DE69906704T2

DE69906704T2 - Integriertes optisches gerät zur erzeugung von getrennten strahlen auf einem detektor, und zugehörige verfahren

Info

Publication number: DE69906704T2
Application number: DE69906704T
Authority: DE
Inventors: R. Michael FELDMAN; D. Alan KATHMAN; Hudson W. WELCH
Original assignee: Tessera North America Inc
Current assignee: DigitalOptics Corp East
Priority date: 1998-02-05
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: DE69906704D1; US6104690A; EP1053545B1; CA2319420C; US5912872A; EP1053545A1; ATE237179T1; AU2480399A; EP1324324A2; US6522618B1; EP1324324A3; JP2002503011A; CA2319420A1; WO1999040578A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Optik, und insbesondere auf eine integrierte optische Vorrichtung, die mehr als ein Signal in getrennten Rücklaufwegen bereitstellt.
Beschreibung des Standes der Technik
Viele typische Computersysteme enthalten ein Plattenlaufwerk, das mit Speichermedien kooperiert, um die Speicherung und Wiedergewinnung von Daten zu ermöglichen. Ein typisches optisches Plattenlaufwerk enthält einen optischen Kopf, der herkömmlicherweise einen Laser verwendet, um Licht zur optischen Platte zu senden. Das von der Oberfläche der Platte reflektierte Licht wird von einem optischen Detektor erfaßt und verarbeitet, um Daten von der Platte zu lesen. Ein Beispiel eines solchen optischen Kopfes ist z. B. im US-Patent Nr. 5.204.516 mit dem Titel "Planar Optical Scanning Head Having Deficiency Correcting Grating" von Opheij offenbart.
Die Größe der verschiedenen Optikkopfkomponenten ist jedoch häufig für viele gewünschte Anwendungen und viele Marktanforderungen zu groß. Da ferner die Dichten von integrierten Schaltungen und von Systemplatinen zunehmen, steigt auch der Bedarf an kleineren Komponenten an. Außerdem erfordert der Fertigungsprozeß für einen herkömmlichen optischen Kopf, daß der Laser für die Ausrichtung des Lasers, des Detektors und der optischen Elemente angeregt oder eingeschaltet wird (d. h. "aktive Ausrichtung"). Ein Beispiel für aktive Ausrichtungsprozesse ist in einem Artikel dargestellt und beschrieben, der veröffentlicht worden ist in Optical Engineering (Juni 1989), mit dem Titel "Holographic Optical Head For Compact Disk Applications", von Lee.
Ungünstigerweise sind diese Aktivausrichtungsanforderungen komplex, zeitaufwen dig und relativ teuer. Ferner ist das Niveau der Größenreduktion in vertikaler Richtung eines optischen Kopfes begrenzt. Außerdem wird die relativ große Größe der Elemente eines optischen Kopfes, die manipuliert werden kann, durch die Notwendigkeit einer aktiven Ausrichtung bestimmt.
EP-A-0 202 689 wird als den neuesten Stand der Technik wiedergebend betrachtet, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist.
WO 98/13825 ist Stand der Technik gemäß Artikel 54(3)EPÜ.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter Berücksichtigung des vorangehenden Hintergrundes ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen optischen Kopf, z. B. für ein Plattenlaufwerk, der kompakter ist und kostengünstiger herzustellen ist, und zugehörige Verfahren zu schaffen. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mehr als ein Signal mit eindeutigen Rücklaufwegen bereitzustellen.
Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden gelöst durch einen integrierten optischen Kopf, der keine optischen Elemente in einem Rücklaufweg von einem Ziel aufweist, wodurch eindeutige Rücklaufwege für jeden Strahl gebildet werden. Der integrierte optische Kopf enthält vorzugsweise ein optisch transparentes Substrat mit ersten und zweiten Flächen. Das Substrat kann ein optisch beugendes Element enthalten, das auf einer Fläche desselben ausgebildet ist. Eine Lichtquelle, wie z. B. ein Laser, ist nahe der ersten Fläche des Substrats positioniert, um Licht durch das Substrat, durch das optisch beugende Element und in Richtung auf ein Ziel, wie z. B. ein optisches Speichermedium, zu senden. Ein optisches Element, das im Substrat vorgesehen ist, teilt das Licht von der Lichtquelle in mehr als einen Strahl auf. Ein optischer Detektor ist nahe der ersten Fläche des Substrats positioniert, um die jeweiligen vom Ziel und durch das Substrat reflektierten Strahlen zu erfassen. Alle optischen Elemente, die mehr als einen Strahl erzeugen, mehr als einen Strahl auf das Ziel richten, und mehr als einen Strahl vom Ziel auf den Detektorrichten müssen, befinden sich auf dem Substrat und/oder irgendeiner Struktur, die mit dem Substrat verbunden ist. Der Detektor enthält vorzugsweise mehr als ein Erfassungselement zum Erfassen der jeweiligen Strahlen der mehreren Strahlen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein zweites transparentes Substrat auf das erste Substrat ausgerichtet und mit diesem verbunden. Das zweite Substrat kann ein oder mehrere optische Elemente tragen. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung können Ausrichtungsflächen in Form von Bänken oder anderen mechanischen Merkmalen in einer Oberfläche ausgebildet sein, wobei passende Vertiefungen z. B. in der anderen Oberfläche ausgebildet sein können. Klebstoffanbringungsbereiche, die die Ausrichtungsbereiche überlappen können, halten die Substrate zusammen. Eine Ausrichtung kann auch auf Wafer-Ebene bewerkstelligt werden, indem die Elemente jedes Plättchens unter Verwendung der Photolithographie genau plaziert werden, um die zwei Wafer genau auszurichten. Die zusammengefügten Plättchen können dann zerschnitten werden, ohne die individuellen Ausrichtungsmittel oder Schritte für die Verbindung der ersten und zweiten Substrate zu erfordern.
Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden anhand der folgenden genauen Beschreibung deutlicher. Es ist jedoch klar, daß die genaue Beschreibung und die spezifischen Beispiele lediglich der Erläuterung dienen und auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, für Fachleute anhand dieser genauen Beschreibung offensichtlich sind.
