(57)【要約】【課題】光ピックアップ装置を提供する。【解決手段】色消し４分の１波長板コーティングを有する折曲げミラーを備えた光ピックアップが提供される。薄膜コーティングに４分の１波長のリターデーションを効果的に提供させるために、光ピックアップは、折曲げミラーに入射する光の偏光が所定の角度になるように構成されている。一実施形態によれば、所定の角度は、光源を回転させることによって提供される。他の実施形態によれば、所定の角度は、光源およびビーム・コンバイナを含む平面を回転させることによって提供される。いずれの実施形態においても、ビーム・コンバイナおよび折曲げミラーは、効率をさらに改善するために、同じ軸に沿って配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を放出するための第１の光源、および第２の他の波長の光を放出するための第２の光源を含む複数の光源と、
前記複数の光源の個々の光源から放出される光を、共通光路に沿って、第１の軸に平行の第１の方向に透過させるための少なくとも１つのビーム・コンバイナと、
前記第１の方向に透過する光の方向を、前記第１の軸に対して実質的に直角の第２の軸に平行の第２の方向に方向転換させるためのリフレクタであって、所定の入射角で前記第１および第２の波長において実質的に４分の１波長のリターデーションを提供するためのコーティングを含むリフレクタと、
前記リフレクタによって方向転換された光を光ディスクに集束させるための対物レンズと、
前記光ディスクで反射した光を検出するための少なくとも１つの光検出器と
を備えた光ピックアップ装置であって、
前記少なくとも１つのビーム・コンバイナおよび前記リフレクタが前記第１の軸に沿って配置され、前記少なくとも１つのビーム・コンバイナによって前記第１の方向に透過した光が、実質的に前記第１の軸に対して直角で、かつ、前記第２の軸に対して斜角をなす電界ベクトルを有する直線偏光を含む、光ピックアップ装置。
【請求項２】
前記複数の光源が、第３の波長の第３の光のビームを放出するための第３の光源を備え、前記第１、第２および第３の波長がそれぞれ異なる、請求項１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つのビーム・コンバイナが、前記第１の光源から放出される光を受け取るための第１のビーム・コンバイナ、前記第２の光源から放出される光を受け取るための第２のビーム・コンバイナ、および前記第３の光源から放出される光を受け取るための第３のビーム・コンバイナを備え、前記第１、第２および第３のビーム・コンバイナの各々が前記第１の軸に沿って配置された、請求項２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項４】
前記第１、第２および第３のビーム・コンバイナが、第１の通過で、前記第１、第２および第３の光源からの光を前記リフレクタに向けて導き、第２の通過で、前記リフレクタからの前記第１、第２および第３の波長の光を、前記リフレクタによって提供される実質的に９０度の移相に応じて前記少なくとも１つの光検出器に向けて導くための波長依存偏光ビーム・コンバイナである、請求項３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項５】
前記第１のビーム・コンバイナが、第１の偏光を有する前記第１の波長の光を前記第１の光源から前記第２のビーム・コンバイナへ反射させ、かつ、第２の直交偏光を有する前記第１、第２および第３の波長の光を前記第２のビーム・コンバイナから前記少なくとも１つの光検出器へ通過させるためのビーム・コンバイナであり、
前記第２のビーム・コンバイナが、前記第１の偏光を有する前記第２の波長の光を前記第２の光源から前記第３のビーム・コンバイナへ反射させ、かつ、前記第１の偏光を有する前記第１の波長の光を前記第１のビーム・コンバイナから前記第３のビーム・コンバイナへ通過させ、さらに、前記第２の直交偏光を有する前記第１、第２および第３の波長の光を前記第３のビーム・コンバイナから前記第１のビーム・コンバイナへ通過させるためのビーム・コンバイナであり、
前記第３のビーム・コンバイナが、前記第１の偏光を有する前記第３の波長の光を前記第３の光源から前記リフレクタへ反射させ、かつ、前記第１の偏光を有する前記第１および第２の波長の光を前記第２のビーム・コンバイナから前記リフレクタへ通過させ、さらに、前記第２の直交偏光を有する前記第１、第２および第３の波長の光を前記リフレクタから前記第２のビーム・コンバイナへ通過させるためのビーム・コンバイナである、
請求項３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項６】
前記第１、第２および第３のビーム・コンバイナの各々が、実質的に前記第１の軸に対して直角であり、かつ、前記第２の軸に対して斜角をなす電界ベクトルを有する直線偏光を提供するように配向された、請求項３に記載の光ピックアップ装置。
【請求項７】
前記複数の光源の個々の光源および前記少なくとも１つのビーム・コンバイナが同じ平面に配置され、前記同じ平面が、前記第２の軸に関連して実質的に前記斜角に等しい角度だけ前記第１の軸の周りに回転された、請求項１から６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項８】
前記第１、第２および第３のビーム・コンバイナの各々が、偏光ビーム分割キューブを含む、請求項２から６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項９】
前記第１、第２および第３のビーム・コンバイナの各々が、前記第１の軸に対して実質的に±４５度に等しい角度で配置された偏光ビーム分割プレートを含む、請求項２から６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１０】
非点収差を小さくするためのプレートを備え、前記プレートが、連続するプレートの各々が直交軸の周りに傾斜するように、前記偏光ビーム分割プレートと共に前記第１の軸に沿って配置された、請求項９に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの光検出器が、前記第１の光源と共に共通にパッケージされた第１のフォトダイオード、前記第２の光源と共に共通にパッケージされた第２のフォトダイオード、および前記第３の光源と共に共通にパッケージされた第３のフォトダイオードを含む、請求項２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのビーム・コンバイナが、前記第１の軸に沿って配置された第１の二色ビーム分割キューブを含み、前記第１の二色ビーム分割キューブが、前記第１の波長の光を通過させ、かつ、前記第２の波長の光を反射させるための界面を含む、請求項１１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのビーム・コンバイナが、前記第１の軸に沿って配置された第２の二色ビーム分割キューブを含み、前記第２の二色ビーム分割キューブが、前記第１および第２の波長の光を通過させ、かつ、前記第３の波長の光を反射させるための界面を含む、請求項１２に記載の光ピックアップ装置。
【請求項１４】
前記リフレクタによって提供される実質的に９０度の移相に応じて前記第１、第２および第３の波長の光を回折させるための偏光ホログラムであって、前記第１の波長の回折光を前記第１のフォトダイオードに向けて導き、前記第２の波長の回折光を前記第２のフォトダイオードに向けて導き、かつ、前記第３の波長の回折光を前記第３のフォトダイオードに向けて導くために選択された偏光ホログラムを含む、請求項１１から１３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１５】
前記複数の光源の個々の光源および前記少なくとも１つのビーム・コンバイナが、前記第２の軸に対して実質的に直角の平面に配置された、請求項１１から１３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１６】
前記複数の光源の個々の光源が、前記少なくとも１つのビーム・コンバイナによって前記第１の方向に透過した直線偏光が実質的に前記第１の軸に対して直角に、かつ、前記第２の軸に対して斜角をなす電界ベクトルを有するように回転される、請求項１１から１３のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのビーム・コンバイナで反射した光から前記第１および第２の光源を保護するための少なくとも１つの傾斜したエッジ・フィルタを備えた、請求項１から１６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１８】
前記斜角が実質的に４５度に等しい、請求項１から１６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項１９】
前記所定の角度が実質的に４５度に等しい、請求項１から１６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項２０】
前記コーティングが、前記第１の方向に透過し、かつ、前記リフレクタに入射する光の一部をタップすることができるように設計された、請求項１から１６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項２１】
前記コーティングが、対照的な屈折率を有する等方性物質の、第１の複数の互い違いの層を備え、前記第１の複数の層の個々の層の厚さおよび屈折率が、前記コーティングが前記第１および第２の波長でＣプレートとして機能するように選択された、請求項１から１６のいずれかに記載の光ピックアップ装置。
【請求項２２】
前記コーティングが、対照的な屈折率を有する等方性物質の、第２の複数の互い違いの層を備え、前記第２の複数の層の個々の層の厚さおよび屈折率が、前記コーティングが前記第１および第２の波長で高リフレクタとして機能するように選択された、請求項２１に記載の光ピックアップ装置。
【請求項２３】
前記第１および第２の複数の互い違いの層が、前記Ｃプレートの機能および前記高リフレクタの機能が統合されるように選択された、請求項２２に記載の光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は一般に光ピックアップ・ユニットに関し、詳細には、リターデーション・コンポーネントを提供するために薄膜コーティングを利用した光ピックアップ・ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクト・ディスク（ＣＤ）は、１９８０年代に発明され、可聴信号のあらゆるディジタル記録を可能にしている。音声ＣＤおよび／またはＣＤ−ＲＯＭのための光ピックアップ・ユニット（ＯＰＵ）には、符号化されたディジタル情報を読み取るための近赤外（ＮＩＲ）（たとえば７８０ｎｍ、７８５ｎｍ、７９０ｎｍ）半導体レーザが使用されている。対物レンズの開口数（ＮＡ）は約０．４５であり、深さ約１００ｎｍ、幅約５００ｎｍ、およびディスクの中心からの半径距離に応じて長さ約８５０ｎｍないし３５００ｎｍのピット（ディスク上への符号化の１単位）測値を可能にしている。
