TWI237253B - Optical scanning head and its production method - Google Patents

Description

1237253 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種光學掃描頭及其製造方法，該光學掃描 頭特別是用來讀取一種光學資料記憶體 【先前技術】 傳統之光學掃描頭（例如用在C D遊戲機或d V D遊戲機中 者）通常由分離之主動組件和被動組件所構成，這些組件 各別地製成且混合地組裝至金屬外殼中。此種掃描頭典型 上包含：一種雷射源；光學組件（例如透鏡和分光器）；延 遲板；以及監視-和信號功能用之偵測器。該信號偵測器 測得一種光束以測量各種蹤跡，距離和信號位準。該光束 由雷射二極體發出且由CD碟片或DVD碟片反射。該監視 偵測器用來控制已發出之雷射功率。 該監視偵測器通常配置在雷射源之附近。例如，可設計 成使該雷射束之一部份直接在已加有外殼之雷射二極體後 方入射至監視器-光二極體。該信號偵測器典型上是以各 別之組件而固定在該掃描頭之金屬外殼上。 上述掃描頭之大小大約是30 mm*40 mm且由於離散式之 構造而較大和較重。該監視偵測器和信號偵測器位於一種 相隔開之外殼中且須各自調整。 【發明內容】 本發明之目的是提供一種光學掃描頭，其重量較小且空 間需求亦較小且其各組件可簡易地互相調整。本發明亦提 供此種光學掃描頭之製造方法，其可達成一種成本有利& 1237253 製程及安裝。 上述目的以申請專利範圍第1項之光學掃描頭及第1 6項 之製造方法來達成。本發明其它有利之形式描述在申請專 利範圍第2至1 5和第1 7至2 1項中。 本發明中上述形式之光學掃描頭具有一種基板，該基板 包含：一主面；一配置在該基板主面上之邊緣發射式雷射 組件，其發射軸平行於第一主面；一配置在該基板主面上 之轉向裝置，其使該雷射束轉向至一垂直於該主面之方向 中；至少一信號偵測器，其用來測定該由光學資料記憶體 所反射之雷射束；一光學元件，其使已轉向之雷射束傳送 至該光學資料記億體且使已反射之雷射束傳送到至少一信 號偵測器，其中該光學元件經由至少一支撐元件而與該基 板相連。 藉由使多種功能整合在唯一之基板上，則可達成很小之 尺寸且因此可使該掃描頭之重量很小。這樣可使本發明之 掃描頭特別適用於行動式之應用中，例如，可用於照相機， 音樂播放器，遊戲控制板，電子書（e-Books)，PDAs，Laptops 或電腦周邊裝置中。此外，上述之整合作用可使用成本有 利之製造方法和安裝方法，使本發明之掃描頭之製造成本 較傳統之拾取系統（Pick-up)者還小。由於掃描頭之重量小， 則其存取時間可較傳統之拾取系統者還快。 在本發明之光學掃描頭之較佳之形式中，.該轉向裝置亦 以一種支撐裝置來形成，藉此使該光學元件可與該基板相 連0 1237253 有利之方式是使該發射方向-信號偵測器在該雷射組件之 發射軸上配置在該基板之主面上且在發射方向中配置在該 轉向裝置之後。因此，該雷射組件，該轉向裝置和該發射 方向-信號偵測器依序配置在一直線上。 同樣有利之方式是：除了該發射方向-信號偵測器之外， 一種對立方向-信號偵測器在該雷射組件之發射軸上配置在 該基板之主面上且與該雷射組件之發射方向成相反方向。 在該雷射組件和該對立方向-信號偵測器之間配置一種支 撐元件，藉此使該光學元件可與該基板相連。 依此種方式，有利的是：該配置在雷射組件和該對立方 向-信號偵測器之間之支撐元件在其面向該雷射組件之面上 設有一種金屬鏡面或介電質鏡面。這樣可有效地使該雷射 組件之散射光不會耦合至該對立方向-信號偵測器中。 另一方式是：該配置在雷射組件和該對立方向-信號偵測 器之間之支撐元件在其面向該雷射組件之面上設有一種吸 收層。