(57)【要約】      （修正有）【課題】ブルーレイ、ＤＶＤおよびＣＤなどの異なるフォーマットを読取るための、いくつかの光源を必要とする光ピックアップ・ユニットにおいて、従来のＯＰＵシステム内でのＰＢＣアレイ、ＬＤアレイ、および関連する光学コンポーネントの配置を維持し、また、透過性ＱＷＰを反射性ＱＷＰに置換えることを可能とする。【解決手段】少なくとも一方のミラーが薄膜誘電体リターダ素子を含む２ミラー反射器サブユニットが使用されて、共通経路に沿って進行するビームをディスク媒体上に再誘導し、一方、偏光した光入射に９０°リターデーションを課し、それにより、ディスク媒体から戻る光は、１つの直線偏光から他の直交直線偏光へ、偏光状態の９０°配向変化を受ける。【選択図】図３
2009181689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクにアクセスする光ピックアップ・ユニットであって、
複数の光源を備え、各光源は、第１偏光状態で異なる波長の光ビームを発生するものであり、
各光ビームを共通経路に沿って誘導する少なくとも１つのビーム合成器を備え、
前記共通経路に沿って進行する前記光ビームをコリメートする第１レンズを備え、
前記共通経路に沿って進行する前記光ビームを再誘導する第１反射器を備え、前記第１反射器は、前記共通ビーム経路に対して公称４５°の入射角度で、かつ、前記第１偏光状態と前記第１反射器の入射面との間の実質的に±４５°のアジマス角度差で配設されるものであり、
前記第１ミラーから前記光ディスクへ前記光ビームを再誘導する第２反射器を備え、
前記光ビームを前記光ディスク上に収束させる第２レンズを備え、
前記第１および第２反射器の少なくとも一方は、薄膜誘電体リターダ積層体を含み、それにより、前記第１および第２反射器からの反射は、前記第１偏光状態を第２偏光状態に変換するために前記光ビームにおいて実質的に８０°〜１００°の位相リターダンスを生成する光ピックアップ・ユニット。
【請求項２】
前記分離した経路および前記共通経路は、第１平面を画定し、
前記第１反射器は、前記光ビームを前記第１平面から下に前記第２反射器まで再誘導し、
前記第２反射器は、前記光ビームを、前記光ディスクの方に前記第１平面に対して垂直方向上に再誘導する請求項１に記載の光ピックアップ・ユニット。
【請求項３】
前記第１および第２反射器によって反射して戻る戻り光を受信する少なくとも１つの光検出器をさらに備える請求項１に記載の光ピックアップ・ユニット。
【請求項４】
前記光ディスクからの反射は、前記第２偏光を第３偏光に変換し、
反対方向に２回目の、前記第１および第２反射器からの反射は、前記第３偏光を、前記第１偏光に直交する第４偏光に変換し、
前記複数の光源は、第１波長の第１光源および第２波長の第２光源を備え、
前記少なくとも１つのビーム合成器は、前記第１および第４偏光の前記第１波長ならびに前記第４偏光の前記第２波長を、前記共通経路に沿って送信するための、また、前記第１偏光の前記第２波長を前記第２光源から前記共通経路へ反射するための第１波長依存偏光ビーム合成器（５３２）を含む請求項３に記載の光ピックアップ・ユニット。
【請求項５】
前記複数の光源は、また、第３波長の第３光源を含み、
前記少なくとも１つのビーム合成器は、また、前記第１および第４偏光の前記第１および第２波長ならびに前記第４偏光の前記第３波長を、前記共通経路に沿って送信するための、また、前記第１偏光の前記第３波長を前記第３光源から前記共通経路へ反射するための第２波長依存偏光ビーム合成器（５３３）を含む請求項４に記載の光ピックアップ・ユニット。
【請求項６】
前記少なくとも１つの光検出器は、前記共通経路に沿って配設された第１光検出器を備え、
前記少なくとも１つのビーム合成器は、また、前記第４偏光の前記第１、第２、および第３波長を、前記共通経路に沿って前記単一光検出器に送信するための、また、前記第１波長を前記第１光源から前記共通経路に沿って反射するための第３波長依存偏光ビーム合成器（５３１）を含む請求項５に記載の光ピックアップ・ユニット。
【請求項７】
前記第４偏光の前記第１、第２、および第３波長のうちの少なくとも１つの波長を受信する第２光検出器と、
前記第４偏光の、前記戻り光の前記第１、第２、および第３波長のうちの少なくとも１つの波長を、前記第２光検出器に誘導し、一方、前記第４偏光の前記第１、第２、および第３波長のうちの他の波長を、前記第１光検出器に送信する、さらなるビーム・スプリッタとをさらに備える請求項６に記載の光ピックアップ・ユニット。
【請求項８】
前記光ディスクからの反射は、前記第２偏光を第３偏光に変換し、
反対方向に２回目の、前記第１および第２反射器からの反射は、前記第３偏光を、前記第１偏光に直交する第４偏光に変換し、
前記複数の光源は、第１波長の第１光源および第２波長の第２光源を備え、
前記少なくとも１つの光検出器は、前記第１光源に隣接して配設された第１光検出器および前記第２光源に隣接して配設された第２光検出器を含み、
前記少なくとも１つのビーム合成器は、前記第１および第４偏光の前記第１波長を、前記共通経路に沿って送信するための、また、前記第１および第４偏光の前記第２波長を、前記第２光源と、前記共通経路と、前記第２光検出器との間で反射するための第１ダイクロイック・ビーム合成器（６３２）を含む請求項３に記載の光ピックアップ・ユニット。
【請求項９】
前記複数の光源は、また、第３波長の第３光源を含み、
前記少なくとも１つの光検出器は、前記第３光源に隣接して配設された第３光検出器を含み、
前記少なくとも１つのビーム合成器は、また、前記第１および第４偏光の前記第１および第２波長を、前記共通経路に沿って送信するための、また、前記第１および第４偏光の前記第３波長を、前記第３光源と、前記共通経路と、前記第３光検出器との間で反射するための第２ダイクロイック・ビーム合成器（６３３）を含む請求項８に記載の光ピックアップ・ユニット。
【請求項１０】
前記第４偏光の、戻り光の前記１、第２、または第３波長を、それぞれ、前記第１、第２、または第３光検出器の方に再誘導する偏光依存回折素子をさらに備える請求項９に記載の光ピックアップ・ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光記憶および読取りデバイスの光ピックアップ・ユニットに関し、特に、２ミラー位相シフタおよびビーム偏向器を含むマルチフォーマット互換光ピックアップ・ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンパクト・ディスク（ＣＤ）およびデジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）の使用は、光記憶およびデータの搬送にとって当たり前のことになってきた。オーディオＣＤおよび／またはＣＤ−ＲＯＭユニットは、近赤外（ＮＩＲ）、たとえば、７８０ｎｍ、７８５ｎｍ、７９０ｎｍの半導体レーザを使用して、エンコードされたデジタル情報を読出す光ピックアップ・ユニット（ＯＰＵ）、および、ディスク中心からの半径方向距離に応じて、大きさが深さ約１００ｎｍ、幅５００ｎｍ、および長さ８５０ｎｍ〜３５００ｎｍである、ピット、すなわち、ディスク上でのエンコードの１単位を可能にする、約０．４５の開口数（ＮＡ）を有する対物レンズを有する。ＤＶＤフォーマットは、（オーディオＣＤユニットの７８０ｎｍＮＩＲレーザと比較して）短波長の、たとえば、赤色帯の６５０ｎｍまたは６６０ｎｍの半導体（ＳＣ）レーザ、および、大きなＮＡ、たとえば、０．６ＮＡを有するレンズを使用することによって、さらなる記憶密度を獲得し、０．６ｍｍ厚のＤＶＤディスクを必要とする。後方互換性のあるＤＶＤ／ＣＤ  ＯＰＵは、それぞれが単一コンポーネントとして、または、別々にパッケージングされた２つのレーザ源を使用し、２つのレーザ源は、偏光ビーム合成器（ＰＢＣ）および／またはダイクロイック・ビーム合成器（ＤＢＣ）によって結合された読取りビームを有する。
【０００３】
ＤＶＤ媒体フォーマットに対する後継技術は、ブルーレイ・ディスク（ＢＤ）であり、ＢＤでは、読取り／書込み半導体（ＳＣ）レーザ波長は、青紫色帯の約４０５ｎｍ〜４１０ｎｍにさらに減少し、また、対物レンズのＮＡは、約０．８５に増加する。ＤＶＤ／ＣＤフォーマットに対して後方互換性のあるＢＤアクセス・システムでは、たとえば、最初の２つのレーザに対して同一容器内にパッケージングされるか、または、第３波長レーザが、３つ全てのディスク・フォーマットをサポートするために必要とされる。
【０００４】
従来のマルチチャネルＯＰＵシステムは、ソース／検出器セグメント内の直線偏光を、ディスク読取り／書込みセグメント内の円偏光に変換する、または、その逆をするために、透過性４分の１波長板（ＱＷＰ）を利用する。