Eine integrierte optische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zum Integrieren derselben sind in den beigefügten Ansprüchen 1 bzw. 26 definiert. Weitere Ausführungsformen sind in den beigefügten abhängigen Ansprüchen definiert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Einige der Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung wurden erwähnt, während andere offensichtlich werden, wenn die Beschreibung fortschreitet und Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird, in welchen:
1A eine schematische Ansicht einer Konfiguration einer integrierten optischen Vorrichtung gemäß einem Beispiel ist;
1B eine schematische Ansicht einer Konfiguration einer integrierten optischen Vorrichtung gemäß einem weiteren Beispiel ist;
1 C eine schematische Ansicht einer integrierten optischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine perspektivische Teilseitenansicht einer integrierten optischen Vorrichtung gemäß einem Beispiel ist;
3A eine Seitenansicht einer integrierten optischen Vorrichtung gemäß einem Beispiel ist;
3B eine Seitenansicht der integrierten optischen Vorrichtung, wie in 3A gezeigt, um 90° gedreht ist;
4A eine Draufsicht der Komponentenseite eines ersten transparenten Substrats einer integrierten optischen Vorrichtung ist;
4B eine Draufsicht eines holographischen optischen Elements eines ersten transparenten Substrats einer integrierten optischen Vorrichtung ist;
4C eine Ansicht einer Brechungslinsenoberfläche eines zweiten transparenten Substrats einer integrierten optischen Vorrichtung ist;
5 eine Querschnittsansicht einer integrierten optischen Vorrichtung eines Beispiels mit einem brechenden Element im Sendeweg und separaten brechenden Elementen im Rücklaufweg ist;
6 eine Querschnittsansicht eines integrierten optischen Kopfes der vorliegenden Erfindung mit einem beugenden Element und einem brechenden Element auf einem einzelnen Substrat im Sendeweg und ohne optische Elemente im Rücklaufweg ist;
7 eine Querschnittsansicht eines integrierten optischen Kopfes der vorliegenden Erfindung mit einem beugenden Element und einem brechenden Element auf zwei Substraten im Sendeweg und ohne optische Ele mente im Rücklaufweg ist;
8 eine vertikale Schnittansicht eines Substrats ist, die ein Verfahren zur Erzeugung einer Hybrid-Mikrolinse für einen integrierten optischen Kopf gemäß der Erfindung zeigt;
9 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Artikel gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, der zwei Wafer enthält; und
10A-10D vertikale Teilschnittansichten von beispielhaften Ausrichtungsmerkmalen gemäß der vorliegenden Erfindung sind.
GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in welchen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden, und sollte nicht als auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt betrachtet werden, welche im folgenden dargelegt werden. Vielmehr werden die dargestellten Ausführungsformen so zur Verfügung gestellt, daß diese Offenbarung ausführlich und vollständig ist und den Umfang der Erfindung für Fachleute vollständig übermittelt. Ähnliche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend auf ähnliche Elemente.
1A ist eine optische Entwurfsskizze einer integrierten Anordnung, die eine Lichtquelle 10, ein optisch beugendes Sendeelement (DOE) 6, eine brechende Sendelinse 12, eine brechende Rücklauflinse 8 und einen Detektor 17 enthält. Diese Elemente sind auf transparenten Substraten integriert. Das von der Lichtquelle 10 ausgegebene Licht wird vom DOE 6 in mehrere Lichtstrahlen zerlegt. Diese Strahlen werden über die brechende Sendelinse 12 zu einer Zieloberfläche 14 geführt. In 1A sind zwei Strahlen 2, 4 als Beispiel gezeigt, obwohl eine beliebige Anzahl verwendet werden kann. Diese Strahlen werden von der Zieloberfläche über die brechende Rücklauflinse 8 zum Detektor 17 reflektiert. Der Detektor kann mehr als einen Detektor enthalten, jeweils einen für jeden Strahl, oder einen einzelnen Detektor mit eindeutigen Bereichen, die jedem Strahl zugewiesen sind.
Wenn die Lichtquelle ein Laser ist, ist sie typischerweise der Halbleiterlaser-Chip selbst, d. h. kein Laser innerhalb eines Behälters, wie er typischerweise für ein makroskopisches System vorgesehen ist. Da die Abmessungen des integrierten Systems viel kleiner sind als diejenigen für ein herkömmliches makroskopisches System, muß die Lichtquelle sehr nahe am DOE 6 liegen, so daß der Strahl darauf nicht zu groß wird und der gesamte Strahl vom DOE 6 aufgenommen wird. Somit enthält ein Teil des integrierten Lösungsansatzes der vorliegenden Erfindung vorzugsweise das Vorsehen des Laser-Chips oder des Plättchens selbst nahe einem transparenten Substrat.
Bei der Ausbildung einer integrierten optischen Vorrichtung war der erste Entwurf, zu versuchen, einfach einen makroskopischen Entwurf zu verkleinern. Mit anderen Worten, es wurde ein einzelne Linse im Rücklaufweg plaziert, wie in 1A gezeigt ist. In einer makroskopischen Konfiguration sorgt diese Linse im Rücklaufweg sowohl für die Trennung der Strahlen als auch für die Fokussierung derselben, um diese in geeigneter Weise dem Detektor zuzuführen.
Im Sendeweg von der Lichtquelle zum Detektor wird das Licht von der Lichtquelle 10 dem DOE auf der oberen Oberfläche des Substrats 11 in einem Abstand von der Lichtquelle 10 zugeführt. Dieser Abstand wird verwendet, um vorteilhaft einen angemessen breiten Strahl am DOE bereitzustellen. Die vom DOE gebildeten Strahlen werden auf die Oberfläche 14 fokussiert, die in einem Abstand von der Linse 12 angeordnet ist. Dieser Abstand wird so gewählt, daß eine angemessene Fleckgrößen-Modulationstiefe und Schärfentiefe auf der Medienoberfläche erreicht wird.
Im Rücklaufweg vom Ziel 14 zum Detektor 17 ist die brechende Linse 8 in einem Abstand d2 vom Ziel angeordnet, wobei der Detektor 17 in einem Abstand d1 von der brechenden Linse 8 angeordnet ist. Die Abstände d1 und d2 werden durch die Substrate 11, 21 bestimmt, auf denen diese Elemente montiert sind. Das Verhältnis der Abstände d1/d2 bestimmt das Maß der Verkleinerung des vom Medium reflektierten Bildes, das in eine Linse einfällt. Bei der Verwendung einer einzelnen Linse im Rücklaufweg beeinflußt diese Verkleinerung nicht nur die Fleckgröße, sondern auch die Fleckbeabstandung. Unter der Annahme einer Fleckgröße von z. B. 0,020 mm auf dem Ziel 14 ergibt sich bei einer Verkleinerung von 1/4 eine Fleckgröße von 0,005 mm, die aufgrund der Aberration auf eine Fläche von 0,025 mm gespreizt wird. Wenn eine einzelne Linse im Rücklaufweg verwendet wird, wie in 1A gezeigt ist, wird die Beabstandung der Flecken auf 0,025 mm verkleinert, wodurch signifikante Übersprechstörungen resultieren. Dies kann durch die überlappenden Strahlen in der Ebene des Detektors 17 in 1A erkannt werden. Die Überlappung der Strahlen tritt auch an der brechenden Rücklauflinse 8 auf. Damit die brechende Linse die Strahlen an einem Punkt abbildet, an dem sie ausreichend getrennt sind, so daß die Strahlen auf dem Detektor 17 unterscheidbar sind, müßte die brechende Rücklauflinse 8 näher am Ziel 14 plaziert werden. Eine solche Positionierung würde jedoch die gewünschte integrierte Eigenart der optischen Vorrichtung zerstören.