這樣亦可抑制該散射光耦合至該對立方向-信號偵測 器中。 “使該已耦合進入之散射光廣泛地減少”能以下述方式達 成：該配置在雷射組件和該對立方向-信號偵測器之間之支 撐元件以一種轉向元件來構成，其使該雷射組件之散射光 轉向而由該對立方向-信號偵測器偏離。有利之方式是該支 撐元件使該散射光轉向至一垂直於主面之方向中。 本發明之光學掃描頭之整合性能以下述方式進一步提 高：至少一信號偵測器形成在該基板中。至少該信號偵測 1237253 器可較佳地包含一形成在該基板中之PIN-光二極體所形成 之陣列。 在該光學掃描頭之另一較佳之實施形式中，一監視偵測 器同樣整合在基板上以控制該雷射組件之已發出之功率。 在另一實施形式中，各支撐元件配置在該轉換鏡面之旁 側且各偵測器組裝在該鏡面和各支撐元件之間。該光學元 件固定在各支撐元件上。 該基板有利之方式是由砂基板所形成。可使用半導體工 業中成本有利之製程作爲本發明之製造方法和安裝方法。 至少一支撐元件及/或該轉向元件可由玻璃來製成且藉由 黏合或陽極結合而不可拆卸地與基板相連接。 該基板之主面之面積大約是10 mm2或更小。 在本發明之上述光學掃描頭之製造方法中，在製造該轉 向元件時， -一玻璃晶圓被切割成各別之條片， -在各條片上以一預定之角度（特別是大約4 5 〇)來進行硏 磨， -在已硏磨之面上塗佈一種高反射之鏡面層，以獲得一種 雷射束轉向用之轉向棱鏡， •對該轉向棱鏡進行校準且使其不可拆卸地與該基板相 連。 該轉向棱鏡可有利地藉由陽極結合而與該基板相連接。 在該玻璃晶圓被切銀之前，須適當地使該玻璃晶圓之前側 上之各區域被金屬化，以便在該轉向棱鏡與該基板連接之 1237253 後提供多個結合各光學組件用之焊接面。同樣有利的是在 該玻璃晶圓被切鋸之前藉由噴砂而在該玻璃晶圓之背面中 形成溝渠。 在本發明之方法之特別有利之形式中，各支撐元件與該 轉向元件同時由該玻璃晶圓所製成。 較佳是在基板中由PIN-光二極體之陣列來形成信號偵測 器。 本發明之其它形式，特徵和細節描述在申請專利範圍各 項，圖式和各實施例中。 【實施方式】 本發明以下將依據圖式中之實施例來描述，圖中只顯示 對本發明之了解是重要之元件。 本發明之第一實施例以第1，2圖來說明。第1圖是在安 裝該玻璃棱鏡之前以1 0來表示之矽基片之俯視圖。第2 圖是以雷射和透鏡安裝該玻璃棱鏡之後第1圖之矽基片1 0 之切面圖。 該石夕基片10包含：一種大約1.3 mm*4.8 mm大之砂基板 1 2 ;晶片結合面1 4，1 6 ;二個監視光二極體1 8 ;二個信號 二極體20，22。在該晶片結合面14上施加一散熱片28且 在該散熱片28上施加一種邊緣發射式之雷射二極體30， 其在操作時沿著該發射軸34發出紅色之雷射輻射32。該 晶片結合面16承載該積體電路42，其是一種放大器-或雷 射驅動電路。 在玻璃結合面24，26上藉由陽極結合使二個玻璃棱鏡 1237253 3 6，3 8以不可拆卸之方式而與該基板1 2相連接。各玻璃 棱鏡一方面用作支撐元件’其上例如藉由焊接而固定一個 光學組件4 0。該玻璃棱鏡3 6另外可用作轉向棱鏡，其使 該平行於基板1 2之表面-且沿著該發射軸3 4而發出之雷射 輻射32轉向90Q。 光學組件4 0使已轉向之雷射幅射傳送至一未顯示之光學 記憶媒體且使該處已反射之雷射輻射傳送回至信號二極體 2 0，2 2。該記憶媒體上依據點線而被調變之信號在其由各 信號二極體20，22所偵測之後以習知之方式用來傳送資料% 且用來作蹤跡辨認及蹤跡導引。 ' 該玻璃棱鏡38在其面向雷射二極體30之面上施加一鋁 層44，以防止該雜散輻射由該雷射二極體3 〇到達信號二 極體2 2。若不施加該鋁層，則該玻璃棱鏡亦可設有其它金 屬層（例如，AlSi-層）或介電質層（例如，由氧化鋁/矽所構 成者）。

