TW200818172A - Optical pick-up unit - Google Patents
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Description
200818172 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明一般而言係關於光學擷取單元，且特定言之係關 於利用薄膜塗層來提供一延遲組件之光學擷取單元。 【先前技術】 光碟（CD)發明於1980年代以允許全數位記錄音訊信號。 用於音訊CD及/或CD-ROM之光學擷取單元（OPU)使用一近 紅外（NIR)(例如780 nm、785 nm、790 nm)半導體雷射來讀 r '' 出編碼數位資訊。物鏡之數值孔徑（ΝΑ)大約為0.45，從而 取決於離碟片中心的徑向距離而允許一測量為大約100 nm 深、500 nm寬及80 nm至3 5 00 nm長的凹坑（碟片上的一編 碼單元）。 最初的商用數位多功能碟片（DVD)出現於1990年代，具 有至關重要的光學設計變化以允許大約為CD 3.5倍的一實 體記錄密度增加。該實體密度增益係藉有採用一更短波長 的半導體（SC)雷射（例如比較音訊CD中的780 nm近紅外頻 帶（NIR)，650 nm、660 nm紅頻帶等）與一更大NA透鏡（例 如要求一 0.6 mm厚DVD碟片之0.6 NA)。一向後相容 DVD/CD光碟擷取單元採用兩個封裝成一單一組件或離散 的雷射光源，其讀取光束係藉由偏極光束組合器（PBC)及/ 或二色光束組合器（DBC)來加以麵合。 DVD媒體格式範圍之後繼者從藍光碟片（BD)延伸至高密 度HD-DVD。在該些系統中，讀取/寫入SC雷射波長係進 一步減小至大約405〜410 nm藍紫頻帶而NA係增加至大約 123755.doc 200818172 1·8 一5。在BD或HD-DVD向後相容DVD/CD系統中，要求一 第三波長雷射(例如相對於前二者雷射共同封裝或離幻以 支援所有三個碟片媒體袼式。 ί考囷 ·、、、員示先命技術3波長HD_DVD/DVD/CD光學 擷取單元(〇PU)之一範例。議1〇〇包括一半導體雷射光 源陣列110(即顯示為三個離散雷射二極體(LD)，包括一 λ=78〇 nm 的第一 LD lu、一 λ=66〇 nm 的第二 LD 112 及一 λ 405 nm的第二LD 113)，S輸出係藉由一偏光光束組合 器（PBC)立方體陣列13〇來加以空間多工，經—透鏡系統 160準直並藉由一漏光鏡面14〇來折疊，之後經由一物鏡 1 61而成像（聚焦）在旋轉碟片媒體15〇上的一單一，，凹坑，，區 域上。漏光鏡面14〇允許一較小部分（例如5%)的入射光束 能量分流並經由另一透鏡165而聚焦在一監控光二極體 (PD)175 上。 來自LD光源陣列11 〇之輸出實質上係線性偏極（例如相對 於PBC斜邊表面”S”偏極）。在到達PBc立方體陣列13〇之 前’該些線性偏極光束係透過一低規格板偏光器陣列12〇 而透射，該板偏光器陣列保護該等LD光源不受不必要回 授（例如’’P”偏極光）的影響。傳統上，該等防護性濾光器 120係具有一 1〇:1偏光消光比的簡單二色性吸收板偏光 器。 來自該等LD光源110之各光源之主光線係沿共用路徑 180而導向碟片媒體150。在到達四分之一波板（QWP) 145 之前，該光係實質上線性偏光。在穿過QWP 145之後，該 123755.doc 200818172 線性偏光（LP)光係轉換成圓形偏光光。該cp光之偏手 性取決於該QWP之光軸定向（對於一給定S*P偏光輸入）。 在所示範例中，將’’S，，偏光輸入至該qwP後，若該QWP之 慢軸相對於PBC之p平面以逆時針（Ccw)45。而對齊’則在 該QWP之出射口處產生一左手圓形（LHC)偏極光（LHC，具 有一填斯（Jones)向量[1 j]T/V2並在看著光束去往觀察者時 假定直覺RH-XYZ座標系統）。 在一預記錄CD及/或DVD碟片中，在存在一記錄凹坑之 一實體凹痕之情況下，在一凹坑與其周圍，，平台”之間的1/6 至1 /4波光程長度差提供至少部分破壞性干擾並減小位於 PBC立方體陣列130之第二埠處的主光二極體n〇所偵測到 的光。另一方面，在其返回PBC立方體陣列130過程中， 在實質相同光功率下，缺乏一凹坑會引起Cp偏手性變化。 在兩趟中該光已由該QWP有效地加以變換，以在其返回至 PBC陣列130過程中將最初s偏極光轉換成P偏極光。 參考圖2，顯示一先前技術〇pu之另一範例，其提供 BD/HD-DVD讀取及/寫入存取與舊有CD/DVD向後相容 性。0PU 200包括一三波長雷射二極體210(即三個共同封 裝SC雷射在該等發光接面之間具有極小的橫向偏移）、一 第一立方體偏光分光器（PBS)231，其用於將寫入光束及讀 取光束分成兩個正交路徑、一第二立方體二色性分光器 (DBS)232 ’其用於將讀取光束進一步分成一至bd/hD-DVD碟片光二極體271之第一路徑與一至CD/DVD舊有碟片 光二極體272之第二路徑（即一浸沒於玻璃媒介内的長波通 123755.doc 200818172 (LWP)濾光器’其透射較長的cd/DVD波長並反射較短的 BD/HD-DVD波長）。寫入光束穿過一準直透鏡系統26〇、 一 45度稜鏡240及一物鏡261，之後到達碟片媒體262。如 此項技術中所熟知，剩餘組件包括一繞射光柵與各種透 鏡。一 QWP 245係插入於準直透鏡系統260與物鏡261之 間。如上述，該QWP之快/慢軸係相對於系統，，s，，及πρ，，轴成 大約±45度對齊，以便在第一次穿過該處時提供圓形偏極 光0