Damit in dieser Konfiguration die brechende Rücklauflinse 8 die Strahlen geeignet fokussiert, müssen die Winkel der Strahlen 2, 4 möglichst klein sein und möglichst ähnlich sein, so daß diese Strahlen beide auf einen Zentralabschnitt der brechenden Rücklauflinse 8 auftreffen können. Im relativen Maßstab der 1A unter Verwendung der Abstände von der oberen Oberfläche der oberen Substrate zum Ziel ist der Winkel des Strahls 2 gleich 5,6° und der Winkel des Strahls 4 gleich 6,9°. Die Strahlen 2, 4 müssen jedoch ferner auf dem Detektor 17 ausreichend getrennt sein. Diese zwei Entwurfseinschränkungen können unter Verwendung der einzelnen brechenden Linse 8 für die Aufnahme aller Strahlen im Rücklaufweg nicht erfüllt werden, während eine integrierte optische Vorrichtung geschaffen wird.
1B ist eine alternative Konfiguration, die wird durch die Erkenntnis entsteht, daß durch Vorsehen größerer Winkel für die Lichtstrahlen und Vorsehen einer größeren Differenz zwischen den Winkeln der Lichtstrahlen die Notwendigkeit für ein optisches Element im Rücklaufweg eliminiert werden könnte. Mit anderen Worten, die Trennung zwischen den Lichtstrahlen 2, 4 in 1B ist ausreichend, so daß die Strahlen getrennt und auf dem Detektor 17 unterscheidbar bleiben, ohne ein optisches Element im Rücklaufweg zu erfordern, das für diese Trennung sorgt. In 1B ist der Winkel des Strahls 2 gleich 8° und der Winkel des Strahls 4 gleich 11°.
In 1B ist der Abstand zwischen den oberen Oberflächen der oberen Substrate und dem Ziel 14 der gleiche wie in 1A. Dies führt klar zu Strahlen, die auf dem Ziel 14 weiter getrennt sind. Für viele Anwendungen ist diese erhöhte Trennung kein Problem, jedoch kann für diejenigen, für die eine bestimmte Trennung gewünscht ist, der integrierte optische Kopf näher am Ziel 14 positioniert werden.
Obwohl die in 1B gezeigte Konfiguration für integrierte Vorrichtungen für viele Anwendungen vorteilhaft ist, führt die komplette Eliminierung optischer Elemente im Rücklaufweg zu einem unannehmbaren Störpegel. Eine Lösung, von der ein Beispiel in 1C gezeigt ist, besteht darin, separate optische Elemente für jeden Strahl im Rücklaufweg einzubauen. Die Fähigkeit, mehr als ein optisches Element im Rücklaufweg zu verwenden, kann aufgrund der erhöhten Trennung zwischen den Strahlen verwirklicht werden. Die Machbarkeit einer solchen Lösung, die mehr als ein optisches Element für jeden Strahl erfordert, wird durch die passive Ausrichtung erleichtert, die im folgenden genauer beschrieben wird.
1C ist eine Optikentwurfsskizze einer Anordnung gemäß der Erfindung für die Verwendung z. B. bei der Erfassung einer optischen Spur auf einem Speichermedium. Eine Lichtquelle 10 richtet kohärentes Licht mit einem Dispersionswinkel von 15° nach oben über einen Objektabstand d1 durch ein beugendes Element (DOE), das nicht gezeigt ist, und auf eine brechende Linse 12. Das DOE teilt das Licht in mehrere Strahlen auf, von denen nur drei als mehrere der Strahlen in 1C gezeigt sind. Die Strahlen werden auf der Oberfläche 14 fokussiert, die in einem Bildabstand von der Linse 12 angeordnet ist. Die Fleckgröße und die Beabstandung des Lichts auf der Bildoberfläche 14 bestimmt die Nachführungsgenauigkeit und somit die Menge an Informationen, die auf dem Medium gespeichert werden kann. Die Größe, auf die der Fleck reduziert werden kann, wird im unmittelbaren Entwurf bestimmt, und beträgt etwa 0,020 mm. Im Entwurf der 1 muß die brechende Linse 12 eine signifikante Krümmung aufweisen, um das Licht auf Flecken mit 0,020 mm auf dem Medium zu fokussieren. Die Lichtflecken sind auf dem Medium etwa 0,100 mm voneinander beabstandet, um die Übersprechstörung zu begrenzen. Wie für Fachleute offensichtlich ist, kann der optische Kopf mit dem gezeigten Positionierungsmittel 29 positioniert werden.
Vorzugsweise befinden sich alle optischen Elemente, die mehr als den einen Strahl erzeugen, die Strahlen auf das Ziel richten und die Strahlen vom Ziel auf den Detektor richten müssen, auf dem Substrat und/oder irgendeiner Struktur, die damit verbunden ist, um somit eine integrierte optische Vorrichtung zu schaffen. Vorzugsweise weisen alle optischen Elemente sowohl im Rücklaufweg als auch im Sendeweg einen Durchmesser von weniger als 500 μm auf, vorzugsweise weniger als 300 μm.
Die wirkliche Größe der Elemente wird durch die Gesamtgröße der Vorrichtung bestimmt, in der die integrierte Vorrichtung verwendet werden soll, wobei eine untere praktische Grenze in der Größenordnung einer Wellenlänge liegt.
Wenn ein Entwurf unter Verwendung einer einzelnen Linse versucht wird, wie im Stand der Technik gelehrt wird, wo die Elemente nicht integriert sind, würde die Linsenkrümmung, die erforderlich ist, um das Laserlicht auf die Flecken von 0,020 mm zu fokussieren, in dieser kompakten Architektur die Abmessungen der einzelnen Linse bestimmen. Die Verwendung einer einzelnen Linse, wie im Stand der Technik gelehrt wird, zum Reduzieren der Größe des optischen Kopfes ist somit ein begrenzender Faktor bei der Größenreduktion der gesamten optischen Kopfanordnung. Dieser Faktor ist einer der Gründe, daß in der vorliegenden Erfindung mehrere Linsen anstelle einer einzelnen Linse verwendet werden. Die Verwendung mehrerer Linsen wird ermöglicht, indem die Trennung zwischen den Strahlen ausreichend gemacht wird, so daß jeder Strahl nur auf eine der Linsen im Rücklaufweg fällt.