第3 a至3 c圖顯示三種使雷射散射光受到抑制所用之已 簡化之形式。第3a圖中該玻璃棱鏡38A設有一吸收層44A 以取代一鏡面44。第3b圖中該玻璃棱鏡38B以4 5。-鏡面 構成’其鏡面44B使雷射散射光向上反射而偏離。該面44B 可以一種具有金屬層或介電質層之標準鏡面來形成或設有 一種吸收層。第3c圖是第3b圖之另一種形式，其中該玻 璃棱鏡38C之45、鏡面44C向下對準，即，雷射散射光轉 向至基板中且在該處被吸收。此處該面44C可設有反射層 或設有一1種吸收層。 -10- 1237253 請再參考第1，2圖，該矽基板12在功能上除了用作其 上所配置之玻璃棱鏡36，38，雷射二極體30和Ics 42之 載體之外，亦可作爲散熱片和PIN-光二極體陣列（其包含 各監視光二極體1 8和信號二極體20，22)用之基板。各監 視二極體1 8配置在雷射二極體30附近且測定各光學組件 之一之反射返回量以調整雷射功率。 本發明之矽基片50之另一實施形式顯示在第4, 5圖中。 與第1，2圖中相同之參考符號代表相同之元件。該矽基 片5〇與矽基片10不同之處特別是在監視二極體52之配置 方式。本實施例中該監視二極體52配置在轉向棱鏡36之 下，其接收該雷射輻射3 2之經由該轉向棱鏡之反射面-且 折射至該監視二極體5 2之此部份輻射5 4以作爲監視信號。 此外’第5圖之實施例以散射光降低用之裝置來達成第 3c圖所示之形式，其中該支撐元件38以轉向元件來形成， 其鏡面44C對該基板12之傾斜角小於450。 第6，7圖是本發明之砍基片60之另一實施例。與第1， 2圖之矽基片1 0中相同之參考符號代表相同之元件。在石夕 基片60中，唯一之信號偵測器62(其用來取代第丨圖之一 對信號偵測器20，23)承擔該追蹤，信號位準之測量和聚 焦等全部之功bS。該監視—'極體64在與該雷射之發射方 向成相反之方向中直接配置在第一晶片結合面丨4之後。 弟8圖是弟7圖之另一^種形式’其中第二支撐元件74在 發射方向中在唯一之信號偵測器62之後結合至基板丨2上。 其餘各元件之配置方式對應於第7圖中者。 1237253 本發明另一實施例顯示在第9，10圖中。在矽基片80中 除了玻璃結合面82(其用來容納該轉向棱鏡84)之外不需其 它之玻璃支撐點。該轉向稜鏡84因此是該光學組件40用 之唯一之支撐元件。信號二極體20，22之配置和形式在本 實施例中對應於第1圖和第6圖中者。 本發明另一實施例顯示在第11圖中，各支撐元件38D，

38E配置在該轉向鏡面36之旁側且各偵測器20，22組裝 在該鏡面36和各支撐元件38D，3 8E之間。該光學元件40 固定在各支撐元件上。 第12a至d圖顯示信號偵測器陣列90, 92, 94或96之4種 形式。每一陣列均允許對該已反射之雷射光之蹤跡，距離 和信號位準進行一種良好之測量且可用於上述矽基片之信 號偵測器20，22或62之一之中。

現在依據第1 3圖來說明玻璃棱鏡之製造及其安裝在矽基 片上之情況。該矽基片之製造是在晶圓複合物中，例如在 150 mm或200 mm圓板上，進行，其中例如1500個基片可 配置在150 mm晶圓上。 在第1 3 a圖之第一操作步驟中，在一種玻璃晶圓1 〇〇上 使各區域1 02金屬化，這些區域稍後用作焊接面以結合各 光學組件40。然後在該玻璃晶圓100之背面上藉由噴砂法 而形成大約20 um深之溝渠104。然後對該玻璃晶圓1〇〇 進行切鋸，以形成多個各別之條片1〇6(第13b圖）。 如第13c圖所示，然後在多個條片106上一起對各45〇 面108進行硏磨。各面108在下一操作過程中被拋光且塗 -12- 1237253 佈一種雷射輻射用之高反射之鏡面。然後該棱鏡在矽晶圓 1 1 0上定向且以陽極方式結合，如第1 3 d圖所示。 