【０００３】
１９９０年代に、ＣＤの約３．５倍の物理的記録密度の増加を可能にする極めて重大な光学設計変更がなされた最初の商用ディジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）が出現した。この物理的密度の増加が可能になったのは、より短い波長（たとえば音声ＣＤにおける７８０ｎｍ近赤外バンド（ＮＩＲ）に対して６５０ｎｍ、６６０ｎｍレッド・バンドなど）の半導体（ＳＣ）レーザの使用、およびより大きいＮＡレンズ（たとえば０．６ＮＡには厚さ０．６ｍｍのＤＶＤディスクが必要である）の使用によるものであった。後方互換ＤＶＤ／ＣＤ光ピックアップ・ユニットには、単一コンポーネントまたは離散コンポーネントとしてパッケージされた２つのレーザ源が使用されており、それらの読取りビームは、偏光ビーム・コンバイナ（ＰＢＣ）および／または二色性ビーム・コンバイナ（ＤＢＣ）によって結合されている。
【０００４】
ＤＶＤ媒体の後継システムは、ブルレイ・ディスク（ＢＤ）から高密度ＨＤ−ＤＶＤまでの範囲をフォーマットしている。これらのシステムでは、読取り／書込みＳＣレーザの波長が約４０５〜４１０ｎｍブルー−バイオレット・バンドまでさらに短くなっており、また、ＮＡも約０．８５まで大きくなっている。ＢＤまたはＨＤ−ＤＶＤ後方互換ＤＶＤ／ＣＤシステムの場合、３つのすべてのディスク媒体のフォーマットをサポートするためには、第３の波長のレーザ（たとえば最初の２つのレーザと共通にパッケージされたレーザまたはそれらとは別にパッケージされたレーザ）が必要である。
【０００５】
図１を参照すると、従来技術による３波長ＨＤ−ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ光ピックアップ・ユニット（ＯＰＵ）の一例が示されている。ＯＰＵ１００は、複数の半導体レーザ源のアレイ１１０を備えている（つまり、λ＝７８０ｎｍの第１のＬＤ１１１、λ＝６６０ｎｍの第２のＬＤ１１２、およびλ＝４０５ｎｍの第３のＬＤ１１３を備えた３つの離散レーザ・ダイオード（ＬＤ）として示されている）。これらのＬＤの出力は、複数の偏光ビーム・コンバイナ・キューブ（ＰＢＣ）のアレイ１３０によって空間的に多重化され、レンズ・システム１６０によって平行化され、また、漏洩性ミラー１４０によって折り曲げられた後、対物レンズ１６１を介して回転ディスク媒体１５０の単一「ピット」領域に像をつくる（集束する）。漏洩性ミラー１４０は、入射するビームのエネルギーの微小部分（たとえば５％）のタップ・オフおよびもう１つのレンズ１６５を介したモニタ・フォトダイオード（ＰＤ）１７５への集束を可能にしている。
【０００６】
複数のＬＤ源のアレイ１１０からの出力は、実質的に直線偏光される（たとえばＰＢＣ斜辺表面に対して「Ｓ」偏光される）。これらの直線偏光ビームは、複数のＰＢＣキューブのアレイ１３０に到達する前に、望ましくない帰還（たとえば「Ｐ」偏光）からＬＤ源を保護する複数の低仕様偏光子１２０のアレイを透過する。従来、保護フィルタ１２０は、偏光消光比が１０：１である単純な二色吸収偏光子である。
【０００７】
ＬＤ源１１０の各々からの主光線は、共通経路１８０に沿ってディスク媒体１５０に向かって導かれる。光は、４分の１波長板（ＱＷＰ）１４５に到達する前に、実質的に直線偏光される。直線偏光された（ＬＰ）光は、ＱＷＰ１４５を通過した後、円偏光された（ＣＰ）光に変換される。ＣＰ光の左右像は、ＱＷＰの光学軸配向で決まる（所与のＳまたはＰ偏光入射の場合）。図に示す、「Ｓ」偏光がＱＷＰに入射する例の場合、ＱＷＰの遅軸がＰＢＣのｐ平面に対して反時計方向（ＣＣＷ）に４５°で整列すると、ＱＷＰの出口に左回り円（ＬＨＣ）偏光が出現する（ＬＨＣは、ジョーンズ・ベクトル［１ｊ］Ｔ／√２を有しており、また、観察者に入射するビームを見ている間は、直観ＲＨ−ＸＹＺ座標系が仮定されている）。
【０００８】
記録されたピットの物理的な刻み目が存在している事前記録ＣＤおよびＤＶＤディスクの場合、１／６波ないし１／４波におけるピットとその周囲の「ランド」の間の光路長の差によって、少なくとも部分的に弱め合う干渉が提供され、ＰＢＣキューブ・アレイ１３０の第２のポートに配置された主フォトダイオード１７０によって検出される光が減少する。一方、ピットが存在していない場合、ＰＢＣキューブ・アレイ１３０に向かって戻る際の実質的に同じ光パワーでＣＰ左右像が変化することになる。光は、２回通過する間にＱＷＰによって効果的に変換され、それによりＰＢＣアレイ１３０に戻る際に元のＳ偏光からＰ偏光に変換される。
【０００９】
図２を参照すると、従来技術による、ＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ読取り／書込みアクセスおよびレガシーＣＤ／ＤＶＤ後方互換性を提供するＯＰＵのもう１つの例が示されている。ＯＰＵ２００は、３波長レーザ・ダイオード２１０（つまり共通にパッケージされた、発光接合間の横方向のオフセットが極めて小さい３つのＳＣレーザ）、書込みビームおよび読取りビームを直交する２つの経路に分割するための第１のキューブ偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２３１、および読取りビームをＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤディスク・フォトダイオード２７１への第１の経路とＣＤ／ＤＶＤレガシー・ディスク・フォトダイオード２７２への第２の経路にさらに分割するための第２のキューブ二色ビームスプリッタ（ＤＢＳ）２３２（つまり、ガラス媒質中に浸された、長ＣＤ／ＤＶＤ波長を透過させ、かつ、短ＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ波長を反射させる長波通過（ＬＷＰ）フィルタ）を備えている。書込みビームは、コリメーティング・レンズ・システム２６０、４５度プリズム２４０および対物レンズ２６１を通過した後、ディスク媒体２６２に到達する。当分野で良く知られているように、残りのコンポーネントには、回折格子および様々なレンズが含まれている。ＱＷＰ２４５は、コリメーティング・レンズ・システム２６０と対物レンズ２６１の間に挿入されている。上で説明したように、ＱＷＰの速軸／遅軸は、それらの間を最初に通過する際に円偏光が提供されるよう、システムの「Ｓ」および「Ｐ」軸に対して約±４５度で整列している。
【００１０】
図１および２に示すＯＰＵシステムの各々の場合、ＱＷＰは偏光変換器として機能しており、最初の通過で、第１の偏光状態を有する直線偏光を円偏光に変換し、２回目の通過で、円偏光を第２の直交偏光状態を有する直線偏光に変換している。従来、ＱＷＰは、無機結晶（たとえば単結晶水晶、単結晶ＭｇＦ２、ＬｉＮｂＯ３等）、液晶または延伸重合体膜（たとえばポリカーボネート、ポリビニル・アルコール等）などの複屈折エレメントから形成されている。残念ながら、従来のＱＷＰが有効に機能しているのは、狭い波長帯域内のみである。
【００１１】
したがって、図１および２に示すＯＰＵシステムなどのＯＰＵシステムには、複数の波長帯域および／または比較的広い波長帯域にわたって４分の１波長のリターダンスを提供する色消しＱＷＰ（ＡＱＷＰ）がしばしば使用されている。従来、ＡＱＷＰは、複数の異なる波長板を一体に積層することによって製造されている（たとえば接着剤を使用して一体に結合された、光軸が互いに直交している、水晶およびＭｇＦ２などの２つの異なる屈折率分散複屈折物質の２分の１波長板層および４分の１波長板層、あるいは所定の方位角オフセットで整列した同様の複屈折層のうちの複数の層）。しかしながら、積層されたＡＱＷＰ構造によって広い帯域幅が提供されることは事実であるが、それらは耐環境性に乏しいことも事実である。また、複数の波長板層を使用する場合、必要な厚さおよび方位角オフセットの許容差のため、ＡＱＷＰの製造コストが増加する。
【００１２】
現在の高密度光学記憶システム（すなわちＨＤ−ＤＶＤまたはＢＤディスク読取り／書込みチャネルを備えたシステム）の場合、ＱＷＰエレメントの信頼性は、ハイ・パワー・ブルー−バイオレット・レーザ出力（たとえばより速い読取り／書込み速度の場合、２４０ｍＷ以上のパワー）では重要な要素になっている。さらに、約１００ｎｍ、約１６５ｎｍおよび約２００ｎｍの大きさのリターデーションを生成するためには、３つのすべての光チャネル、つまりブルー−バイオレット４０５ｎｍ、レッド６６０ｎｍおよびＮＩＲ７８０ｎｍのためのＡＱＷＰが必要である。信頼性の高い複屈折コンポーネントから、低コストの消費者エレクトロニック・インテグレーションで得られるこれらの全く異なる大きさのリターデーション要求事項は、単結晶性物質および延伸有機箔以外の代替ＱＷＰ技術の追求を余儀なくしている。解決法の１つには、場合によっては、独自のＯＰＵを使用した短波長ブルー−バイオレット・チャネルの分離、および延伸箔ＡＱＷＰを始めとする従来のＯＰＵを使用したレガシー・レッド／ＮＩＲ  ＤＶＤ／ＣＤチャネルの分離が必要である。しかしながら、複数の冗長光学コンポーネント、折曲げミラー、レンズ等が存在しているため、この手法は、コストが高くなっている。
【００１３】
一連の均質で、かつ、等方性の誘電体層を有する、高真空蒸着プロセスによって製造された光薄膜は、反射および透過の際に、入射面に平行に整列した直線偏光（Ｐ偏光）および入射面に直角に整列した直線偏光（Ｓ偏光）に異なる位相変化をもたらすことはこの業界で良く知られている。非垂直入射が反射および透過する際に位相が変化する基本的な理由は、Ｐ偏光およびＳ偏光の実効屈折率が入射角を関数として変化することによるものである。
【００１４】
【数１】
2008052897.tif 000003
上式で、ｎＰおよびｎＳは、層の法線からのθ屈折角における実効屈折率であり、θは、スネルの法則によって入射角θ０に関係している。
ｎ０ｓｉｎ（θ０）＝ｎｓｉｎ（θ）
上式で、ｎ０は入射媒体の屈折率であり、ｎは均質な薄膜層の屈折率である。
【００１５】
この歴史的な知識が与えられると、透過型動作または反射型動作の薄膜スタックを設計することができ、フィルタ・パワー特性（短波通過、帯域通過、無反射、高反射など）に加えて、非垂直入射におけるリターデーション性能が達成される。１０．６μｍの波長における４分の１波長の光学的厚さ（ＱＷＯＴ）未満の一連の層を利用した、入射角が４５度のＱＷＰ（つまり９０°リターダ）の設計を教示した、Ｓｏｕｔｈｗｅｌｌに対する米国特許第４，３１２，５７０号特許に、このような設計例の１つが記載されている。この設計では、膜のスタックは本質的に透明であり、下を覆っている銀の基板によって大きい反射率が実質的に得られる。また、この設計は本質的に狭帯域である（つまりパワーおよびリターデーション特性を達成することができるのは、設計中心波長に対する有効波長の微小部分である）。屈折率が互い違いにされた一連の薄層を使用した、広範囲の帯域幅にわたる角度で正味リターデーションを提供するための複屈折の形成を教示した、Ｙｅｈらに対する米国特許第５，１９６，９５３号に、もう１つの設計例が記載されている。また、参照により本明細書に組み込まれている、２００７年５月２５日出願の米国特許出願番号第１１／７５３，９４６号に、さらに他の設計例が提供されている。これらの均質誘電体薄膜コーティングを使用することによって実現することができるのは、いわゆるＣプレート複屈折対称性のみである。薄膜のスタックは、Ｃ軸（実効単軸屈折率楕円体の光学軸）が基板の法線に平行に整列した正のＣプレートまたは負のＣプレートのいずれかである。