Das Verhältnis der Abstände d1/d2 bestimmt das Maß der Verkleinerung des von den Medien reflektierten Bildes, das in eine Linse einfällt. In einem Einzellinsenentwurt beeinflußt diese Verkleinerung nicht nur die Fleckgröße, sondern auch die Fleckbeabstandung. Eine Verkleinerung von 1/4 ergibt eine Fleckgröße von 0,005 mm, die aufgrund der Aberration auf eine Fläche von 0,025 mm gespreizt wird. Wenn ein Einzellinsenentwurf verwendet würde, müßte auch die Beabstandung der Flecken auf 0,025 mm verkleinert werden, wobei eine signifikante Übersprechstörung resultieren würde. Durch die Verwendung individueller Linsen, die etwa 0,200 mm beabstandet sind, können die Detektoren etwa 0,200 mm beabstandet sein und somit die Übersprechstörung unter Verwendung der Lichtflecken von 0,025 mm eliminieren.
Durch Schaffen einer erhöhten Trennung für die Strahlen im Sendeweg können somit separate optische Elemente für den Rücklaufweg jedes Strahls verwendet werden, wodurch eine geeignete Fokussierung der Strahlen auf dem Detektor ermöglicht wird. Ferner werden solche separaten Elemente leichter in ein kompaktes System integriert. In einem integrierten System ist es vorteilhaft, das Gitter auf dem Medium möglichst nah an der Lichtquellen zu plazieren, jedoch muß die Trennung zwischen den Strahlen aufrecht erhalten werden. Wenn der Abstand zu klein ist, um die Trennung aufrechtzuerhalten, ist eine größere Winkelablenkung erforderlich. An schließend werden die Strahlen mehr gespreizt und das System wird in x-y-Richtung zu groß (wobei z in der Zeichenebene liegt). Diese Spreizung erhöht ferner die Aberration. Die Winkel müssen daher möglichst klein sein, während die Trennung auch über den kleinen Abstand von der Lichtquelle zum Detektor aufrechterhalten wird.
2 ist eine Seitenansicht eines Magnetdiskettenkopfes 5 mit einer optischen Nachführungsanordnung gemäß einem Beispiel. Der Kopf 5 ist im Arm 3 mittels nicht gezeigter bekannter Mittel montiert, um sich über die verschiedenen Spuren des Mediums 14 zu erstrecken. Der Kopf 5 ist elektrisch mit Lese- und Schreibschaltungen und Nachführungsregelschaltungen mittels einer flexiblen gedruckten Schaltung 7 verbunden. Eine Vertiefung 9 von etwa 2 mm mal 1,6 mm und 4,5 oder 5 mm Tiefe ist im Kopf 5 vorgesehen, in der die optische Anordnung, die das Substrat 11 umfaßt, montiert ist und mit der flexiblen gedruckten Schaltung 7 verbunden ist. Es ist klar, daß dieselben Montagetechniken und Verfahren verwendet werden können, um optische Plattenleseköpfe sowie magnetische Plattenköpfe mit optischer Nachführung zu montieren.
Wie in 3 gezeigt ist, weist ein erstes transparentes Substrat, das geschmolzenes Siliciumdioxid oder ein anderes optisches Material umfaßt, metallisierte Komponentenmontagekissen oder Kontaktkissen auf, die auf dessen Bodenfläche 13 plaziert sind, wie z. B. unter Verwendung von Rahmenmarken oder Anzeiger und genau ausgerichteter photolithographischer Masken und Metallabscheidungsschritten, wie im Stand der Technik der Mikroelektronikschaltungs-Fertigung bekannt ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform mißt die Oberfläche 13 des Substrats 11 etwa 1,6 mm mal 2 mm, wobei das Substrat 11 etwa 0,8 mm dick ist. Ein Laserchip 15 ist auf der Oberfläche 13 mittels einiger der erwähnten metallisierten Kissen montiert. Wie in 4 gezeigt ist, ist der Laser 15 ein Laser mit Kantenstrahlung, bei dem das Laserlicht mittels eines Präzisionsspiegels 33 nach oben gelenkt wird, wie in 4 gezeigt ist. Es ist klar, daß der Laser 15 mit Kantenstrahlung durch einen vertikalen Hohlraumlaser mit Oberflächenemission ersetzt werden kann und somit die Notwendigkeit des Präzisionsspiegels, um den Laserstrahl senkrecht zur Substratoberfläche auszurichten, beseitigt wird.
Ein optischer Detektorchip 17 wird ebenfalls auf der Komponentenoberfläche des Substrats 11 mittels der metallisierten Kissen montiert. Eine Hologrammoberfläche 19 auf der entgegengesetzten Seite des Substrats 11 trägt die optisch beugenden Elemente, die in 7 genauer gezeigt sind. Die Phasenprofile des optisch beugenden Elements werden unter Verwendung der Computerberechnungen entworfen und unter Verwendung von Techniken gefertigt, die von Swanson u. a. im US-Patent 5.161.059 gelehrt werden, dessen gesamte Offenbarung hiermit durch Literaturhinweis eingefügt ist.
Die optischen Elemente werden photolithographisch unter Verwendung derselben Rahmenmarken oder Anzeiger erzeugt, die zum Plazieren der metallisierten Kissen verwendet werden. Alternativ können auch zweite Rahmenmarken verwendet werden, die auf die ersten Marken ausgerichtet werden, um die Masken auszurichten, die ebenfalls verwendet werden können, um die optischen Elemente zu erzeugen. Wenn auf diese Weise die Lichtquelle, der Spiegel und der Detektor auf ihren metallisierten Kissen montiert werden, sind die optischen Wege zwischen den Vorrichtungen und durch die optischen Elemente optisch ausgerichtet, wie in den 3A und 3B deutlicher gezeigt ist. Der Präzisionsspiegel, falls für die Umlenkung des Lichts von einem Laser mit Kantenstrahlung erforderlich, wird nur als eine Vorrichtung für den Zweck dieser Beschreibung betrachtet, da die Art, wie er montiert ist, metallisierte Kissen und Lot verwendet, wie bei der Montage eines Siliciumchips. Die Hologrammoberfläche 19 weist ferner die Anbringungsflächen 23 auf, die das erste transparente Substrat 11 mit einem zweiten transparenten Substrat 21 verbinden.
Das zweite Substrat 21 trägt die brechende Optik auf einer Oberfläche 25, die die zweite Linse von Linsenpaaren oder -dubletten zur Verfügung stellt. Licht vom Laser 15 wird durch ein beugendes optisches Element in der Hologrammoberfläche 19 in fünf separate Lichtstrahlen geformt und aufgeteilt, die durch das Substrat gerichtet werden und etwa 2,4 mm bis zum Medium laufen. Nur der Hauptstrahl jedes Strahls ist der Klarheit der Beschreibung halber in 3 gezeigt. Ein Strahl wird für die Intensitätsrückführung verwendet, um die elektrische Leistung des Lasers 15 zu regeln. Die anderen vier Strahlen werden für die Medienpositions- oder Nachführungserfassung verwendet. Die Strahlen des kohärenten Lichts werden vom Medium 14 reflektiert und kehren durch das zweite Substrat 21 und das erste Substrat 11 zurück, um vom Detektor 17 erfaßt zu werden. Da die Elemente durch die Plazierung der Metallisierungskissen alle in ihrer entworfenen optischen Ausrichtung sind, besteht keine Notwendigkeit, den Laser anzuregen und die Elemente relativ zueinander zu bewegen, um diese in optische Ausrichtung zu bringen. Mit anderen Wor ten, es wird eine passive Ausrichtung verwendet, statt der aktiven Ausrichtung, die einen Betrieb des Lasers erfordert, wie im Stand der Technik. Es ist klar, daß, obwohl die Strahlen vorzugsweise zuerst durch das optisch beugende Element in der Oberfläche 19 laufen, die Reihenfolge der optischen Elemente im Lichtweg verändert werden kann oder die Elemente in einem weiteren komplexen Element kombiniert werden können.
