NL1004928A1 - Parallelle lees-VCSEL-CD-ROM-kop. - Google Patents

Description

PARALLELLE LEES-VCSEL-CD-ROM-KOP

GEBIED VAN DE UITVINDING

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op optische reproducerende opneemkoppen.

In een verder en meer specifiek aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op verbeteringen van optische reproducerende opneemkoppen voor het verminderen van de toegangstijd voor het lezen van data vanuit het opslagmedium.

In weer een verder en meer specifiek aspect heeft de onderhavige uitvinding betrekking op verbeteringen in optische reproducerende opneemkoppen voor miniaturisatie.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

Optische reproducerende opneemkoppen voor het lezen van opgeslagen informatie op een oppervlaktemedium zoals een compact disc zijn bekend. Een voorbeeld is de gebruikelijke optische opneemkop die in het algemeen uit een lichtemitterende bron en een lichtzend- en -ont-vangsamenstel bestaat.

Kort gezegd bestaat de lichtemitterende bron van een gebruikelijke optische reproducerende opneemkop uit een typische randemitterende diodelaser die is gevormd door een halfgeleider van het dubbele hetero junctietype, bijvoorbeeld van GaAlAs (gallium-aluminium-arsenide). De diodelaser is ingericht voor het emitteren van een laserbundel die aan zijn emitterende positie een dwarsdoorsnedevorm heeft van een langgerekte rechthoek met bij benadering dimensies van een halve micrometer bij vijf tot tien micrometer lengte.

Het lichtontvangsamenstel bestaat uit een leesmechanisme dat een optische leeskop omvat inclusief een vastestoflaser, met een focusse-rend mechanisme dat lenzen, spiegels en prisma's heeft. Aanvankelijk loopt de lineair gepolariseerde laserbundel door bundelvormende prisma’s, en wordt deze door een polarisatiebundelsplitser gereflecteerd naar een plaat van een kwart golflengte. Deze polarisatie wordt dan veranderd in cirkelvormige polarisatie door de laserbundel door de kwart-golflengte-plaat te laten lopen. De laserbundel wordt dan door middel van een volgspiegel gericht en door de objectieflens op de schijf gefocusseerd.

Het licht wordt van het schijfoppervlak terug gereflecteerd naar de kwart-golflengte-plaat, die verder de polarisatie van de laserbundel van de cirkelvormige modus in de lineaire modus terug verandert, en door de polarisatiebundelsplitser loopt en wordt gereflecteerd door een kritieke-hoekprisma, dat de richting van de bundel onder rechte hoeken ten opzichte van de geprojecteerde bundel verandert. Het licht wordt dan op een array van fotodioden gericht. De veranderingen in lichtintensiteit door het geleidbaarheidsmechanisme van de fotodioden informeert het systeem over de overgang van een put naar een contact-vlak en vice versa. Tijdens bedrijf verstrooien de putten de laserbundel wanneer de schijf roteert, en de contactvlakken reflecteren deze. De richting en hoeveelheid van het gereflecteerde licht veranderen wanneer het schijfoppervlak verandert van een contactvlak in een put en vice versa. Deze veranderingen, die worden gedetecteerd door de optische en elektronische leesinrichtingen, vertegenwoordigen een "één". Als de opto-elektronische schakeling geen verandering in het gereflecteerde signaal detecteert, wordt dit geïnterpreteerd als een serie nullen waarvan het aantal afhangt van de lengte van de put of het contactvlak.

Het gereflecteerde licht is niet altijd uniform en gelijk over het fotodiode-array verdeeld. Deze verandering in lichtintensiteit maakt focus- en volginstellingen mogelijk. Door het berekenen van de verschillen tussen de sommen van de lichtintensiteit in verschillende diodenparen kan het systeem focus- en volgfouten compenseren.

Een verschillend mechanisme kan worden gebruikt voor het detecteren van volgfouten door gebruikmaking van een buigingsrooster dat de laserbundel in drie gedeelten splitst. De laserbundel wordt een hoofd-volgbundel met twee zwakkere bundels die op de linker- en rechterzijden van het spoor zijn gefocusseerd om de hoofdbundel in het midden te houden.

Het oppervlak van de compact disc reflecteert de zijbundels samen met de hoofdvolgbundel. Een afzonderlijk stel fotodioden wordt gebruikt voor het detecteren van de volgfout. Wanneer de zijbundels niet van gelijke intensiteit zijn, activeert het systeem een servomechanis-me dat de optische kop beweegt om de volgfout te corrigeren.