【００１６】
従来のＯＰＵシステムのレイアウトを調査すると、自然ビーム折曲げ位置が存在しており、その位置で、ディスク媒体にアクセスするために、すべて所与の平面（たとえば水平面）に位置している一連の光学コンポーネントを横切る光ビームが９０度方向転換する。折曲げ光学系は、通常、４５度傾斜した高リフレクタ・プレートまたは三角プリズムであり、傾斜した表面に高リフレクタ膜がコーティングされている。
【００１７】
従来の独立型ＡＱＷＰの代わりに薄膜ＡＱＷＰをＯＰＵシステムに使用することは、いくつかの理由で魅力的である。薄膜ＡＱＷＰは、信頼性の高い誘電体層で構築することができ、複屈折結晶板を成長させ、かつ、研磨する必要がないため、低コストで構築することができ、また、延伸重合体箔の場合のようにブルー−バイオレット・レーザによって光化学劣化することはない。これらの理由により、従来のＡＱＷＰを、傾斜した薄膜コーティングが施された、移相特性を有するプレートに置換する関心が高まっている。
【００１８】
Ｋｉｍらは、米国特許出願第２００４／０２４６８７６号の中で、Ｐ偏光とＳ偏光の間に９０度の位相遅延を生成するために移相コーティング層を使用した２波長ＤＶＤ／ＣＤ  ＯＰＵを示している。Ｋｉｍらによれば任意の数のコンポーネント上に形成することができるこの移相コーティング層には、従来の色消し４分の１波長板の置換が意図されており、したがって製造コストの低減を提供している。一実施形態では、光が４５度の角度で入射するよう、折曲げミラーの上に移相コーティングが形成されている。この実施形態の場合、当業者は、移相コーティングがＣプレートとして機能することを期待している。残念ながら、提案されているＯＰＵレイアウトには、傾斜したＣプレートの遅軸および速軸がその傾斜軸に平行および直角に限定されることが考慮されていない。したがって提案されているＯＰＵ設計は、移相コーティングを組み込んでいるとはいえ、折曲げミラーで反射する際に、直線偏光入力を左回りまたは右回り円偏光出力に、また、その逆に左回りまたは右回り円偏光入力を直線偏光出力に変換していない。このリターデーション効果なくしては、ＤＶＤ／ＣＤレーザ・エミッタの両方からのすべての光ビームが、偏光ビームスプリッタを介して検出器に向かって方向転換する代わりにレーザ源に戻るよう、第１の通過入射光ビームおよび第２の戻り光ビームの偏光に変化はない。
【００１９】
Ｍｏｏｎらは、米国特許出願第２００６／０１２６４５９号の中で、同じく、４分の１波長板に対応するコーティングを表面に備えた移相ミラーを使用した２波長ＤＶＤ／ＣＤ  ＯＰＵを示している。米国特許出願第２００４／０２４６８７６号の中で提案されている設計とは対照的に、この構成は、所定の角度（たとえば４５度）で傾斜した偏光方向で直線偏光を移相ミラーに入射させなければならないことに対処しており、したがって、Ｃプレートの遅軸および速軸がその傾斜軸に限定されることが考慮されている。残念ながら、この設計は、改善を提供していることは事実であるが、損失が大きく、比較的複雑で、かつ、２つの波長にのみ限定されている点で十分ではない。前者に関しては、損失のほとんどは、プレート・ビームスプリッタを使用していることによるものと思われる。プレート・ビームスプリッタは、プレート・ビームスプリッタの一方の側に配置されているすべてのレーザ源光学系を、プレート・ビームスプリッタのもう一方の第２の側に配置されている検出器から分離している。プレート・ビームスプリッタは、キューブ・ビームスプリッタに対してＳ偏光光ビームおよびＰ偏光光ビームの両方が、レーザ源からディスク媒体への第１の通過で概ね１／２Ｓ偏光および１／２Ｐ偏光としてプレート・ビームスプリッタに入射するよう、また、プレート・ビームスプリッタが非偏光ビームスプリッタとして機能する（たとえば５０：５０で強度を分割する）よう、キューブ・ビームスプリッタに対して角度が付けられている。２回遭遇するこの強度分割が重大な光損失の原因になっている。
【００２０】
また、Ｌｅｅは、米国特許出願第２００６／００３９２６５号の中で、従来の独立型ＡＱＷＰを使用していないＯＰＵを開示している。より詳細には、Ｌｅｅは、累積９０度Ｓ偏光対Ｐ偏光位相差を生成するための偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）キューブおよび折曲げミラー・リフレクタ・プレートを含む、レーザ・ダイオードとディスク媒体の間の光路に沿った複数の光薄膜の使用を開示している。残念ながら、一般的に少なくとも１つのＰＢＳキューブを備えているこの設計には、１つまたは複数のＰＢＳキューブの二重減衰の影響が考慮されていない。大まかに９０％（つまりＳ偏光は全く反射せず、Ｐ偏光の９０％が反射する）であると記述されている二重減衰の場合、減衰した直線偏光方向の位相変化は問題ではない。減衰方向に反射する、複屈折効果をもたらすような光は存在していない。したがってＰＢＳキューブの出力は、厳密にＰ偏光またはＳ偏光である。また、Ｌｅｅの特許出願には、折曲げミラー上の部分的なＱＷＰ位相コーティングに対する入射直線偏光の方位オフセットが提供されていないことに留意されたい。したがって、折曲げミラーで反射した光が直線偏光から円偏光に変化することはない。ディスク媒体から戻る光は、偏光が変化していないため、検出器に向かう代わりにレーザ源に向かって方向転換することになる。
【特許文献１】米国特許第４，３１２，５７０号
【特許文献２】米国特許第５，１９６，９５３号
【特許文献３】米国特許出願第２００４／０２４６８７６号
【特許文献４】米国特許出願第２００６／０１２６４５９号
【特許文献５】米国特許出願第２００６／００３９２６５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題の少なくともいくつかを除去する構成を備えた、実質的に４分の１波長のリターダンス（つまり９０度移相（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ））を提供するコーティングを組み込んだＯＰＵを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の一態様によれば、第１の波長の光を放出するための第１の光源、および第２の他の波長の光を放出するための第２の光源を含む複数の光源と、前記複数の光源の個々の光源から放出される光を、共通光路に沿って、第１の軸に平行の第１の方向に透過させるための少なくとも１つのビーム・コンバイナと、前記第１の方向に透過する光の方向を、前記第１の軸に対して実質的に直角の第２の軸に平行の第２の方向に方向転換させるためのリフレクタであって、所定の入射角で前記第１および第２の波長において実質的に４分の１波長のリターデーションを提供するためのコーティングを含むリフレクタと、前記リフレクタによって方向転換された光を光ディスクに集束させるための対物レンズと、前記光ディスクで反射した光を検出するための少なくとも１つの光検出器とを備えた光ピックアップ装置であって、前記少なくとも１つのビーム・コンバイナおよび前記リフレクタが前記第１の軸に沿って配置され、前記少なくとも１つのビーム・コンバイナによって前記第１の方向に透過した光が、実質的に前記第１の軸に対して直角で、かつ、前記第２の軸に対して斜角をなす電界ベクトルを有する直線偏光を含む、光ピックアップ装置が提供される。
【００２３】
以下で定義されている用語に関して、特許請求の範囲または本明細書のいずれかの部分でこれらの定義と異なる定義がなされていない限り、これらの定義が適用されるものとする。
【００２４】
「複屈折」という用語は、複数の異なる屈折率を有していることを意味するものとして理解されたい。通常、複屈折によって、直交直線偏光を有する光（たとえばＳ偏光およびＰ偏光）が異なる速度で媒体中を伝搬することになる。この伝搬速度の変化によって、２つの直交偏光の間に位相差が生じる。
【００２５】
「リターダンス」という用語は、２つの直交直線偏光成分の間の位相差を意味するものとして理解されたい。リターダンスは、しばしば波長の微小部分として表される（たとえば度またはナノメートルで表される）。
【００２６】
「リターデーション」という用語は、２つの直交屈折率の間の差×光エレメントの厚さを意味するものとして理解されたい。あるいは「リターデーション」という用語は、２つの直交直線偏光成分の間の符号付き位相差を意味するものとして理解されたい。本出願においては、「リターデーション」という用語は、しばしば「リターダンス」という用語と交換可能に使用されていることに留意されたい。
【００２７】
「単軸」という用語は、２つの異なる屈折率を有していることを意味するものとして理解されたい（その場合、たとえばｎｘ、ｎｙおよびｎｚのうちの少なくとも２つが実質的に等しい）。
【００２８】
「平面内」という用語は、平面内複屈折、平面内リターダンスなどのように、コンポーネントの平面に平行であることを意味するものとして理解されたい。
【００２９】
「平面外」という用語は、平面外複屈折、平面外リターダンスなどのように、コンポーネントの法線に平行であることを意味するものとして理解されたい。
【００３０】
「平面内リターデーション」という用語は、２つの直交平面内屈折率の間の差×光エレメントの厚さの積を意味するものとして理解されたい。
【００３１】
「平面外リターデーション」という用語は、光エレメントの厚さ方向（ｚ方向）に沿った屈折率と１つの平面内屈折率の差×光エレメントの厚さの積を意味するものとして理解されたい。あるいはこの用語は、光エレメントの厚さ方向（ｚ方向）に沿った屈折率と複数の平面内屈折率の平均の差×光エレメントの厚さの積を意味するものとして理解されたい。
【００３２】
「Ａプレート」という用語は、そのＣ軸がデバイスの平面に平行に整列した光リターダを含むものとして理解されたい。
【００３３】
「Ｃプレート」という用語は、そのＣ軸がデバイスの法線方向に平行に整列した（すなわち異常光屈折率ｎｅの軸が光リターダの平面に直角である）光リターダを含むものとして理解されたい。Ｃプレートは、異常光屈折率ｎｅが常光線屈折率ｎｏより大きい場合は正と見なされ、異常光屈折率ｎｅが常光線屈折率ｎｏより小さい場合は負と見なされる。あるいはＣプレートは、リターダンスが入射角と共に増加する場合は正と見なされ、リターダンスが入射角と共に減少する場合は負と見なされる。
【００３４】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面に照らして行う以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００３５】
添付のすべての図面を通して、同様の機能は、同様の参照数表示で識別されていることに留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図３を参照すると、本発明によるＯＰＵシステム５００の一実施形態が示されている。図１に示すシステム１００と類似した構成を有するＯＰＵシステム５００は、少なくとも１つの光源５１０、複数の保護フィルタのアレイ５２０、複数の偏光ビーム・コンバイナのアレイ５３０、リフレクタ５４０、回転光ディスク５５０、コリメーティング・レンズ５６０、対物レンズ５６１、集束レンズ５６５、主フォトダイオード５７０およびモニタ・フォトダイオード５７５を備えている。