在圖1及2中所示之該等OPU系統之各系統中，該QWP藉 由在第一趟中將具有一第一偏光狀態之線性偏極光變換 成一圓形偏極光’然後在一第二趟中將圓形偏極光變換成 具有一第二正交偏光狀態之線性偏極光而用作一偏光轉換 器。㈣上’ QWP係由雙折射元件形成，諸如無機晶體 (例如單曰曰石*、單晶MgF2、LiNb〇3等）、液晶或延展聚合 物膜(例如聚碳酸_、聚乙烯醇等)。不幸的係，傳統QWP 僅在較小波長頻帶内有效發揮功能。 據此諸如圖1及2所示之〇PU系統經常使用一消色差 Q (AQWP) ’其在—個以上波長頻帶下及/或在一相對較 寬波長頻帶上提供四分之—波延遲。傳統上，係藉 將二或多個不同波板層疊在一起來加以製造(例如將： 芦=指數散佈雙折射材料（例如石英與_2)之—半波板 : 四分之一波板層使用-黏合劑而接合在-起，同時 I备：相互正交’或類似雙折射層之二或更多層在預定方 移下對齊）。然而，儘管層疊AQWP結構確實提供— 123755.doc 200818172 增加帶寬，但其也與較差的環境抵抗性相關聯。此外，使 用二或更多波板層由於所需厚度及方位角偏移容限而增加 該等AQWP之製造成本。 在目剷南欲度光學儲存系統（即包括一 HD-DVD或BD碟 片讀取/寫入通道的系統）中，QWP元件之可靠性在高功率 藍紫光雷射輸出（例如240 mW或更高功率以獲得更快讀取/ 寫入速度）下變成一關鍵因素。此外，還要求用於所有光 通道（藍紫光405 nm、紅光660 nm及NIR 780 nm)之AqWp 產生大約100 nm、165 nm及200 nm的延遲作用數量。從一 局可靠性雙折射組件並在一极洁罄雪工鼓人丄、丄—_ —
等，此方案會增加成本。
〜八皿小〜％疋丹丹，一得統〇pu之舊有
无之有效折射率變化作為入射角 η 门、 本原因係用於Ρ偏光及S偏 之一函數： 的有效指數，Θ係藉 其中化及1係在與層法線成折射角Θ時 123755.doc 200818172 由司乃耳（Snell)定律而與入射角久相關， nQ sin(^〇) = «sin(^)5 其中n〇係入射媒介之狀、玄 . 卡”之折射率而η係一均質薄膜層之折射 率。 假設此歷史知識’可設計用於透射或反射操作之一薄膜 堆且，、中除了濾光功率特性（例如短波通、帶通、抗反 射问反射等）外，還獲得非法線入射下的延遲作用效 r% 能。一此類設計範例係見諸於授予S〇Uthwell的美國專利第 、4,312,570號，其教導在1()6叫波長下利用—系列小於四 分之一波光學厚度（QW〇T)層，在45度入射角下設計一 QWP(即90。延遲器）。在此設計中，該膜堆疊係本質上透明 且高反射率係實質上藉由下面銀基板而獲得。此外，此設 計係固有窄帶（即相對於可獲得功率及延遲作用特性之設 什中心波長的小部分有用波長）。另一設計範例係見諸於 授予Yeh等人的美國專利第5，196,953號，其教導使用一系 列交替指數薄層來形成雙折射以在一較大頻帶上在多角度 下提供淨延遲作用。另一設計範例係提供於2〇〇7年5月25 申請的美國專利序號11/753,946中，其係以引用形式併入 本文。使用該些均質介電薄膜塗層，只能實現所謂的c板 雙折射對稱性。該薄膜堆疊係一正或一負c板，其c軸（一 有效單軸光率體之光軸）平行於基板法線而對齊。 若檢查一傳統OPU系統之佈局，則存在自然的光束折疊 位置’其中橫過全部組裝一給定平面（例如水平平面）的一 系列光學組件之光束係透過一 9〇度方向變化行進，以便存 123755.doc 200818172 取碟片媒體。該折疊式光學元件一般係一 45度傾斜的高反 射器板或一傾斜表面塗布一高反射器膜之三角形稜鏡。 在一 OPU系統中使用一薄膜aqWP取代一獨立傳統 AQ WP由於數個原因而較吸引人。該薄膜Aq 可由高可 靠性介電層製成；其不涉及生長並拋光雙折射晶體板，因 此，、可在更低成本下製造；以及其不像在延展性聚合物 箔中受藍紫光雷射之光化學劣化的影響。由於該些原因， 使用一具有一相移特性之傾斜薄膜塗布板來取代傳統 AQWP的興趣一直不斷增加。 將其形成於任一 分之一波板，從 在美國專利申請案第2〇〇4/〇246876號中，Kim等人顯示 、，波長DVD/CD OPU，其使用一相移塗層來在？及s偏極 光Η產生90度相位遲滯。該些相移塗層（他們聲明可 一數目的組件上）係用以
射八上在此具體實施例中，習知 f以取代傳統消色差四 。在一具體實施例中，