3B ist eine weitere Seitenansicht der Anordnung der 3A. Wie in 3B gezeigt ist, kommt das vom kantenemittierenden Laser 15 emittierte Licht im wesentlichen parallel zur Ebene der Komponentenoberfläche 13 heraus und muß senkrecht zur Komponentenoberfläche mittels der 45°-Oberfläche des Spiegels 33 ausgerichtet werden. Das Licht kann anschließend das Substrat 11, das optisch beugende Element in der Oberfläche 19, eine Brechungslinse 61 in der Oberfläche 25, das Substrat 21 durchlaufen und vom Medium 14 reflektiert werden, wie in den 1A-1C und 3A gezeigt ist.
4A ist eine Draufsicht der Komponentenoberfläche 13, nach unten durch das transparente Substrat 11 betrachtet. Elektrische Kontaktmetallisierungen 39, 41, 43 und 45 schaffen elektrische Verbindungen für die Erfassung durch Photodioden im Detektor 17. Unter dem Detektor 17 ist ein metallisierter Bereich 53 mit drei Öffnungen zentriert, durch die das vom Medium 14 reflektierte Licht empfangen wird. Lotkugelausrichtungsbereiche 47 auf jeder Seite des Bereiches 53 dienen in dieser Ausführungsform sowohl als elektrische Kontakte, als auch als Ausrichtungsmechanismen. Die Bereiche 49 sind ferner Lotkugeln oder Kissen, die zum Ausrichten und Verbinden des Lasers 15 mit dem ersten Substrat dienen und dem Laser 15 Strom zuführen. Die Bereiche 51 sorgen andererseits nur für die mechanische Ausrichtung und die mechanische Anbringung des Spiegels 33 am ersten transparenten Substrat 11.
Die Hologrammoberfläche 19 erscheint in 4B in Draufsicht, wiederum auf das Substrat 11 nach unten betrachtet. Die Hologrammobertläche 19 weist einen metallisierten Bereich 55 auf, der wie eine Maske wirkt, um Streulicht zu reduzieren, jedoch drei Strahlen, die durch die Beugungsoptik aus dem Licht vom Laser erzeugt werden, zu ermöglichen, auf das Medium 14 gerichtet zu werden, von dem sie reflektiert werden, um den Detektor 17 durch die fünf in den metallisierten Bereichen 59 gezeigten Öffnungen zu erreichen. Der umgebende metallisierte Bereich 55 ist ein Beugungsgitter 57, das Streulicht vom Laser 15 streut, so daß es den Detektor 17 nicht nachteilig beeinflußt.
4C zeigt die Brechungslinsenoberfläche 25, erneut in einer Draufsicht nach unten blickend, dieses Mal durch das Substrat 21. Die Linse 61 in Kombination mit den optisch beugenden Elementen in der Maske 55 formen und fokussieren das Laserlicht zu drei Flecken von etwa 20 μm Durchmesser und mit etwa 100 μm Beabstandung auf dem Medium 14. Die Linsen 63 und 65 fokussieren das vom Medium 14 reflektierte Licht durch die Maske 59 auf den Detektor 17 für eine Positionsregelung und/oder das Lesen. Die Linse 67 fokussiert das reflektierte Licht auf die Photodiode des Detektors 17, die ein Intensitätspegelsignal an die Leistungsregelschaltungen liefert, die die elektrische Leistung regeln, die dem Laser 15 zugeführt wird. Ein Anbringungsbereich, der in den 4B und 4C allgemein als Bereich 71 gezeigt ist, umgibt sowohl die Oberfläche 19 als auch die Oberfläche 25. Der Bereich 71 enthält abstehende Beabstandungsbänke und ist der Bereich, in dem ein Klebstoff plaziert wird, um das Substrat 21 zu verbinden. Die abstehenden Bänke definieren passiv eine geeignete oder gewünschte vertikale Beabstandung oder Ausrichtung. Der Klebstoff ist vorzugsweise mittels ultraviolettem Licht aushärtender Klebstoff, der ohne Berücksichtigung einer Aushärtungszeit aufgebracht werden kann. Der Klebstoff wird in den Bereichen 71 plaziert und anschließend werden die Substrate 11 und 21 ausgerichtet, wobei die Anordnung mit ultraviolettem Licht geflutet wird, um den Klebstoff zu katalysieren. In einer alternativen Ausführungsform wird der Klebstoff durch photolithographisch plazierte Metallisierungskissen ersetzt, wobei die zwei Substrate unter Verwendung der Lotkugeltechnik verbunden werden.
4B zeigt ferner drei optisch beugende Elemente 73, 75 mit einer Maske 55. Diese drei Elemente 35 liefern die fünf Lichtstrahlen, die vom Medium reflektiert werden sollen, von denen in 3A drei Hauptstrahlen gezeigt sind. Das Elemente 75 liefert den Leistungsregelungsstrahl, der vom Medium reflektiert wird und an der Öffnung 79 in der Maske 59 empfangen wird, wie in 8 gezeigt ist. Die Elemente 73 und 77 erzeugen jeweils zwei Strahlen, die auf der Medienoberfläche interferieren, um ein dunkles Band mit zwei hellen Bändern auf jeder Seite des dunklen Bandes zu erzeugen. Die Lichtbänder werden nach unten auf die Paare von Öffnungen 81, 83 und 85, 87, die in 4C gezeigt sind, zurückreflektiert, um die variierende Lichtintensität bereitzustellen, die verwendet wird, um eine optische Spur auf dem Medium zu erfassen. Die Öffnungen 73, 75 und 77 enthalten beugende Elemente, die jeweils etwa 100 μm lang und 20 μm breit sind.