【００３７】
３つの離散レーザ・ダイオード（ＬＤ）５１１、５１２および５１３のアレイとして示されている少なくとも１つの光源５１０は、１つまたは複数の異なる波長（たとえばそれぞれ７８０ｎｍ、６６０ｎｍおよび４０５ｎｍの波長）の直線偏光を提供している。別法としては、少なくとも１つの光源５１０は、共通にパッケージされた３つのＬＤを備えている。さらに別法としては、少なくとも１つの光源５１０は、４つ以上または２つ以下のＬＤを備えている。
【００３８】
複数の保護フィルタのアレイ５２０は、ディスク媒体からの望ましくない反射光（たとえばＰ偏光）を阻止し、少なくとも１つの光源５１０に向かって方向転換させるために使用されている。従来、保護フィルタ５２０は、垂直入射で使用される単純な二色吸収偏光子である。別法としては、保護フィルタ５２０は、わずかに傾斜したエッジ・フィルタである。いずれの場合においても、フィルタ５２０は、通常、約１０：１の偏光消光比を有している。注目すべきことには、わずかに傾斜したエッジ・フィルタは、とりわけより短いＨＤ−ＤＶＤ波長範囲において、染料がドープされた二色吸収偏光子より信頼性が高いことが期待される。図４は、傾斜したエッジ・フィルタの使用を示したものである。伝搬方向が順方向である場合、傾斜した薄膜コーティング５２０は、第１のＬＤ５１１から送られてくるローカルＰ偏光を通過させ、第１の偏光ビーム・コンバイナ５３１へ送る。伝搬方向が逆方向である場合、ＬＤ５１１は、フィルタ５２０によって、直交偏光ビーム（たとえばローカルＳ偏光）から保護される。フィルタ５２０は、ローカルＲＨ−ＸＹＺ座標系におけるＸ軸の周りに微小角度ＡだけＣＷ方向またはＣＣＷ方向に回転する。有利には、Ｃプレート薄膜コーティング５９２を備えた傾斜したエッジ・フィルタ５２０を使用することにより、光学システムにおける全誘電体コンポーネントの数が増加し、したがって信頼性の高いＯＰＵが提供される。当然、傾斜したエッジ・フィルタの使用は、Ｃプレート薄膜コーティング（すなわち従来の色消し４分の１波長板を備えたコーティング）の有無にかかわらず有利である。
【００３９】
第１のＰＢＣ５３１、第２のＰＢＣ５３２および第３のＰＢＣ５３３を備えた偏光ビーム・コンバイナ（ＰＢＣ）のアレイ５３０は、複数のＬＤのアレイ５１０からの出力を空間的に多重化し、共通光路５８０に沿って導くために使用されている。常に１つの偏光（たとえばＳ偏光）を反射させ、かつ、直交偏光（たとえばＰ偏光）を透過させる従来のＭａｃＮｅｉｌｌｅタイプのＰＢＣキューブとは対照的に、この複数の偏光ビーム・コンバイナのアレイ５３０は波長依存型である。たとえば伝搬方向が順方向である場合、第１のＰＢＣキューブ５３１は、λ１のＳ偏光を反射させることによって光λ１を第１のＬＤ５１１から共通経路５８０に結合する。伝搬方向が逆方向である場合、第１のＰＢＣキューブ５３１は、λ１のＰ偏光を透過させ、かつ、それぞれＬＤ５１２および５１３と結合しているλ２およびλ３のＰ偏光を透過させる。同様に、ＰＢＣキューブ５３２は、λ２のＳ偏光を反射させ、λ１、λ２およびλ３のＰ偏光を透過させ、かつ、λ１のＳ偏光を透過させることによってλ２を共通経路５８０に結合する。また、ＰＢＣキューブ５３３は、λ３のＳ偏光を反射させ、λ１、λ２およびλ３のＰ偏光を透過させ、かつ、λ１およびλ２のＳ偏光を透過させることによってλ３を共通経路５８０に結合する。
【００４０】
リフレクタ５４０は、ＰＢＣ５３０から送られてくる光を９０度のビーム折曲げによって回転光ディスク５５０に向けて方向転換させる。リフレクタ５４０は、少なくとも１つの波長チャネル（たとえば図３に示すＯＰＵシステムの場合、約４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８ｎｍの３つの波長）に、実質的に４分の１波長のリターデーションを提供する薄膜コーティング５９２を備えている。一実施形態によれば、薄膜コーティング５９２は、透明基板に付着した、対照的な屈折率がフィルタ（たとえば短波通過フィルタまたは長波通過フィルタ、帯域通過フィルタ、高反射フィルタなど）に組み込まれた複数の互い違いの層を備えている。透明基板は、平行プレートであっても、あるいはほぼ４５°のプリズムであってもよい（たとえばプリズムの角度の付いたファセットの上に薄膜コーティング５９２を付着させることができる）。この実施形態では、フィルタは漏洩性ミラーとして機能し、入射するビームのエネルギーの微小部分（たとえば５％）のタップ・オフおよびモニタ・フォトダイオード５７５への集束を可能にしている。他の実施形態では、高リフレクタは、実質的にすべての入射光、Ｓ偏光およびＰ偏光を光ディスク５５０に向けて直交ビーム経路に方向転換させている。
【００４１】
コリメーティング・レンズ５６０、対物レンズ５６１、集束レンズ５６５およびフォトダイオード（ＰＤ）５７０、５７５を含む残りの光学コンポーネントは、従来技術で使用されている光学コンポーネントと同様である。図３に示すシステム５００は、説明を目的としたものであり、ある程度簡略化されていることに留意されたい。たとえば、市販されているＯＰＵの場合、ＬＤ出力は、通常、ピットレーンを追跡するために、複数のスポット（たとえば３つのスポット）にファンアウトされており、また、適切な追跡を決定するための補助フォトダイオード・エレメントが検出器平面に取り付けられている。さらに、主ＰＤ５７０の代わりにフォトダイオード・アレイを使用して、検出器平面の円筒集束レンズと共に対物レンズの集束を補助することも可能である。
【００４２】
動作中、ＬＤ５１１、５１２、５１３の各々からの直線偏光が偏光（たとえばＳ偏光）として複数の保護フィルタのアレイ５２０を透過し、複数のＰＢＣのアレイ５３０によって空間的に多重化され、かつ、共通光路５８０に沿って導かれる。直線偏光は、次に、コリメーティング・レンズ５６０によって平行化され、ＣプレートＱＷＰコーティング５９２を有する漏洩性ミラー５４０へ送られる。漏洩性ミラー５４０は、直線偏光を円偏光に変換し、変換した円偏光を対物レンズ５６１を介して光ディスク５５０へ向けて方向転換させる。光ディスク５５０で反射した光は、対物レンズ５６１をもう一度透過し、コリメーティング・レンズ５６０に向かってリフレクタ５４０で反射する。円偏光は、漏洩性ミラー５４０を２回通過し／反射した後、入射する光に対して直角の偏光状態を有する直線偏光（たとえばＰ偏光）にもう一度変換される。複数のＰＢＣのアレイは、複数の個々の波長のＰ偏光を通過させ、主フォトダイオード５７０へ導く。
【００４３】
注目すべきことには、この光学システム５００の性能は、リフレクタ５４０の上流側のコンポーネントとリフレクタ５４０の下流側のコンポーネントの間の角オフセットで決まる。様々なシステム・コンポーネントの方位配向についての以下の説明を容易にするために、光学システム１００／５００は、ビームの多重化および読取りビームの検出を提供するレーザ源／検出器セグメントと、多重化されたビームを平行化し、かつ、光ディスク媒体へ中継するディスク読取り／書込みセグメントに概略的に分割されている。もう一度図１および３を参照すると、レーザ源／検出器セグメントは、ＰＢＣアレイの反射ポートの左側（たとえば共通経路ラベル１８０／５８０の左側）に光学コンポーネントを備えることができ、一方、ディスク読取り／書込みセグメントは、共通経路ラベル１８０／５８０の右側に光学コンポーネントを備えることができる。コリメーティング・レンズ１６０／５６０は、その位置に応じていずれかのセグメントに属することになる。通常、ディスク読取り／書込みセグメントには、リフレクタ５４０および／または実質的に円偏光された光ビームが含まれている。
【００４４】
図１では、リフレクタ１４０は、説明用として、光路を図１の平面内で直角（たとえば９０°の極角）に折り曲げている（たとえば方位回転０°で）。実際には、光路は、光学コンポーネントが含まれている平面を従来の光ディスク・トレイの幅／長さ寸法に維持し、かつ／または読取り／書込み光をディスク・トレイに導くために、図１の平面外で折り曲げられることがより一般的である（たとえば方位回転９０°で）。別法としては、光路は、９０°の極角に、−９０°、０°または１８０°の方位回転で折り曲げられる。いずれの場合においても、極角および／または方位角は、ＲＨ−ＸＹＺ座標系を使用して、ｚ軸に対して記述される。
【００４５】
図３に示すリフレクタ５４０も、図１に示す実施形態のリフレクタ１４０と同様、光路を直角（たとえば９０°の極角）に折り曲げられている。しかしながら、９０°（またはその９０°倍角）の方位オフセットを使用する代わりに、図３のＰＢＣ５３０は、読取り／書込みセグメントとレーザ源／検出器セグメントの間に４５°（またはその９０°倍角）の方位オフセット（たとえば±４５°、±１３５°の方位回転）が存在するように角度が付けられている。ディスク読取り／書込みセグメントとレーザ源／検出器セグメントは、漏洩性折曲げミラー５４０まで同じＺ軸を共有している。ローカルＺ軸は、この漏洩性折曲げミラー５４０の位置で、±４５°または±１３５°の方位角のうちの任意の角度に沿って、共通経路５８０に対する方向が９０°変化する。
【００４６】
図５は、この４５°のオフセットを角度５８５を使用してより明確に示したものである。より詳細には、図５には、ＲＨ−ＸＹＺ座標系に対してＣＣＷ方向に４５°回転したレーザ源／検出器セグメントが示されている。したがって、共通経路における直線偏光（ＬＰ）は、１３５°の方位配向で含まれている。共通経路は、図に示すＲＨ−ＸＹＺ座標系に対して９０°の方位に沿って９０°に折り曲げられている（角度５８６で示されている）。ＸＺ平面は、通常、光ディスク・システムにおけるディスク・トレイ平面である。読取り／書込みビームは、上に向かってディスク・トレイへ導かれる。二重矢印５９５および５９６は、それぞれ、レーザ源／検出器セグメント内の第１の通過ビームおよび第２の通過ビームの直線偏光ベクトルを示している。これらの偏光軸は、共通ビーム経路５８０に沿ったＸ軸およびＹ軸に対して約±４５度のオフセットを形成している。
【００４７】
好都合には、光学システム１００に対して、光学システム５００における±４５°の方位オフセットにより、リフレクタ５４０をディスク・アクセスの複数の波長で色消しＱＷＰとして機能させることができる。より詳細には、±４５°のオフセットには、ＡＱＷＰコーティングの遅軸／速軸が傾斜平面（およびその直交平面）に限定されることが考慮されている。傾斜平面は、図５に示すＡＱＷＰ折曲げミラー５４０のＹＺ平面などの傾斜角を限定する平面として定義されている。速軸／遅軸の実際のアライメントは、Ｃプレート・リターダンスの符号で決まり、＋Ｃプレート・エレメントの場合、遅軸（ＳＡ）は傾斜面に平行に整列し、また、その速軸（ＦＡ）は回転軸に平行に整列する。−Ｃプレート・エレメントの場合はその逆である。
【００４８】
図６および７は、それぞれ構成１００および５００の第１の通過ビームＬＰ、ＡＱＷＰの遅軸／速軸、および第２の通過ビームＬＰの方位配向を示したものである。
【００４９】