【０００５】
図１を参照すると、従来の３波長ＢＤ／ＤＶＤ／ＣＤ  ＯＰＵ１００は、３つの別々のレーザ・ダイオード（ＬＤ）として示される半導体レーザ源のアレイ１１０を含み、半導体レーザ源のアレイ１１０は、λ＝７８０ｎｍの第１ＬＤ１１１、λ＝６６０ｎｍの第２ＬＤ１１２、およびλ＝４０５ｎｍの第３ＬＤ１１３を含む。第１、第２、および第３ＬＤ１１１、１１２、および１１３の出力は、偏光ビーム合成器キューブ（ＰＢＣ）１３１、１３２、および１３３のアレイ１３０によって、それぞれ空間的に多重化され、レンズ・システム１６０によってコリメートされる。出力ビームは、その後、漏洩ミラー１４０によって再誘導され、漏洩ミラー１４０は、また、ＱＷＰ１４５および対物レンズ１６１によって、回転ディスク媒体１５０上の単一「ピット」エリア上に結像される（収束される）前に、垂直フォールド・ミラーとして働く。漏洩ミラー１４０は、また、入射ビーム・エネルギーのほんのわずか、たとえば、５％が、漏洩ミラー１４０を通過し、採取され、別のレンズ１６５によってモニタ・フォトダイオード（ＰＤ）１７５上に収束されることを可能にする。
【０００６】
ＬＤ源のアレイ１１０からの出力は、ＰＢＣ１３１、１３２、および１３３の斜辺面に対して、実質的に直線偏光される、たとえば、「Ｓ」偏光される。ＰＢＣキューブ１３０のアレイに達する前に、直線偏光されたビームは、仕様の低い偏光子のアレイ１２０を通して透過され、仕様の低い偏光子のアレイ１２０は、ＬＤ源１１１、１１２、および１１３を、好ましくないフィードバック、たとえば、「Ｐ」偏光された光から保護する。従来、保護フィルタ１２０は、１０：１偏光消光比を有する単純なダイクロイック吸収性偏光子である。
【０００７】
ＬＤ源１１１、１１２、または１１３のそれぞれからの主光線は、共通経路１８０に沿ってディスク媒体１５０の方に誘導される。４分の１波長板（ＱＷＰ）１４５に達する前に、光は実質的に直線偏光される。ＱＷＰ１４５を通過した後、直線偏光された（ＬＰ）光は、円偏光された（ＣＰ）光に変換される。ＣＰ光の左右性は、所与のＳ偏光入力またはＰ偏光入力についての、ＱＷＰ１４５の光軸配向に依存する。図示する例では、ＱＷＰ１４５に対して「Ｓ」偏光入力がある状態で、ＱＷＰ１４５の遅軸が、ＰＢＣ１３１のｐ面に対して４５°半時計方向（ＣＣＷ）で位置合わせされる場合、左旋円（left-handed circularly）（ＬＨＣ）偏光がＱＷＰ１４５の出口に生じる（ＬＨＣ、ジョーンズベクトル［１ｊ］Ｔ／√２を有し、観察者に到来するビームを見ながらの直感的ＲＨ−ＸＹＺ座標系を仮定する；上付き添え字「Ｔ」は行列転置を示す）。
【０００８】
記録されたピットの物理的窪みが存在する事前記録されたＣＤおよびＤＶＤディスクでは、ピットと、周囲「ランド（land）」、たとえば、１／６〜１／４波との間の光学経路長差は、少なくとも部分的な破壊的干渉を与え、ＰＢＣキューブ・アレイ１３０の出力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、ＯＰＵ１００を通して反射して戻る光を減少させる。一方、ピットが存在しないことによって、ＰＢＣキューブ・アレイ１３０の方への戻りにおいて、実質的に同じ光パワーでＣＰ左右性の変化を生じる。従って、ＱＷＰ１４５を２回通過する光は、ＰＢＣアレイ１３０へ戻ることによって、最初のＳ偏光された光からＰ偏光した光に効率的に変換され、光が、ＰＢＳ１３１、１３２、および１３３のそれぞれを通過して主フォトダイオード１７０に到ることを可能にした。
【０００９】
図１に示すＯＰＵシステム１００では、ＱＷＰ１４５は、第１パスにおいて、第１偏光状態を有する直線偏光された光を円偏光された光に変換し、第２パスにおいて、円偏光された光を第２の直交偏光状態を有する直線偏光された光に変換することによって、偏光変換器として機能する。従来、ＱＷＰは、無機結晶、たとえば、単結晶石英、単結晶ＭｇＦ２、ＬｉＮｂＯ３；液晶；または、伸張したポリマー膜、たとえば、ポリカーボネート、ポリビニルアルコールなどの複屈折素子から形成される。残念ながら、従来のＱＷＰは、狭い波長帯内で効率的に機能するだけである。
【００１０】
従って、図１に示すようなＯＰＵシステムは、アクロマティックＱＷＰ（ＡＱＷＰ）を使用することが多く、ＡＱＷＰは、２以上の波長帯において、かつ／または、比較的広い波長帯にわたって４分の１波長リターダンスを提供する。従来、ＡＱＷＰは、互いに直交する光学軸を有する、接着剤によって接合された、石英およびＭｇＦ２などの２つの異なる屈折率分散複屈折材料の、または、所定のアジマス角度オフセットで位置合わせされた同様の複屈折層の２つ以上の層の、２つ以上の異なる波長板、たとえば、２分の１波長板層と４分の１波長板層を積層することによって作製される。しかし、積層したＡＱＷＰ構造は、実際に、増加した帯域幅を提供するが、弱い環境耐性も伴う。さらに、２つ以上の波長板層の使用は、必要とされる厚さおよびアジマス角度オフセット公差によって、ＡＱＷＰの製造コストを増加させる。
【００１１】
最新の高密度記憶システム、すなわち、ＢＤディスク読取り／書込みチャネルを含むシステムの場合、ＱＷＰ素子の信頼性は、速い読取り／書込み速度の場合、ハイパワー青紫色レーザ出力、たとえば、２４０ｍＷ以上のパワーにおいてクリティカル・ファクターになる。さらに、３つ全ての光チャネル、青紫色４０５ｎｍ、赤色６６０ｎｍ、およびＮＩＲ７８０ｎｍについてのＡＱＷＰは、約１００ｎｍ、１６５ｎｍ、および２００ｎｍのリターデーション・マグニチュードを生成することを必要とされる。信頼性の高い複屈折コンポーネントから、また、消費者電子集積化のために低コストで得られた、これらの本質的に異なるリターデーション・マグニチュード要件は、単結晶材料および伸張した有機箔以外の代替のＱＷＰ技術の探索を促進させる。１つの解決策は、短波長青紫色チャネルを、伸張した箔ＡＱＷＰを含む、従来のＯＰＵ内のレガシー赤／ＮＩＲ  ＤＶＤ／ＣＤチャネルを有する別個のＯＰＵに分離することを含む。しかし、この手法は、複数の冗長な光学コンポーネント、たとえば、フォールド・ミラー、レンズなどを必要とするために、コストを増加させる。
【００１２】
参照により本明細書に組み込まれる、Tan他の名前で２００８年２月２８日に発行された同時係属の米国特許公報２００８／００４９５８４では、直線偏光から円偏光への変換およびその逆を実現することに対する代替手法が詳述される。Tan他の参考文献のＯＰＵシステムは、従来の透過性ＱＷＰの代わりに薄膜反射性ＱＷＰ（ＱＷＰミラーとも呼ばれる）を組込む。光源セグメントとディスク読取り／書込みセグメントとの間で、±４５°のアジマス角度スキューを有するＯＰＵシステムが図２に示される。図１に示すシステム１００と同様な構成を有するＯＰＵシステム２００は、少なくとも１つの光源２１１、２１２、および２１３を含む光源のアレイ２１０、保護フィルタのアレイ２２０、偏光ビーム合成器（ＰＢＣ）２３１、２３２、および２３３のアレイ２３０、反射器２４０、回転光ディスク２５０、コリメート用レンズ２６０、対物レンズ２６１、収束レンズ２６５、主フォトダイオード２７０、およびモニタ・フォトダイオード２７５を含む。
【００１３】
光源のアレイ２１０は、１つまたは複数の異なる波長で、たとえば、それぞれ、７８０ｎｍ、６６０ｎｍ、および４０５ｎｍで直線偏光された光を提供する。あるいは、光源のアレイ２１０は、同一容器内にパッケージングされた３つのＬＤを含む。あるいは、光源のアレイ２１０は、３つより多いか、または、少ないＬＤを含む。
【００１４】
第１ＰＢＣ２３１、第２ＰＢＣ２３２、および第３ＰＢＣ２３３を含むＰＢＣのアレイ２３０が使用されて、ＬＤのアレイ２１０からの出力が空間的に多重化され、共通光経路２８０に沿って誘導される。常に、１つの偏光、たとえば、Ｓ偏光を反射し、直交偏光、たとえば、Ｐ偏光を透過させる、従来のＭａｃＮｅｉｌｌｅ型ＰＢＣと対照的に、偏光ビーム合成器のアレイ２３０は、波長依存性がある。たとえば、前伝播方向では、第１ＰＢＣ２３１は、第１ＬＤ２１１からの光λ１を、λ１のＳ偏光された光を反射することによって共通経路２８０に結合する。後伝播方向では、第１ＰＢＣ２３１は、λ１のＰ偏光された光を透過すると共に、それぞれ、ＬＤ２１２およびＬＤ２１３に関連するλ２およびλ３のＰ偏光された光を透過する。同様に、ＰＢＣ２３２は、λ２の光を、λ２のＳ偏光された光を反射し、λ１、λ２、およびλ３のＰ偏光された光を透過すると共に、λ１のＳ偏光された光を透過することによって共通経路２８０に結合し、一方、ＰＢＣ２３３は、λ３の光を、λ３のＳ偏光された光を反射し、λ１、λ２、およびλ３のＰ偏光された光を透過すると共に、λ１およびλ２のＳ偏光された光を透過することによって共通経路２８０に結合する。