De beschreven optische leeskop maakt gebruik van een halfgelei-derlaserbron van een type dat bekend is als de randemitterende diode- laser. Dit is een gebruikelijke laser die in optische leeskoppen van compact-disc-apparatuur wordt gebruikt. De randemitterende diodelaser heeft echter zekere beperkingen met betrekking tot de miniaturisatie van de optische-kop-componenten.

Bij gebruikelijke optische opneemkoppen zijn er meer dan zes optische componenten nodig voor bedrijf. Dit zijn de laserdiode, een bundelsplitser, buigingsrooster, reflectiespiegel, objectieflens, en fotodiode-arrays die uiteindelijk de lichtintensiteit interpreteren die van het oppervlak van de compact disc wordt gereflecteerd. Als gevolg van de hoeveelheid afzonderlijke componenten wordt de optische opneemkop dik en groot.

Een verbetering ten opzichte van de gebruikelijke optische opneemkop is de hologramlasereenheid die een reductie mogelijk maakt van discrete componenten waaruit de optische opneemkop bestaat. De hologramlasereenheid maakt het mogelijk om de optische opneemkop te minia-turiseren, omdat deze uit slechts twee optische componenten bestaat, een optisch hologramelement en een reflectiespiegel. Bij de gebruikelijke fabricage bestaat de conventionele hologramlasereenheid uit de laserdiode en de fotodiode, die driedimensionaal op een koperen warm-teafvoerlichaam zijn geïntegreerd. De conventionele laserbehuizing wordt groot en ongeschikt voor een optische opneemkop van een draagbare compact-disc-speler.

Verdere verbeteringen werden verkregen door de miniaturisatie van een optische opneemkop, door de laserdiode-hologrameenheid op een silicium (Si)-substraat met een geconstrueerde ^"graden-spiegel te construeren. Het optische hologramelement wordt dan geïntegreerd met de laserdiode in een uit plastic gevormde platte behuizing.

Het laserdiodehologram wordt geconstrueerd op een Si-substraat, waarbij een essentieel gedeelte van de fabricage van dit samenstel de ^5-graden-microspiegel is die op het substraat is geconstrueerd om de geëmitteerde laserbundel van de laserdiode te reflecteren. De laserdiode emitteert de laserbundel op de 45-graden-microspiegel, en de bundel wordt loodrecht ten opzichte van het substraat gereflecteerd. De constructie van de microspiegel op het Si-substraat is kritisch voor de functie van het laserdiodehologram. De laserdiode is aangebracht op het holle oppervlak van het Si-substraat, wat leidt tot een vlak en compact samenstel. De laserdiode en de fotodetectoren kunnen optisch worden gecombineerd, en in het midden worden doorlopen door de micro- spiegel en het holografische optische element. In deze configuratie is het mogelijk om een paar fotodetectoren aan zowel de rechter- als linkerzijde van de laserdiode te monteren.

De laserdiode-hologrameenheid gebruikt de puntgrootte-detectie-werkwijze voor het focusseren van de laserbundel met gebruikmaking van een servomechanisme. De laserbundel die is geëmitteerd door de rand-emitterende diodelaser wordt gereflecteerd van de microspiegel loodrecht ten opzichte van het Si-substraat. De laserbundel loopt door een roosterpatroon op het optische hologramelement dat de hoofdlaserbundel in drie bundels splitst die door het onderste oppervlak van het optische hologramelement lopen. De drie bundels worden op de compact disc gefocusseerd door de focusserende objectieflens die integraal in het optische hologramelement is gevormd. Elke gereflecteerde bundel van het reflectie-oppervlak van de compact disk wordt gedetecteerd op een paar fotodetectoren. Elke fotodetector heeft vijf elementen voor het detecteren van de signalen. Deze signalen worden gebruikt door het optische kopmechanisme om de signalen zoals het FES, een focusserend foutsignaal, het TES, een volgfoutsignaal, en het RFS, dat het datasignaal is, te focusseren. Deze diverse signalen voor focus- en volg-correcties worden wiskundig als volgt beschreven: FES = [1+3+5] - [2+4+6] TES = [T1-T2] + [T3-T4] RFS = [1+3+5] + [2+4+6]

De essentiële factor bij de productie van het laserdiodehologram is de correcte fabricage van de microspiegel met een optisch plat oppervlak op het Si-substraat. De werkwijze voor het verkrijgen van de correcte 45~graden-hoek op het siliciumsubstraat is het etsen van de hoek op het siliciumsubstraat. De dwarsdoorsnede van een anisotroop geëtst Si-substraat heeft een <111> plat oppervlak met een hoek tot het <100> oppervlak van 54 graden. In een twee-stappen-proces, door het chemisch etsen van een Si-substraat waarbij het <100> oppervlak reeds onder 9 graden helt in de richting van het <110>-vlak, zal de anisotropische etsing resulteren in het 45-graden-oppervlak dat vereist is voor de correcte reflectie van de laserbundel. Bij het fabriceren van de microspiegel wordt de bovenhoek van de laserchip verwijderd.