図１の場合、ＰＢＣ１３３から送られてくる、レーザ源／検出器セグメント内で多重化されるレーザ・ビームは、図面の平面に対して直角であり（つまりＰＢＣ斜辺に対してＳ偏光されている）、一方、ＰＢＣ１３３へ送られる読取りビームは、図面の平面に平行である（つまりＰＢＣ斜辺に対してＰ偏光されている）。図６のａおよびｃは、これらの２つの方位配向をそれぞれ示したものである。ｂに実線の二重アレイで示す色消しＱＷＰ１４５の遅軸は、同じくＰＢＣ斜辺のｐ平面に平行である正のＸ軸に対して反時計方向（ＣＣＷ）に４５°で整列している。したがって左回り円偏光ビームがＡＱＷＰ１４５から射出する（観察者に入射するビームを見ている間は、直観ＲＨ−ＸＹＺ座標系が仮定されている）。ＡＱＷＰ１４５の速軸は、ＡＱＷＰ１４５の遅軸から９０°方位オフセットしている。図６のｂにダッシュ線の二重アレイはこれを示したもので、同じくＰＢＣ斜辺のｐ平面に平行である正のＸ軸に対して時計方向（ＣＷ）に４５°で整列している。上で説明したように、ディスク読取り／書込みセグメントは、０度の公称オフセットから任意の９０°の倍角だけレーザ源／検出器セグメントから方位オフセットしていることが仮定されている。すべての方位角の基準は、グローバルＲＨ−ＸＹＺ座標系に対するものである。
【００５０】
図３の場合、ＰＢＣ５３３から送られてくる、レーザ源／検出器セグメント内で多重化されるレーザ・ビームは、Ｚ軸に対して実質的に直角であり、かつ、Ｙ軸から＋４５度の角度をなしている電界ベクトルを有している（つまりＺ軸の周りにＣＣＷの方向に４５度回転したＰＢＣ斜辺に対してＳ偏光されている）。ＰＢＣ５３３へ送られる読取りビームは、Ｚ軸に対して実質的に直角であり、かつ、Ｙ軸から−４５度の角度をなしている電界ベクトルを有している（つまりＺ軸の周りにＣＣＷの方向に４５度回転したＰＢＣ斜辺に対してＰ偏光されている）。図７のａおよびｃは、これらの２つの方位配向をそれぞれ示したものである。ＡＱＷＰ５４０の遅軸は、ｂに実線の二重アレイで示されており、ＡＱＷＰ５４０の速軸は、図７のｂにダッシュ線の二重アレイで示されている。上で説明したように、ディスク読取り／書込みセグメントは、±４５度（モジュロ９０度）だけレーザ源／検出器セグメントから方位オフセットしていることが仮定されている。すべての方位角の基準は、グローバルＲＨ−ＸＹＺ座標系に対するものである。
【００５１】
偏光ビーム・コンバイナをレーザ源／検出器セグメント内に利用しているＯＰＵシステムの場合、公称±４５度方位平面オフセットによっても、レーザ源／検出器セグメントと読取り／書込みセグメントの間に等価の入射面オフセットが得られることに留意されたい。このＯＰＵシステム構造によれば、反射型ＡＱＷＰ／折曲げミラーの実質的に９０度位相リターダンスを利用して、第１の通過でレーザ源／検出器セグメントの直線偏光を読取り／書込みセグメントの円偏光に変換することができ、また、その逆に、第２の通過で読取り／書込みセグメントの円偏光をレーザ源／検出器セグメントの直線偏光に変換することができる。また、その速軸が折曲げミラーの傾斜平面に平行に整列して示されている反射型ＡＱＷＰ／折曲げミラーは、傾斜平面に対する速軸／遅軸の割当てを実例で示したものにすぎないことに留意されたい。通常、多重チャネルＯＰＵシステムにおける任意の波長チャネルまたはすべての波長チャネルは、図７に示す実例とは逆のセットの速い割当て／遅い割当て（つまり傾斜平面に平行に整列した遅軸を有する割当て）を仮定することができる。異なる波長チャネルに対するこの割当ての自由性および／または混合は、レーザ源から光ディスクへ、また、光ディスクから検出器への戻りに、反射型ＡＱＷＰ／折曲げミラーを二回通過する際の９０度直線偏光回転機能を何ら損なうものではない。
【００５２】
図８を参照すると、本発明によるＯＰＵシステム６００の他の実施形態が示されている。ＯＰＵシステム６００は、図３に示す光学システム５００を参照して説明したように、少なくとも１つの光源５１０、複数の保護フィルタのアレイ５２０、漏洩性ミラー５４０、回転光ディスク５５０、コリメーティング・レンズ５６０、対物レンズ５６１、集束レンズ５６５、主フォトダイオード５７０およびモニタ・フォトダイオード５７５を備えている。また、ＯＰＵシステム６００は、さらに、第１の偏光子６３１、第２の偏光子６３２および第３の偏光子６３３を備えた複数のプレート偏光子のアレイ６３０を備えている。
【００５３】
複数のプレート偏光子のアレイ６３０の偏光子の各々は、公称４５°の入射角（ＡＯＩ）における分離されたＳ反射スペクトルおよびＰ反射スペクトルを提供するために、誘電体コーティング（たとえばエッジ・フィルタ）の非垂直入射特性を利用した偏光ビーム・コンバイナ（ＰＢＣ）である。たとえば、空気中における４５°のＡＯＩでは、Ｓ偏光の場合、薄膜スタックの実効屈折率比（たとえば大きい屈折率と小さい屈折率の比）が大きくなり、一方、Ｐ偏光の場合は、垂直入射における屈折率比に対する実効屈折率比が小さくなる。したがってＳ偏光に関連する帯域幅が広くなり、Ｐ偏光に関連する帯域幅が狭くなる。そのため、波長窓が開き、複数のＬＤ源５１０のうちの任意の１つをその窓に配置することができ、薄膜によって高いＳ偏光反射および高いＰ偏光透過が提供される。
【００５４】
伝搬方向が順方向である場合、第１のＰＢＣプレート６３１は、λ１のＳ偏光を反射させることによって光λ１を第１のＬＤ５１１から共通経路５８０に結合する。伝搬方向が逆方向である場合、第１のＰＢＣプレート６３１は、λ１のＰ偏光を透過させ、かつ、それぞれＬＤ５１２および５１３と結合しているλ２およびλ３のＰ偏光を透過させる。同様に、ＰＢＣプレート６３２は、λ２のＳ偏光を反射させ、λ１、λ２およびλ３のＰ偏光を透過させ、かつ、λ１のＳ偏光を透過させることによってλ２を共通経路５８０に結合する。また、ＰＢＣプレート６３３は、λ３のＳ偏光を反射させ、λ１、λ２およびλ３のＰ偏光を透過させ、かつ、λ１およびλ２のＳ偏光を透過させることによってλ３を共通経路５８０に結合する。通常、フィルタ５２０と対向しているＰＢＣプレートの各々の表面は、高反射エッジ・フィルタ設計でコーティングされており、一方、基板の反対側の第２の表面には、Ｓ偏光透過率を大きくするためにＡＲコーティングが施されている。注目すべきことには、ガラス基板の場合、Ｐ偏光透過率は、入射角がほぼブルースターの角度であるため、既に十分に大きくなっている。
【００５５】
図９は、４５度の入射角での使用に適したＰＢＣプレートの一実施例の理論反射率スペクトルを示したものである。ＰＢＣプレートは、約４０５ｎｍの波長帯域のＳ偏光を反射させ、かつ、Ｐ偏光を透過させ、また、Ｓ偏光およびＰ偏光の両方を約６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの帯域にわたって透過させる。したがってこのプレートは、ブルー−バイオレット・レーザ・ビームを共通経路に結合するために使用されるプレート偏光子６３３のスペクトル反射率機能に合致しており、かつ、他の波長チャネルのあらゆる偏光に対して透明である。プレート偏光子の各々が透明でなければならないのは、共通経路の上流側（たとえば図８に示す６３３の左側）に位置している波長チャネルのＳ偏光に対してのみであることに留意されたい。また、プレート偏光子の各々は、プレート偏光子がビーム・コンバイナ／スプリッタとして使用される場合、波長チャネルのＳ偏光を反射させ、かつ、すべての波長チャネルのＰ偏光を透過させなければならない。
【００５６】
有利には、これらのＰＢＣプレートを製造するために多数の表面をコーティングする必要はなく（たとえば液浸タイプの偏光子キューブとは対照的に）、したがって費用有効性により優れている。また、ＰＢＣプレート基板は比較的薄いため、熱誘導複屈折が小さい（たとえばとりわけ記録可能／書換え可能光ディスク媒体アクセスの読取りモードまたは消去モードにおける熱誘導複屈折が小さい）。さらに有利には、反射型ＡＱＷＰ５４０および／または傾斜したエッジ・フィルタ５２０を備えたＰＢＣプレート６３０を使用することにより、光学システムにおける全誘電体コンポーネントの数が増加し、したがって信頼性の高いＯＰＵが提供される。
【００５７】
残念ながら、図８に示す構成には、傾斜したプレートを介した収束／発散円錐の像の生成に関連する非点収差およびコマ収差のため、ＯＰＵシステムの変調伝達関数（ＭＴＦ）を劣化させる可能性がある。光軸に対して傾斜したプレートを使用する場合、子午平面（同じく、傾斜したプレートの入射面「Ｐ」に平行である）、およびサジタル平面（同じく、傾斜したプレートの入射面「Ｓ」に直角である）に沿った２本の焦線が存在する。これは非点収差である。第二焦点と第一焦点の間の像点は、円／楕円形状を介して変化する。この収差は、傾斜したプレートにおける、同じ極角で、かつ、円錐の逆方位における光線角毎の入射非対称性によるものである。傾斜したプレートの使用に対する二次的な効果は、傾斜した平面に沿った、物点毎の彗星様フェアーである。この場合、物点は、わずかに異なる倍率で像をつくる。これはコマ収差である。
【００５８】
図１０を参照すると、本発明による、非点収差を補償するＯＰＵシステム７００の他の実施形態が示されている。ＯＰＵシステム７００は、図３に示す光学システム５００を参照して説明したように、少なくとも１つの光源５１０、複数の保護フィルタのアレイ５２０、漏洩性ミラー５４０、回転光ディスク５５０、コリメーティング・レンズ５６０、対物レンズ５６１、集束レンズ５６５、主フォトダイオード５７０およびモニタ・フォトダイオード５７５を備えている。また、ＯＰＵシステム７００は、第１のプレート偏光子７３１、第２のプレート偏光子７３２、第３のプレート偏光子７３３および第４のプレート７３９を備えている。プレート偏光子７３１〜７３３は、図９を参照して説明したプレート偏光子６３１〜６３３と類似している。プレート７３９は、厚さおよび屈折率がプレート偏光子７３１〜７３３に使用されるプレートと概ね整合するように設計されている。プレート７３１〜７３３および７３９は、連続する薄いプレートの各々が直交座標軸の周りに約±４５度回転するように配置されている。より詳細には、第１のプレート偏光子７３１および第４のプレート７３９は、プレート７３１〜７３３および７３９を連続的に透過する際に、サジタル平面および子午平面の役割が、切り換わるように配向されている。
【００５９】
図１１Ａは、直交軸で傾斜した互い違いの偏光ビーム・コンバイナ（ＰＢＣ）の構造をさらに斜視図で示したものである。傾斜したプレートＰＢＣ７３２および７３３は、いずれもＹ軸の周りに−４５度回転している（ＸＹ平面に対する名目上の平行から）ことに留意されたい。図１１Ｂに示す他の実施形態によれば、構成７００Ａは、非点収差をさらに小さくするために、プレートＰＢＣ７３２Ａが約＋４５度回転し、一方、プレートＰＢＣ７３３がＹ軸の周りに−４５度回転するように設計されている。図１１Ａおよび１１Ｂには、読取り／書込みセグメントとレーザ源／検出器セグメントの間の±４５のオフセットがそれとなく示されている。
【００６０】