【００１５】
反射器２４０は、ＰＢＣのアレイ２３０から透過された光を９０°ビーム・フォールディング（folding）を通して回転光ディスク２５０に再誘導する。反射器２４０は、薄膜コーティング２９２を含み、薄膜コーティング２９２は、たとえば、図３に示すＯＰＵシステムについて約４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、および７８０ｎｍを有する３つの波長の少なくとも１つの波長チャネルについて、実質的に４分の１波長リターデーションを提供する。一実施形態によれば、薄膜コーティング２９２は、たとえば、短波パスまたは長波パス、バンド・パス、高反射などのフィルタ内に組込まれ、かつ、透明基材上に堆積される、対照をなす屈折率を有する複数の交互層を含む。透明基材は、平行板、または、ほぼ４５°のプリズムであってよく、たとえば、薄膜コーティング２９２は、プリズムの傾斜面上に堆積されてもよい。この実施形態では、フィルタ２９２は、漏洩ミラーとして機能し、入射ビーム・エネルギーのほんのわずか、たとえば、５％が、反射器２４０を通過し、採取され、モニタ・フォトダイオード２７５上に収束されることを可能にする。別の実施形態では、高反射器２４０は、実質的に全ての入射光、Ｓ偏光、およびＰ偏光を、光ディスク２５０に向かうように直交ビーム経路に再誘導する。
【００１６】
コリメート用レンズ２６０、対物レンズ２６１、収束レンズ２６５、およびフォトダイオード（ＰＤ）２７０、２７５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るものと同じである。特に、図３に示すシステム２００は、例証のためにある程度簡略化された。たとえば、市販のＯＰＵでは、ＬＤ出力は、通常、ピットレーンに追従するために、複数の、たとえば、３つのスポットにファンアウトされ、補助フォトダイオード素子は、検出器面に搭載されて、正確な追従を判定する。さらに、フォトダイオード・アレイは、主ＰＤ２７０の代わりに使用されて、検出器面における円筒収束レンズと一緒に、対物レンズの収束を補助してもよい。
【００１７】
動作時、各ＬＤ２１１、２１２、２１３からの直線偏光された光は、偏光された光、たとえば、Ｓ偏光された光として保護フィルタのアレイ２２０を通して透過され、ＰＢＣのアレイ２３０によって空間的に多重化され、共通光学経路２８０に沿って誘導される。直線偏光された光は、その後、コリメート用レンズ２６０によってコリメートされ、ＣプレートＱＷＰコーティング２９２を有する漏洩ミラー２４０に送信される。漏洩ミラー２４０は、直線偏光された光を円偏光された光に変換し、円偏光された光を、対物レンズ２６１を介して光ディスク２５０に再誘導する。光ディスク２５０によって反射した光は、対物レンズ２６１を通して再送信され、反射器２４０から反射され、コリメート用レンズ２６０に向かう。漏洩ミラー２４０からの通過／反射を２回した後に、円偏光された光は、入射光に直交する偏光状態を有する直線偏光した光に再び変換され、たとえば、Ｐ偏光された光になるであろう。ＰＢＣのアレイ２３０は、複数の波長のそれぞれのＰ偏光された光を通過させ、光を主フォトダイオード２７０に誘導する。
【００１８】
特に、この光学システム２００の性能は、反射器２４０の上流のコンポーネントと反射器２４０の下流のコンポーネントとの間の角度オフセットに依存する。種々のシステムコンポーネントのアジマス配向に関する後の説明を容易にするために、光学システム１００／２００は、ビーム多重化と読出しビーム検出を行うソース／検出器セグメントと、多重化されたビームをコリメートし、光ディスク媒体に中継するディスク読取り／書込みセグメントに図式的に分離される。再び図１および２を参照すると、ソース／検出器セグメントは、ＰＢＣアレイ１３０／２３０の出力ポートの左に、すなわち、共通経路ラベル１８０／２８０の左に光学コンポーネントを含んでもよく、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１８０／２８０の右に光学コンポーネントを含んでもよい。コリメート用レンズ１６０／２６０は、そのロケーションに応じていずれかのセグメントに属してもよい。一般に、ディスク読取り／書込みセグメントは、反射器２４０および／または実質的に円偏光されている光ビームを含むことになる。
【００１９】
Tan他の発明の一実施形態では、ソース／検出器セグメントは、共通ビーム軸の周りに±４５°だけ回転されなければならない。このアジマス角度スキューは、ＱＷＰミラーの同じＳ偏光照明およびＰ偏光照明を可能にする。結果として、ＱＷＰミラーによって与えられる９０°位相リターダンスは、ディスク媒体上のエンコードされたデータにアクセスするために、直線偏光入力を円偏光出力に変換することになる。
【００２０】
プリスム・アレイ、すなわち、偏光ビーム合成器およびスプリッタ、ＰＢＣ、アセンブリ、ならびに関連するＬＤアレイを回転させる必要性は、実用的な必要性ではない。ＬＤおよびＰＢＣアレイの合成横方向寸法は、数十ミリメートルまで延びる。±４５°スキュー角度によって必要とされる、共通ビーム軸の周りの面外回転は、パッケージングされたＯＰＵシステムについて垂直高さの増加をもたらす。コンピュータ・ノートブック用途についての薄いディスク・トレイでは、容積の増加は容認されず、たとえば、１０ｍｍ未満のＯＰＵ高さが、通常必要とされる。その結果、反射性ＱＷＰにおける、たとえば、４５°の非直角入射と、到来する直線偏光とＱＷＰミラーのＰ面との間における、必要とされる±４５°アジマス角度差の両方を課すことに対する代替手法が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許公報２００８／００４９５８４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、第１デバイス平面、たとえば、水平面に沿う、従来のＯＰＵシステム内でのＰＢＣアレイ、ＬＤアレイ、および関連する光学コンポーネントの配置を維持し、また、透過性ＱＷＰを反射性ＱＷＰに置換えることを可能にしながら、ディスク媒体にアクセスするために、たとえば、垂直に誘導される、第１デバイス平面に直交したビーム結合素子の配置によって、従来技術の欠点を克服することである。従来のＯＰＵレイアウトでは、９０°垂直フォールド・ミラーは、ソース／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境界として役立つ。垂直フォールド・ミラーは、通常、水平面に対して４５°傾斜する。本発明では、垂直フォールド・ミラーは、４５°でない角度で傾斜する。透過性ＱＷＰは、取除かれ、反射性ＱＷＰに置換えられ、垂直フォールド・ミラーの前に配置される。ＱＷＰミラーは、共通ビーム経路に対して公称４５°の入射角度で配列され、ＱＷＰミラーの入射面は、入力直線偏光から±４５°アジマス角度差で配列される。ＱＷＰミラーと垂直フォールド・ミラーによる２段ビーム・フォールディングの組合せは、水平面に沿って入射する直線偏光された到来ビームを、円偏光された出力ビームに変換し、ビームを水平面から垂直方向に偏向させて、ディスク媒体にアクセスする。こうしたＯＰＵレイアウトは、ＯＰＵ内の主要な光学コンポーネントのアジマス配置に、第１デバイス平面から離れるようにスキューを生じさせる必要なしで、信頼性の高いＱＷＰ反射器を利用する。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
従って、本発明は、光ディスクにアクセスする光ピックアップ・ユニットに関し、光ピックアップ・ユニットは、
複数の光源を備え、各光源は、第１偏光状態で異なる波長の光ビームを発生するものであり、
各光ビームを共通経路に沿って誘導する少なくとも１つのビーム合成器を備え、
共通経路に沿って進行する光ビームをコリメートする第１レンズを備え、
共通経路に沿って進行する光ビームを再誘導する第１反射器を備え、第１反射器は、共通ビーム経路に対して公称４５°の入射角度で、かつ、第１偏光状態と第１反射器の入射面との間の実質的に±４５°のアジマス角度差で配設されるものであり、
第１ミラーから光ディスクへ光ビームを再誘導する第２反射器を備え、
光ビームを光ディスク上に収束させる第２レンズを備え、
第１および第２反射器の少なくとも一方は、薄膜誘電体リターダ積層体を含み、それにより、第１および第２反射器の反射は、第１偏光状態を第２偏光状態に変換するために光ビームにおいて実質的に８０°〜１００°の位相リターダンスを生成する。
【００２４】
本発明は、本発明の好ましい実施形態を示す添付図面を参照してより詳細に述べられるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の多波長光ピックアップ・ユニットの側面図である。