Voor het verwezenlijken van een dunne, kleine compact-disc-speler in zakformaat moet de optische opneemkop van de disc-speler worden geminiaturiseerd. Een gebruikelijke optische opneemkop omvat veel componenten, waardoor een groot samenstel wordt vereist. De randemit-terende laserdiode- en hologrameenheid heeft het mogelijk gemaakt om de optische opneemkop te miniaturiseren. Maar het ontwerp van deze eenheid vereist een microspiegel die is geconstrueerd op het Si-sub-straat om de laserbundel in een richting loodrecht ten opzichte van het substraat af te buigen. De constructie van de microspiegel behelst een fabricageproces dat duur en arbeidsintensief is.

De bovenstaande middelen, inclusief de gebruikelijke optische reproducerende opneemkop en de op het substraat aangebrachte randemit-terende laserhologram-opneemkop verschaffen de opneming en reproductie van informatie die op een oppervlaktemedium is opgeslagen. De inrichting heeft zich echter niet als volledig bevredigend bewezen. De gebruikelijke opneemkop omvat bijvoorbeeld te veel discrete componenten voor bevredigende miniaturisatie. De randemitterende laserhologram-opneemkop vereist extensief etswerk van het siliciumsubstraat voor het verschaffen van een microspiegel in een afzonderlijke toepassing of in een toepassing van een veelheid elementen.

De bovenstaande en andere onvolkomendheden die inherent zijn aan de stand van de techniek worden verholpen door de uitvinding die is verschaft in een samenhangende aanvrage, U.S. octrooiaanvrage met de titel "CD ROM Head With VCSEL or VCSEL Array", ingediend op dezelfde datum als deze, dossiernummer gemachtigde CR95-1014, en overgedragen aan dezelfde rechthebbende, waarbij een uitvoeringsvorm van een verbeterde optische opneemkop een (VCSEL * vertical cavity surface emitting laser = verticale-holte-oppervlakte-emitterende-laser) omvat voor het emitteren van een lichtbundel, focusseringsmiddelen voor het richten van de lichtbundel op het data-opslagmedium, lichtontvangmiddelen voor het ontvangen van licht dat van het data-opslagmedium is gereflecteerd en volgmiddelen.

Veel problemen die inherent zijn aan de stand van de techniek worden verder verbeterd door de uitvinding die is geopenbaard in de hierboven beschreven samenhangende aanvrage, waarbij een uitvoeringsvorm van een verbeterde optische opneemkop een VCSEL (vertical cavity surface emitting laser = verticale-holte-oppervlakte-emitterende-la-ser) omvat voor het emitteren van een lichtbundel, een holografisch optisch element voor het richten van de lichtbundel op het data-op-slagmedium, lichtontvangmiddelen voor het ontvangen van licht dat van het data-opslagmedium is gereflecteerd en volgmiddelen. De hierboven genoemde samenhangende aanvrage openbaart een inrichting die efficiënt werkt en een kleine grootte heeft. De leessnelheid van de inrichting is echter beperkt.

Het zou daarom zeer voordelig zijn om de bovenstaande en andere onvolkomenheden die inherent zijn aan de stand van de techniek te verhelpen en om de uitvinding te verbeteren die in de hierboven genoemde samenhangende US-octrooiaanvrage is aangegeven.

Dienovereenkomstig is het een doelstelling van de onderhavige uitvinding om verbeteringen te verschaffen in optische reproducerende opneemkoppen.

Een andere doelstelling van de uitvinding is het verschaffen van verbeteringen in een verticale-holte-oppervlakte-emitterende-laser-hologram-optische-opneemkop.

En een andere doelstelling van de onderhavige uitvinding is het verminderen van de toegangstijd voor het lezen vein de data uit een opslagmedium.

Weer een andere doelstelling van de uitvinding is het verschaffen van verbeteringen die speciaal zijn aangepast voor gebruik in de volgen focusseersystemen van een optische leeskop.

Een verdere doelstelling van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een vereenvoudigde optische opneemkop die relatief weinig componenten heeft.

En een verdere doelstelling van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een vereenvoudigde optische opneemkop die geminiaturi-seerd kan worden.