動作中、ＬＤ５１３（たとえばブルー・チャネル）からの直線偏光が偏光（たとえばＳ偏光）として透過し、プレート偏光子７３３で反射し、共通光路５８０に沿ってコリメーティング・レンズ５６０、漏洩性ミラー５４０、対物レンズ５６１および光ディスク５５０へ導かれ、光ディスク５５０で反射する。漏洩性ミラー５４０を２回通過した後、反射した光は、ＬＤ５１３で反射する光に対して直角の偏光状態を有する直線偏光に変換される。この直線偏光は、４つのプレート（たとえば７３３、７３１、７３２／７３２Ａおよび７３９／７３９Ａ）を透過した後、検出器５７０に到達する。同様に、ＬＤ５１２（たとえばレッド・チャネル）からの直線偏光が偏光（たとえばＳ偏光）として透過し、プレート・ビームスプリッタ７３２で反射し、プレート・ビームスプリッタ７３１および７３３を透過し、共通光路５８０に沿ってコリメーティング・レンズ５６０、漏洩性ミラー５４０、対物レンズ５６１および光ディスク５５０へ導かれ、光ディスク５５０で反射する。漏洩性ミラー５４０を２回通過した後、反射した光は、ＬＤ５１２で反射する光に対して直角の偏光状態を有する直線偏光に変換される。この直線偏光は、４つのプレート（たとえば７３３、７３１、７３２／７３２Ａおよび７３９／７３９Ａ）を通過した後、検出器５７０に到達する。最後に、ＬＤ５１１（たとえばＮＩＲチャネル）からの直線偏光が偏光（たとえばＳ偏光）として透過し、プレート・ビームスプリッタ７３１で反射し、プレート・ビームスプリッタ７３３を透過し、共通光路５８０に沿ってコリメーティング・レンズ５６０、漏洩性ミラー５４０、対物レンズ５６１および光ディスク５５０へ導かれ、光ディスク５５０で反射する。漏洩性ミラー５４０を２回通過した後、反射した光は、ＬＤ５１１で反射する光に対して直角の偏光状態を有する直線偏光に変換される。この直線偏光は、４つのプレート（たとえば７３３、７３１、７３２／７３２Ａおよび７３９／７３９Ａ）を透過した後、検出器５７０に到達する。
【００６１】
ブルー・チャネル（すなわちＬＤ５１３）およびレッド・チャネル（すなわちＬＤ５１２）の両方から送られてくる光は、第１の通過で偶数数のプレートを通過することに留意されたい。したがって誘導される非点収差の量は無視し得る程度の量にすぎない。一方、ＮＩＲチャネル（すなわちＬＤ５１１）は奇数数のプレートを通過するため、非点収差がもたらされる。しかしながら、ＮＩＲチャネルは比較的長い波長に対応しているため、収差は、ブルー・チャネルおよび／またはレッド・チャネルの場合と同様、それほど重大ではない。任意選択で、ＮＩＲ  ＬＤ５１１と対応するＰＢＣ７３１の間に追加プレートが配置される。
【００６２】
有利には、プレートの傾斜角、厚さ、光屈折率および間隔を選択することにより、非点収差が自己補償されるシステムが提供される。
【００６３】
図１２を参照すると、本発明によるＯＰＵシステム８００の他の実施形態が示されている。ＯＰＵシステム８００は、複数の集積レーザ源／検出器ユニットのアレイ８１０、複数の二色ビーム・コンバイナのアレイ８３０、漏洩性ミラー８４０、偏光ホログラム８８５、回転光ディスク８５０、コリメーティング・レンズ８６０、対物レンズ８６１、集束レンズ８６５およびモニタ・フォトダイオード８７５を備えている。
【００６４】
複数の集積レーザ源／検出器ユニットのアレイ８１０は、第１のユニット８１１、第２のユニット８１２および第３のユニット８１３を備えている。集積ユニットの各々は、ＬＤなどの光源および共通にパッケージされたフォトダイオード（ＰＤ）などの光検出器を備えている。複数の集積ユニットのアレイ８１０は、ＯＰＵの個々の波長（たとえばそれぞれ７８０ｎｍ、６６０ｎｍおよび４０５ｎｍの波長）の直線偏光ビームを提供している。別法としては、アレイ８１０は、４つ以上または２つ以下の集積ユニットを備えている。
【００６５】
第１のＤＢＣ８３１、第２のＤＢＣ８３２および第３のＤＢＣ８３３を備えた複数の二色ビーム・コンバイナ（ＤＢＣ）のアレイ８３０は、集積アレイ８１０からの出力を空間的に多重化し、かつ、共通光路８８０に沿って導くために使用されている。ＤＢＣ８３１／８３２／８３３の各々は、２つのプリズムの間にはさまれた二色界面を使用して集積アレイ８１０からの光を透過または反射させている。ＤＢＣは、偏光ビームを分割するキューブではなく、むしろ入射光を波長に応じて透過および／または反射させるための二色帯域通過フィルタのタイプとして機能していることに留意されたい。
【００６６】
リフレクタ８４０は、ＤＢＣ８３０から送られてくる光を回転光ディスク８５０に向けて方向転換させている。リフレクタ８４０は、３つのＯＰＵ波長（たとえば４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍ）において実質的に４分の１波長のリターデーションを提供する薄膜コーティングを備えている。一実施形態によれば、薄膜コーティングは、透明基板に付着した、対照的な屈折率がフィルタ（たとえば短波通過フィルタまたは長波通過フィルタ、帯域通過フィルタ、高反射フィルタなど）に組み込まれた複数の互い違いの層を備えている。透明基板は、平行プレートであっても、あるいはほぼ４５°のプリズムであってもよい（たとえばプリズムの角度の付いたファセットの上に薄膜コーティングを付着させることができる）。この実施形態では、フィルタは漏洩性ミラーとして機能し、入射するビームのエネルギーの微小部分（たとえば５％）のタップ・オフおよびモニタ・フォトダイオード（ＰＤ）８７５への集束を可能にしている。他の実施形態では、高リフレクタは、実質的にすべての入射光、Ｓ偏光およびＰ偏光を光ディスク５５０に向けて直交ビーム経路に方向転換させている。
【００６７】
この実施形態では、ＯＰＵ８００は、レーザ源／検出器セグメントとディスク読取り／書込みセグメントの間の角オフセットが、約０度（図１２に示すように）、±９０度または±１８０度であるように（つまり図３に示す±４５度のオフセットが存在しないように）構成されている。したがってこの光学システム８００の性能は、集積ユニット８１０から放出される直線偏光の偏光によって決まる。端面発光半導体レーザ・ダイオードは、通常、エピタキシャル層に平行の直線偏光出力ビームを生成する。ＡＱＷＰコーティングの遅軸／速軸が傾斜平面（およびその直交平面）に限定されることを考慮するためには、ＬＤ源のパッケージングには、出力ビーム軸の周りの±４５度のレーザ・チップの回転が必要である。別法としては、関連するレーザ波長における２分の１波長板を利用して、０度または９０度の偏光出力ビームをチップ正則ＸＹ断面寸法に対して±４５度に変換することも可能である。図１２に示す実施形態では、偏光は、ＬＤ源８１２および８１３の場合、Ｙ軸とＺ軸の間のほぼ中間であり、また、ＬＤ源８１１の場合、Ｘ軸とＹ軸の間のほぼ中間である（たとえば、これは、点線および二重矢印を使用して、ほぼ等しい部分Ｓ偏光およびＰ偏光として示されている）。
【００６８】
偏光ホログラム８８５は、反射したビームがＬＤ部分ではなく集積ユニットのＰＤ部分に導かれるよう、光ディスク８５０で反射した光が１つまたは複数の異なる波長（たとえば７８０ｎｍ、６６０ｎｍおよび４０５ｎｍ）で回折するように設計されている。たとえば複屈折基板に形成された回折格子を備えることができる偏光ホログラムについては当分野で良く知られており、これ以上の詳細な説明は省略する。偏光ホログラムの偏光選択直線方向は、非回折の場合、第１の通過で第１の直線偏光に平行に整列し、また、回折の場合、第２の通過で第２の直線偏光に平行に整列することに留意されたい。通常、偏光ホログラムの回折平面（同じく回折格子ベクトル）は、任意の方位に対して構成することができる。有利には、回折平面は、リフレクタ８４０の入射面に平行（図１２に示すように）または直角（図示せず）に整列する。その場合、偏光選択方向は、偏光ホログラムの回折格子線から±４５度で整列する。回折平面は、リフレクタ８４０の入射面に対して±４５度で整列することがより好ましい（ここでは図示されていない）。その場合、偏光選択方向は、偏光ホログラムの回折格子線から０度および９０度で整列する。この回折平面構成により、共通にパッケージされたＬＤおよびＰＤの集積ユニットを±４５度だけ同期回転させることができる。コリメーティング・レンズ８６０、対物レンズ８６１、集束レンズ８６５およびフォトダイオード５７５を含む残りの光学コンポーネントは、従来技術で使用されている光学コンポーネントと同様である。
【００６９】
動作中、集積ユニット８１１からの直線偏光が複数のＤＢＣのアレイ８３０を透過し、共通光路８８０に沿って導かれる。この直線偏光は、次に、コリメーティング・レンズ８６０によって平行化され、非回折状態で偏光ホログラム８８５を通過し、ＡＱＷＰコーティングを有する漏洩性ミラー８４０へ送られる。漏洩性ミラー８４０は、直線偏光を円偏光に変換し、変換した円偏光を対物レンズ８６１を介して光ディスク８５０へ向けて方向転換させる。光ディスク８５０で反射した光は、対物レンズ８６１をもう一度透過し、リフレクタ８４０で反射してコリメーティング・レンズ８６０に向かって偏光ホログラム８８５を通過する。ＡＱＷＰコーティングを有するリフレクタ８４０は、直線偏光がリフレクタ８４０を２回通過する際に、直線偏光の偏光状態を変化させるため、偏光ホログラム８８５によって反射光が回折し、したがってその光路がわずかにシフトし、集積ユニット８１１のフォトダイオード部分に直線偏光が像をつくる。
【００７０】
同様に、集積ユニット８１２からの直線偏光が第１のＤＢＣ８３２で反射し、第２のＤＢＣ８３３を通過し、共通光路８８０に沿って導かれる。この直線偏光は、次に、コリメーティング・レンズ８６０によって平行化され、非回折状態で偏光ホログラム８８５を通過し、ＡＱＷＰコーティングを有する漏洩性ミラー８４０へ送られる。漏洩性ミラー８４０は、直線偏光を円偏光に変換し、変換した円偏光を対物レンズ８６１を介して光ディスク８５０へ向けて方向転換させる。光ディスク８５０で反射した光は、対物レンズ８６１をもう一度透過し、リフレクタ８４０で反射してコリメーティング・レンズ８６０に向かって偏光ホログラム８８５を通過する。ＡＱＷＰコーティングを有するリフレクタ８４０は、直線偏光がリフレクタ８４０を２回通過する際に、直線偏光の偏光状態を変化させるため、偏光ホログラム８８５によって反射光が回折し、したがってその光路がわずかにシフトし、集積ユニット８１２のフォトダイオード部分に直線偏光が像をつくる。
【００７１】
最後に、集積ユニット８１３からの直線偏光が第２のＤＢＣ８３３で反射し、共通光路８８０に沿って導かれる。この直線偏光は、次に、コリメーティング・レンズ８６０によって平行化され、偏光ホログラム８８５を通過し、ＡＱＷＰコーティングを有する漏洩性ミラー８４０へ送られる。漏洩性ミラー８４０は、直線偏光を円偏光に変換し、変換した円偏光を対物レンズ８６１を介して光ディスク８５０へ向けて方向転換させる。光ディスク８５０で反射した光は、対物レンズ８６１をもう一度透過し、リフレクタ８４０で反射してコリメーティング・レンズ８６０に向かって偏光ホログラム８８５を通過する。ＡＱＷＰコーティングを有するリフレクタ８４０は、直線偏光がリフレクタ８４０を２回通過する際に、直線偏光の偏光状態を変化させるため、偏光ホログラム８８５によって反射光が回折し、したがってその光路がわずかにシフトし、集積ユニット８１３のフォトダイオード部分に直線偏光が像をつくる。
【００７２】