【図２】代替の従来の多波長光ピックアップ・ユニットの側面図である。
【図３】本発明の多波長光ピックアップ・ユニットの等角図である。
【図４ａ】図３の光ピックアップ・ユニットの代替の実施形態の略断面図である。
【図４ｂ】図３の光ピックアップ・ユニットの代替の実施形態の略断面図である。
【図５ａ】図３の２ミラー・ビーム偏向サブシステムの等角図である。
【図５ｂ】図３の２ミラー・ビーム偏向サブシステムの代替の実施形態の等角図である。
【図６】図６ａは図４の２ミラー・ビーム偏向サブシステムの断面図である。図６ｂは図５の２ミラー・ビーム偏向サブシステムの断面図である。
【図７】本発明の多波長光ピックアップ・ユニットの代替の実施形態の等角図である。
【図８】異なる入射角度におけるアルミニウム・ミラーについての、波長対リニア・リターダンスのプロットである。
【図９】異なる波長における２つのミラー間のリニア・リターダンスの差のプロットである。
【図１０】異なる波長における２つのミラー間のリニア・リターダンスの差のプロットである。
【図１１】異なる波長における２つのミラー間のリニア・リターダンスの差のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図３を参照すると、本発明による、全体が５００で示される光ピックアップ（ＯＰＵ）システムは、ＬＤ光源５１１、５１２、および５１３のアレイ５１０を備え、光源の出力は、多重化され、偏光ビーム合成器（ＰＢＣ）５３１、５３２、および５３３のアレイ５３０から共通経路５８０内に誘導される。ＬＤ源アレイ５１０は、複数の別々の固体光源に相当する少なくとも２つの部材を備え、固体光源はそれぞれ、当技術分野でよく知られているように、ＢＤ、ＤＶＤ、および／またはＣＤなどの異なるディスク媒体フォーマットについて異なる波長の光ビームを発生する。ＬＤ源はそれぞれ、たとえば、各ＰＢＣ５３１〜５３３の斜辺面のＳ偏光に位置合わせされた、直線偏光された光を出力する。示す実施形態では、第１直線（垂直）偏光５９１を有するものとして、３波長ＯＰＵシステムの場合に、それぞれ、ＬＤ光源５１１、５１２、および５１３から延びている３つの光経路５８１、５８２、および５８３が示される。第１直線偏光は、ＰＢＣアレイ５３０によって反射され、反射性波長板３４１およびビーム偏向サブアセンブリの方に誘導される。
【００２７】
広帯域にわたって、１つの偏光、たとえば、Ｓ偏光を反射し、直交偏光、たとえば、Ｐ偏光を送信する、従来の広帯域ＭａｃＮｅｉｌｌｅ型偏光ビーム・スプリッタ・キューブと対照的に、偏光ビーム合成器のアレイ５３０は、波長依存性がある。たとえば、前伝播方向では、第１ＰＢＣ５３１は、第１ＬＤ５１１からの光λ１を、λ１のＳ偏光された光を反射することによって共通経路５８０に結合する。後伝播方向では、第１ＰＢＣ５３１は、λ１のＰ偏光された光を透過すると共に、それぞれ、ＬＤ５１２およびＬＤ５１３に関連するλ２およびλ３のＰ偏光された光を透過する。同様に、第２ＰＢＣ５３２は、λ２の光を、λ２のＳ偏光された光を反射すると共に、λ１のＳ偏光された光を透過することによって共通経路５８０に結合する。戻り光について、第２ＰＢＣ５３２は、λ１、λ２、およびλ３のＰ偏光された光を透過する。第３ＰＢＣ５３３は、λ３の光を、λ３のＳ偏光された光を反射すると共に、λ１およびλ２のＳ偏光された光を透過し、一方、λ１、λ２、およびλ３のＰ偏光された戻り光を透過することによって共通経路５８０に結合する。
【００２８】
多重化されたＬＤ源は、その後、２ミラー・サブシステム３００を通して正味９０°のリターダンスで変調され、２ミラー・サブシステム３０は、また、出口において、ビームを直交軸に偏向する。多重化された第１直線偏光は、２ミラー・サブシステム３００の出口で第１円偏光に変換され、ディスク媒体３５０の方に誘導される。実際には、正味９０°のリターダンスは、８０°と１００°との間である。
【００２９】
２ミラー・ビーム偏向器サブシステム３００および４００を示す図５ａおよび５ｂを参照すると、いくつかのＬＤ出力ビームのうちの１つが、共通経路３８０内に多重化され、Ｚ軸の方向に向かう。略図では、第１デバイス平面は、通常、水平面でもあるＸＺ面に平行である。ＸＹＺは、偏光ビーム合成器５３０から２ミラー・ビーム偏向器サブシステム３００への共通経路に沿う第１パス・ビーム伝播に関して右手座標系である。共通経路３８０は、複合角度チルトで傾斜して、第１リターダ・ミラー３４１／４４１に交差する。複合角度は、共通経路３８０に対して直角入射になるよう第１リターダ・ミラー３４１／４４１を位置合わせし、リターダ・ミラー３４１／４４１を、第１オイラー角θ（通常、±４５°）だけ＋Ｘ軸の周りに回転させ、傾斜ミラー３４１／４４１を、±４５°か、または、±１３５°の第２オイラー角φだけグローバル＋Ｚ軸の周りに回転させることによって得られる。図４および５のビーム偏向の略図は、それぞれ、＋１３５°および＋４５°の第２オイラー角に相当し、また、４５°の同じ第１オイラー角の回転についてのものである。−１３５°／−４５°の第２オイラー角を有するビーム偏向は、ここに示す略図には示されない。
【００３０】
３ステップ・アライメント・プロセスの作用は、第２デバイス平面に沿って斜めに誘導された、第１偏向ビーム３８１／４８１を生成することである。通常、垂直面である第２デバイス平面は、第１デバイス平面に直交する。第２デバイス平面は、図５（ａ）および５（ｂ）で点線輪郭を有する長方形で示される。複合チルト角度の第１リターダ・ミラー３４１／４４１は、グローバルＺ軸に対して入射角度θ３７０をなす。θが±４５°である場合、第１偏向ビーム３８１／４８１は、また、共通経路３８０に直交する。一般的な場合、入射角度は、±４５°に拘束される必要はない。この一般的な場合、第２デバイス平面は、第１デバイス平面に直交しながら、グローバルＺ軸に直交しない。
【００３１】
Ｘ軸の周りの第１リターダ・ミラーの±４５°の第１オイラー回転に加えて、Ｚ軸の周りの第１リターダ・ミラー３４１／４４１の±４５°か、または、±１３５°の第２オイラー回転によって、第１リターダ・ミラー３４１／４４１の入射面は、多重化されたＬＤ出力の第１直線偏光に対して平行である／直交することから±４５°だけスキューを生じる。第１直線偏光は、第１デバイス平面に平行であってよく、または、直交してもよい。結果として、共通経路３８０内のＬＤ出力は、複合角度傾斜した第１リターダ・ミラー３４１／４４１を照射する、半Ｓ偏光成分および半Ｐ偏光成分を提供する。共通ビームは、最初は、直線偏光される。そのため、第１リターダ・ミラー３４１／４４１への衝突前に、Ｓ偏光ビーム成分とＰ偏光ビーム成分との間に位相差は存在しない。第１ミラー３４１／４４１のリターダンスに応じて、第２デバイス平面に沿って進行する出力ビーム３８１／４８１は、修正された偏光状態を有する。この鏡面反射した出力３８１／４８１は、第１デバイス平面から、それぞれ、＋１３５°／＋４５°のアジマス角度３７２／４７２で傾斜する。第１偏向ビームは、また、複合角度チルトに配列された第１リターダ・ミラー３４１／４４１のデバイス平面に対して角度３７１をなす。
【００３２】
図４および５の第１偏向ビーム３８１／４８１の伝播方向は、それぞれ、第１デバイス平面に平行に配置されるディスク媒体３５０にアクセスするために補正されなければならない。これは、第１偏向ビームを第２ミラー３４２／４４２で遮断することによって達成されることができる。第２ミラー３４２／４４２は、第１デバイス平面に対して所定のチルト角度で傾斜するため、第２偏向ビーム３８２は、第１デバイス平面に直交して誘導される（すなわち、垂直に誘導される）。第２偏向ビーム３８２は、その後、軸上コーンでディスク媒体３５０上に収束される。収束に使用される対物レンズは、簡略化するために省略される。
【００３３】
第２ミラー３４２／４４２は、第２デバイス平面に沿って傾斜する。第２デバイス平面は、第２ミラー３４２／４４２の入射面に一致する。第１偏向ビーム３８１／４８１と第２偏向ビーム３８２の方向角度差は、それぞれ、第２オイラー角回転の＋１３５°／＋４５°について、４５°および１３５°である。第２ミラー３４２／４４２を利用して、第２偏向ビーム３８２を垂直に向けるために、第２ミラー３４２／４４２は、半分の角度差で位置合わせされなければならない（すなわち、第２ミラーのデバイス法線は、第１偏向ビーム方向と第２偏向ビーム方向を２等分する）。そのため、図４に示す略図の場合、第２ミラー３４２は、第１デバイス平面に対して２２．５°で傾斜する。同様に、図５に示す略図の場合、第２ミラー４４２は、第１デバイス平面に対して６７．５°で傾斜する。２つのビーム偏向の結果として、読取り／書込みビームは、第１デバイス平面に対して直交方向にアウトカップリングし、ディスク媒体３５０の方に誘導される。そのため、２ミラー偏向サブシステムを使用して有効９０°ビーム・フォールディングを構成するという目的が達成される。