123755.doc 反射鏡上，使光以一 45度角 ’習知此項技術者期望該相 所提出OPU佈局無法解決傾 直於其傾斜軸約束之事實。 但所提出OPU設計在從該折 ……斤有$束均$回至㈣雷射光束 偏光分光器向偵测器行進。 -12- 200818172 在美國專利申請案第2006/0126459號中，Moon等人顯示 一使用一相移鏡面之2波長DVD/CD 〇pu，該鏡面還在其 表面上包括一對應於一四分之一波板之塗層。對比美國專 利申請案第2004/0246870號卡所提出之設計，此組態處理 線性偏極光必須以其偏光方向以一預定角度（例如45度）傾 斜而入射在該相移鏡面上之事實，從而解決c板之慢及快 軸受其傾斜軸約束之事實。不幸的係，儘管此設計確實提 供一改良，但其不足之處在於其係有損耗、相對複雜的， 且僅侷限於兩個波長。關於前者，大多數損耗似乎源自使 用刀光板，其將位於該分光板之一側的所有雷射光源光 學元件與位於該分光板之一第二另一側的偵測器分離。該 分光板係相對於立方體分光器成角度，使得相對於立方體 刀光杰之S偏光及p偏光光束二者係在從該等雷射光源至碟 片媒體的第一趟中作為大約半8偏光及半p偏光而入射在該 刀光板上’並使該分光板用作一非偏極分光器（例如5〇:5〇 強度分割）。此強度分割遭遇兩次，造成明顯的光損耗。 在美國專利申請案第2006/0039265號中，Lee還揭示一 不使用一傳統、獨立AQWP之OPU。更明確而言，Lee揭示 沿雷射二極體與碟片媒體之間的光路徑使用多個光學薄 膜’包括偏光分光器（PBS)立方體及折疊式鏡面反射器 板’以產生累積的90度S偏光對P偏光相差。不幸的係，該 包括至少一 PBS立方體的設計一般未將該（等）pBS立方體之 雙衣減效應考慮在内。由於聲明大致為9〇%(即反射〇% s偏 光並反射90% P偏光）之雙衰減，衰減線性偏光方向之相位 123755.doc •13- 200818172 變化無關。在衰減方向上沒有反射光引起雙折射效應。因 此’該等PBS立方體之輸出嚴格地為p偏光或s偏光。應注 意’ Lee遥無法相對於折疊式反射鏡上的部分QWp相位塗 層來提供入射線性偏光之一方位角偏移。因此，從折疊式 反射鏡所反射之光不會從線性變成圓形偏光。來自碟片媒 體之返回光將會由於無變化的偏光而向該等雷射光源行 進，而非偵測器。 本發明之一目標係提供一併入一塗層之〇pu，其使用一 組態來實質上提供四分之一波延遲（即一 9〇度相移），從而 消除先前技術之上述問題之至少某些問題。 【發明内容】 依據本發明之一方面，提供一種光學擷取裝置，其包含 複數個光源，該複數個光源包括一用於在一第一波長下發 光之第一光源與一用於在一第二其他波長下發光之第二光 源；至少一光束組合器，其用於在一平行於一第一軸之第 方向上/σ —共用光程透射從該複數個光源中各光源所發 =之光，一反射器，其用於在一第二方向上再次引導在該 第方向上所透射之光，該第二方向平行於一實質上垂直 於4第軸之第二轴，該反射器包括一塗層，用於在一預 疋入射角在該等第一及第二波長下提供實質上四分之一波 延遲作用；-物鏡，其用於將該反射器所再次引導之光聚 …在光碟上，及至少一光偵測器，其用於偵測從該光碟 ^射之光其中该至少一光束組合器與該反射器係沿該 第軸而置放，其中該至少一光束組合器在該第_方向上 123755.doc 200818172 Γ反射之光包括線性偏極光，其電場向量實質上垂直於該 弟一軸並與該第二軸成一斜角。 料下面所定義之術語，應適用該些定義，除非在申請 專利範圍中或在本說明書中他處給出不同定義。 /w雙折射”應理解為係、指具有多個不同的折射率。一 般：言’雙折射引起具有正交線性偏光之光(例如偏 )透過一媒介以不同速率傳播。此不同速率導致該等 兩個正交偏光之間的一相位差。 相ΓΓ延遲”應理解為係指兩個正交線性偏光成分之間的 奈米)。。延遲係經常表述為-波之-部分(例如單位度或 術語’’延遲作用”應理解為 -上 以#風& 為係私一正乂折射率之間的差乘 先予X件厚度。或者，術語,，延遲作用”應理解為係㈣ 荨兩個正交線性偏光成分 /、… #户士士 4J J此貝相位差。應注意，即 便在本申睛案之範圍， 互換使用。 、遲作用與術語”延遲”經常 術語，，單軸"應理解為係指具有二不同折射率（例如，" 狀、ny與nz中之至少二者係實質上相等卜 - 例如平面 術語"平面内"應理解為說明平行於組件平面 内雙折射、平面内延遲等。 例如平面 外:::平面:面’Γ解為說明平行於組件法線 又折射、平面外延遲等。 率=1 平差面:延:作用"應理解為係指二正交平面内折射 羊之間的差乘以光學元件厚度之乘積。 内折射 123755.doc 15 200818172 術語’’平面外延遲 用’’應理解為係指沿光學元件厚度方 向（Ζ方向）之折射率鱼一 也 .^ /、十面内折射率之差乘以光學元件厚 度之乘積。或者是， ’此術語應理解為係指沿光學元件厚度 之折射率與平面内折射率之平均數之差乘以光 學兀件厚度之乘積。 