專利名稱：微型光學(xué)讀取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微型光學(xué)讀取裝置，特別是涉及一種使用分開設(shè)置的軸 向式分光元件與像散式反射鏡的微型光學(xué)讀取裝置。
背景技術(shù)：
目前，光驅(qū)廣泛應(yīng)用于影音播放裝置及數(shù)據(jù)儲存裝置，并且已成為計算 機(jī)必備的外設(shè)裝置。在光驅(qū)薄型化的過程中，光學(xué)讀取頭的設(shè)計非常關(guān)鍵。 光學(xué)讀取頭是光驅(qū)的重要部分，其主要功能是在光盤上產(chǎn)生足夠小的聚焦光 點(diǎn)，以及產(chǎn)生聚焦誤差信號與循軌誤差信號，進(jìn)而正確且快速地獲得光盤所 儲存的數(shù)據(jù)。為了縮小體積，目前已有運(yùn)用集成電路的方式來制造光學(xué)讀取 頭，將微電機(jī)元件通過微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)相互結(jié)合，并利用表面硅微加工技術(shù)
縮小尺寸、減輕系統(tǒng)重量，從而獲得微小化的光平臺(Optical Bench),從而具 有光驅(qū)信號讀取頭組件的功能。
參照圖1，該圖是顯示現(xiàn)有技術(shù)的微型光學(xué)讀取裝置的示意圖。在圖中， 微型光學(xué)讀取裝置1為硅基堆疊式微光學(xué)元件，微型光學(xué)讀取裝置1包含激 光發(fā)光二極管10、光檢測器11、全像光學(xué)元件(Holographic Optical Element, HOE) 12、準(zhǔn)直透鏡13及物鏡14。激光二極管10產(chǎn)生入射光16,該入射光 16經(jīng)過全像光學(xué)元件12及準(zhǔn)直透鏡13成為平行光，再經(jīng)由物鏡14會聚到 光盤15上。由光盤15反射的反射光17經(jīng)過全像光學(xué)元件12,聚焦于光檢 測器11上。
在全像光學(xué)元件12的設(shè)計中，相互間隔地蝕刻偏折一定角度的圖案，以 獲得一階衍射光束，這產(chǎn)生了有限的光學(xué)路徑效率，且微影制作難度增加， 并且需要考慮薄膜本身應(yīng)力問題。在微光學(xué)制造領(lǐng)域中，蝕刻技術(shù)是最重要 的制作步驟，通過微影制作過程將圖案轉(zhuǎn)移到薄膜上的光阻上，通過化學(xué)反 應(yīng)或者物理作用的方式除去被光阻覆蓋和保護(hù)的薄膜部分，從而最終完成將 圖案轉(zhuǎn)移到薄膜上的目的。
濕式蝕刻是最早被使用的蝕刻技術(shù)，利用薄膜與特定溶液之間的化學(xué)反
4應(yīng)來去除未被覆蓋的薄膜部分。其特點(diǎn)是制作過程簡單，蝕刻速度快，對不 同材料具有較好的選擇部分。但是化學(xué)反應(yīng)則是具有腐蝕性的自由基與被蝕 刻材料的氧化鍵結(jié)反應(yīng)，但無特定方向性，為各向同性蝕刻，并且被蝕刻物 向下與向側(cè)部的速度相等，容易有底切現(xiàn)象發(fā)生。另外，干式蝕刻是通過離 子轟擊，高能離子經(jīng)偏壓吸引，加速撞擊被蝕刻的材料表面，從而出現(xiàn)材料 被挖除的現(xiàn)象，屬于各向異性的蝕刻技術(shù)，具有能夠控制薄膜蝕刻輪廓的優(yōu) 點(diǎn)。因此，制作全像光學(xué)元件12,當(dāng)蝕刻具有偏折一定角度的圖案時，在薄 膜蝕刻、在計算較小的參數(shù)范圍以及在技術(shù)掌控等方面困難度高。
此外，現(xiàn)有技術(shù)的全像光學(xué)元件12為穿透式光學(xué)元件，其兩側(cè)都需要光