【００３４】
第１および第２ミラー３４１／４４１および３４２／４４２のＳ面（入射面と直交する）およびＰ面（入射面）が、相対して配列されることが、図４および５に示す２ミラー・ビーム偏向器サブシステムのレイアウトによって立証される。第１ミラー３４１／４４１のＰ面は、第２ミラー３４２／４４２のＳ面に相当し、また、その逆である。第１ミラー３４１／４４１のＳ面およびＰ面は、第１直線偏光入力に対して±４５°アジマス角度差をなすことが示された。その結果、第２ミラー３４２／４４２のＰ面およびＳ面もまた、第１直線偏光入力に対して±４５°アジマス角度差をなす。さらに、第１ミラー３４１／４４１が、反射時にリターダンスを生じるように設計されることが述べられ、このことは、また、第２ミラー３４２／４４２内に設計された任意のリターダンス特性が第１偏向ビーム３８１／４８１によってアクセスされることができることを意味する。
【００３５】
従って、２ミラー偏向器サブシステム３００／４００機構の別の目的は、第１直線偏光入力を第１円偏光出力に変換するために、正味４分の１波長リターダンス、すなわち、９０°を提供することである。誘電体Ｃプレート・リターダを使用することによって、幾何形状は、非直角入射を可能にしなければならず、また、入射第１直線偏光３９０と、リターダ・ミラー３４１／４４１および３４２／４４２に関する入射面との間に角度差が存在する。一実施形態では、必要とされる９０°反射リターダンスは、所定の波長窓にわたって第１ミラー３４１／４４１から得られ、第２ミラー３４２／４４２は、所定の波長窓にわたってリターダンスを生じない。そのため、直線偏光された共通ビームは、第１偏向ビーム３８１／４８１において円偏光（左旋または右旋）に変換される。反射性薄膜の設計は、強度および位相特性のクロス結合によって制約されない。その結果、構成する薄膜材料の分散が軽減されることができるため、高い反射を維持しながら、真のアクロマティック反射リターダンスが、広帯域波長範囲にわたって得られることができる。たとえば、第１ミラー３４１／４４１は、それぞれ、ＢＤ、ＤＶＤ、およびＣＤレーザ・ラインに相当する、４０５ｎｍ、６６０ｎｍ、および７８０ｎｍのそれぞれの波長窓（通常、中心波長に対して±２％帯域幅を有する）にわたってアクロマティック±９０％リターダンスを生成するように設計されることができる。こうして、直線偏光された共通ビーム３８０を、右旋円偏光された、または、左旋円偏光された光３８２に変換するという目的は達成された。ディスク媒体３５０から反射することによって、反射光線３８３は、ディスク媒体３５０から２ミラー・ビーム偏向器サブシステム３００／４００の方に逆方向に伝播し、円偏光は、反対の左右性の円偏光に変換される。実際には、正味のリターダンスは、８０°と１００°との間である。
【００３６】
円偏光の左右性は、ミラーにおける反射によって反転すると考えられるが、入射光線および反射光線についての電気ベクトルの位置は、空間内の同じ意味の回転を有することに留意されたい。図５ａおよび５ｂでは、ディスク媒体３５０への入射ビーム３８２の円偏光３９２およびディスク媒体３５０からの反射ビーム３８３の円偏光３９３は、反対の左右性を持つように示された。実際には、反転するのは座標系であり、空間内の、または、経時的な電気ベクトルの回転の意味ではない。３９２および３９３で示す反対の矢印は、左右性反転を明確に示し、また、入射ビームおよび反射ビームについて空間内の電気ベクトルの回転を示すのに、全く正しいというわけではない。
【００３７】
ディスク媒体３５０からの反射ビーム３８３は、その後、それぞれ、光線３８４および３８５として第２ミラー３４２／４４２および第１ミラー３４１／４４１を通して通過する。２ミラー・ビーム偏向器サブシステム３００／４００の出力は、やはり共通経路３８０に平行になるが、戻り経路５８５に沿って逆に伝播する。第１パスと同様に、２ミラー位相シフタおよびビーム偏向器３００／４００は、円偏光された第２パス光線３８３に９０°リターダンスを課す。このリターダンスは、円偏光を第２直線（水平）偏光３９５に変換する。第２直線偏光３９５は、共通ビームが往復で１８０°リターダンスにわたって通過したため、第１直線偏光３９０に直交する。実際には、正味のリターダンスは、１６０°と２００°との間である。第１直線偏光が利用されて、いくつかのＬＤ出力を共通経路５８０内に多重化する場合、第２直線偏光が利用されて、戻り経路５８５に沿って第１パス・ビームから戻り第２パス・ビームを分離することができる。そのため、戻りビームは、偏光用ビーム合成器のアレイ５３０を通して、戻り経路５８５に沿って配設された１つまたは複数の光検出器（複数可）５７０の方に誘導される。
【００３８】
あるいは、図４ａおよび４ｂに示すように、さらなるビーム・スプリッタ５３８／５３９が利用されて、第１光ビームλ１、たとえば、４０５ｎｍのブルーレイ・ビームを第１光検出器５７１に誘導し、第２および第３光ビームλ２およびλ３、たとえば、６６０ｎｍのＤＶＤビームおよび７８０ｎｍのＣＤビームを第２光検出器５７２に誘導することができる。さらなるビーム・スプリッタ５３８は、偏光依存性があり、かつ、波長依存性があり、図４ａの場合と同様に、２ミラー・ビーム偏向器サブシステム３００／４００と、偏光用ビーム合成器のアレイ５３０との間に配置されることができる。あるいは、さらなるビーム・スプリッタ５３９は、波長依存性がある、たとえば、ダイクロイック・ビーム・スプリッタであり、図４ｂの場合と同様に、偏光用ビーム合成器のアレイ５３０と、光検出器５７１および５７２との間に配置されることができる。
【００３９】
図５ａおよび５ｂの２ミラー・ビーム偏向器サブシステム３００および４００のレイアウトは、いくつかの目的を達成する。いくつかの目的とは、
１）反射時に誘電体膜のリターダンスを利用するために、第１ミラー３４１／４４１上への、共通経路に沿う、空間的に多重化されたビーム（共通ビームと呼ぶ）についての非直角入射を提供すること、
２）第１ミラー３４１／４４１に対して半Ｓ偏光入力光および半Ｐ偏光入力光を提供するために、共通ビームの第１直線偏光軸３９０と、２ミラー偏光器サブシステム３００／４００のＳ面およびＰ面との間の±４５°アジマス角度差を提供すること、
３）２ミラー・ビーム偏向器サブシステム３００／４００の出口において、共通ビームの第１直線偏光３９０を第１円偏光３９２に変換すること、
４）第１デバイス平面に対して直交方向にアウトカップリングし、ディスク媒体３５０にアクセスするために、Ｚ軸に沿って誘導し、かつ、第１デバイス平面に平行に共通ビームを向けること、
５）共通経路に沿ってビーム軸を再捕捉するために、ディスク媒体からの反射によって逆方向経路を設け、逆伝播させ、２ミラー・ビーム偏向器サブシステム３００／４００を反対方向に２回通過した戻りビームについて第１直線偏光３９０を第２直交直線偏光３９５に変換することを含む。
【００４０】
＋１３５°／＋４５°第２オイラー回転によって与えられるビーム偏向は、図６ａおよび６ｂの断面図で示される。図６（ａ）では、Ｚ軸の周りの第２オイラー回転角度は＋１３５°であり、一方、図６（ｂ）では、Ｚ軸の周りの第２オイラー回転角度は＋４５°である。両方の図で、共通ビーム３８０に対して最初に直角に位置合わせされた、第１ミラー３４１／４４１の第１オイラー回転角度は４５°である。第１および第２オイラー回転の結果として、第１偏向ビームは、ＸＹ面内に含まれ、斜め軸に沿って位置合わせされる。ＲＨ−ＸＹＺ座標系に関してＺ軸の周りの−１３５°／−４５°第２オイラー回転の２つの他の場合は、ここでは示されない。第１パス内で＋Ｚ軸に沿って伝播する共通ビーム３８０から始めて、観察者は、図６（ａ）と図６（ｂ）の両方において、シンボル
2009181689.tif 000003
で示すビームのテール・エンドを見る。共通ビーム３８０は、第１デバイス平面、すなわち、水平面ＸＺに平行に位置合わせされる。第１ミラー３４１／４４１は、共通ビーム３８０に対して４５°で傾斜する。そのため、第１反射ビーム３８１／４８１は、入射ビーム３８０に直交する。第１ミラー３４１／４４１は、また、Ｚ軸の周りに＋１３５°／＋４５°だけ回転する。結果として、サブシステム３００は、第１偏向ビームを３８１として斜め下に向け、一方、サブシステム４００は、第１偏向ビーム３８０を４８１として斜め上に向ける。両方の場合において、第１偏向ビームを３８１／４８１は、第１デバイス平面に対して±４５°の角度差をなす。その結果、第２ミラー３４２／４４２の位置は、第２偏向が、垂直軸、すなわち、Ｙ軸に平行に誘導されるようになっていなければならず、このことは、それぞれ、サブシステム３００および４００内の第２ミラー３４２および４４２が、第１デバイス平面に対して、それぞれ、２２．５°  ３７３および６７．５°  ４７３で位置合わせされることを必要とする。第２ミラー３４２上への入射角度は、公称で２２．５°であり、第２ミラー４４２上への入射角度は、公称で６７．５°である。両方のビーム偏向方式は、ディスク３５０にアクセスするために、Ｙ軸に沿って２ミラー・サブシステム３００／４００の出力ビームを誘導する。ディスク３５０は、通常、第１デバイス平面、すなわち、ＸＺ面に平行に位置合わせされる。