術語’’A丨’板應理解為 為〇括一其C軸平行於器件平面而對齊 之光學延遲器。 Γ 術语n C板”應理解為白 為匕括一其c軸平行於器件法線方向而 對齊之光學延遲5| $ A _ 為（即非吊折射率ne之軸垂直於光學延遲器 平面在非常指數、大於 、 €八％止吊才曰數n〇之情況下一 c板係視 為正而在非常指數n小於 %止$才曰數n0之情況下視為負。或 者’在延遲隨入射条辦六 角《加而增加之情況下一 〇板係視為 而在L遲入射角減小而減小之情況下視為負。 【實施方式】 ' 參考圖3，顯示依據本發明之一_系統5〇〇之一具體實 施:。OPU系統500,其具有一類似於圖！所示系統⑽之 組恶，包括至少-光源51〇、_防護性滤光器陣列52〇、— 偏光光束組合器陣列530、一反射器54〇、一旋轉光碟 550、一準直透鏡560、一物鏡561、一聚焦透鏡⑹、—主 光二極體570及一監控光二極體575。 該至少-光源510 ’其係顯示為一三個離散雷射二極體 剛511、512及513之陣列，在一或多個不同>皮長下（例如 分別在780 nm、660 nm及4〇5 ^^下）提供線性偏極光。或 者，該至少一光源510包括三個共同封裝乙〇。此外或者: 123755.doc -16- 200818172 该至少一光源5 10包括多於或少於三個的ld。 防濩性濾光器陣列520係用於阻障來自碟片媒體之不必 要反射光向u亥至少一光源5丨〇行進（例如p偏極光）。傳統 上，該等防護性濾光器52〇係在法線入射下使用的簡單二 f
色性吸收板偏光器。或者，言玄等防護性濾光器52〇係略微 傾斜邊緣濾、光器。在任-實例中，該等濾光器52()一般會 具有一大約10 · 1的一偏光消光比。應注意，略微傾斜邊 緣濾光裔、係期望比染料摻雜二色性吸收偏光器更可靠，特 別在更短HD-DVD波長範圍内。圖4說明一傾斜邊緣濾光 器之使用。在一正向傳播方向上，傾斜薄膜塗層52〇通過 從一第一LD 511所透射之區域P偏光，並將其透射至一第 一偏光光束組合器53 1。在一向後傳播方向上，藉由濾光 器520來保護LD 511不受正交偏光光束（例如區域s偏光）的 影響。在區域RH-XYZ座標系統中，濾光器52〇係圍繞χ軸 而CW或CCW旋轉一小角度A。較有利的係，使用傾斜邊 緣濾光器520與C板薄膜塗層592增加該光學系統中的全介 電組件的數目，從而提供一高可靠性〇PU。當然，不論使 用或不使用C板薄膜塗層（即一傳統消色差四分之一波 板），使用傾斜邊緣濾光器均會有好處。 偏光光束組合器（PBC)陣列530，其包括一第一 pBC 531、一第二PBC 532及一第三PBC 533，係用於空間多工 LD陣列510之輸出並將其沿一共用光路徑58〇引導。對比 一始終反射一偏光（例如S偏光）並透射正交偏光（例如p偏 光）的傳統MacNeille型PBC立方體，該偏光光束組合器陣 123755.doc 17- 200818172 列530係波長依賴的。例如，在一前進傳播方向上，第一 PBC立方體531藉由在λ!下反射s偏極光將光μ從第一 511耦合至共用路徑580。在一向後傳播方向上，第一pBc 立方體531在人！下透射p偏極光，以及在分別與ld 5 12及 5 13相關聯之λ2及λ3下透射P偏極光。同樣地，pBC立方體 532藉由在λ2下反射S偏極光並在λ!、λ2及Μ下透射p偏極光
以及在λ〗下透射S偏極光將人2耦合至共用路徑58〇,而pBC
立方體533藉由在λ3下反射S偏極光並在、λ2及λ3下透射P 偏極光以及在λ!及λ2下透射S偏極光將λ3耦合共用路徑 580 ° 反射态540透過一 90度光束折疊將從該等pbc 530所透射 之光再次引導至旋轉光碟550。反射器540包括一薄膜塗層 592，其提供實質上四分之一波延遲作用用於至少一波長 通道（例如用於圖3所示0PU系統之大約4〇5 nm、66〇 nm& 780 nm的三個波長）。依據一具體實施例，薄膜塗層592包 括複數個具有對比性折射率之交替層，其係併入一濾光器 内（例如短波通或長波通、帶通、高反射等）並沈積在一透 明基板上。該透明基板可以係一平行板或一近45。稜鏡（例 如薄膜塗層592可沈積在一稜鏡之成角度刻面上）。在此具 體貝施例中，该濾光器用作一漏光鏡面並允許一小部分 (例如5 /〇)的入射光束能量分流並聚焦在監控光二極體575 上。在另一具體實施例中，該高反射器將實質上全部入射 光（S偏光及P偏光）向光碟55〇再次引導至正交光束路徑。 剩餘光學組件，包括準直透鏡56〇、物鏡561、聚焦透鏡 123755.doc -18· 200818172 565及光一極體（PD)57〇、575，均類似於先前技術所使用 的該等光學組件。應注意，出於說明目的，已在某種程度 上簡化圖3所示之系統5〇〇。例如，在商用〇pu中，一般將 LD輸出扇出至多個光斑（例如3)用於追蹤凹坑車道線，並 將輔助光二極體元件安裝在偵測器平面處以決定正確追 縱。此外’一光二極體陣列可用於取代主PD $ 7〇，以結合 在偵測器平面處的圓柱形聚焦透鏡來輔助物鏡聚焦。 