En nog een andere doelstelling van de uitvinding is het verschaffen van middelen en verbeteringen volgens het voorafgaande die de kosten van een optische opneemkop in materieel opzicht zullen reduceren.

Om kort te gaan is, voor het bereiken van de gewenste doelstellingen van de onderhavige uitvinding overeenkomstig een voorkeursuitvoeringsvorm daarvan, een optisch opneemkopsamenstel verschaft voor het lezen van informatie uit een data-opslagmedium. Het opneemkopsamenstel omvat een veelheid VCSEL's voor het emitteren van lichtbundels, focusseringsmiddelen voor het richten van de lichtbundels op het data-opslagmedium, lichtontvangmiddelen voor het ontvangen van licht dat is gereflecteerd van het data-opslagmedium, en volgmiddelen.

In een specifiekere uitvoeringsvorm omvatten de volgmiddelen een bundelsplitser die tussen de VCSEL's en de focusseringsmiddelen is gepositioneerd. De focusseringsmiddelen omvatten een veelheid holografische optische elementen die in serie langs het pad van de bundels zijn gepositioneerd. De lichtontvangmiddelen omvatten een veelheid fotodetectoren voor het ontvangen van licht van het data-opslagmedium.

Overeenkomstig een specifiekere uitvoeringsvorm omvat een optisch opneemkopsamenstel verder een substraat, waarbij het substraat de veelheid VCSEL's en de fotodetectoren draagt. De fotodetectoren omvatten een veelheid fotodioden die in het substraat zijn gevormd en de focusseringsmiddelen omvatten een veelheid optische hologramelementen die in het pad van de lichtbundels zijn gepositioneerd. De veelheid optische hologramelementen zorgt voor het polariseren en focusseren van de lichtbundels. Het substraat dat de veelheid VCSEL's en de fotodetectoren draagt omvat in het midden een gevormde behuizing dat tevens de veelheid holografische optische elementen draagt.

De bovenstaande en verdere en specifiekere doelstellingen en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen de vakman snel duidelijk worden door de volgende gedetailleerde beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm daarvan in verbinding met de tekeningen.

Figuur 1 is een isometrisch aanzicht van een optische parallelle-dataleesopneemkopbehuizing die is geconstrueerd overeenkomstig de leer van de onderhavige uitvinding;

Figuur 2 is een doorsnede langs lijn 2-2 van figuur 1;

Figuur 3 is een schematisch bovenaanzicht van een gedeelte van de optische parallelle-dataleesopneemkopbehuizing; en

Figuur 4 is een schematisch aanzicht van het focusseringsmecha-nisme van de lichtbundel die is geëmitteerd van het VCSEL-array op het data-opslagmedium dat de Gaussiaanse transformatie van de geëmitteerde lichtbundel door een focusseringslens beschrijft.

Met verwijzing nu naar de tekeningen waarin dezelfde verwijzings-cijfers in de verscheidene aanzichten overeenkomstige elementen aanduiden, wordt eerst aandacht geschonken aan de figuren 1 en 2, die een parallelle-leesdata-opneemkopbehuizing illustreren die algemeen is aangeduid met 30, en die is geconstrueerd overeenkomstig de leer van de onderhavige uitvinding. De parallelle-leesdata-opneemkopbehuizing 30 omvat een gevormde behuizing 32 die een kamer 27 defineert en zijwanden 22, een bovenkant 23, een bodem 24, en een basis 28 omvat die daarin wordt gedragen en die een deel van de bovenkant 25 vormt. De basis 28 is in het algemeen transparant en omvat een veelheid holografische optische elementen 31 die hieronder in meer detail beschreven zullen worden. Een aansluitraam 36 strekt zich uit van de zijwanden 22.

Met specifieke verwijzing naar figuur 2 omvat de parallelle-lees-data-opneemkopbehuizing 30 verder een parallelle-leesdata-opneemkop-samenstel 40 dat binnen de kamer 27 van de gevormde behuizing 32 wordt gedragen. Het parallelle-leesdata-opneemkopsamenstel 40 omvat een halfgeleidersubstraat 34 dat een VCSEL-array 33, fotodetectoren 39 voor de focussering, volging en data-opneming vanuit een data-opslag-medium 35 en holografische optische elementen 31 omvat. Halfgeleidersubstraat 34, VCSEL-array 33, en holografische optische elementen 31 worden in het midden doorlopen door de gevormde behuizing 32 om alle componenten als een integrale behuizing te omvatten.