【００４１】
共通ビーム３８０が第１ミラー３４１／４４１から反射された後の斜めビーム偏向は、ＯＰＵアセンブリ５００についてさらなる高さを占有する。共通経路セクション３８０における２ｍｍと３ｍｍとの間の最大ビーム径ならびに４ｍｍの第１および第２ミラー径の場合、図６ａを参照して以下の通りにサブシステム３００の場合について、さらなる垂直ウォークオフが推定されることができる。
【００４２】
第２ミラー３４２に対する垂直高さ３７４＝４ｍｍであり、
２ｍｍ厚を有する第２ミラー３４２の垂直距離＝２／ｃｏｓ（２２．５°）であり、
ビーム３８０の中心からパッケージ・ベースまでの総垂直距離３７５＝４＋２／ｃｏｓ（２２．５°）＋２＊ｓｉｎ（２２．５°）で、これは約７ｍｍである。
【００４３】
約１０ｍｍのパッケージ高さを有する従来のＯＰＵアセンブリでは、共通経路３８０は、パッケージのベースから約５ｍｍのところに既に位置することに留意されたい。２回偏向式ビーム方向付け方式は、２ｍｍの余分な高さ要件を付加するに過ぎない。
【００４４】
垂直フォールド・ミラーおよび透過性ＱＷＰサブシステムを２ミラー正味ＱＷＰサブシステム３００または４００と置換えることを可能にするビーム偏向方式は、先に述べられた。第１ミラー３４１／４４１は、反射性ＱＷＰとして設計されることができ、一方、第２ミラー３４２／４４２は、通常の金属反射器として設計されることができる。全て無機の第１ミラー３４１／４４１は、可撓性があり、耐久性があり、高い光露出について信頼性が高く、また、偏光変換用途についておそらく低コストである。第２金属ミラー３４２／４４２は、反射光に対してゼロ位相から非常に低い位相までの変化を与える、従来の低コスト反射器であることができる。
【００４５】
図７を参照すると、本発明によるＯＰＵシステム６００の別の実施形態は、集積化されたソース／検出器ユニットのアレイ６１０、ダイクロイック・ビーム合成器のアレイ６３０、２ミラー位相シフタおよびビーム偏向器３００’、偏光ホログラム６４５、および回転光ディスク３５０を備える。集積化されたソース／検出器ユニットのアレイ６１０およびダイクロイック・ビーム合成器のアレイ６３０などの主要な光学コンポーネントは、第１デバイス平面を埋めるように配列される。光ディスク３５０は、また、第１デバイス平面に平行に配列される。同一容器内にパッケージングされたＬＤ／ＰＤ、ＤＢＣアレイ、偏光ホログラム、反射性ＱＷＰ、およびフォールド・ミラーを組込むＯＰＵレイアウトについての同時係属の米国特許公報２００８／００４９５８４では、ＬＤアレイの直線偏光出力は、デバイス平面に対して±４５°で位置合わせされなければならない。これは、おそらく実施されることができるが、透過性アクロマティックＱＷＰを利用する従来のＯＰＵシステムおよび反射性４分の１波長リターダを利用する代替のＯＰＵシステムについて互換性のある方法でＬＤ／ＰＤ集積化ユニットをパッケージングすることから問題が生じる。従来のＯＰＵレイアウトでは、パッケージングされたＬＤ／ＰＤユニットは、第１デバイス平面に平行な面および直交する面（facet）に位置合わせされる。各レーザ・エミッタ出力は、また、第１デバイス平面に平行か、または、直交するように配列される。本発明は、第１デバイス平面に平行に、または、直交して位置合わせされたＬＤ出力偏光のアレイと一緒に、誘電体の反射性４分の１波長リターダの使用を可能にするという有用性を提供する。
【００４６】
集積化されたソース／検出器ユニットのアレイ６１０は、第１部材６１１、第２部材６１２、および第３部材６１３を含む。各集積化ユニットは、ＬＤなどの光源、フォトダイオード（ＰＤ）などの同一容器内にパッケージングされた光検出器を含む。集積化ユニットのアレイ６１０は、ＯＰＵ波長のそれぞれで、たとえば、それぞれ、７８０ｎｍ、６６０ｎｍ、および４０５ｎｍで直線偏光された光ビームを提供する。あるいは、アレイ６１０は、３つより多いか、または、少ない集積化ユニットを含む。
【００４７】
第１部材６３１、第２部材６３２、および第３部材６３３を含むダイクロイック・ビーム合成器（ＤＢＣ）のアレイ６３０が使用されて、集積化アレイ６１０からの出力を空間的に多重化し、それを共通光経路６８０に沿って誘導する。各ＤＢＣ６３１／６３２／６３３は、２つのプリズム間に挟まれたダイクロイック・インタフェースを使用して、集積化アレイ６１０からの光を送信するか、または、反射する。ＤＢＣ６３０は、偏光ビーム分割キューブではなく、むしろ、あるタイプのダイクロイック・バンドパス・フィルタとして機能して、波長に依存して、入射光を送信する、かつ／または、反射することに留意されたい。
【００４８】
２ミラー位相シフタおよびビーム偏向器３００’は、ＤＢＣ６３０から透過された光を回転光ディスク３５０に再誘導する。２ミラー・サブシステム３００’は、３００および４００として述べたものと同じである。しかし、３００方式だけが図７に示される。２ミラー・サブシステム３００’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波長リターデーションを提供する薄膜コーティングを備える。一実施形態によれば、薄膜コーティングは、たとえば、短波パスまたは長波パス、バンド・パス、高反射などのフィルタ内に組込まれ、かつ、基材上に堆積される、対照をなす屈折率を有する複数の交互層を含む。別の実施形態では、高反射器は、実質的に全ての入射光、Ｓ偏光、およびＰ偏光を、光ディスク３５０に向かうように直交ビーム経路に再誘導する。
【００４９】
偏光ホログラム６４５は、戻りビームが、ＬＤ部分ではなく集積化ユニット６１１、６１２、および６１３のＰＤ部分に誘導されるように、１つまたは複数の異なる波長の、たとえば、７８０ｎｍ、６６０ｎｍ、および４０５ｎｍの、光ディスク３５０から反射した光を回折するように設計される。たとえば、複屈折基材上に形成された回折格子を含んでもよい偏光ホログラムは、当技術分野でよく知られており、さらに詳細には説明されない。偏光ホログラム６４５の偏光選択性直線方向は、第１パスにおいて、非回折のために第１直線偏光に平行に位置合わせされ、第２パスにおいて、回折のために第２直線偏光に平行に位置合わせされることが留意される。一般に、偏光ホログラム６４５の回折面（同様に、格子ベクトル）は、任意のアジマス面に対して構成されることができる。有利には、回折面は、（図７に示すように）第１デバイス平面に平行に、または、直交して位置合わせされる。この場合、偏光選択性方向は、偏光ホログラム６４５の回折線に直交して、または、平行に位置合わせされる。この回折面構成は、同一容器内にパッケージングされたＬＤおよびＰＤ集積化ユニット６１１、６１２、および６１３が、ＯＰＵパッケージ長方形断面に対してＯＰＵシステム６００内で規則的に搭載されることを可能にする。
【００５０】
動作時、第１集積化ユニット６１１からの第１波長λ１の第１の直線偏光された光は、ＤＢＣのアレイ６３０を通して透過され、共通光学経路６８０に沿って誘導される。同様に、第２集積化ユニット６１２からの第２波長λ２の第１の直線偏光された光は、第１ＤＢＣ６３２から反射され、第２ＤＢＣ６３３を通過し、共通光学経路６８０に沿って誘導される。最後に、第３集積化ユニット６１３からの第３波長λ３の第１の直線偏光された光は、第２ＤＢＣ６３３から反射され、共通光学経路６８０に沿って誘導される。共通経路６８０に沿う、多重化され直線偏光された光は、その後、レンズ（図示せず）によってコリメートされ、回折されない偏光ホログラム６４５を通過し、アクロマティックＱＷＰコーティングを有する２ミラー位相シフタ３００’によって偏向される。２ミラー・サブシステム３００’は、第１の直線偏光された光を第１の円偏光された光に変換し、それを、対物レンズ（図示せず）を介して光ディスク３５０に再誘導する。光ディスク３５０によって反射した光は、対物レンズ（図示せず）を通して再送信され、２ミラー・サブシステム３００’から偏光ホログラム６４５を通してコリメート用レンズ（図示せず）の方に偏向される。アクロマティックＱＷＰコーティングは、アクロマティックＱＷＰコーティングの２回の通過によって、第１の直線偏光された光の偏光状態を変換して第２の直交する直線偏光された光にするため、偏光ホログラム６４５は、光学経路がわずかにシフトするように戻り光を回折させる。変位した第２の直線偏光された光は、それぞれの集積化ユニット６１１、６１２、または６１３のフォトダイオード部分上に結像される。ＤＢＣ６３２および６３３は、前方光パスと後方光パスの両方において、波長の関数として、Ｓ偏光とＰ偏光の両方を送信するか、または、反射する、ローパス・フィルタおよびハイパス・フィルタである。