在操作中，來自各LD 511、512、5 13之線性偏極光透射 係作為偏極光（例如s偏極光）透過防護性濾光器陣列52〇， 並藉由PBC陣列530加以空間多工，然後沿共用光程58〇來 加以引導。接著藉由準直透鏡5 6〇來準直該線性偏極光， 並將其透射至具有C板QWP塗層592之漏光鏡面54〇。漏光 鏡面540將該線性偏極光變換成圓形偏極光並經由物鏡％i 將其再次引導至光碟550。光碟550所反射之光係重新透射 過物鏡561並從反射器54〇向準直透鏡56〇而反射。在漏光 鏡面540之兩次通過/反射之後，將該圓形偏極光再次變換 成具有一線性偏極光（例如將會係p偏極光），其具有一正 父於入射光之偏光狀態。該PBC陣列在該等多個波長之各 波長下通過該P偏極光並將其引導至主光二極體57〇。 應主思’此光學系統5〇〇之效能係取決於在反射器54〇之 組件上游與反射器540之組件下游之間的一角偏移。為了 促進關於各種系統組件之方位角定向之後續論述，將該等 光學系統100/500示意性地分成一提供光束多工及讀出光 束偵測之光源/偵測器片斷及一將多工光束準直並轉發至 123755.doc -19- 200818172 光碟媒體之碟片讀取/寫入片斷。再次參考圖1及3,該光 源/偵測為片斷可包括在該PBC陣列之反射埠左邊（例如在 共用路徑標記180/580左邊）的該等光學組件，而該碟片讀 取/寫入片斷可包括在共用路徑標記18〇/58〇右邊的該等光 學組件。取決於準直透鏡160/560之位置，其可屬於任一 片斷。一般而言，該碟片讀取/寫入片斷將會包括反射器 540及/或實質上圓形偏極之光束。 在圖1中，出於說明目的，顯示反射器14〇在圖i平面内 以一直角（例如一 90。極角）折疊光路徑（例如，方位角旋轉 〇 )。實務中，更常見的係將光路徑折疊至圖i平面之外（例 如方位角旋轉90。）以維持包含該等光學組件之平面至一傳 統光碟托盤之寬度/長度尺寸及/或將讀取/寫入光引導至碟 片托盤。或者，在方位角旋轉_9〇0、〇0或18〇〇下，以一列〇 極角來折疊光路徑。在各情況下，使用rh_xyz座標系 統，相對於z軸來說明極角及/或方位角。 類似於圖1所示具體實施例中的反射器140，圖3所示反 射器540以一直角（例如一 90。極角）來折疊光路徑。然而， 不使用90 (或其9〇。倍數）方位角偏移，在圖3中的該等 PBC 530係成角度，使得在該讀取/寫入與該光源續測器 片斷之間存在-45。（或其9〇。倍數）方位角偏移（例如方位角 旋轉土45。、土135。)。該碟片讀取/寫入片斷與該光源"貞測 器片斷共享相同的z軸，直至漏光折疊式反射鏡mg，在此 點’相對於共用路徑⑽，沿該等方位角舒或±135。之任 者，區域Z軸獲得一 90。方向變化。 123755.doc •20· 200818172 此450偏移經由角度585更清楚地說明於圖5中。更明確 而言’圖5顯示已相對於RH_XYZ座標“將該光 器片斷㈣旋轉45。。因此，在共用路徑 ㈣係包括在135。方位角定向下。該共料徑已相對於所 示RH-XYZ座標系統，沿9G。方位角折疊％。（如角度娜所 π )" XZ平面-般係光碟系統中的碟片托盤平面。讀取/寫 ^束係向上導引至碟片托盤。在該光源"貞測器片斷中 j趟及第一趟光束之該等線性偏光向量係分別描述為雙 吁頭5及596。β亥些偏光軸沿共用光束路徑58〇相對於X及 γ軸形成一大約土45度的偏移。 傳統上，相對於光學系統1〇〇，光學系統5〇〇之。方位 角偏移允許反射裔540在多個碟片存取波長下用作一消色 差QWP。更明確而言，該土 45。偏移解決AQWP塗層之慢/快 軸又傾斜平面（及其正交者）約束之事實。該傾斜平面係定 義為包含斜角之平面，諸如用於圖5中AQWp折疊式反射 鏡540之γΖ平面。該等快/慢軸之實際對齊係依賴於匚板延 遲之符號·對於一+C板元件，慢軸（sa)係平行於傾斜平面 而對齊而其快軸（FA)係平行於旋轉轴而對齊且對於_c板元 件反之亦然。 第一趟光束LP、該AQWP之慢/快軸及第二趟光束lP之 方位角定向係針對組態100及500分別如圖6及7所示。 在圖1中，從PBC 133透射的在該光源/偵測器片斷内的 多工雷射光束係正交於繪製平面（即相對於PBC斜邊S偏 極），而透射至PBC 133之讀出光束係平行於繪製平面（即 123755.doc -21 - 200818172 相對於PBC斜邊P偏極）。該些兩個方位角定向係在圖6中分 二描述為ah。消色差Qwp 145之慢軸（在b中顯示為實雙 箭頭係相對於正X軸以逆時針（ccw)45。對齊，還平行於 PBC斜邊之p平面。由此，一左手圓形偏極光束從 145射出（當看著光束往觀察者而去時假定直覺座 標系統）。AQWP 145之快軸與AQWp 145之慢轴偏移％。方 位角。此在圖6的b中顯示為虛雙箭頭，其相對於正又軸以 順時針（CW)45。對齊，還平行於pBC斜邊之p平面。如上 述，假定從0度標稱偏移起，該碟片讀取/寫入片斷與該光 源/偵測器片斷方位角偏移任一多個9〇。。