傳播空間，這也是不利于光學(xué)讀取裝置薄型化的因素。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的各項(xiàng)問題，為了能夠兼顧解決的，本申請的發(fā)明人基 于多年研究與諸多實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)提出 一種微型光學(xué)讀取裝置，以作為改善上述缺 點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式與依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型光學(xué)讀取裝置，其使用分開設(shè)置的軸向 式分光元件與像散式反射鏡來解決設(shè)計制作上的制作過程參數(shù)范圍過窄的問 題，進(jìn)而降低集成電路的制作難度。
根據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種微型光學(xué)讀取裝置，用于將入射光提供到 光學(xué)記錄介質(zhì)，并接收來該光學(xué)記錄介質(zhì)的反射光，從而存取該光學(xué)記錄介 質(zhì)的數(shù)據(jù)。所述微型光學(xué)讀取裝置包括用于產(chǎn)生入射光的光源產(chǎn)生元件、軸 向式分光元件、光偏振元件、像散式反射鏡及光感測元件。軸向式分光元件 根據(jù)入射光及反射光的極化方向，使入射光完全穿透，并使反射光發(fā)生偏折。 光偏振元件被設(shè)置在軸向式分光元件及光學(xué)記錄介質(zhì)之間，用于改變?nèi)肷涔?和來自光學(xué)記錄介質(zhì)的反射光的極化方向。像散式反射鏡接收并像散聚焦來 自軸向式分光元件的反射光，并對其進(jìn)行反射。光感測元件接收來自像散式 反射鏡的反射光，并將該反射光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。
其中，軸向式分光元件最好為鋸齒式光柵。
其中，像散式反射鏡最好為連續(xù)曲面結(jié)構(gòu)、二元光學(xué)式結(jié)構(gòu)或菲涅爾結(jié)構(gòu)。


通過下面結(jié)合示例性地示出一例的附圖進(jìn)行的描述，本發(fā)明的上述和其
他目的和特點(diǎn)將會變得更加清楚，其中
圖1為現(xiàn)有技術(shù)的微型光學(xué)讀取裝置的示意圖2為本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置的示意圖3為本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置的第一實(shí)施例的示意圖4為本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置的第二實(shí)施例的示意圖5A為本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置的光檢測器上聚焦的光點(diǎn)形狀的示
例；
圖5B為本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置的光檢測器上聚焦的光點(diǎn)形狀的另 一示例；
圖5C為本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置的光檢測器上聚焦的光點(diǎn)形狀的再 一示例。
其中，主要元件符號說明如下
1:微型光學(xué)讀取裝置；
10:激光發(fā)光二極管；
11:光檢測器；
12:全像光學(xué)元件；
13:準(zhǔn)直透鏡；
14:物4竟；
15:光盤；
16:入射光；
17:反射光；
2:微型光學(xué)讀取裝置；
20:光源產(chǎn)生元件；
21:光感測元件；
22:像散式反射鏡；
23:軸向式分光元件；
24:光偏l展元件；
25:光學(xué)記錄介質(zhì)；
626:反射光； 27:入射光； 3:微型光學(xué)讀取裝置; 30:光學(xué)記錄介質(zhì)； 31:激光發(fā)光二極管； 32:光感測元件； 331:第一反射面； 332:第二反射面； 34:像散式反射鏡； 35:鋸齒式光^f冊； 351:各向同性材料； 352:各向異性材料； 36: 1/4相位延遲波片； 37:入射光； 38:反射光； 4:微型光學(xué)讀取裝置; 45:類鋸齒式光柵； 501 504:感測區(qū)； 51 53:光點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