【００５１】
一般的な場合、２ミラー・サブシステム３００’の合成された正味リターダンスは、９０°であることを必要とされ、そのリターデーション軸は、第１直線偏光に対して±４５°アジマス角度オフセットで配向する。リターデーション軸は、異なる波長窓にわたって異なる符号の角度配向をとってもよい。しかし、個々のミラー・リターダンスは、９０°または０°リターデーションである必要はない。たとえば、第２ミラーが金属反射器として作製される場合、金属ミラーからの軸外反射は、Ｐ偏光とＳ偏光との間に位相差を有する、すなわち、リターダンスを有することがよく知られている。アルミニウム・ミラー上への２２．５°および６７．５°ＡＯＩにおける反射リターダンスの例示的な計算結果が図８に示される。これら２つの入射角度は、それぞれ、２ミラー・サブシステム３００および４００内の第２ミラー・アライメントに相当する。より浅い入射角度のビームは、反射によって数度のリターダンスを蓄積することが示される。リターデーション変換は、ここでは、ｅ波（同様に、Ｐ偏光）とｏ波（同様に、Ｓ偏光）の位相差を指し、Ａｂｅｌｅｓ位相変換が採用される。Ａｂｅｌｅｓ位相変換によって、理想的なミラーは、直角入射において２つの直交する直線偏光間にゼロ度の位相差を有する。ここで、米国特許公報２００８／００４９５８４の図１５に示す３波長反射性ＱＷＰ設計を参照すると、ｅ波とｏ波との間のリターダンス値は、３つのＯＰＵ波長、それぞれ、４０５、６６０、および７８０ｎｍで、＋９０°／−９０°／＋９０°である。
【００５２】
２ミラー・サブシステム３００／４００の設計は、必要とされる±９０°位相リターダンスが、２つのミラーコーティングにわたって分布することを可能にしてもよい。こうして、一般的な場合、第１および第２ミラー３４１／４４１および３４２／４４２の反射リターダンスは、それぞれ、±９０°および０°である、または、その逆である必要はない。適切なビーム偏向について必要とされる入射角度での反射によって、第１および第２ミラー３４１／４４１および３４２／４４２が、それぞれ、＋４５°および−４５°リターダンスを達成する必要もない。±９０°の正味のリターダンスをもたらす、これら２つのミラーの必要とされる入射角度における２つの構成リターダンス値の任意の組合せは、第１直線偏光を第１円出力偏光に変換するための十分な要件である。円出力偏光は、左旋であるか、または、右旋であることができる。円偏光の左右性は、２回パス・システムについては重要でない。２ミラー・サブシステム３００／４００を２回通過することによって、第２直線偏光が生じる。第２直線偏光は、第１直線偏光に直交する。図３のＯＰＵシステム・レイアウト５００によれば、第２直線偏光は、偏光用ビーム・スプリッタのアレイ５３０によって第１直線偏光から分離される。図７のＯＰＵシステム・レイアウトによれば、第２直線偏光によって、偏光ホログラム６４５が、第２パス内で光ビームを回折させる。回折は、第１パス内で、ビーム経路から離れるように戻り光ビームを方向付ける。空間的に分離された戻りビームは、その後、フォトダイオード（複数可）に誘導される。
【００５３】
共通ビーム３８０を、位相シフトさせ、ディスク媒体３５０に偏向させる、本発明による２ミラー・サブシステム３００／４００を使用する例として、第２ミラー３４２／４４２は、通常のアルミニウム反射器として設計されることができ、一方、第１ミラー３４１／４４１は、第２ミラー３４２／４４２のオフセット・リターダンスを補償するために再最適化されることができる。第１ミラー３４１／４４１および第２ミラー３４２／４４２における連続入射に関する入射面の反転のために、正味反射リターダンスは、第１反射リターダンスと第２反射リターダンスとの差である。第１ミラー３４１／４４１によって与えられた第１反射リターダンス、および、第２ミラー３４２／４４２によって与えられた第２反射リターダンスは、共に、局所入射面に対してｅ波とｏ波の位相差をとることによって規定される。米国特許公報２００８／００４９５８４の図１５に示すベース設計およびアルミニウム反射器リターダンスを考えると、新しい第１ミラー設計は、図９に示す３つ全ての波長においてリターダンス・ターゲットを生成することを必要とされる。第１波長窓（λ１）では、第１ミラー３４１／４４１はΓ１（λ１）リターダンスを生成し、一方、第２ミラー３４２／４４２はΓ２（λ１）リターダンスを生成し、第２波長窓（λ２）では、第１ミラー３４１／４４１はΓ１（λ２）リターダンスを生成し、一方、第２ミラー３４２／４４２はΓ２（λ２）リターダンスを生成し、第３波長窓（λ３）では、第１ミラー３４１／４４１はΓ１（λ３）リターダンスを生成し、一方、第２ミラー３４２／４４２はΓ２（λ３）リターダンスを生成する。設計および作製の目的は、±９０°に等しい、各波長窓内での第１ミラー３４１／４４１と第２ミラー３４２／４４２のリターダンス差を生成することである。実際には、正味リターダンスは、８０°と１００°との間にある。
【００５４】
Γ１（λ１）−Γ２（λ１）＝±９０°、
【００５５】
Γ１（λ２）−Γ２（λ２）＝±９０°、および
【００５６】
Γ１（λ３）−Γ２（λ３）＝±９０°。
【００５７】
３つの波長窓のそれぞれにわたる第１ミラー３４１／４４１と第２ミラー３４２／４４２のリターダンス差は、図９の７０１、７０２、および７０３の垂直値の差によって示される。局所入射面を参照すると、各ミラー・リターダンスは、Ｐ偏光（同様に、ｅ波）のＡｂｅｌｅｓ位相からＳ偏光（同様に、ｏ波）のＡｂｅｌｅｓ位相を引いた値によって得られる。各ミラーの位相差はリターダンスを生じる。２ミラー位相シフタおよびビーム偏向器サブシステム３００／４００では、第１ミラー３４１／４４１から第２ミラー３４２／４４２への局所入射面は反転する。その結果、２つのミラーのリターダンス差は、サブシステム３００／４００の正味のリターダンスを生じる。
【００５８】
±９０°正味リターダンスを得るという上記例は、第２ミラー３４２／４４２がわずかの量の反射リターダンスだけを生じることに関係する。こうしたデバイス特性は、たとえば、２ミラー・サブシステム３００に従って２２．５°のチルトで金属反射器を位置合わせすることによって得られることができる。位相シフトおよびビーム偏向を与えるための２ミラー方式４００が、より有利である場合、２つのミラーにおいて反対符号のリターダンスを提供するコーティング設計がより適切である。この設計手法は、図１０の個々のミラー・リターダンスおよびリターダンス差によって示される。たとえば、図８に示す計算結果によれば、アルミニウム反射器は、６７．５°ＡＯＩの場合、４０５ｎｍ波長で約４７．５°のリターダンスを生じる。その結果、第１誘電体ミラーは、４０５ｎｍ波長において、必要とされるＡＯＩ（たとえば、４５°）で−４２．５°の反射リターダンスを提供することだけが必要である。第１および第２ミラーの連続反射による入射面の反転は、この例では、−９０°の正味リターダンスを生じる。同様に、第１ミラー３４１／４４１のコーティング設計は、また、２つの他の波長帯にわたる第２ミラー３４２／４４２のリターダンスと反対符号のリターダンスを生じる。必要とされる±９０°正味リターダンスは、それぞれ、第１、第２、および第３波長窓について、デバイス・リターダンス差７１１、７１２、および７１３によって示される。正味の±９０°位相シフトおよびビーム偏向機能を提供するために、２つの金属ミラーが縦続接続される可能性はない。誘電体反射器膜積層体の干渉特性を利用することなしで、リターダンス分散が、効率的に軽減される可能性はない。そのため、２つのリターダ・ミラー３４１／４４１または３４２／４４２の少なくとも一方は、無機誘電体膜積層体が、透明／不透明基材上に、または、別の金属反射器上に塗布されることを必要とする。こうして、４分の１波長リターダンスのアクロマティック性が達成されることができる。
【００５９】
２つのミラーの役割を逆にすることも可能である。たとえば、第１ミラー３４１／４４１は、第１直線偏光軸と局所ミラー入射面との間で±４５°アジマス角度差を作るために、複合角度で傾斜されることができる。このミラーは、反射ビームにわずかの量のリターダンスだけを与える。第１ミラー３４１／４４１と連携して働く第２ミラー３４２／４４２は、ビームをディスク媒体３５０に偏向し、±９０°リターダンスのバルクを提供する。個々のミラー・リターダンス値は、図１１に示される。リターダンス差は、３つのＯＰＵ波長窓のそれぞれにおいて７２１、７２２、および７２３で示される。
