专利名称：组合光学设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及组合光学设备，特别是涉及适用于所谓激光耦合器的光学设备。
组合光学设备叫做激光耦合器。例如，
图1、2和3表示通常用作小型CD唱机光拾取器的激光耦合器。图1是激光耦合器透视图，图2是激光耦合器的纵向截面图，以及图3是在激光耦合器中微棱镜粘接部分的放大截面图。
如图1和2中所示，激光耦合器包括被以紧密关系装配在光敏二极管集成电路(下文称为光敏二极管IC)器1上的依次支撑在其上的半导体激光器104、光敏二极管103和由光学玻璃和LOP(光敏二极管激光器)片制成的微棱镜102。光敏二极管IC101包括一对用于检测光信号的光敏二极管PD1和PD2、电流电压(I-V)变换放大器和算法处理单元(后两个没有示出)，上述器件都装在形成在硅支撑体上的IC中。光敏二极管103是以监视从半导体激光器104的后端面输出的光和控制从半导体激光器104前端面输出的光束构成的。
如图2中所示，微棱镜102具有起入射面作用的倾斜面102a、顶面102b、底面102c、端面102d和端面102e。微棱镜102已经在斜面102a上形成半反射镜105并在顶面102b上形成全反射膜106。较靠近LOP片的端面102d是一个抛光面，而光吸收膜107形成在与LOP片相对的端面102e上。
如图3中所示，抗反射膜108形成在微棱镜102的整个底面102c上、而二氧化硅(SiO2)膜109形成在抗反射膜108上。另一方面，在光敏二极管IC101的光敏二极管PD1上形成的是氮化硅(SiN)膜110，在其上形成二氧化硅膜111作为钝化膜以遮盖氮化硅膜110和光敏二极管PD2的表面。形成在微棱镜102的底面102c上的二氧化硅膜109用粘合剂112粘接到光敏二极管IC101上的二氧化硅膜111上，以便把微棱镜102装在光敏二极管IC101上。在这种情况下，在光敏二极管PD1上的氮化硅膜110和位于上面的二氧化硅膜111就组成一个半反射镜。二氧化硅膜109用于加强粘合剂112粘接微棱镜102的粘接强度。二氧化硅膜111是用于光敏二极管IC101表面的钝化，并加强用粘合剂112粘接微棱镜102的粘接强度。在图2中，省略二氧化硅膜109和氮化硅膜110的说明。
光敏二极管PD1和PD2在此使用的是如图4中所示的4分区类型。在同一图中，A1到A4表示分区类型光敏二极管PD1的单独的光敏二极管，而B1到B4表示分区类型光敏二极管PD2的单独的光敏二极管。
具有上述结构的激光耦合器，如图5中所示，＂激光耦合器被容纳在由陶瓷制的扁平密封包113中，例如，用窗盖(未示出)来密封的。
接下来参考图6来说明激光耦合器的工作。
如图6中所示，从半导体激光器104前端面射出的激光束L，首先被在微棱镜102的斜面102a上的半反射镜(未示出)反射，然后被物镜OL聚焦到盘D上，用于从盘D上读出信号。被盘D反射的激光束L经过在微棱镜102的斜面102上的半反射镜(未示出)进入到微棱镜102。进入微棱镜102的光束的一半(50％)进入光敏二极管PD1，而光束的另一半(50％)被在光敏二极管PD1上的半反射镜(未示出)反射，然后被微棱镜102的顶面102b反射到光敏二极管PD2上。
激光耦合器的设计是，当激光束L聚焦在盘D的记录面上时，使得在光敏二极管PD1和PD2的前面和背面的光点大小相等；然而，如果聚焦偏离于记录面，那么，在光敏二极管PD1和PD2上的光点大小就会互相不同。于是，如果聚焦偏差对应于从光敏二极管PD1输出的信号和从光敏二极管PD2输出的信号之间差的话，就可检测到聚焦误差信号。聚焦误差信号对应于位于盘记录面上聚焦位置的点是零，就是说，这刚好是聚焦点。通过聚焦伺服系统的反馈控制使得聚焦误差信号变为零，就能保持正确的聚焦状态，盘D就能以良好条件重放。在图4中，聚焦误差信号是由(A1+A2+B3+B4)-(A3+A4+B1+B2)组成的。