所有方位角參考 係相對於全域RH-XYZ座標系統。 在圖3中，從PBC 533透射的在該光源/谓測器片斷内的 夕工雷射光束具有其電場向量實質上垂直於2軸並與Y軸 成45度角（即相對於PBC斜邊S偏極，其圍繞z軸ccw旋 轉45度）透射至PBC 533的讀出光束具有其電場向量實質 上垂直於Z軸並與γ軸成一 _45度角（即相對於PBC斜邊p偏 極，其已圍繞Z軸CCW旋轉45度）。該些兩個方位角定向係 在圖7中分別描述為a及c。AQWP 54〇之慢軸係在b中顯示 為貫雙箭頭，而AQWP 540之快軸係在圖72b中顯示為虛 雙箭頭。如上述，假定該碟片讀取/寫入片斷與該光源“貞 測器片斷方位角偏移土45度（以90度為模）。所有方位角參 考係相對於全域RH-XYZ座標系統。 應注意，對於一在該光源/偵測器片斷中利用偏光光束 組合器之OPU系統，標稱±45度方位角平面偏移還在該光 123755.doc -22- 200818172 源/偵測器片斷與該讀取/寫人片斷之間產生—等效入射平 扁移此OPU系統配置致動利用該反射性折疊式 反賴之實質90度相位延遲，用於在第一趟中將該光源/ 偵測器片斷中的線性偏光轉換成在該讀取/寫入片斷中的 圓形偏光且對於第二趟反之亦然。還應注意，該反射性 AQWP/折登式反射鏡（顯示其快軸平行於該折疊式反射鏡 之傾斜平面而對齊）僅係相對於該傾斜平面的一說明性快/ 慢軸指派。一般而言，在一多通道〇pu系統中的任一或全 部波長通道可假定與圖7所示圖式相反的快/慢指派組（即具 有k軸平行於該傾斜平面而對齊的指派）。此用於不同波 長通道之指派自由度及/或混合不會在從該雷射光源至光 碟並返回偵測器而兩次穿過該反射性AQWp/折疊式反射鏡 時削弱該90度線性偏光旋轉功能。 參考圖8 ’顯示依據本發明之一 〇pu系統6〇〇之另一具體 實施例。如參考圖3所示光學系統500所述，〇pu系統6〇〇 包括至少一光源5 10、一防護性濾光器陣列52〇、一漏光鏡 面540、一旋轉光碟550、一準直透鏡5 6〇、一物鏡561、一 聚焦透鏡565、一主光二極體570及一監控光二極體575。 此外，OPU系統600還包括一板偏光器陣列630，其包括第 一偏光器631、一第二偏光器632及一第三偏光器633。 在板偏光器陣列630内的各偏光器係一偏光光束組合器 (PBC)，其利用介電塗層（例如邊緣濾光器）之非法線入射 特性來在一標稱45。入射角（A0I)下提供分離S&P反射頻 譜。例如，在一空氣中45。八01下，對於S偏光該薄膜堆疊 123755.doc •23- 200818172 中的有效指數比（例如高指數對低指數）會增加，而相對於 法線入射下的指數比，對於p偏光之有效指數比會減小。 因此，與S偏光相關聯之帶寬會增加而與1>偏光相關聯之帶 見會減小。此開啟一可定位多個LD光源51〇之任一者的波 長窗，其中該薄膜提供一高8偏光反射與高p偏光透射。
在一正向傳播方向上，第一PBC板631藉由在λι下反射s 偏極光將光λ】從第_LD 511耦合至共用路徑58〇。在一向 後傳播方向上，第一PBC板^丨在、下透射p偏極光，以及 在分別與LD 512及513相關聯之人2及、下透射p偏極光。同 樣地PBC板632藉由在λ?下反射S偏極光並在λ!、λ2及入3 下透射Ρ偏極光以及在λι下透射s偏極光將、耦合至共用路 考〇而PBC板633藉由在人3下反射s偏極光並在九1、、及 λ3下透射P偏極光以及在Μ及λ,下透射S偏極光將；^3耦合共 用路住580。一般而言，面向該等濾光器52〇之各pBc板之 表面將會塗布有高反射邊緣濾光器設計，而該等基板之第 二相對表面將使用一 A R塗層來塗布以增加s偏極光透射 率。應注意，p偏極光透射率已經較高，因為入射角接近 用於玻璃基板的布魯斯特（Brewster)角。 適合在一45度入射角下使用的PBC板範例之理論反射 率頻譜係如圖9所示。該PBC板在一大約4〇5 11111的波長頻 帶下反射S偏極光並透射p偏極光，並還在大約66〇 nm& 78〇#nm的頻帶上同時透射S及P偏極光。因此，此板滿足板 偏光:63 3之頻譜反射率功能性，該板偏光器用於將藍紫 田射光束耦合於共用路徑内，同時對其他波長通道之任一 123755.doc -24- 200818172 偏極光透明。應注意，各板偏光器僅須對位於共用路徑内 上游（例如在圖8中633左側）之波長通道之s偏極光透明。 ^板偏光益還須反射該波長通道之S偏光，其中該板偏光 器係用作一光束組合器/分光器以及通過所有波長通道之 透射P偏極光。 較有利的係，該些PBC板之製造不要求塗布大量表面（例 如對比浸沒式偏光器立方體），因而更具成本效益。此 卜由於該等PBC板基板係相對較細薄，故減小熱致雙折 射（例如尤其在可記錄/可再寫光碟媒體存取之讀取或抹除 模式下）。此外較有利的係，使用pBC板63〇與反射性 QWP 540及/或傾斜邊緣濾光器52〇會增加光學系統中全 介電組件的數目，從而提供一高可靠性OPU。 不幸的係，圖8所示組態可能由於透過傾斜板成像一會 聚/發散錐體之相關聯像散及慧差而劣化該〇pu系統之調& 轉移函數（MTF)。