5 zeigt eine Alternative zum Schaffen separater brechender Elemente in jedem Rücklaufweg. In 5 wurde jedes brechende Element im Rücklaufweg durch ein beugendes Element 39 ersetzt. Das brechende Element im Sendeweg wurde ebenfalls durch ein beugendes Element 37 ersetzt, um die von der Strahlungsquelle 15 ausgegebene Strahlung aufzuteilen und über den Präzisionsspiegel 33 dem beugenden Element 37 zuzuführen. Das beugende Element 37 sorgt für eine Trennung der dem Gitter auf der Oberfläche 14 zugeführten Strahlung. Die Verwendung von beugenden Elementen im Rücklaufweg ist typischerweise nicht so vorteilhaft wie diejenige von brechenden Elementen. Die beugenden Elemente sind wellenlängenabhängiger und für größere Winkel weniger effizient.
Wie ferner in 5 und in den 6–7 gezeigt ist, sind die aktiven Elemente auf einem Trägersubstrat 31, vorzugsweise einem Siliciumsubstrat, montiert. Dieses Trägersubstrat 31 dient ferner als Wärmesenke für die darauf montierten aktiven Elemente. Die Anbringungsbereiche 23 trennen das Substrat 31 vom Substrat 11, auf dem die beugenden Elemente 37, 39 montiert sind. Die aktiven Elemente können am Trägersubstrat 31 unter Verwendung einer passiven Ausrichtung montiert werden, in einer ähnlichen Weise wie oben mit Bezug auf die Montage dieser Elemente auf dem transparenten Substrat 11 beschrieben worden ist. Die Anbringungsbereiche 23 können durch Ätzen einer Vertiefung in das Trägersubstrat 31 geschaffen werden, in der der Laser 15, der Detektor 17 und der optionale Spiegel 33 vorgesehen werden können. Mit anderen Worten, die ungeätzten Abschnitte des Substrats 31 dienen als Anbringungsbereiche 23. Die Substrafe 11, 31 können anschließend mit Lotmaterial 27 verbunden werden. Ferner kann eine angewinkelte Seitenwand des Substrats nahe der darin befindlichen Vertiefung als Spiegel 33 dienen. Alternativ können die Anbringungsflächen 23 ein Distanzstück enthalten, das getrennt vom Substrat 31 angeordnet ist, wie in den 6 und 7 gezeigt ist. Der Spiegel 33 kann ein von den Distanzstücken getrenntes Element sein, wie in 6 gezeigt ist, oder kann selbst als Distanzstück dienen, wie in 7 gezeigt ist.
Wie in 6 gezeigt ist, zielt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darauf, keine optischen Elemente im Rücklaufweg zu verwenden. Das beugende Element 37 im Sendeweg ist dafür ausgelegt, der Strahlung eine ausreichende Spreizung zu verleihen, so daß die auf den Detektor 17 auftreffenden Strahlen immer noch unterscheidbar sind. Dies wird erleichtert, indem ein brechendes Element 19 auf einer dem beugenden Element gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats 11 vorgesehen wird.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der keine optischen Elemente im Sendeweg verwendet werden. In 7 ist das brechende Element 19 gegenüberliegend dem beugenden Element 37 auf einem weiteren Substrat 21 montiert.
In 8 ist ein Verfahren zum photolithographischen Plazieren eines optischen Elements auf einer Substratoberfläche 25 in Ausrichtung auf beugende Elemente und/oder elektrische Vorrichtungen gezeigt. Ein optisch beugendes Element in Form einer Mikrolinse 115 wird ausgebildet, indem eine kreisförmige Schicht eines Photoresists 111 auf einer Oberfläche des optischen Materials unter Verwendung einer Maske plaziert wird. Der Photoresist wird anschließend unter Verwendung kontrollierter Wärme teilweise verflüssigt, so daß der Photoresist eine teilweise sphärische Form 113 annimmt. Anschließend wird die Oberfläche 25 geätzt und ein brechendes Element 115 mit im wesentlichen derselben Form wie der Photoresist 113 durch die variable Ätzrate der kontinuierlich variierenden Dicke des Photoresists 113 ausgebildet. In dem Fall, daß ein optisches Hybrid-Element gewünscht ist, wird die Mikrolinse 115 mittels Ätz- oder Prägeschritten weiter bearbeitet. In einer Ausführungsform wird eine Schicht des Photoresists 117 über der Mikrolinse 115 plaziert und durch eine photolithographische Maske mit dem Phasenmuster eines optisch beugenden Elements belichtet. Wenn des belichtete Photoresist anschließend entwickelt wird, kann die Oberfläche der Mikrolinse mit dem optisch beugenden Elementmuster weiter geätzt werden, um ein optisches Hybridelement 119 zu erzeugen. In einer weiteren Ausführungsform wird ein Polymer über der Mikrolinse anstelle des Photoresists plaziert und das Phasenmuster in das Polymer geprägt, wie bei 121 gezeigt ist. Ferner ist klar, daß, obwohl ein konvexes Element gezeigt ist, dieselbe Technik verwendet werden kann, um eine konkave Mikrolinse zu erzeugen. Das Einzeloberflächen-Hybridelement 119 wird vorzugsweise im Sendeweg verwendet, z. B. anstelle des in 6 gezeigten Zweioberflächen-Hybridelements.
In den Strukturen aller bisher beschriebenen Figuren, die mehr als ein Substrat aufweisen, können alle Substrate unter Verwendung von Mustern, die photolithographisch ausgebildet werden, passiv ausgerichtet und angebracht werden, wie im folgenden beschrieben wird. Obwohl sich die folgende Beschreibung auf die transpa renten Substrate 11, 21 bezieht, kann auch das Trägersubstrat 31 in analoger Weise ausgerichtet werden. Wenn das Trägersubstrat, das aktive Elemente enthält, ausgerichtet wird, können die integrierten optischen Vorrichtungen, die in den 5–7 gezeigt sind, durch passives Ausrichten eines Träger-Wafers, der darauf mehrere aktive Elemente aufweist, auf einen transparenten Wafer, der entsprechend mehrere optische Elemente aufweist, ausgebildet werden. Dieses Träger-Transparent-Wafer-Paar kann anschließend zerschnitten werden. Alternativ kann der Träger-Wafer zerschnitten werden, wobei die individuellen Laser/Detektor-Anordnungen ausgerichtet und am transparenten Wafer z. B. mittels Flip-Chip-Anbringung angebracht werden. Indem zuerst individuelle aktive Anordnungen gebildet werden, können die, Laser getrennt getestet werden.
9 zeigt die zwei transparenten Substrate 11 und 21 vor ihrer Montage zur optischen Anordnungen und der Zerschneidung. Da jedes Element unter Verwendung von Photolithographie genau auf dem jeweiligen Substrat plaziert worden ist, können die ganzen Wafer ausgerichtet und verbunden werden, bevor sie in Chips zerschnitten werden, ohne irgendeine der Laservorrichtungen auf dem Substrat 11 anregen zu müssen. 9 zeigt die gegenüber der Darstellung in den 2, 3A und 3B invertierten Substrate, um die Laser, Spiegel und Detektoren in Stellung auf der Oberseite jedes Plättchens zu zeigen. Wenn das Trägersubstrat 31 auf eines oder beide der transparenten Substrate ausgerichtet wird, um die in den 5–7 gezeigten Konfigurationen zu bilden, befinden sich diese aktiven Elemente selbstverständlich nicht auf der Oberseite des Wafers 11.