別法としては、共通経路８８０に配置されている単一の偏光ホログラム８８５を、それぞれＬＤ源とその関連する二色ビーム・コンバイナの間に配置された複数の偏光ホログラムに置き換えることも可能である。その場合、個々のレーザ波長において正味４分の１波長のリターダンスが提供されるように、一連の二色ビーム・コンバイナおよび折曲げミラーを設計することができる（たとえば折曲げミラー上のコーティングを設計する場合に、二色ビーム・コンバイナによって固有に提供される移相が考慮される）。偏光ホログラムの各々は、直線偏光ビーム・セグメント内に配置される。この一連の二色ビーム・コンバイナおよび折曲げミラーによって、第１の通過で、楕円中間状態を介して直線偏光を直線偏光から折曲げミラーを出た後の最終出力円偏光に展開することができ、また、第２の通過で、円偏光から直線偏光への逆変換を提供することができる。この正味±９０度の移相は、ビーム結合手段として一切の偏光子を使用しないことに加えて、コーティングが施された一連の表面のすべてのＳ平面およびＰ平面を平行または直角に整列させることによって可能である。別法としては、利用される１つまたは複数の偏光ホログラムに無関係に±９０度の位相リターダンスが提供されるように折曲げミラーを設計する場合、ＬＤ出力から折曲げミラーの直前まで通過する個々のレーザ・ビームで正味０リターダンスが提供されるように、一連の二色ビーム・コンバイナを設計することができる（つまり個々の二色ビーム・コンバイナは、一連のビーム・コンバイナが正味０リターダンスを提供する限り、０度移相を提供する必要はない）。
【００７３】
図１３を参照すると、本発明によるＯＰＵシステム９００の他の実施形態が示されている。ＯＰＵシステム９００は、第１の集積レーザ源／検出器ユニット９１１／９２１、第２の集積レーザ源／検出器ユニット９１２／９２２、第３の集積レーザ源／検出器ユニット９１３／９２３、第１のプレート二色ビーム・コンバイナ９３１、第２のプレート二色ビーム・コンバイナ９３２、非点収差を小さくするためのプレート９３９、折曲げミラー９４０、偏光ホログラム９８５、回転光ディスク９５０および対物レンズ９６１（図示せず）を備えている。
【００７４】
集積ユニットの各々は、ＬＤなどの光源および共通にパッケージされたフォトダイオード（ＰＤ）などの光検出器を備えている。集積ユニット９１０は、所定の偏光を有するＯＰＵの個々の波長（たとえばそれぞれ７８０ｎｍ、６６０ｎｍおよび４０５ｎｍの波長）の直線偏光を提供している。
【００７５】
プレート二色ビーム・コンバイナ（ＤＢＣ）は、集積アレイからの出力を空間的に多重化し、かつ、共通光路９８０に沿って導くために使用されている。プレートＤＢＣの各々は、波長に応じて光を通過または反射させるための二色コーティングを備えている。有利には、プレートＤＢＣによって、有効にＳ偏光を透過させ、かつ、Ｐ偏光を反射させる液浸入射におけるキューブＤＢＣの設計および製造の困難性を除去することができる。
【００７６】
リフレクタ９４０は、プレートＤＢＣから送られてくる光を回転光ディスク９５０に向けて方向転換させている。リフレクタ９４０は、３つのＯＰＵ波長（たとえば４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍ）において実質的に４分の１波長のリターデーションを提供する薄膜コーティングを備えている。一実施形態によれば、薄膜コーティングは、透明な平行プレート基板に付着した、対照的な屈折率がフィルタ（たとえば短波通過フィルタまたは長波通過フィルタ、帯域通過フィルタ、高反射フィルタなど）に組み込まれた複数の互い違いの層を備えている。
【００７７】
この実施形態では、ＯＰＵ９００は、さらに、レーザ源／検出器セグメントとディスク読取り／書込みセグメントの間の角オフセットが、約０度（図１３に示すように）、±９０度または±１８０度であるように（つまり図３に示す±４５度のオフセットが存在しないように）構成されている。したがってこの光学システム９００の性能は、集積ユニット９１１／９１２／９１３から放出される直線偏光の偏光によって決まる。端面発光半導体レーザ・ダイオードは、通常、エピタキシャル層に平行の直線偏光出力ビームを生成する。ＡＱＷＰコーティングの遅軸／速軸が傾斜平面（およびその直交平面）に限定されることを考慮するためには、ＬＤ源のパッケージングには、出力ビーム軸の周りの±４５度のレーザ・チップの回転が必要である。別法としては、関連するレーザ波長における２分の１波長板を利用して、０度または９０度の偏光出力ビームをチップ正則ＸＹ断面寸法に対して±４５度に変換することも可能である。図１３に示す実施形態では、偏光は、ＬＤ源９１３の場合、Ｙ軸とＺ軸の間のほぼ中間であり、ＬＤ源９１１の場合、Ｘ軸とＺ軸の間のほぼ中間であり、また、ＬＤ源９１２の場合、Ｘ軸とＹ軸の間のほぼ中間である（つまり、関連する二色ビーム・コンバイナの各々に対する概ね等しい部分Ｓ偏光およびＰ偏光）。
【００７８】
偏光ホログラム９８５は、反射したビームがＬＤ部分ではなく集積ユニットのＰＤ部分に導かれるよう、光ディスク９５０で反射した光が１つまたは複数の異なる波長（たとえば７８０ｎｍ、６６０ｎｍおよび４０５ｎｍ）で回折するように設計されている。たとえば複屈折基板に形成された回折格子を備えることができる偏光ホログラムについては当分野で良く知られており、これ以上の詳細な説明は省略する。偏光ホログラムの偏光選択直線方向は、非回折の場合、第１の通過で第１の直線偏光に平行に整列し、また、回折の場合、第２の通過で第２の直線偏光に平行に整列することに留意されたい。通常、偏光ホログラムの回折平面（同じく回折格子ベクトル）は、任意の方位に対して構成することができる。有利には、回折平面は、リフレクタ９４０の入射面に直角（図１３に示すように）または平行（図示せず）に整列する。その場合、偏光選択方向は、偏光ホログラムの回折格子線から±４５度で整列する。コリメーティング・レンズ（図示せず）および対物レンズ（図示せず）を含む残りの光学コンポーネントは、従来技術で使用されている光学コンポーネントと同様である。
【００７９】
回折平面は、図１４に示すＯＰＵシステム９００Ａのように、リフレクタ９４０の入射面に対して±４５度で整列することがより好ましい。偏光ホログラム９８５Ａおよび光検出器９２１Ａ、９２２Ａ、９２３Ａを除き、システム９００Ａの他のすべての光エレメントは、システム９００に示されている光エレメントと同じである。
【００８０】
偏光ホログラム９８５Ａは、ＸＹ平面に沿った、Ｘ軸およびＹ軸に対して対角の回折格子線を有するように構成されている。一方、偏光ホログラム９８５は、ＸＹ平面に沿った、Ｙ軸に平行（図１３に示す）または直角（図示せず）の回折格子線を有するように構成されている。光検出器９２１Ａ、９２２Ａおよび９２３Ａは、それぞれＸＺ平面、ＸＹ平面およびＹＺ平面に沿って対角状に配置されている。一方、光検出器９２１、９２２および９２３は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸のうちの１つまたは複数の軸に沿って配置されている。この構成の場合、偏光選択方向は、偏光ホログラムの回折格子線から０度および９０度で整列する。この回折平面構成により、共通にパッケージされたＬＤおよびＰＤの集積ユニットを±４５度だけ同期回転させることができる。
【００８１】
９００および９００Ａのいずれの光学システム・レイアウトにおいても、動作中、集積ユニットからの直線偏光が複数のＤＢＣのアレイを通過し、共通光路９８０に沿って導かれる。この直線偏光は、コリメーティング・レンズ（図示せず）によって平行化され、偏光ホログラム９８５／９８５Ａを通過し、ＡＱＷＰコーティングを有する漏洩性ミラー９４０へ送られる。漏洩性ミラー９４０は、直線偏光を円偏光に変換し、変換した円偏光を対物レンズ（図示せず）を介して光ディスク９５０へ向けて方向転換させる。光ディスク９５０で反射した光は、対物レンズ（図示せず）をもう一度透過し、リフレクタ９４０で反射してコリメーティング・レンズ（図示せず）に向かって偏光ホログラム９８５／９８５Ａを通過する。ＡＱＷＰコーティングを有するリフレクタ９４０は、直線偏光がリフレクタ９４０を２回通過する際に、直線偏光の偏光状態を変化させるため、偏光ホログラム９８５／９８５Ａによって反射光が回折し、したがってその光路がわずかにシフトし、対応する集積ユニットのフォトダイオード部分に直線偏光が像をつくる。
【００８２】
別法としては、共通経路９８０に配置されている単一の偏光ホログラム９８５／９８５Ａを、それぞれＬＤ源とその関連する二色ビーム・コンバイナの間に配置された複数の偏光ホログラムに置き換えることも可能である。その場合、個々のレーザ波長において正味４分の１波長のリターダンスが提供されるように、一連の二色ビーム・コンバイナおよび折曲げミラーを設計することができる（たとえば折曲げミラー上のコーティングを設計する場合に、二色ビーム・コンバイナによって固有に提供される移相が考慮される）。偏光ホログラムの各々は、直線偏光ビーム・セグメント内に配置される。この一連の二色ビーム・コンバイナおよび折曲げミラーによって、第１の通過で、楕円中間状態を介して直線偏光を直線偏光から折曲げミラーを出た後の最終出力円偏光に展開することができ、また、第２の通過で、円偏光から直線偏光への逆変換を提供することができる。この正味±９０度の移相は、ビーム結合手段として一切の偏光子を使用しないことに加えて、コーティングが施された一連の表面のすべてのＳ平面およびＰ平面を平行または直角に整列させることによって可能である。別法としては、利用される１つまたは複数の偏光ホログラムに無関係に±９０度の位相リターダンスが提供されるように折曲げミラーを設計する場合、ＬＤ出力から折曲げミラーの直前まで通過する個々のレーザ・ビームで正味０リターダンスが提供されるように、一連の二色ビーム・コンバイナを設計することができる（つまり個々の二色ビーム・コンバイナは、一連のビーム・コンバイナが正味０リターダンスを提供する限り、０度移相を提供する必要はない）。
【００８３】
図３、８、１０、１２、１３および１４で説明した実施形態の各々の場合、ＰＢＣ／ＤＢＣアレイは、３つの光源から送られてくる光を空間的に多重化し、多重化された光のビームを第１の軸（たとえばグローバルＺ軸）に平行の第１の方向に導いている。ＡＱＷＰコーティングを有する折曲げミラーは、対物レンズを透過し、かつ、光ディスクに集束するよう、第１の方向から送られてくる光を第２の軸（たとえばグローバルＹ軸）に平行の第２の方向に反射している。光ディスクで反射した光は、対物レンズをもう一度透過し、折曲げミラーで再び反射する。折曲げミラーで２回反射した後、多重化された光の偏光が直交偏光に変換され、したがって元の光源から光検出器の方へ方向がそれる（たとえばＰＢＣまたは偏光ホログラムを介して）。
【００８４】
有利には、これらの構成の各々により、折曲げミラーに入射する多重化された光のビーム（またはその成分）の電界ベクトル（つまり偏光）を、第１の軸（たとえばグローバルＺ軸）に対して実質的に直角で、かつ、第２の軸（たとえばグローバルＹ軸）に対して斜角（たとえば４５度）にすることができる。たとえば図３、８および１０に示す実施形態の場合、読取り／書込みセグメントとレーザ源／検出器セグメントの間に４５度の方位オフセットが提供され、一方、図１２、１３および１４を参照して説明した実施形態の場合、レーザ源自体が回転する（たとえば集積ユニット８１１がローカル光ビーム軸の周りに回転する）。したがって多重化されたビーム（またはその成分）は、ＡＱＷＰコーティングの遅軸／速軸が傾斜平面（およびその直交平面）に限定されることを考慮した方法で折曲げミラーに当たるため、直線偏光から円偏光への効果的な変換が提供される。これらの構成にはＡＱＷＰコーティングが有効に使用されているため、従来の独立型ＡＱＷＰの必要性が除去され、必要なコンポーネントの数が少なくなっている。