以下將參照相關(guān)圖示，說明根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的微型光學(xué)讀取裝 置，為便于理解，下述實(shí)施例中的相同元件以相同的符號標(biāo)示來說明。
參照圖2,該圖為本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置的示意圖。圖中，微型光 學(xué)讀取裝置2用于讀取光學(xué)記錄介質(zhì)25 (例如VCD、 DVD系列的光盤)的 數(shù)據(jù)。微型光學(xué)讀取裝置2包含光源產(chǎn)生元件20、光偏振元件24、軸向式分 光元件23、像散式反射鏡22以及光感測元件21。光源產(chǎn)生元件20用于產(chǎn)生 入射光27，該入射光27射向軸向式分光元件23。光源產(chǎn)生元件20最好為激
或直接穿透。在此說明中，入射光27穿透軸向式分光元件23,從而射向光 偏4展元件24。光偏振元件24設(shè)置在軸向式分光元件23與光學(xué)記錄介質(zhì)25之間，用于 改變所述射入光線的極化方向。入射光27經(jīng)過光偏振元件24后射向光學(xué)記 錄介質(zhì)25，再由光學(xué)記錄介質(zhì)25反射產(chǎn)生反射光26，以射至光偏振元件24。 由于光偏振元件24的作用是使反射光26與入射光27的極化方向不同，這使 得反射光26射入軸向式分光元件23時產(chǎn)生偏折，從而射向像散式反射鏡22。
像散式反射鏡22將反射光26像散聚焦且反射至光感測元件21。光感測 元件21包含多個獨(dú)立感測區(qū)，并且被設(shè)置在像散式反射鏡22的光學(xué)路徑上， 用于接收來自像散式反射鏡22的反射光26,并感測反射光26的強(qiáng)度，以產(chǎn) 生相對應(yīng)的電信號。反射光26在光感測元件21上形成光點(diǎn)，該光點(diǎn)的形狀 隨著光學(xué)記錄介質(zhì)25的位置變化而變化，所以可根據(jù)光感測元件21的所有 獨(dú)立感測區(qū)分別感測到的光強(qiáng)度信號進(jìn)行運(yùn)算，以得知光學(xué)記錄介質(zhì)25的位 置變化。
由此，光源產(chǎn)生元件20產(chǎn)生的入射光射向讀取光學(xué)記錄介質(zhì)25,經(jīng)由 讀取光學(xué)記錄介質(zhì)25反射后，所產(chǎn)生的反射光由像散式反射鏡22像散聚焦 于光感測元件21上以形成光點(diǎn)。而光學(xué)記錄介質(zhì)25因運(yùn)轉(zhuǎn)而上下飄動時會 使光點(diǎn)產(chǎn)生不對稱結(jié)構(gòu)的變化，可通過分析光點(diǎn)的變化來產(chǎn)生誤差信號。光 偏振元件24可為延遲片(retarder),例如1/4相位延遲波片，或是光偏振板，
l學(xué)元件: '"' ° 、一 ' "' ° 、5 、
軸向式分光元件23最好由各向同性材料和各項(xiàng)異性材料的組合制成的 光學(xué)元件，例如鋸齒式光柵(blazed grating)或類鋸齒式光柵。此光柵在制作上 先以各向同性材料形成鋸齒元件或階梯形狀的類鋸齒元件，再將各向異性材 料覆蓋在上述元件上，從而形成所述鋸齒式光柵或所述類鋸齒式光柵。由于 各向異性材料的折射率會隨著極化方向而改變，所以當(dāng)在入射光27的極化方
，入射光27可直接穿透,
時，則反射光在此光柵處發(fā)生偏折，且偏折角度與光柵周期和光柵的鋸齒溝 槽角度或斜率有關(guān)。