藉由其它不同之切鋸步驟，則玻璃中間部份可分別被切 離，以便由每一玻璃條1 06來形成一種轉向棱鏡36和另一 支撐元件38。各別之基片112互相隔開，如第13e圖所示。 各基片112首先仍固定在一種箔上且隨後藉由pick & Place 而以習知之方式設定在掃描頭外殻中。 本發明依據各實施例所作之說明當然不是對本發明之一 種限制。反之，本發明包含已揭示之各種特徵及其可能之 每一種組合，當這些組合在申請專利範圍各項中不是很明 顯時亦同。 【圖式簡單說明】 第1圖 在安裝該玻璃棱鏡之前本發明之一實施例之矽基 板之俯視圖。 第2圖 以雷射和透鏡安裝該玻璃棱鏡之後第1圖之矽基 板之切面圖。 第3a至3b圖以圖解方式顯示三種使雷射散射光受到抑 制之方式。 第4圖 本發明另一實施例中如第1圖所示之矽基板之俯 視圖。 第5圖 係第4圖之矽基板之切面圖，類似於第2圖。 第6圖 本發明另一實施例中如第1圖所示之矽基板之俯 視圖。 第7圖 在安裝該玻璃棱鏡之後第6圖之矽基板之切面。 -13- 1237253 第 8圖 本 發 明 另 —* 實 施 例 中 如 第 7 圖所示之矽基板之 切 面 圖 〇 第 9圖 本 發 明 另 一 實 施 例 中 如 第 1 圖所示之矽基板之 俯 視 圖 〇 第 10圖 在 安 裝 該 玻 璃 棱 鏡 之 後 第 9 圖之矽基板之切面 〇 第 1 1圖 本 發 明 另 一 實 施 例 之 矽 基: 板 之切面圖和俯視圖 0 第 1 2 a至 d 圖 本 發 明 之 每 一 矽 基 板 中形成信號二極體 所 用 之 4 種形式。 第 13a至 e 圖 本 發 明 製 成 該 玻 璃 棱 鏡所用之方法和使 該 玻 璃 棱 鏡 安 裝 在 矽 基 板 上) 听 用之各步驟。 主 要元件 之 符 號 表 ·· 10 ，50， 60 矽 基 片 12 矽 基 板 14 ’16 晶 片 結 合 面 18 監 視 光 二 極 體 20 ，22， 23 信 號 二 極 體 24 5 26 玻 璃 結 合 面 28 散 熱 片 30 雷 射 二 極 體 32 雷 射 輻 射 34 發 射 軸 36 5 38 玻 璃 棱 鏡 40 光 學 組 件 42 積 體 電 路 -14 - 1237253 44 52，64 54 62 74 82 84 90 ， 92 ， 94 ， 96 100 102 104 106 108 1 10 112 鋁層 監視二極體 輻射 信號偵測器 支撐元件 玻璃結合面 轉向棱鏡 信號偵測器陣列 玻璃晶圓 區域 溝渠 條片 面 5夕晶圓 基片 -15-

Claims (1)

1. 曰j ^ 拾-e申請專利範圍·· 第9 2 1 2 4 1 9 5號「光學掃描頭及其製造方法」專利案 (93年1 1月修正） 1. 一種讀出光學資料記憶體所用之光學掃描頭，其包含： •一基板（12)，其具有一主面， -一配置在該基板（1 2)之主面上之邊緣發射式雷射組件 (30)，其發射軸（34)平行於第一主面而對準， -一配置在該基板（12)之主面上之轉向裝置（36)，其使該 雷射輻射（3 2)轉向至一垂直於該主面之方向中， -至少一信號偵測器（20，22 ; 62)，其用來測定該由光 學資料記憶體所反射之雷射輻射， -一種光學元件（40)，其使該已轉向之雷射輻射傳送至 光學資料記憶體且使已反射之雷射輻射傳送到至少一信 號偵測器（20，22)，其特徵爲： 該光學元件（40)經由至少一支撐元件（36，38)而與該基 板（12)相連。 2. 如申請專利範圍第1項之光學掃描頭，其中該轉向裝置（36) 同時形成一種支撐元件，藉此使該光學元件（40)可與該 基板（12)相連。 3. 如申請專利範圍第丨或2項之光學掃描頭，其中該發射 方向-信號偵測器（20 ; 62)在該雷射組件（30)之發射軸（34) 上配置在該基板（12)主面上且在該發射方向（3 2)中配置在 該轉向裝置（36)之後。 4. 如申請專利範圍第1項之光學掃描頭，其中一種對立方