Nog steeds met verwijzing naar figuur 2 omvat het VCSEL-array 33 een veelheid VCSEL's, bijvoorbeeld tien VCSEL's van 780nm. Het VCSEL-array 33 wordt gedragen door het substraat 34, wat het mogelijk maakt dat het array wordt gefabriceerd met gebruikmaking van conventionele halfgeleidertechnieken. Elke VCSEL van het VCSEL-array 33 emitteert een laserbundel langs een pad, dat algemeen is gericht naar de basis 28, en specifiek door overeenkomstige holografische optische elementen 31. Elk holografisch optisch element werkt op een wijze die soortgelijk is aan een lens.

De VCSEL’s van het VCSEL-array 33 emitteren laserlichtbundels die loodrecht zijn ten opzichte het halfgeleidersubstraat 34 door roosters die langs het pad van de lichtbundels en grenzend aan het benedenop-pervlak van de holografische optische elementen 31 zijn gepositioneerd. De laserlichtbundels worden gesplitst in een hoofdbundel en secundaire bundels, en worden gefocusseerd op het data-opslagmedium 35· Het data-opslagmedium 35 kan althans nagenoeg elk data-opslagmedium zijn waartoe een laser toegang heeft. In dit voorbeeld is het data-opslagmedium 35 datgene waarnaar gewoonlijk wordt verwezen als een compact disc, waarvan het oppervlak bestaat uit contactvlakken en putten die de informatie dragen die door de fotodetectoren 39 moet worden gedetecteerd. Het data-opslagmedium 35 kan ook een bandmedium of dergelijke zijn. De gesplitste bundels worden van het data-opslagmedium 35 op de fotodetectoren 39 gereflecteerd, die bij voorkeur fotodioden zijn. De veranderingen in de lichtintensiteit door het geleidbaarheidsmechanisme van de fotodetectoren op het halfgeleider-substraat informeert het data-opzoeksysteem van de parallelle-data-leesopneemkopbehuizing 30 over de overgang van het data-opslagmedium 35 vein een put naar een contactvlak, en vice versa.

De parallelle-leesdata-opneemkopbehuizing 30 verhoogt de snelheid van de toegang tot de data van het data-opslagmedium 35 aanzienlijk door de veelheid VCSEL's die het VCSEL-array 33 vormen. De veelheid VCSEL's verhoogt de hoeveelheid informatie waartoe toegang kan worden genomen in één enkele passage van het data-opslagmedium 35· Aangezien elke afzonderlijke VCSEL op een verschillend en afzonderlijk informa-tiespoor op het data-opslagmedium 35 wordt gefocusseerd, wordt de optische opneming vermenigvuldigd met het aantal gebruikte VCSEL's.

Op het data-opslagmedium 35 wordt de informatie gecodeerd door contactvlakken en putten die zijn gedrukt op het schijfoppervlak dat ofwel de gefocusseerde laserbundel reflecteert ofwel de bundel verstrooit voor het registreren van de informatie die op het schijfopper-vlak is opgeslagen. De gereflecteerde bundel van het schijfoppervlak loopt door het holografische optische element 31 en wordt op de foto-detectoren 39 gereflecteerd om het datasignaal af te leiden.

De parallelle-leesdata-opneemkopbehuizing 30 maakt een eenvoudige samenbouw mogelijk en de eliminatie van verscheidene discrete componenten die in structuren uit de stand van de techniek vereist zijn, zoals een kwart-golflengte-plaat en objectieflens, door de integratie daarvan in het holografische optische element 31· De eenvoudige samenbouw van de gevormde behuizing 32 integreert de componenten van het parallelle-leesdata-opneemkopsamenstel 40, wat de verlaging van de fabricagekosten bewerkstelligt en de miniaturisatie van een optische opneemkop verbetert. Het VCSEL-array 33 maakt tevens een lagere data-toegangstijd mogelijk voor het opzoeken van data van het data-opslagmedium 35 als gevolg van de veelheid leeslichtbundels, exemplair zijn de 7ÖOnm VCSEL's met actieve gebieden van AlGaAs (gallium-aluminium-arsenide) of actieve gebieden van InGaAlAs. Het parallelle-leesdata-opneemkopsamenstel 40 omvat het halfgeleidersubstraat 34 dat de aan-drijfelektronica draagt voor het focusseren en volgen, zoals schematisch in figuur 3 is geïllustreerd. Het samenstel 40 gebruikt een geïntegreerde servomechanisme-aandrijfschakeling 37 en een geïntegreerde servomechanisme-ontvanger-schakeling 38 voor het instellen van de parallelie-leesdata-opneemkop voor het focusseren en volgen. Dit is mogelijk door de verbeterde nauwkeurigheid van de plaatsing van het VCSEL-array 33 en de fotodetectoren 39 door middel van fotolithografie.