一个上述普通激光耦合器的改进型式，如图7中所示，其差别在于其反射镜114形成在相应于经过抗反射膜108的光敏二极管PD1的微棱镜102的底面102c的区域中，还在于二氧化硅膜111形成在光敏二极管IC101的整个面上。
在图1，2和3中所示的普通激光耦合器中，形成在光敏二极管PD1上的氮化硅膜110与二氧化硅膜111一起组成半反射镜，在制造光敏二极管IC101的过程中，首先在光敏二极管IC101的整个表面上制成氮化硅膜，然后用腐蚀方法摹制氮化硅膜。就是说，普通的激光耦合器需要制版和蚀刻，有选择地仅在光敏二极管PD1上形成氮化硅膜110，因此就增加了光敏二极管PD1的制造成本。
在图7中所示的最近的激光耦合器的情况中，在光敏二极管IC101上不需要半反射镜，因此制造就便宜。然而，微棱镜102需要在底面102a的选择区域上制成半反射镜114，这样，就增加了制造微棱镜102的成本。
由于上面说明的原因，至今要降低激光耦合器的制造成本已经是很困难了。
因此，本发明目的是要提供一种低制造成本的组合光学设备。
根据本发明，提供的组合光学设备包括支持体，至少具有第一光检测设备、第二光检测设备、耦合到第一光检测设备输出的第一电流电压变换放大器、和耦合到第二光检测设备输出的第二电流电压变换放大器；和形成在支持体上的光发射设备；形成在支持体上的棱镜，位于第一光检测设备和第二光检测设备之上，其中经过棱镜的预定的入射面进入棱镜的光束被二分叉并引进到第一光检测设备和第二光检测设备；和在引入到第一光检测设备的入射光的总量和引入到第二光检测设备入射光的总量之间的差是用调节在第一电流电压变换放大器的增益和第二电流电压变换放大器的增益之间的差来校正的。
第一电流电压变换放大器的增益和第二电流电压变换放大器增益之间的差，最典型的是用调节在第一电流变换放大器中的电阻值和/或在第二电流电压变换放大器中的电阻值来确定的。
本发明的一个方面，半反射镜是形成在棱镜的整个底面区域上。例如，半反射镜是由多层电介质膜构成。
本发明的另一个方面，半反射镜是形成在支持体的整个表面上。例如，半反射是由形成在支持体上的氮化硅膜和形成在氮化硅膜上的二氧化硅膜构成。
本发明再有一个方面，半反射镜由支持体和形成在支持体整个表面上的钝化膜之间的界面构成。
支持体典型的是半导体基片，例如，可以是硅(Si)基片。
支持体的钝化膜，例如是二氧化硅(SiO2)膜。
第一光检测设备和第二光检测设备典型地是多分区型，具体地说是4分区型。
在本发明典型的情况中，组合光学设备是激光耦合器。
根据本发明一个其它方面的组合光学设备，其中，在入射到第一光检测设备的光总量和入射到第二光检测设备的光总量之间的差是用第一电流电压变换放大器的增益和第二电流电压变换放大器增益之间的差来校正的，因此不需要在支持体的选定部分或在棱镜底面的选定部分上局部地形成半反射镜，但是允许在支持体的整个面上或在棱镜底面的整个区域上形成半反射鏡。因此，制造支持体和棱镜就很经济。结果就是减少了例如激光耦合器的组合光学设备制造成本。
在阅读结合附图的详细描述之后，本发明的以上和其它方面的、本发明目的、特征和优点将变得很明显。