【００６０】
直線偏光から円偏光への変換、および、その逆を可能にし、また、共通ビーム３８０を、従来ＯＰＵレイアウトの単一デバイス平面から直交方向に向けて、光ディスクにアクセスする２ミラー位相シフトおよびビーム偏向サブシステム３００／４００が述べられた。２つのミラー３４１／４４１および３４２／４４２の少なくとも一方は、２つ以上のＯＰＵ照明波長でリターデーション特性を生じる誘電体積層体でコーティングされる。あるいは、位相シフトおよびビーム偏向サブシステム３００／４００は、２つ以上のミラーを備え、少なくとも一方のミラーは誘電体薄膜積層体を使用して作製される。２ミラー・サブシステム３００／４００は、複合角度チルトで位置合わせされるため、ミラー３４１／４４１および３４２／４４２のそれぞれにおいて、直線偏光入力と局所入射面との間に±４５°角度差が存在する。第１ミラー３４１／４４１の面と共通ビーム軸３８０のポーラ角度差は、公称４５°である。しかし、第１ミラー３４１／４４１のリターダンスにアクセスするための、第１ミラー３４１／４４１の任意の適した軸外照明で十分である。＋１３５°および＋４５°の、共通ビーム軸の周りの第１ミラー３４１／４４１の２つのオイラー回転は、略図によって示された。−１３５°および−４５°などの他の第２オイラー回転が、本発明にも適用可能であることが予想される。さらに、第１ミラー素子３４１／４４１の第２オイラー回転は、第１ミラー入射時に、ほぼ等しいＳ偏光波とＰ偏光波をもたらす。光学レイアウトならびにＳ偏光およびＰ偏光入力部分の所望の分布に応じて、第２オイラー回転は、第１ミラー３４１／４４１を通過した後、やや斜めでないビーム偏向をもたらす可能性があることが理解される。換言すれば、第１ミラー３４１／４４１の第２オイラー角度は、±４５°および±１３５°回転からわずかに変位する可能性があり、それが、たとえば、ミラーコーティングのＳ偏光およびＰ偏光反射率のわずかの非減衰量を補償するのに使用されることができる。
【００６１】
２ミラー位相シフトおよびビーム偏向機構は、レガシーＤＶＤおよびＣＤディスク・フォーマットをカバーするような２波長ＯＰＵシステムについて正味９０°リターダンスを与えるのに同様に適用可能であることがさらに予想される。本発明は、適用可能であるが、単一波長システムについて不必要に複雑である。単一波長システムでは、複屈折結晶板および形態複屈折格子などの複数の技術が、透過性４分の１波長リターダとして使用されることができる。これらのデバイスは、単一帯９０°リターダンスをターゲットにし、短波長４０５ｎｍ照明についても信頼性がある。
【００６２】
本発明は、特に、２ミラー・サブシステム３００／４００と、光ディスク３５０にアクセスするために共通ビーム３８０を偏向しながら、有効な±９０°位相リターダンスを実現する方法と、２ミラー位相シフタおよびビーム偏向器サブシステム３００／４００を組込むＯＰＵシステムに関する。ＯＰＵシステムは、アレイまたは偏光ビーム合成器、ダイクロイック・ビーム合成器、または、偏光ビーム合成器とダイクロイック・ビーム合成器の両方の組合せを備えてもよい。ＯＰＵシステムでは、ＬＤのアレイからビーム合成器のアレイまで伝播軸を結合することによって形成されるデバイス平面は、光ディスクに平行に配列される。２ミラー位相シフタおよびビーム偏向器サブシステム内に入力するための、必要とされるほぼ半分のＳ偏光および半分のＰ偏光パワー分布は、第１リターダ・ミラーを複合角度で傾斜させることによって実施され、第２ミラーは、第１ミラー後に、ビーム偏向および反射リターダンス特性を補正するために連携して配列される。ＯＰＵシステムは、ＬＤおよびビーム合成器アレイの従来の機構によっており、一方、ソース／検出器セグメント内での直線偏光とディスク読取り／書込みセグメント内での円偏光を変換するために、信頼性および耐久性が高い無機反射性４分の１波長リターダの使用を可能にする。
【００６３】
本発明による光ピックアップ・システムは、光ディスク媒体を読取るため、ディスク媒体上に書込むため、または、読取りと書込みの両方のため、すなわち、ディスク媒体にアクセスするために排他的に使用されることができる。光検出器は、書込みのためだけに使用されるＯＰＵから省略されることができる。
【符号の説明】
【００６４】
３００、４００  ２ミラー・ビーム偏向器サブシステム
３００’  ２ミラー位相シフタおよびビーム偏向器
３４１、４４１  第１ミラー
３４２、４４２  第２ミラー
３５０  ディスク媒体
３７１  角度
３７２、４７２  アジマス角度
３８０  共通経路
３８１、４８１  第１偏向ビーム
３８２  第２偏向ビーム
３８３、３８４、３８５  光線
３９０、３９５  直線偏光
３９２、３９３  円偏光
５００、６００  光ピックアップ・システム
５１１、５１２、５１３  ＬＤ（レーザ・ダイオード）光源
５１０  ＬＤ光源アレイ
５３１、５３２、５３３  偏光ビーム合成器（ＰＢＣ）
５３０  ＰＢＣアレイ
５３８、５３９  ビーム・スプリッタ
５７０、５７１、５７２  光検出器
５８０  共通経路
５８１、５８２、５８３  光経路
５８５  戻り経路
５９１  第１直線（垂直）偏光
６１０  集積化されたソース／検出器ユニットのアレイ
６１１  第１部材（集積化ユニット）
６１２  第２部材（集積化ユニット）
６１３  第３部材（集積化ユニット）
６３０  ダイクロイック・ビーム合成器のアレイ
６３１  第１部材（ＤＢＣ）
６３２  第２部材（ＤＢＣ）
６３３  第３部材（ＤＢＣ）
６４５  偏光ホログラム
６８０  共通光経路
【図１】
2009181689.tif 000004
【図２】
2009181689.tif 000005
【図３】
2009181689.tif 000006
【図４ａ】
2009181689.tif 000007
【図４ｂ】
2009181689.tif 000008
【図５ａ】
2009181689.tif 000009
【図５ｂ】
2009181689.tif 000010
【図６】
2009181689.tif 000011
【図７】
2009181689.tif 000012
【図８】
2009181689.tif 000013
【図９】
2009181689.tif 000014
【図１０】
2009181689.tif 000015
【図１１】
2009181689.tif 000016
【外国語明細書】
2009181689.tif 000017
2009181689.tif 000018
2009181689.tif 000019
2009181689.tif 000020
2009181689.tif 000021
2009181689.tif 000022
2009181689.tif 000023
2009181689.tif 000024
2009181689.tif 000025
2009181689.tif 000026
2009181689.tif 000027
2009181689.tif 000028
2009181689.tif 000029
2009181689.tif 000030
2009181689.tif 000031
2009181689.tif 000032
2009181689.tif 000033
2009181689.tif 000034
2009181689.tif 000035
2009181689.tif 000036
2009181689.tif 000037
2009181689.tif 000038
2009181689.tif 000039
2009181689.tif 000040
2009181689.tif 000041
2009181689.tif 000042
2009181689.tif 000043
2009181689.tif 000044
2009181689.tif 000045
2009181689.tif 000046
2009181689.tif 000047
2009181689.tif 000048
2009181689.tif 000049
2009181689.tif 000050
2009181689.tif 000051
2009181689.tif 000052
2009181689.tif 000053
2009181689.tif 000054
2009181689.tif 000055
2009181689.tif 000056
2009181689.tif 000057
2009181689.tif 000058