De parallelle-leesdata-opneemkopbehuizing 30 verschaft een optische opneemkop die compacter en goedkoper is met een kortere werkaf-stand tussen het VCSEL-array 33 en het data-opslagmedium 35· Er bevindt zich tevens een dichter gefocusseerd punt van cirkelvormig licht 43 (slechts één is geïllustreerd), zoals is aangegeven in figuur op het data-opslagmedium 35 van elke VCSEL van het VCSEL-array 33. Het parallele-leesdata-opneemkopsamenstel 40 elimineert de noodzaak voor een kwart-golflengte-plaat of bundelvormende lenzen door de integratie van het holografische optische element 31· Een verdere verbetering in het parallelle-leesdata-opneemkopsamenstel 40 is de integratie van fotodetectoren 39 op het halfgeleidersubstraat 34 die ook de geïntegreerde servomechanisme-aandrijfschakeling 37 en de servomechanisme-ontvanger 38 draagt.

Het voordeel van de parallelle-leesdata-opneemkopbehuizing 30 is de verhoging van de leessnelheid van data van het data-opslagmedium 35 als gevolg van het parallelle optische leesproces door het gebruik van het VCSEL-array 33 dat gelijktijdig een veelheid sporen op het data-opslagmedium 35 leest. Een verder voordeel van de parallelle-leesdata-opneemkop 30 is de compactheid van de gevormde behuizing 32 dat in het midden ligt van het VCSEL-array 33 dat is gemonteerd op, of integraal is gevormd op het halfgeleidersubstraat 34, en de fotodetectoren 39, en dat de basis 28 met holografische optische elementen 31 in het pad van de lichtbundels van het VCSEL-array 33 draagt. Een voordeel van de parallelle-leesdata-opneemkop zijn de lagere kosten van vormtechnieken die worden gebruikt voor het fabriceren van de gevormde behuizing 32 met integrale componenten.

Met verwijzing naar figuur 3 wordt een deel van het parallelle-leesdata-opneemkopsamenstel 40 geïllustreerd, waarbij het halfgeleidersubstraat 34 het VCSEL-array 33 draagt, en fotodetectoren 39 omvat die de datasignalen, signalen voor focusseringscorrectie, en volgsig-nalen detecteren. Het parallelle-leesdata-opneemkopsamenstel 40 gebruikt de puntgrootte-detectiewerkwijze voor het focusseren van de laserbundels met gebruikmaking van een servomechanisme. De laserbundels die door het VCSEL-array 33 zijn geëmitteerd zijn loodrecht ten opzichte van het halfgeleidersubstraat 3^· De laserbundels passeren het hologrampatroon op de optische hologranelementen 31 en worden gefocusseerd op het compact-disc-dataopslagmedium 35· Elke gereflecteerde bundel van het data-opslagmedium 35 wordt gedetecteerd op de fotodetectoren PD1 - PD10 en PD11 - PD20, die in paren fotodetectoren 39 werken. De signalen die zijn verkregen van deze fotodetectoren worden gebruikt door een optische-kop-mechanisme voor het instellen voor signalen zoals een FES (focussing error signal * focussingsfout-signaal), en een TES (tracking error signal = volgfoutsignaal). Deze diverse signalen voor focus- en volgcorrecties worden wiskundig als volgt beschreven:

De focusseringsfout wordt gecorrigeerd door het toevoeren van de signalen van de buitenste fotodetectoren zoals wiskundig getoond:

Focusseringsfout = (PD1 + PD10) - (PD11 + PD20)

De volgfout wordt gecorrigeerd door het toevoeren van de signalen van de buitenste fotodetectoren zoals wiskundig getoond:

Volgfout = (PD1 + PD11) - (PD10 + PD20)

De fotodetectoren 39 die hierboven zijn beschreven worden gebruikt voor het corrigeren van focusserings- en volgfouten. Wanneer de gedetecteerde bundels niet van gelijke intensiteit zijn, wordt een servomechanisme (niet getoond) geactiveerd dat de parallelle-leesdata-opneemkopbehuizing 30 beweegt om de focusserings- en volgfouten te corrigeren. Het gereflecteerde licht van het data-opslagmedium 35 is niet altijd uniform en gelijk verdeeld op de fotodetectoren 39» wat focus- en volginstellingen mogelijk maakt. Door het berekenen van de verschillen tussen de sommen van de lichtintensiteit in verschillende paren fotodetectoren 39 zoals boven beschreven, kan het systeem focus-en volgfouten compenseren.