當一板係相對於光軸傾斜使用時，沿切 線平面（還平行於入射平面，該傾斜板之，，p”）以及沿弧矢平 面（還垂直於入射平面，該傾斜板之” s”）存在兩個焦線。此 係像散。在弧矢焦點與切線焦點之間的影像點透過圓形/ 橢圓形形狀而變化。此像差係由於在錐體之相同極角但1 相對方位角下，對於各光線角，在傾斜板處的入射不對稱 性所引起。使用傾斜板之一次效應係對於各物件點沿傾斜 平面的一彗星狀閃光。在此情況下，該物件點係略微不同 放大地成像。此係慧差。 參考圖10，顯示依據本發明之一 0PU系統700之另一具 123755.doc -25- 200818172 體實施例’其補償像差。如參考圖3所示光學系統5〇〇所 述，OPU系統700包括至少一光源51〇、一防護性濾光器陣 列520、一漏光鏡面540、一旋轉光碟55〇、一準直透鏡 560、一物鏡561、一聚焦透鏡565、一主光二極體570及一 監控光二極體575。此外，〇pu系統7〇〇包括一第一板偏光 器731、一第二板偏光器732、一第三板偏光器733及一第 四板739。該等板偏光器731至733係類似於參考圖9所述之 該等板偏光器631至633。板739係設計使得厚度及折射率 上大約匹配該等板偏光器73 1至733内所使用的該等板。該 等板731至73 3及739係配置使得各連續薄板係圍繞正交座 標軸而旋轉大約±45度。更明確而言，第一板偏光器731及 第四板739係定向使得在連續透過該等板73 1至733及739透 射時切換弧矢及切線平面之作用。 在正交軸下傾斜之交替偏極光束組合器（PBC)配置係進 一步說明於圖11A所示之透視圖中。應注意，二傾斜板 PBC 732及733已顯示圍繞Y軸旋轉-45度（從標稱平行於χγ 平面起）。依據圖11B所示之另一具體實施例，組態700A係 設計使得板PBC 732A係旋轉大約+45度，而板PBC 733圍 繞Y軸透過-45度以進一步減小像散。在圖11A及11B中， 暗示該等讀取/寫入及光源/偵測器片斷之間的±45度偏移。 在操作中，來自LD 51 3(例如藍光通道）之線性偏極光係 作為偏極光（例如S偏極光）而透射，經板偏光器733反射， 沿共用光程580而引導至準直透鏡560、漏光鏡面540、物 鏡561及光碟55〇，在該光碟處其被反射。在兩次穿過漏光 123755.doc -26- 200818172 鏡面540之後，將該反射光變換成線性偏極，其具有一正 交於從LD 5 13所反射之光的偏光狀態。此線性偏極光透過 四個板（例如733、731、732/732八及739/739八）而透射，之 後到達偵測器570。同樣地，來自LD 512(例如紅光通道） 之線性偏極光係作為偏極光（例如S偏極光）而透射，經分 光板732反射，透過分光板731及733透射並沿共用光程580 引導至準直透鏡560、漏光鏡面540、物鏡561及光碟550， 在該光碟處其被反射。在兩次穿過漏光鏡面540之後，將 該反射光變換成線性偏極，其具有一正交於從LD 5 12所反 射之光的偏光狀態。此線性偏極光穿過四個板（例如733、 73 1、732/732A及739/739A)，之後到達偵測器570。同樣 地’來自LD 511(例如NIR通道）之線性偏極光係作為偏極 光（例如S偏極光）而透射，經分光板731反射，透過分光板 733透射並沿共用光程58〇引導至準直透鏡56〇、漏光鏡面 540、物鏡561及光碟55〇，在該光碟處其被反射。在兩次 穿過漏光鏡面540之後，將該反射光變換成線性偏極，其 八有正父於從LD 5 11所反射之光的偏光狀態。此線性偏 極光透過四個板（例如733、731、732/732A及739/739A)而 透射’之後到達偵測器57〇。 應注意，從藍光通道（即LD 513)與紅光通道（即lD 512) 二透射之光在第一趟中穿過一偶數數目的板。因此， 天可心略數目的像散。對比之下，nir通道（即LD )牙過可數數目的板，從而引起像散像差。然而，由 於NIR通錢應於_相對較長波長，故該像差不像對於該 123755.doc -27- 200818172 等藍光及/紅光通道那樣關鍵。視需要地，將一額外板置 放於NIRLD511與對應pbc731之間。 較有利的係’選擇板斜角、板厚度'板光學指數及板分 離提供其中一像散自補償之系統。