   ^號偵測器（22)在該雷射組件（30)之發射軸（34)上配 置在該基板（12)主面上且與該發射方向（3 2)成相反方向。 5 .如申請專利範圍第4項之光學掃描頭，其中在該雷射組 件（3 0)和該對立方向-信號偵測器（22)之間配置一種支撐 元件（38)，藉此使該光學元件（40)可與基板（12)相連。 6. 如申請專利範圍第5項之光學掃描頭，其中配置在該雷 射組件（30)和該對立方向-信號偵測器（22)之間之支撐元 件（3 8)在其面向該雷射組件之面上設有一種金屬-或介電 質鏡面層（4 4)。 7. 如申請專利範圍第5項之光學掃描頭，其中配置在該雷 射組件（30)和該對立方向-信號偵測器（22)之間之支撐元 件（38A)在其面向該雷射組件之面上設有一種吸收層 (44A)。 8. 如申請專利範圍第5項之光學掃描頭，其中配置在該雷 射組件（30)和該對立方向-信號偵測器（22)之間之支撐元 件形成一轉向裝置（38B, 38C)，其使雷射組件（30)之散射 光轉向而由該對立方向-信號偵測器（22)偏離。 9. 如申請專利範圍第8項之光學掃描頭，其中形成該轉向 裝置（3 8 B, 3 8C)之支撐元件使散射光轉向至一垂直於主面 之方向中。 10·如申請專利範圍第丨項之光學掃描頭，其中至少一信號 偵測器（20，22; 62)形成在基板（12)中。 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項之光學掃描頭，其中至少一信號 偵測器（20，22; 62)包含一由形成於基板（12)中之PIN-光 <一^ 二極體所構成之陣列（90;92;94;96)。 1 2.如申請專利範圍第1項之光學掃描頭，其中該監視偵測 器（18 ; 52 ; 64)整合在基板（12)上以控制該雷射組件（30) 之已發出之功率。 1 3 .如申請專利範圍第1項之光學掃描頭，其中各支撐元件 (38D，38Ε)配置在該轉向鏡面（36)之旁側，各偵測器（20， 22)組裝在該鏡面（3 6)和各支撐元件（3 8D，3 8Ε)之間且該光 學元件（40)固定在各支撐元件（3 8D，3 8Ε)上。 14.如申請專利範圍第1項之光學掃描頭，其中該基板（12) φ 由矽基板所形成。 1 5 ·如申請專利範圍第1項之光學掃描頭，其中至少一支撐 元件（36，38)及/或該轉向裝置（36)由玻璃所製成且以不可 ‘ 拆卸之方式而與該基板相連。 丄6·如申請專利範圍第1項之光學掃描頭，其中該基板（12) 之主面之面積是10 mm2或更小。 1 7 · —種如申請專利範圍第1至1 6項中任一項之光學掃描頭 之製造方法，其特徵爲製造該轉向裝置時 φ -玻璃晶圓切割成各別之條片， -在各條片上以一預定之角度（特別是45〇)對各面進行硏 磨）， -已硏磨之各面被塗佈一種高反射之鏡面層，以便獲得 該雷射輻射轉向用之轉向棱鏡， -對該轉向棱鏡進行校準且以不可拆卸之方式而與基板 相連。 ，且I 8 ·如ΐ M專利fc圍第1 7項之製造方法，其中該轉向棱鏡藉 由陽極結合而與該基板相連接。 19·如申請專利範圍第17或18項之製造方法，其中在該玻 璃曰s圓切銅之則使該玻璃晶圓之前側上之各區域被金屬 化’以便在該轉向棱鏡與基板相連之後形成多個光學組 件結合用之焊接面。 20·如申請專利範圍第17 項之製造方法，其中在該玻璃晶 圓藉由噴砂進行切鋸之前在該玻璃晶圓之背面中形成溝 渠。 2 1 ·如申請專利範圍第17 項之製造方法，其中各支撐元件 係與該轉向裝置一起由玻璃晶圓製成。 22.如申請專利範圍第17 項之製造方法，其中信號偵測器 由基板中之PIN-光二極體所形成之陣列所構成。