De beschreven foutcorrectie is in het algemeen die van een kwa-drantfotodetectorsysteem dat bestaat uit vier fotodetecteringselemen-ten die identieke dimensies hebben. De focus wordt ingesteld door gebruikmaking van de som van de signalen van de fotodetectoren PD1 en PD10 en aftrekking van de som van signalen van de fotodetectoren PD11 en PD20. Het focusmechanisme wordt dan ingesteld door gebruik te maken van het verschil tussen de som van gereproduceerde signalen op twee tegenovergestelde fotodetectie-elementen die op één hemisfeer van het kwadrant zijn aangebracht in tegenstelling tot de tweede door de optelling van signalen van beide zijden. Het focusfoutsignaal wordt toegevoerd aan het besturingsapparaat dat de parallelle-leesdata-op-neemkopbehuizing 30 beweegt.

Een volgfoutsignaal kan ook worden verkregen door gebruikmaking van het verschil tussen de som van gereproduceerde signalen aan twee fotodetectie-elementen van de linkerzijde, zoals aangegeven door de som van de fotodetectoren PD1 en PD11 als de som van de linkerzijde, en de som van de fotodetectoren PD10 en PD20 als de som van de rechterzijde. De volgfout is het verschil van optelling van signalen van de linker met de rechterzijde. Dit volgfoutsignaal wordt ingesteld voor het besturen van het gehele optische systeem, inclusief de paral-lelle-leesdata-opneemkopbehuizing 30.

Geïllustreerd in figuur *4 is de Gaussiaanse bundeltransformatie van een lichtbundel van het VCSEL-array 33» waarbij de resulterende gefocusseerde bundel door de focusseringslens *41 loopt, die dan wordt gefocusseerd op het data-opslagmedium 35· Er worden wiskundige vergelijkingen beschreven voor het kwantificeren van afstanden die gepaard gaan met het focusseringsmechanisme van de parallelle-leesdata-opneem-kopbehuizing 30. De focusseringslens *41 wordt vertegenwoordigd als één enkele optische lens, maar kan ook worden geïntegreerd in het optische hologramelement 31 als een integrale lens in het hologrampatroon. Een VCSEL-emitterende-opening *42 die zich in het VCSEL-array 33 bevindt is wiskundig geïllustreerd als 2W0 s 6 micrometer (in diameter). De lichtbundel van de VCSEL wordt gefocusseerd op het data-opslagmedium 35 als een gefocusseerd punt *43 van cirkelvormig licht, dat wiskundig is geïllustreerd als 2W0' * 1 micrometer.

Een afstand LI (aangeduid door *45) tussen de opening *42 en de focusseringslens *11 is geïllustreerd in figuur *4 en kan wiskundig worden bepaald door: a = Ll/f waarbij a een constante van de lens *41 is en f de focale lengte is. In dit specifieke voorbeeld zijn deze afstanden: LI = 21 millimeter a = 7 f = 3 millimeter

Een afstand L2 (aangeduid met 44) tussen de focusseringslens 4l en het oppervlak van het data-opslagmedium 35 kan wiskundig worden berekend als: a’ = L2/f waarbij a' = a/a-1

In dit specifieke voorbeeld zijn deze afstanden L2 = 3,5 millimeter f = 3 millimeter

Een vergelijking van de Gaussiaanse bundeltransformatiefactor is:

W0'/W0 = 1/a-l, a' = a/a-1 waarbij a = 7.

wo = 3 micrometer, en NA = 0,5,

De parallelle-leesdata-opneemkopbehuizing verschaft veel verbeteringen ten opzichte van de stand van de techniek, zoals lagere fabri-cagekosten, een compactere optische opneemkop door gebruikmaking van een VCSEL-array, gebruikmaking van holografische optische elementen en geschikt gevormde behuizingen. Het holografische optische element is een verbetering ten opzichte van de systemen uit de stand van de tech niek die een veelheid focusserings- en vormlenzen vereisen, aangezien het in het algemeen één enkele optische focusseringslens (zoals weergegeven in figuur 4) voor de miniaturisatie nodig heeft. Het VCSEL-array is een verbetering ten opzichte van één enkele VCSEL-optische-opneemkop door de verminderde toegangstijd die mogelijk is voor het lezen van data vanuit een data-opslagmedium.