Bevor die Wafer zusammengefügt werden, wird ein Klebstoff, z. B. mittels ultravioletter Strahlung aushärtbares Lot, im Bereich 71 jedes Plättchens auf wenigstens einem der Wafer plaziert. Nachdem der Klebstoff plaziert worden ist, werden die zwei Wafer übereinander plaziert und ausgerichtet. In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein bekanntes Photolithographiemasken-Ausrichtungswerkzeug mit. Feinausrichtungsrahmenmarken 93 und 95 verwendet, um die relative Verschiebung der zwei Substrate zu überwachen, bis sie aufeinander ausgerichtet sind. Das Substrat 11 kann anschließend auf das Substrat 21 abgesenkt werden, wobei die Ausrichtung erneut geprüft wird, und woraufhin der Klebstoff mittels ultraviolettem Licht katalysiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform werden die zwei Wafer unter Verwendung me chanischer Paarungselemente 91 passiv ausgerichtet: Drei Formen von mechanischen Paarungselementen, zusätzlich zu dem vorher beschriebenen Distanzstück, werden in Betracht gezogen und sind in den 10A, 10B und 10C gezeigt. Einer, der in 10A gezeigt ist, nimmt die Form von V-förmigen Nuten 97 an, die in passende Flächen der Substrate 11 und 21 geätzt werden. Diese Nuten werden anschließend mit einer Kugel 99 ausgerichtet, um die zwei Wafer auszurichten. Es ist zu beachten, daß nur wenige Nuten und Kugeln erforderlich sind, um alle Plättchen auszurichten, während diese noch gemeinsam einen Wafer bilden. Eine weitere Ausführungsform des Ausrichtungsmittels, wie in 10B gezeigt ist, umfaßt photolithographisch plazierte Metallisierungskissen 101, die anschließend durch Aufschmelzen einer Lotkugel 103 verbunden werden. Alternativ können die Metallisierungskissen 101 Lot sein, ohne daß die Lotkugel 103 erforderlich ist. In einer weiteren Ausführungsform der 10C erhebt sich eine Bank 105 durch Ätzen der umgebenden Oberfläche, wobei die Bank 105 in eine Vertiefung 107 eingesetzt wird, die ebenfalls durch ein photolithographisch plaziertes Ätzmittel, vorzugsweise ein Reaktivionenätzmittel, erzeugt wird.
Im Klebebereich 71 jedes Plättchens können Mittel erforderlich sein, um die zwei Substrate genau voneinander zu beabstanden. Die Beabstandung wird in einer Ausführungsform mittels einer Bank 109 bewerkstelligt, die in 10D gezeigt ist. Im Bereich 71 um jedes Plättchen werden in einem Klebstoff mit hoher Kompressionsfestigkeit drei oder mehr Bänke 109 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform werden Loterhebungen oder -kugeln und Metallisierungen im Bereich 23 verwendet, die sowohl die Anbringung als auch die Ausrichtung bewerkstelligen, wie in 10B gezeigt ist. Alternativ, wenn ein Klebstoff mit hoher Kompressionsfestigkeit gewählt wird, sind nur drei oder mehr solcher Bänke erforderlich, um die gesamten Wafer zu beabstanden, wobei nach dem Aushärten des Klebstoffes die verbundenen Wafer ohne Substratbeabstandung zerschnitten werden können.
Während die Erfindung hinsichtlich ihrer bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist für Fachleute des Optiksystementwurfs klar, daß verschiedene weitere Änderungen der Struktur und der Einzelheiten der beschriebenen Implementierungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die optisch beugenden Elemente auf der gleichen Oberfläche eines Substrats plaziert sein, auf dem die elektronischen Komponenten genau mit diesen optisch beugenden Elementen unter Verwendung von Photolithographie plaziert werden. In ähnlicher Weise können optisch brechende Elemente unter Verwendung der Photolithographie in Ausrichtung auf der anderen Oberfläche desselben Substrats plaziert werden, wodurch ermöglicht wird, eine gesamte optische Anordnung unter Verwendung eines Substrats zu fertigen, ohne die Notwendigkeit einer aktiven Anregung einer Lichtquelle in der Anordnung, um eine Ausrichtung zu bewerkstelligen.
In den Zeichnungen und der Beschreibung wurden dargestellte bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung offenbart, wobei trotz der Verwendung spezifischer Ausdrücke die Ausdrücke nur in einem beschreibenden Sinn und nicht zum Zweck der Einschränkung verwendet werden. Die Erfindung wurde sehr detailliert mit spezifischem Bezug auf diese dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch klar, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen innerhalb des Umfangs der Erfindung, wie er in der vorangehenden Beschreibung beschrieben worden ist und in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, vorgenommen werden können.

Claims

Integrierte optische Vorrichtung, enthaltend: ein erstes Substrat (21), welches optisch transparent ist und eine erste sowie eine zweite Fläche aufweist, die einander gegenüberliegen; eine Lichtquelle (15), die zu dem ersten Substrat (21) benachbart angeordnet ist, um Licht durch das erste Substrat (21) in Richtung auf ein entferntes Ziel (14) abzustrahlen; ein optisches Übertragungssystem auf dem ersten Substrat (21), das in einem optischen Übertragungsweg von der Lichtquelle (15) zu dem Ziel (14) angeordnet ist und das das Licht in mehr als einen Strahl aufteilt; und eine Erfassungseinrichtung (17), welche diese mehr als einen Strahl umfassenden Strahlen, die durch das Ziel (14) reflektiert werden, empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle optischen Elemente, die notwendig sind, um die mehr als einen Strahl umfassenden Strahlen zu erzeugen und um diese mehr als einen Strahl umfassenden Strahlen auf das Ziel (14) zu richten, auf dem ersten Substrat (21) und/oder einer beliebigen Struktur, die an das erste Substrat (21) gebondet ist, befinden, wobei keine optischen Elemente in einem Rücklaufweg von dem Ziel (14) zu der Erfassungseinrichtung (17) vorhanden sind und wobei der Rücklaufweg durch das erste Substrat (21) verläuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Erfassungseinrichtung (17) mehr als ein Lichterfassungselement zum Erfassen eines entsprechenden Strahls der mehr als einen Strahl umfassenden Strahlen enthält, die von dem entfernten Ziel (14) reflektiert werden, wobei das optische Übertragungssystem eine ausreichende Trennung zwischen den mehr als einen Strahl umfassenden Strahlen bereitstellt, so dass jeder Strahl dieser mehr als einen Strahl umfassenden Strahlen zu einem entsprechenden eindeutigen Lichterfassungselement der mehr als einen Erfassungselement umfassenden Erfassungselemente zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das optische Übertragungssystem ein lichtbrechendes/lichtbeugendes Hybridelement ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Hybridelement aus einer einzelnen Oberfläche des Substrats (21) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der ein lichtbrechender Abschnitt des Hybridelements an der ersten Fläche des ersten Substrats (21) und ein lichtbeugender Abschnitt des Hybridelements an der zweiten Fläche des ersten Substrats (21) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend Mittel zum Montieren der Stahlenabgabeeinrichtung und der Erfassungseinrichtung (17) auf dem ersten Substrat (21).