上述微型光學(xué)讀取裝置2最好為自由空間堆疊型光學(xué)讀取裝置，且根據(jù) 需要還可包含至少一個反射面，以使上述的光路折疊。像散式反射鏡22可為連續(xù)曲面結(jié)構(gòu)、二元光學(xué)式(binary optics)結(jié)構(gòu)或菲涅爾(Fresnel)結(jié)構(gòu)。菲涅爾 結(jié)構(gòu)為一種片段連續(xù)結(jié)構(gòu)，二元光學(xué)式結(jié)構(gòu)為一種階梯式結(jié)構(gòu)，其厚度小于 傳統(tǒng)的反射鏡結(jié)構(gòu)，且能制作出任意的非球面透鏡輪廓，但只是其光效率較 低。此外，像散式反射鏡22可為軸對稱或非軸對稱，可為曲面，也可為柱狀。 由于本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置使用像散式反射鏡來執(zhí)行聚焦功能，而 像散式反射鏡可根據(jù)設(shè)計需要而被設(shè)置于其它元件上，而傳統(tǒng)的穿透式全像 光學(xué)元件的兩側(cè)都需要光傳播空間，相比較之下，本發(fā)明可制作出厚度更薄 的光學(xué)讀取裝置。
參照圖3，該圖為本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置的第一實(shí)施例的示意圖。 圖中，微型光學(xué)讀取裝置3被置于硅基氮化硅上，利用芯片封裝技術(shù)以堆疊 方式封裝完成，計算機(jī)據(jù)此仿真定義出光學(xué)元件所需要的規(guī)格，進(jìn)而將各光 學(xué)元件的圖案制作到光罩上，最后利用微影與蝕刻的方式將此圖案轉(zhuǎn)移到光 學(xué)元件上，以完成所述自由空間堆疊型微型光學(xué)讀取裝置。微型光學(xué)讀取裝 置3包括光學(xué)記錄介質(zhì)30、激光發(fā)光二極管31、光感測元件32、第一反射 面331、第二反射面332、像散式反射鏡34、鋸齒式光4冊35及1/4相位延遲 波片36。
激光二極管31產(chǎn)生的入射光37由第一反射面331及第二反射面332反 射至鋸齒式光柵35。鋸齒式光柵35由各向同性材料351與各向異性材料352 的組合制成。在此實(shí)施例中，各向同性材料351與各向異性材料352的折射 率在入射光37的極化方向上被設(shè)計為相同，所以入射光37可直接穿透至1/4 相位延遲波片36,再射向光學(xué)記錄介質(zhì)30。光學(xué)記錄介質(zhì)30反射入射光37 而產(chǎn)生反射光38。
由于反射光38再次經(jīng)過1/4相位延遲波片36后其才及化方向與入射光37 的極化方向近似正交，且各向同性材料351與各向異性材料352的折射率在 反射光38的極化方向上被設(shè)計為不同，因此，反射光38在各向同性材料351 與各向異性材料352的交界面產(chǎn)生偏折，從而射向像散式反射鏡34。反射光 38偏折的角度與光柵35的周期和光柵35的鋸齒溝槽角度有關(guān)，微型光學(xué)讀 取裝置的設(shè)計者可調(diào)整光柵的周期與鋸齒溝槽角度(斜率)，以設(shè)計出需要的偏 折角度。通過鋸齒式光柵36的反射光38由像散式鏡34接收且像散聚焦，并 反射至光感測元件32，以產(chǎn)生形狀不對稱變化的光點(diǎn)。
參照圖4,該圖為本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置的第二實(shí)施例的示意圖。圖中，微型光學(xué)讀取裝置4與微型光學(xué)讀取裝置3的差異處在于，微型光學(xué)
讀取裝置4使用類鋸齒式光柵45作為軸向式分光元件，并且像散式反射鏡 34也被設(shè)置在不同的位置，以接收在類鋸齒式光柵45上發(fā)生偏折的反射光 38。類鋸齒式光柵45由各向同性材料351與各向異性材料352的組合制成， 而各向同性材料351為階梯狀，而各向異性材料352覆蓋各向同性材料351。 類鋸齒式光柵45偏折反射光38的原理與鋸齒式光柵35相似，而反射光38 偏折的角度與光柵35的周期和光柵35的階梯溝槽斜率有關(guān)。而像散式反射 鏡34被設(shè)置在偏折后的反射光38的光路徑上，以像散聚焦反射光38,并將 其反射至光感測元件32。類鋸齒式光柵45與鋸齒式光柵36相比較，其制作 過程的難度及成本比較低，但光效率比鋸齒式光柵36低，因此，微型光學(xué)讀 取裝置的設(shè)計者可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要而選擇適當(dāng)?shù)妮S向式分光元件。
