255)を放射す
    るよう設計された第3の発光装置(217)が配置さ
    れ、かつ前記第1の光(251)、前記第2の光(25
    3)および前記第3の光(255)はある距離だけ離れ
    て位置していることを特徴とする光学的サブモジュー
    ル。
  4. 【請求項4】 光学的サブモジュールを製作する方法で
    あって、 第1の面、第2の面、および第3の面を有する基板を提
    供する段階であって、前記第2の面は前記第3の面によ
    って前記第1の面に接続されており前記第2の面は実質
    的に前記第1の面に平行であり、かつ前記第3の面は前
    記第2の面に対してある角度で配置されているもの、 前記基板の第2の面上に第1の光を該第1の光が前記第
    3の面で反射されるように前記第3の面に面に向かって
    放射する第1の発光装置を配置する段階、そして、 前記基板の第1の面上に前記第1の光と実質的に平行に
    第2の光を放射する第2の発光装置を配置する段階、 を具備することを特徴とする光学的サブモジュールを製
    作する方法。
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