图1是普通的激光耦合器的透视图；图2是普通的激光耦合器的截面图；图3是普通的激光耦合器的比例放大的局部视图；图4是普通的激光耦合器的光敏二极管IC中的光敏二极管的模型平面视图；图5是在平面封装中通常的激光耦合器封装中的透视图；图6是说明用于CD唱机的光拾取器的激光耦合器工作的示意图7是另一个普通的激光耦合器的局部、放大、截面图；图8是根据本发明第一实施例的激光耦合器的截面图；图9是本发明第一实施例的激光耦合器的局部、放大截面图；图10是本发明第一实施例的激光耦合器的光敏二极管IC的方框图；图11是根据本发明第一实施例的激光耦合器的光敏二极管IC中的I-V变换放大器电路和加法放大器电路的电路图；图12是根据本发明第二实施例的激光耦合器的放大、截面图；和图13是根据本发明第二实施例的激光耦合器的放大、截面图。
下面参考附图来说明本发明的实施例。在所有实施例的图中，公共的或等效部分或部件都用同一标号标定。
图8是本发明第一实施例的激光耦合器的截面图。图9是在激光耦合器微棱镜粘接部分的放大、截面图。当透视观看时，第一实施例的激光耦合器就与图1相同。
如图8中所示的，本发明的激光耦合器包括，光敏二极管集成电路(下文叫做光敏二极管IC)1，在其上在靠近位置上支撑一个微棱镜2，以及包括光敏二极管3和放置在光敏二极管3上的半导体激光器4的LOP片。例如，微棱镜2是由光学玻璃(例如，用折射率1.766的玻璃)的制成。光敏二极管IC1包括一对用于检测光信号的光敏二极管PD1和PD2、光敏二极管PD1和PD2的电流电压(I-V)变换放大器和算法处理单元(未示出它们)，上面所有的元器件都组合在典型地形成在硅支持体上的IC(例如，双极IC)中。在后面将详细说明光敏二极管IC1。光敏二极管3用于监视从半导体激光器4的后端面输出的光和以控制从半导体激光器4前端面输出的光。光敏二极管3例如是一个Si(硅)片，而半导体激光器4例如是砷化镓/砷化铝镓(GaAs/AlGaAs)半导体激光器(例如，具有780nm(毫微米)的振荡波长)。
如图8中所示，微棱镜2是有用作入射面的斜面2a、顶面2b、底面2c、端面2d和端面2e。微棱镜2具有在斜面2a上形成的半反射镜5、在顶面2b上形成全反射膜6、沿靠近LOP片的端面2d形成抛光面，以及在与LOP片相对的端面2e上形成光吸收膜7。例如，用作半反射镜5是具有20％反射系数的多层电介质膜。例如，用作全反射膜6是多层电介质膜。这些多层电介质膜可由氧化锆(ZrO)、氧化钛(TiO)，二氧化硅(SiO2)等等构成。微棱镜2的尺寸是，高0.6mm、全长1.52mm，宽1.8mm；以及顶面2b长度是1.1mm。
如图9所示，抗反射膜8形成在微棱镜2的底面2c的整个区域上。在抗反射膜8上形成的是半反射镜9和二氧化硅膜10。光敏二极管IC1具有形成在它整个表面上作为钝化膜的二氧化硅膜11。微棱镜2是用粘合剂12把微棱镜2底面2c的二氧化硅膜10粘接到光敏二极管IC1的二氧化硅膜11的方法安装在光敏二极管IC1上。例如，用作抗反射膜8是厚度大约150nm和反射系数1.61的三氟化铈膜或三氧化二铝膜。半反射镜9是由厚度大约600nm的氧化锆(ZrO)、氧化钛(TiO)、二氧化硅(SiO2)等多层电介质膜构成。二氧化硅(SiO2)用于加强微棱镜2的粘接强度、并具有大约150nm的厚度。二氧化硅(SiO2)膜11用于光敏二极管IC1表面钝化膜并加强用粘合剂12粘合微棱镜2的粘接强度，它的厚度大约500nm。用作粘合剂12，例如是硅酮树脂粘合剂，(例如具有1.43的反射系数)，用紫外线使其粘合。粘合剂12的厚度是典型的10μm(微米)。在图8中省略二氧化硅膜10的说明。
在此使用的光敏二极管PD1和PD2，与图4中所示的是相同的4分区型的光敏二极管。
具有上述结构的激光耦合器，以与图5说明的相同方式容纳在例如由陶瓷制成的扁平封装113中，并用窗盖(未示出)来封口。