此外，在上述兩個實(shí)施例中，軸向式分光元件以各向同性材料及各向異 性材料的組合所制成的光柵來實(shí)施，且入射光從各向異性材料側(cè)射入光柵， 而反射光從各向同性材料側(cè)射入光柵，并且都是反射光在光柵中發(fā)生偏折。 此僅為舉例，但本發(fā)明不限于此，只要可根據(jù)射入光線的極化方向不同而使 射入光線具有不同的偏折角度的光學(xué)元件，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
上述兩個實(shí)施例說明本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置在設(shè)計上可根據(jù)需要而 改變，例如改變所使用的軸向式分光元件、改變軸向式分光元件的偏折角度、 改變像散式反射鏡34的位置或改變像散式反射鏡34的結(jié)構(gòu)形式。此外，設(shè) 計者可分別獨(dú)立優(yōu)化軸向式分光元件與像散式反射鏡的效率及功能，以次來 提高微型光學(xué)讀取裝置的效率及功能。與傳統(tǒng)全像光學(xué)元件相比，本發(fā)明設(shè) 計制作上的可用參數(shù)及彈性增加，使其可實(shí)現(xiàn)性大幅提升。
參照圖5A至圖5C所示，所述附圖是分別顯示聚焦在光檢測器上的光點(diǎn) 的形狀，聚焦焦點(diǎn)從遠(yuǎn)至近的示意圖。圖中，經(jīng)過像散式反射鏡像散聚焦后， 反射光在光感測元件上形成光點(diǎn)51 53。光傳感器元件具有多個感測區(qū) 501 504，分別用于感測到光點(diǎn)51 53的部分光強(qiáng)度，并轉(zhuǎn)換為相對應(yīng)的電信 號，并通過從感測區(qū)501 504輸出的光強(qiáng)度信號進(jìn)行運(yùn)算，從而可以得知光 學(xué)記錄介質(zhì)的位置變化。
例如，當(dāng)感測區(qū)502與感測區(qū)504的光強(qiáng)度總和的值大于感測區(qū)501與 感測區(qū)503的光強(qiáng)度總和的值，且超過閾值，即，光點(diǎn)形狀近似于光點(diǎn)51， 這表示聚焦焦點(diǎn)過遠(yuǎn)；當(dāng)感測區(qū)501與感測區(qū)503的光強(qiáng)度總和的值大于感
10測區(qū)502與感測區(qū)504的光強(qiáng)度總和的值，且超過閾值，即光點(diǎn)形狀近似于 光點(diǎn)53，這表示聚焦焦點(diǎn)過近；若感測區(qū)501 504的光強(qiáng)度相似，即光點(diǎn)形 狀近似于光點(diǎn)52，這表示反射光聚焦于光傳感器元件上。
由于本發(fā)明使用像散式反射鏡來像散聚焦反射光，所以在光傳感器元件 上形成的光電形狀類似菱形，而非傳統(tǒng)的橢圓形狀。此外，通過上述運(yùn)算， 還可達(dá)到判斷光學(xué)記錄介質(zhì)的位置變化的效果。
如上所述；根據(jù)本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)
(1) 本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置使用互相分離的軸向式分光元件和像散 式反射鏡，與傳統(tǒng)全像光學(xué)元件相比，本發(fā)明的集成元件制作難度較低，并 降低制作成本。
(2) 本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置可分別優(yōu)化軸向式分光元件與像散式反 射鏡的效率及功能，來提高微型光學(xué)讀取裝置的效率及功能，與傳統(tǒng)全像光 學(xué)元件相比，本發(fā)明設(shè)計制作上的可用參數(shù)及彈性增加，使其可實(shí)現(xiàn)性大幅 提升。
(3) 本發(fā)明的微型光學(xué)讀取裝置使用像散式反射鏡進(jìn)行聚焦，與傳統(tǒng)的 穿透式全像光學(xué)元件相比，更有利于光學(xué)讀取裝置的薄型化。