Het voordeel van de parallelle-leesdata-opneemkopbehuizing overeenkomstig de onderhavige uitvinding is de verhoging van de leessnelheid van data als gevolg van het gebruik van een VCSEL-array die gelijktijdig een veelheid sporen op een data-opslagmedium leest. Een verder voordeel van de parallelle-leesdata-opneemkop is de compactheid van de gevormde behuizing, die een VCSEL-array omvat dat is gemonteerd op, of integraal is gevormd op een halfgeleidersubstraat, en fotode-tectoren, en dat een basis draagt met holografische optische elementen in het pad van de lichtbundels van het VCSEL-array. Een ander voordeel van de parallelle-leesdata-opneemkop zijn de lagere kosten van vorm-technieken die worden gebruikt voor het fabriceren van de gevormde behuizing met integrale componenten.

Diverse veranderingen en modificaties aan de uitvoeringsvormen die hierin zijn gekozen voor illustratieve doeleinden zullen de vakman snel duidelijk zijn. Voor zover dergelijke modificaties en variaties niet afwijken van de geest van de uitvinding, zijn deze bestemd om binnen de reikwijdte daarvan te vallen die alleen door een redelijke intepretatie van de volgende conclusies wordt bepaald.

Nu de uitvinding volledig is beschreven in zodanig duidelijke en korte termen dat de vakman deze kan begrijpen en uitvoeren, volgen hieronder de conclusies.

Claims (9)

1. Optisch opneemkopsamenstel (30) voor het lezen van informatie vanuit een data-opslagmedium (35). waarbij het opneemkopsamenstel (30) is gekenmerkt door: een veelheid VCSEL's (33) (VCSEL = vertical cavity surface emitting laser » verticale-holte-oppervlakte-emitterende laser) voor het emitteren van lichtbundels langs een veelheid paden; focusseringsmiddelen (31) voor het richten van de veelheid lichtbundels op het data-opslagmedium (35); lichtontvangmiddelen (39) voor het ontvangen van een veelheid lichtbundels die worden gereflecteerd van het data-opslagmedium (35); en volgmiddelen (37. 38) voor het positioneren van de veelheid lichtbundels.

2. Optisch opneemkopsamenstel volgens conclusie 1, waarbij de focusseringsmiddelen verder zijn gekenmerkt door een veelheid holografische optische elementen (31) die in het pad van de bundels zijn gepositioneerd.

3· Optisch opneemkopsamenstel volgens conclusie 2, waarbij de lichtontvangmiddelen verder zijn gekenmerkt door een veelheid fotode-tectoren (39) voor het ontvangen van licht dat is gereflecteerd van het data-opslagmedium (35)· *1. Optisch opneemkopsamenstel volgens conclusie 3. verder gekenmerkt door een halfgeleidersubstraat, waarbij het substraat (3*0 de veelheid VCSEL's (33) en de fotodetectoren (39) draagt.

5. Optisch opneemkopsamenstel volgens conclusie *♦, waarbij de lichtontvangmiddelen verder zijn gekenmerkt door fotodetectoren die bestaan uit een veelheid fotodioden (33) die in het halfgeleidersubstraat (3*0 zijn gevormd.

6. Optisch opneemkopsamenstel volgens conclusie k, waarbij de volgmiddelen (37. 38) verder zijn· gekenmerkt door een holografisch optisch element (31) dat langs het pad van de bundel is gepositioneerd.

7. Optische opneemkopbehuizing volgens conclusie 1, waarbij de volgmiddelen verder zijn gekenmerkt door een veelheid roosters die grenzend aan de holografische optische elementen en langs het pad van de bundel zijn gepositioneerd.

8. Optisch opneemkopsamenstel volgens conclusie 7. verder gekenmerkt door een gevormde behuizing (32) die in het midden van het half-geleidersubstraat (3*0 ligt.

9. Optische opneemkopbehuizing (30) voor het lezen van informatie vanuit een data-opslagmedium (35). waarbij de opneemkopbehuizing (30) is gekenmerkt door: een gevormde behuizing (32); en een optisch opneemkopsamenstel (*t0) dat wordt gedragen door de gevormde behuizing (32), waarbij het optische opneemsamenstel (^0) omvat; een halfgeleidersubstraat (3*0; een veelheid VCSEL's (33) die worden gedragen door het substraat (3*0 voor het emitteren van lichtbundels langs een veelheid paden; focusseringsmiddelen (31) voor het richten van de veelheid lichtbundels op het data-opslagmedium (35); een veelheid fotodetectoren (39) die worden gedragen door het substraat (3*0; en volgmiddelen (37. 38) die zijn gekoppeld aan de fotodetectoren (39) voor het positioneren van de veelheid lichtbundels.

10. Optische opneemkopbehuizing volgens conclusie 9. waarbij de focusseringsmiddelen verder zijn gekenmerkt door een veelheid holografische optische elementen die in het pad van de bundels zijn gepositioneerd.