如以上说明，根据第一实施例的激光耦合器包括形成在微棱镜2底面2C整个区域上的半反射镜9。因此，入射到光敏二极管PD2上光的总量小于入射光敏二及管PD1上光的总量。即PF＝PO×(1-R)PR＝PO×RX(1-R)在此PF是入射到光敏二极管PD1光的强度，PR是入射到光敏二极管PD2光的强度，PO是经过斜面2a进入微棱镜2的入射光的强度，以及R是半反射镜9的反射系数。因为0＜R＜1，所以PR＜PF。
结果是，PR∶PF＝1∶R。例如，当R＝0.5时，那么PR∶PF＝1∶0.5＝2∶1。
如果把光敏二极管PD1和PD2输出的电流信号变换成电压的I-V变换放大器的增益的确定，使得(光敏二极管PD1的I-V变换放大器的增益)∶(光敏二及管PD2的I-V变换放大器的增益)＝R∶1，那么就能等效地得到(从光敏二极管PD1输出的信号)∶(从光敏二极管PD2输出的信号)＝1∶1。
由此考虑到，第一实施例是为了实现如下关系来构形的，(光敏二极管PD1的I-V变换放大器的增益)∶(光敏二极管PD2的I-V变换放大器的增益)＝R∶1。
图10是光敏二极管IC1的方块图。如图10中所示，光敏二极管IC1包括，用于光敏二极管PD1的I-V变换放大器电路21、用于光敏二极管PD2的I-V变换放大器电路22、用于从I-V变换放大器电路21和22输出信号算法处理的加法放大器电路23，和偏置电路24。I-V变换放大器电路21包括用于I-V变换分别从A1到A4的4个分区光敏二极管PD1的输出的4个I-V变换放大器。类似地，I-V变换放大器电路22包括用于I-V变换分别从A1到B4的4个分区光敏二极管PD2的输出的4个I-V变换放大器。加法放大电路23具有4个用于分别产生第一信号(PD1信号)、第二信号(PD2信号)、第三信号(E信号)和第四信号(F信号)的加法放大器。
如图11中所示，用于光敏二极管PD1的I-V变换放大器电路21的I-V变换放大器耦合到光敏二极管PD1的光敏二极管A1到A4的输出端。耦合到每个I-V变换放大器的是电阻器R11、R12、R13、R14和电容器C1。用于光敏二极管PD2的I-V变换放大器22的I-V变换放大器耦合到光敏二极管PD2的光敏二极管B1到B4的输出端。耦合到每个I-V变换放大器的是电阻器R21、R22、R23、R24和电容器C2。
在加法放大器23中，电阻器是R31、R32、R33、R34、R35、R36、R41、R42、R43、R44、R45、R46、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R61、R62、R63、R64、R65和R66，和电容器是C3、C4、C5和C6。
在用于光敏二极管PD1的I-V变换放大器电路21中，每个I-V变换放大器的增益用改变电阻器R11、R12、R13等的电阻值为调节。在用于光敏二极管PD2的I-V变换放大器电路22中，每个I-V变换放大器的增益用改变电阻器R21、R22、R23等的电阻值为调节。因此，通过改变电阻R11、R12、R13等的电阻值，和/或改变电阻R21、R22、R23等的电阻值，在光敏二极管PD1的I-V变换放大器电路21中的每个I-V变换放大器的增益和在光敏二极管PD2的I-V变换放大器电路22中的每个I-V变换放大器的增益之间的差被确定，以建立(在光敏二极管PD1的I-V变换放大器电路21中每个I-V变换放大器的增益)∶(在光敏二极PD2的I-V变换放大器电路22中的每个I-V变换放大器的增益)＝R∶1的关系。其结果是，该关系(从光敏二极管PD1输出的信号)∶(从光敏二极管PD2输出的信号)＝1∶1就能够建立，并且能够校正在入射到光敏二极管PD1光的总量和入射到光敏二极管PD2的光的总量之间的差。