以上所述僅為舉例性，而非限制性。任何未脫離本發(fā)明的精神與范圍對 本發(fā)明進(jìn)行的等效修改或變更，均會落入本申請的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求
1、一種微型光學(xué)讀取裝置，用于將入射光提供至光學(xué)記錄介質(zhì)，并接收來自該光學(xué)記錄介質(zhì)的反射光，從而存取該光學(xué)記錄介質(zhì)的數(shù)據(jù)，該微型光學(xué)讀取裝置包括光源產(chǎn)生元件，產(chǎn)生入射光；軸向式分光元件，根據(jù)入射光及反射光的極化方向使所述入射光完全穿透，并使反射光發(fā)生偏折；光偏振元件，設(shè)置在軸向式分光元件及光學(xué)記錄介質(zhì)之間，用于改變?nèi)肷涔饧皝碜怨鈱W(xué)記錄介質(zhì)的反射光的極化方向；像散式反射鏡，接收并像散聚焦來自軸向式分光元件的反射光，并對其進(jìn)行反射；以及光感測元件，接收來自像散式反射鏡的反射光，并將該反射光轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。
2、 如權(quán)利要求1所述的微型光學(xué)讀取裝置，其中，所述反射光的極化方 向與該入射光的^^化方向正交。
3、 如權(quán)利要求1所述的微型光學(xué)讀取裝置， 由各向同性材料及各向異性材料的組合制成。
4、 如權(quán)利要求1所述的微型光學(xué)讀取裝置， 為鋸齒式光柵或類鋸齒式光柵。
5、 如權(quán)利要求4所述的微型光學(xué)讀取裝置，其中，所述軸向式分光元件 其中，所述軸向式分光元件或斜率有關(guān)。
6、 如權(quán)利要求1所述的微型光學(xué)讀取裝置， 軸對稱結(jié)構(gòu)或非軸對稱結(jié)構(gòu)。
7、 如權(quán)利要求1所述的微型光學(xué)讀取裝置， 表面為^求面、4主面或非^求面。
8、 如權(quán)利要求1所述的微型光學(xué)讀取裝置， 連續(xù)曲面結(jié)構(gòu)、二元光學(xué)式結(jié)構(gòu)或菲涅爾結(jié)構(gòu)。
9、 如權(quán)利要求1所述的微型光學(xué)讀取裝置， 所述反射光像散聚焦于所述光感測元件上，以形成光點(diǎn)，并且該光點(diǎn)的形狀其中，所述反射光相對于所 — 斤述光柵的鋸齒溝槽角度其中，所述像散式反射鏡為其中，所述像散式反射鏡的其中，所述像散式反射鏡為其中，所述像散式反射鏡使變化對應(yīng)于所述光學(xué)記錄介質(zhì)的位置變化。
10、如權(quán)利要求9所述的微型光學(xué)讀取裝置，其中，所述光感測元件包 括用于感測該光點(diǎn)的強(qiáng)度的多個感測區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微型光學(xué)讀取裝置，用于將入射光提供到光學(xué)記錄介質(zhì)，并接收來自該光學(xué)記錄介質(zhì)的反射光，該微型光學(xué)讀取裝置包括光源產(chǎn)生元件，用于產(chǎn)生入射光；軸向式分光元件，用于根據(jù)入射光及反射光的極化方向使所述入射光完全穿透，并使所述反射光發(fā)生偏折；光偏振元件，設(shè)置于軸向式分光元件及光學(xué)記錄介質(zhì)之間，用于改變?nèi)肷涔夂蛠碜怨鈱W(xué)記錄介質(zhì)的反射光的極化方向；像散式反射鏡，接收并像散聚焦來自軸向式分光元件的反射光，且對其進(jìn)行反射；光感測元件，用于接收來自像散式反射鏡的反射光，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。
文檔編號G11B7/1362GK101562025SQ20081009252
公開日2009年10月21日 申請日期2008年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月18日
發(fā)明者蘇雅妮, 陳政寰 申請人:財團(tuán)法人交大思源基金會