【００８５】
さらに有利には、ＰＢＣ／ＤＢＣアレイおよび折曲げミラーが同じ軸（たとえばＺ軸）に沿って配置されているため、読取り／書込みセグメントおよびレーザ源／検出器セグメントのアライメントが比較的容易である。詳細には、読取り／書込みセグメントとレーザ源／検出器セグメントの間の４５度の方位オフセットが比較的容易に提供される。また、ＰＢＣ／ＤＢＣアレイおよび折曲げミラーを同じ軸に沿って配置することにより、追加波長チャネルに適応するべく光学レイアウトが容易に拡張される。ＰＢＣ／ＤＢＣアレイおよび折曲げミラーを同じ軸に沿って配置し、あるいは同じ平面（たとえばＹＺ平面）に配置するもう１つの重要な利点は、Ｍｏｏｎらによって教示されているプレート・ビームスプリッタの必要性が除去されることである。したがってシステムの損失および複雑性が減少する。
【００８６】
上記実施形態の各々の場合、ＡＱＷＰコーティングは、３つのＯＰＵ波長（たとえば４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの波長）における実質的に４分の１波長のリターデーションを提供する薄膜Ｃプレート・コーティングが高リフレクタとして設計された薄膜コーティングに組み込まれるように設計されることが好ましい。したがって、３つのＯＰＵ波長（および／または追加波長）における４分の１波長のリターデーションが容易に達成される。より詳細には、Ｃプレート機能と高リフレクタ機能を統合することにより、個々の波長チャネルの帯域幅内での広範囲にわたる反射率プロファイル設計および／または比較的平らな反射率プロファイル設計におけるより優れた制御が提供されることが分かっている。また、この統合により、反射型ＡＱＷＰを漏洩性ミラーとして設計することも可能である。図１５および１６は、適切な薄膜コーティングのいくつかの実施例を示したものである。３波長帯域設計は、ＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ、ＤＶＤおよびＣＤ光ディスク・ドライブ・システムをターゲットにしたものである。±２％の帯域幅を有する個々の波長中心内における反射率は、５％のタップ・オフ出力を考慮して約９５％である。ブルー・チャネルおよびＮＩＲチャネルにおける反射リターダンスは約＋９０度であり、一方、レッド・チャネルにおけるリターダンスの値は−９０度である。この符号の違いは、反射ＡＱＷＰが、ブルー／ＮＩＲチャネルでは傾斜平面に平行に整列した遅軸を有し、一方、レッド・チャネルでは、速軸が傾斜平面に平行に整列していることを意味している。リターダンス符号の違いは、反射ＡＱＷＰを介した第１の通過の後に生成される円偏光に、対応する符号変化が存在していることを意味している。しかしながら、２回通過する際に必要な９０度の直線偏光回転は、傾斜平面に対する約±４５度の入射直線偏光軸オフセットが存在していることを条件として、±９０度の両方のリターダンスを使用して達成される。
【００８７】
図１７は、レガシー２波長ＤＶＤ／ＣＤ光ディスク・ドライブ・システムをターゲットとした適切な薄膜コーティングのさらに他の実施例を示したものである。シミュレーション・プロットで示すように、高リフレクタ・コーティングは、一定の９０度リターダンスを６５０ｎｍから７９０ｎｍまでの波長の反射光に強制している間、Ｓ偏光入力およびＰ偏光入力の両方に対して、本質的に１００％の光が反射するように設計することができる。このような広帯域設計は、従来技術による移相コーティング設計とは異なり、製造誤差に対して寛大である。
【００８８】
上記実施形態の各々の場合、ＡＱＷＰコーティングは、通常、それらに限定されないが、化学気相蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ増速ＣＶＤ、電子ビーム蒸着、熱蒸着、スパッタリングおよび／または原子層蒸着を始めとする真空蒸着技法を使用して製造される。任意選択で、重要な波長領域に対して透明な基板にコーティングが施され、また、それらに限定されないが、ガラス、水晶およびプラスチックを含む広範囲にわたる様々な物質からコーティングを構築することができる。通常、薄膜に使用される物質は、５５０ｎｍにおける屈折率の範囲が１．３から４．０を超える無機または有機誘電体物質である。たとえば、いくつかの適切な物質には、シリカ（ＳｉＯ２、ｎ＝１．４６）、タンタラ（Ｔａ２Ｏ５、ｎ＝２．２０）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３、ｎ＝１．６３）、ハフニア（ＨｆＯ２、ｎ＝１．８５）、チタニア（ＴｉＯ２、ｎ＝２．３７）、ニオビア（Ｎｂ２Ｏ５、ｎ＝２．１９）およびフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２、ｎ＝１．３８）がある。当然、他の誘電体物質および／または重合体を使用することも可能である。任意選択で、ＡＱＷＰコーティングは、Ｓｏｆｔｗａｒｅ  Ｓｐｅｃｔｒａ社から商用的に入手可能なＴＦＣａｌｃ（商標）などのコンピュータ・プログラムを使用して設計される。
【００８９】
当然、上記実施形態は、単なる実施例として提供されたものにすぎない。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な修正、代替構成および／または等価物を使用することができることは当業者には理解されよう。たとえば、偏光ビーム・コンバイナを利用した実施形態の各々は、偏光ビームスプリッタの各々が同じ偏光状態を反射させる構成／コーティング設計を提供しているが、同じく他の構成／コーティング設計も想定されている。詳細には、図５に示す実施形態と同様の実施形態によれば、ＮＩＲ光源５１１および光検出器５７０の位置が入れ代わっている。この実施形態では、ＮＩＲ光源５１１がＳ偏光を放出すると、偏光ビーム分割キューブ５３１は、第１の通過で７８０ｎｍのＳ偏光を透過させ、第２の通過で３つのすべての波長のＰ偏光を反射させる。別法としては、ＮＩＲ光源５１１がＰ偏光を放出するために回転すると、偏光ビーム分割キューブ５３１は、第１の通過で７８０ｎｍのＰ偏光を透過させ、第２の通過で７８０ｎｍのＳ偏光を反射させなければならず、また、２つの他の異なる波長を第２の通過で反射させなければならない（たとえば二色性によって）。上で説明したように、ＡＱＷＰコーティングの性能は、その電界ベクトルがミラーの傾斜平面に対して斜角（たとえば±４５度）である直線偏光を含んだ入射光で決まる。ＯＰＵは、任意選択で、異なる波長が異なる斜角で入射するように構成される（たとえば１つの波長が＋４５度で入射し、もう１つの波長が−４５度で入射するように構成される）。また、図２に示すような他のレーザ源／検出器レイアウトも想定されている。したがって、本発明の範囲は、偏に特許請求の範囲によってのみ制限されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】従来技術による３波長ＨＤ−ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ光ピックアップ・システムの一例を示す図である。
【図２】従来技術による３波長ＨＤ−ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ光ピックアップ・システムの他の例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＯＰＵを示す図である。
【図４】保護フィルタが傾斜したエッジ・フィルタである、本発明によるＯＰＵのサブシステムを示す図である。
【図５】レーザ源／検出器セグメントに対するディスク読取り／書込みセグメントの４５°相対方位オフセットを示す斜視図である。
【図６】図１に示す構成に対する第１の通過ビームＬＰ、ＡＱＷＰの遅軸／速軸、および第２の通過ビームＬＰの方位配向を示す図である。
【図７】図３に示す構成に対する第１の通過ビームＬＰ、ＡＱＷＰの遅軸／速軸、および第２の通過ビームＬＰの方位配向を示す図である。
【図８】プレート偏光ビーム・コンバイナを利用した、本発明の他の実施形態によるＯＰＵを示す図である。
【図９】４０５ｎｍの帯域にわたってＳ偏光を反射し、かつ、Ｐ偏光を透過させ、また、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍの帯域にわたってＳ偏光およびＰ偏光の両方を透過させる＋／−５度円錐における４５度のＰＢＣプレートの理論反射率を示すグラフである。
【図１０】プレート偏光ビーム・コンバイナを利用した、本発明のさらに他の実施形態によるＯＰＵを示す図である。
【図１１】図１１Ａは図１０に示す構成の斜視図である。図１１Ｂは図１０に示すＯＰＵの代替構成の斜視図である。
【図１２】本発明の他の実施形態によるＯＰＵを示す図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態によるＯＰＵを示す図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態によるＯＰＵを示す図である。
【図１５】垂直のダッシュ線で示す３つの波長、４０５ｎｍ、６６０ｎｍおよび７８０ｎｍにおいて９０度リターダンス（たとえば色消しＱＷＰとしての機能）を有する設計の４５度入射角における理論反射率および反射リターダンスを示すグラフである。
【図１６】それぞれ４３度、４５度および４７度の入射で計算された、ａ）４０５ｎｍのＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ波長帯域、ｂ）６６０ｎｍのＤＶＤ波長帯域、およびｃ）７８０ｎｍのＣＤ波長帯域における、全誘電体反射型色消しＱＷＰの理論リターダンス・スペクトル（上の列）、測定されたリターダンス・スペクトル（真ん中の列）、および測定された二重減衰スペクトル（下の列）を示すグラフである。
【図１７】Ｓ偏光およびＰ偏光に対する理論反射率、および大きい反射率を提供する本発明の一実施形態による反射型ＡＱＷＰ／折曲げミラー設計に対する反射リターダンス・スペクトル、ならびに６６０ｎｍおよび７８０ｎｍのＤＶＤ／ＣＤ波長における約−９０度リターダンスを示すグラフである。
【符号の説明】
【００９１】
５００  ＯＰＵシステム
５１０  光源
５１１  レーザ・ダイオード
５２０  複数の保護フィルタのアレイ
５３０  複数の偏光ビーム・コンバイナのアレイ
５３１  偏光ビーム・コンバイナ
５４０  リフレクタ
５５０  回転光ディスク
５６０  コリメーティング・レンズ
５６１  対物レンズ
５６５  集束レンズ
５７０  主フォトダイオード
５７５  モニタ・フォトダイオード
５９２  Ｃプレート薄膜コーティング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【外国語明細書】
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