入射到光敏二极管PD1和PD2的光强度相对于入射到微棱镜2的光强度的比(光使用效率)是η＝(PF+PR)/PO＝1-R+R(1-R)-1-R2因此，当R＝0.5时，η＝0.75。例如，当根据第一实施例的激光耦合器用作小CD唱机的光拾取器时，η大约为任何值都是完全可接受的。
如以上说明的，第一实施例使用形成在微棱镜2底面2c的整个区域上的半反射镜9，以根据在光敏二极管PD1的I-V变换放大电路21中的每个I-V变换放大器的增益和在光敏二极管PD2的I-V变换放大器22中的每个I-V变换放大器的增益之间的差来校正在入射到光敏二极管PD1光的总量和入射到光敏二极管PD2光的总量之间的差，以便等效地建立以下关系，(从光敏二极管PD1输出的信号)∶(从光敏二及管PD2输出的信号)＝1∶1。与使用仅选择形成在光敏二极管IC1的光敏二极管PD1上的半反射镜或形成在相当于光敏二极管PD1的微棱镜2底面2c的选择区域上的半反射镜的普通设备相比，根据本发明的第一实施例的光敏二极管IC1和微棱镜2就很容易制造，并且激光耦合器的制造就能降低这么多的程度。
接着说明作为本发明的第二实施例的激光耦合器。
虽然根据第一实施例的激光耦合器使用以在微棱镜2底面2c整个区域上形成的多层电介质膜形式的半反射镜9，而根据第二实施例的激光耦合器使用形成在光敏二极管IC1整个表面上的半反射镜。更详细地说，如图12中所示，氮化硅膜13和二氧化硅膜11形成在光敏二极管IC1的整个表面上，而这些膜13和11构成半反射镜。另一方面，微棱镜2已经形成在抗反射膜8的底面2c和二化硅膜10的整个区域上。在微棱镜2底面2c上的二氧化硅膜10粘接到光敏二极管IC1的二氧化硅膜11上，以便把微棱镜2安装在光敏二极管IC1上。在另外一种结构中，根据第二实施例的激光耦合器与根据第一实施例的激光耦合器相同，因在在这种情况中，省略其说明。
此外，第二实施例给出与第一实施例相同的优点。
接下来说明作为本发明的第三实施例的激光耦合器。
虽然根据第一实施例的激光耦合器使用以在微棱镜2底面2c整个区域上形成的多层电介质膜形式的半反射镜9，而根据第二实施例的激光耦合器使用形成在光敏二极管IC1整个表面上的氮化硅膜13和二氧化硅膜11构成的半反射镜，但是，根据第三实施例的激光耦合器既不使用以多层介质膜形式的半反射镜9，也不使用由氮化硅膜13和二氧化硅膜11构成的半反射镜。就是说，在如图13中所示的根据第三实施例的激光耦合器中，仅二氧化硅膜61是形成在光敏二极管IC1的整个表面上，另外仅抗反射膜8和二氧化硅膜10是形成在微棱镜2的底面2c的整个区域上。
在这种结构中，在由硅制成的光敏二极管IC1和位于上面二氧化硅膜之间的界面用作半反射镜。即，由于形成光敏二极管IC1的硅的折射率大约是3.5以及二氧化硅膜11的折射率大约是1.45，所以在光敏二极管IC1和位于上面的二氧化硅膜11之间界面的反射函数是|(3.5-1.45)/(3.5+1.45)|2～0.17这就意味着，在光敏二极管I管和位于上面的二氧化硅膜11之间的界面能用作半反射镜。
在另外的结构情况中，根据第三实施例的激光耦合器与根据第一实施例的激光耦合器相同，因此，在此省略在这方面的说明。
根据既不要求在光敏二极管IC1上的氮化硅膜13，也不要求在微棱镜2底面2c以多层电介质膜形式的半反射镜9的第三实施例，其激光耦合器的结构就更简单，并且制造激光耦合器的过程就可简化。其结果，制造成本就能降低到很低的程度。
在参考附图对本发明的特别优选实施例已经作了描述，应当明白的是，本发明不限于这些确切的实施例，对本领域的技术人员来说可以各种改变和改进，而不脱离所附上的权利要求限定精神和范围。