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend: ein Trägersubstrat, wobei die Lichtquelle (15) und die Erfassungseinrichtung (17) auf dem Trägersubstrat angebracht sind; und ein Mittel zum Zusammenbonden des Trägersubstrats und des ersten Substrats (21).
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Mittel zum Bonden Distanzstücke zwischen dem ersten Substrat (21) und dem Trägersubstrat enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die integrierte optische Vorrichtung ein Positionssensor ist, der verwendet wird, um die Position des Sensors gegenüber dem entfernt liegenden Ziel (14) zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der Lichtquelle (15) ein Laser mit Kantenstrahlung ist, wobei die Vorrichtung weiterhin einen Spiegel enthält, der zum Zurückführen von Licht von dem Laser mit Kantenstrahlung verwendet wird und der zu dem ersten Substrat (21) benachbart angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle (15) ein vertikaler Hohlraumlaser mit Oberflächenemission.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend ein mechanisch zueinander passendes Mittel zum passiven Ausrichten von zumindest der Lichtquelle (15) oder der Erfassungseinrichtung (17) gegenüber dem ersten Substrat (21 ).
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das mechanisch zueinander passende Mittel Distanzstücke enthält, um eine präzise Trennung zwischen der Lichtquelle (15) und dem Substrat bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Substrat (21) weiterhin zumindest ein Metallkissen auf einer Bodenfläche des Substrats enthält, welches verwendet wird, um die Positionierung von zumindest der Lichtquelle (15) oder der Erfassungseinrichtung (17) zu unterstützen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, weiterhin enthaltend ein Lötkissen auf der Oberseite von zumindest einem Metallkissen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle (15) ein Halbleiter-Laserchip ist, der direkt an das erste Substrat (21) gebondet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Lichtquelle (15) ein Halbleiter-Laserchip ist, der mittels Distanzstücken an das Substrat gebondet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die mehr als ein Lichterfassungselement umfassenden Lichterfassungselemente mehr als einen Bereich auf einer einzelnen Erfassungseinrichtung enthalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die beliebige Struktur, die an das erste Substrat (21) gebondet ist, enthält: ein zweites Substrat, welches optisch transparent ist und welches optische Elemente des optischen Übertragungssystems, welche darauf integriert sind, aufweist; und ein Mittel zum Zusammenbonden des zweiten Substrats und des ersten Substrats (21).
Vorrichtung nach Anspruch 19, beider das Mittel zum Bonden Distanzstücke zwischen dem ersten Substrat (21) und dem zweiten Substrat aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, weiterhin enthaltend ein optisch beugendes Element auf einer oberen Oberfläche des ersten Substrats (21) und ein optisch brechendes Element auf einer unteren Oberfläche des zweiten Substrats.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das optische Übertragungssystem ein einzelnes optisch beugendes Element ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das optisch Übertragungssystem eine Vielzahl an optisch beugenden Elementen enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die optischen Elemente in dem optischen Übertragungssystem Durchmesser von weniger als 50 μm aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend Metallabschnitte, die auf dem Substrat (21i) in zumindest dem Übertragungsweg oder einem Rücklaufweg von dem Ziel (14) zu der Erfassungseinrichtung (17) photolitographisch erzeugt sind und die als eine Maske dienen.
Verfahren zum Integrieren einer optischen Vorrichtung, enthaltend: Montieren einer Lichtquelle (15), die zu einem ersten Substrat (21) benachbart angeordnet ist, wobei das erste Substrat (21) optisch transparent ist und wobei die Lichtquelle (15) vorgesehen ist, Licht durch das erste Substrat (21) in Richtung auf ein entferntes Ziel (14) abzustrahlen; Bereitstellen eines optischen Übertragungssystems auf dem ersten Substrat (21), welches in einem optischen Übertragungsweg von der Lichtquelle (15) zu dem Ziel (14) positioniert ist und welches das Licht in mehr als einen Strahl aufteilt; Montieren einer Erfassungseinrichtung (17) benachbart zu dem ersten Substrat (21), wobei die Erfassungseinrichtung (17) zum Empfangen der mehr als einen Strahl umfassenden Strahlen, die durch das Ziel (14) reflektiert werden, vorgesehen ist; und Bereitstellen eines Rücklaufweges von dem Ziel (14) zu der Erfassungseinrichtung (17) über das erste Substrat (21), wobei der Rücklaufweg keine optischen Elemente enthält; und Bereitstellen aller optischen Elemente, die notwendig sind, mehr als einen Strahl zu erzeugen und diese mehr als einen Strahl umfassenden Strahlen auf das Ziel (14) auszurichten, auf dem ersten Substrat (21) und/oder einer beliebigen Struktur, die an dem ersten Substrat (21) gebondet ist.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem zumindest das Bereitstellen der Lichtquelle (15) oder das Bereitstellen der Lichterfassungseinrichtung das passive Ausrichten mit dem ersten Substrat (21) enthält.
Verfahren nach Anspruch 26, weiterhin enthaltend: Anordnen der Lichtquelle (15) und der Erfassungseinrichtung (17) auf einem Trägersubstrat und Zusammenbonden des Trägersubstrats und des ersten Substrats (21).
Verfahren nach Anspruch 26, weiterhin enthaltend das Zusammenbonden eines zweiten Substrats und des ersten Substrats (21), wobei das zweite Substrat optisch transparent ist und optische Elemente des optischen Übertragungssystems aufweist.
Verfahren nach Anspruch 26, weiterhin enthaltend das photolitographische Ausbilden von Metallabschnitten auf dem ersten Substrat (21) in einem Rücklaufweg von dem Ziel (14) zu der Erfassungseinrichtung (17), wobei die Metallabschnitte als eine Maske dienen.
Verfahren nach Anspruch 26, weiterhin enthaltend präzises Trennen der Lichtquelle (15) und des Substrats über Distanzstücke.
Verfahren nach Anspruch 26, weiterhin enthaltend das Bereitstellen von zumindest einem Metallkissen auf einer unteren Fläche des ersten Substrats (21), um die Positionierung von zumindest der Lichtquelle (15) oder der Erfassungseinrichtung (17) zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 26, weiterhin enthaltend das Bereitstellen eines Lötkissens auf dem zumindest einem Metallkissen.