例如，用在第一到第三实施例中的4分区型的光敏二极管PD1和PD2可设计得与其它想使用的激光耦合器相一致。
虽然第一到第三实施例，作为本发明应用到激光耦合器已经作了说明。但是本发明还可除了激光耦合之外，用作各种类型的组合光学设备。
第一到第三实施例使用在光敏二极管IC1上的一对光敏二极管PD1和PD2；然而，尤其是，本发明还可应用到使用形成在光敏二极管IC1上的三个或更多个光敏二极管。
如上面所述，由于本发明是用调节第一电流电压变换放大器的增益和第二电流电压变换放大器的增益之间的差来校正入射到第一光检测设备光的总量和入射到第二光检测设备光的总量之间的差来构形的，因此，甚至用在棱镜底面的整个区域上或在支撑体的顶面上形成半反射镜来代替仅在棱镜底面的选择区域上或在支持体的顶面上形成半反射镜的情况时，从第一光检测设备输出的光和从第二光检测设备输出的光都能平衡。因此，允许来反射镜制作在棱镜底面的整个区域上或制作在支持体的整个表面上的组合光学设备，就能制造得更经济。
权利要求
1.一种组合光学设备包括至少具有第一光检测设备、第二光检测设备、耦合到第一光检测设备的输出端的第一电流电压变换放大器、和耦合到第二光检测设备的输出端的第二电流电压变换放大器的支持体；形成在所述支持体上的光发射设备；和形成在所述支持体上的棱镜，位于所述第一光检测设备和所述第二光检测设备上；经过预定的入射面进入所述的棱镜的光束，被二分叉和引进到所述第一光检测设备和所述第二光检测设备，和引进到所述第一光检测设备的入射光的总量和引进到所述第二光检测设备的入射光的总量之间的差是用调节所述第一电流电压变换放大器的增益和所述第二电流电压变换放大器的增益之间的差来校正的。
2.根据权利要求1的组合光学设备，其特征是，所述第一电流电压变换放大器的增益和所述第二电流电压变换放大器的增益之间的差是通过调节在所述第一电流电压变换放大器中电阻的值和/或在所述第二电流电压变换放大器中电阻的值来确定的。
3.根据权利要求1的组合光学设备，其特征是，半反射镜形成在所述棱镜底面的整个区域上。
4.根据权利要求1的组合光学设备，其特征是，半反射镜形成在所述支持体的整个表面上。
5.根据权利要求1的组合光学设备，其特征是，钝化膜形成在所述支持体的整个表面上，所述钝化膜和所述支持体之间的界面构成半反射镜。
6.根据权利要求1的组合光学设备，其特征是，所述支持体是半导体基片。
7.根据权利要求6的组合光学设备，其特征是，所述支持体是硅基片。
8.根据权利要求3的组合光学设备，其特征是，所述半反射镜是由多层介质膜构成。
9.根据权利要求4的组合光学设备，其特征是，所述半反射镜是由形成在所述支持体上的氮化硅膜和形成在所述氮化硅膜上的氧化硅膜构成。
10.根据权利要求5的组合光学设备，其特征是，所述钝化膜是二氧化硅膜。
11.根据权利要求1的组合光学设备，其特征是，所述第一光检测设备和所述第二光检测设备是多分区型的。
12.根据权利要求1的组合光学设备，其特征是，所述第一光检测设备和所述第二光检测设备是4分区型的。
全文摘要
一种激光耦合器，包括形成在光敏二极管IC上的光敏二极管、光敏二极管上的光敏二极管IC上装配的微棱镜、和靠近光敏二极管IC装配的半导体激光器，使得由其入射面进入微棱镜的光束被二分叉和引进光敏二极管。入射到一个光敏二极管和入射到另一光敏二极管的光量之间的差用调节耦合到一个光敏二极管的电流电压变换放大器和耦合到另一光敏二极管的电流电压变换放大器的增益之间的差来校正。因此，激光耦合器能非常经济地制造。
文档编号G11B7/135GK1162813SQ9610603
公开日1997年10月22日 申请日期1996年3月2日 优先权日1995年3月2日
发明者谷口正 申请人:索尼公司