參考圖12，顯示依據本發明之一〇pu系統8〇〇之另一具 體實施例° OPU系統8GG包括-整合光源"貞測器單元陣列 81〇、一二色性光束組合器陣列83〇、一漏光鏡面84〇、一 偏極全像885、一旋轉光碟85〇、一準直透鏡86〇、一物鏡 861、一聚焦透鏡865及一監控光二極體875。 該整合光源/偵測器單元陣列810包括一第一單元811、 一第二單元812及一第三單元813。各整合單元包括一光源 (例如一 LD)及一共同封裝光偵測器（例如一光二極體 (PD))。該整合單元陣列810在該等〇pu波長之各波長下（例 如分別在780 nm、660 nm及405 nm下）提供線性偏極光 束。或者’陣列810包括多於或少於三個的整合單元。 一色性光束組合裔（DBC)陣列830，其包括一第一 DBC 831、一第一 DBC 832及一第三DBC 833，係用於空間多工 來自LD陣列810之輸出並將其沿一共用光路徑8 8 〇引導。 各DBC 831/832/833使用夾置於二稜鏡之間的二色性介面 來透射或反射來自整合陣列810之光。應注意，該等dbC 並非偏光分光立方體’而是用作一類型的二色性帶通滤光 器，以取決於波長來透射及/或反射入射光。 反射840將從該等DBC 830所透射之光再次引導至旋 轉光碟850。反射器840包括一薄膜塗層，其在該等三個 123755.doc -28- 200818172 OPU波長（例如405 nm、660 nm及780 nm)下實質上提供四 分之一波延遲作用。依據一具體實施例，該薄膜塗層包括 複數個具有對比折射率之交替層，其係併入一濾、光器内 (例如短波通或長波通、帶通、高反射等）並沈積在一透明 基板上。該透明基板可以係一平行板或一近45。稜鏡（例如 。亥/專膜塗層可沈積在一稜鏡之成角度刻面上）。在此具體 貫施例中’該濾光器用作一漏光鏡面並允許一小部分（例 如5%)的入射光束能量分流並聚焦在監控光二極體（PD)875 上。在另一具體實施例中，該高反射器將實質上全部入射 光（S偏光及p偏光）向光碟55〇再次引導至正交光束路徑。 在此具體實施例中，0PU 800係經組態使得在該光源/偵 測器片斷與該碟片讀取/寫入片斷之間的角偏移係大約〇度 (如圖12所示）、±90或180度（即不存在圖3所示之±45度偏 移）°由此’此光學系統8〇〇之效能係取決於從該等整合單 元8 10所發射之線性偏極光之偏光。邊緣發射半導體雷射 二極體一般平行於該等磊晶層來產生一線性偏極輸出光 束。為了解決該AQWP塗層之慢/快軸受該傾斜平面（及其 正交者）約束之事實，該等LD光源之封裝需要該等雷射晶 片圍％輸出光束軸旋轉土45度。或者，在相關聯雷射波長 下的一半波板可用以相對於晶片規則χγ斷面尺寸，將〇度 或度偏極光輸出光束轉換成±4 5度。在圖12所示具體實 施例中，對於LD光源812及813，該偏光係大約在丫軸與z 軸中間而對於LD 811，係大約在X軸與γ軸中間（例如其經 由使用一虛及雙頭箭頭顯示為大約等份的s偏光及p偏 123755.doc -29- 200818172 光）。 偏極全像885係設計用以在該一或多個不同波長下（例如 在780 nm、660 nm及405 nmT)繞射從光碟85〇所反射之 光’使得將該等反射光束引導至該等整合單元之pD部分而 非LD部分。偏極全像，例如其可包括一形成於一雙折射 基板上之繞射光柵，在此項技術中為人所熟知，故不作進 一步詳細論述。應注意，該偏極全像之偏光選擇性線性方 向係平行於該第一線性偏光而對齊以在第一趟中獲得非繞 射，且平行於該第二線性偏光以在第二趟中獲得繞射。一 般而言，該偏極全像之繞射平面（及光柵向量）可組態成任 意方位角。較有利的係，該繞射平面係平行（如圖12所示） 或正交（未顯示）於反射器840之入射平面而對齊。在此情況 下，該等偏光選擇性方向係與該偏極全像之該等光柵線成 ±45度而對齊。更佳的係，該繞射平面相對於反射器之 入射平面以±45度而對齊（此處未顯示）。在此情況下，該 等偏光選擇性方向係從該偏極全像之該等光柵線起以〇及 90度而對齊。此繞射平面組態允許同步旋轉共同封裝的 LD及PD整合單元±45度。剩餘光學組件，包括準直透鏡 860、物鏡861、聚焦透鏡865及光二極體575，均類似於先 前技術所使用的該等光學組件。 在操作中，來自整合單元8 Π之線性偏極光係透過c 陣列830而透射並沿共用光程88〇而引導。該線性偏極光接 著藉由準直透鏡860來加以準直，未被繞射地穿過偏極全 像885，並透射至具有該AQWp塗層之漏光鏡面討❹。漏光 123755.doc -30- 200818172 鏡面840將該線性偏極光變換成圓形偏極光並經由物鏡86i 將其再次引導至光碟850。光碟85〇所反射之光係透過物鏡 861再次透射並透過偏極全像885從反射器84〇向準直透鏡 860反射。由於具有該AQWp塗層之反射器84〇在兩次通過 其時改變该線性偏極光之偏光狀態，故偏極全像8 8 5會繞 射反射光，使得略微偏移其光程並將該線性偏極光成像在 整合單元811之光二極體部分上。 同樣地’來自整合單元812之線性偏極光係從第一 dbc 832反射，穿過第二DBC 833，並沿共用光程880而加以引 導。該線性偏極光接著藉由準直透鏡860來加以準直，未 被繞射地彳過偏極全像88 5，並透射至具有該AQWP塗層 之漏光鏡面840。漏光鏡面840將該線性偏極光變換成圓形 偏極光並經由物鏡861將其再次引導至光碟85〇。光碟85〇 所反射之光係透過物鏡8 61再次透射並透過偏極全像§ § 5從 反射器840向準直透鏡860反射。由於具有該AQWP塗層之 反射器840在兩次通過其時改變該線性偏極光之偏光狀 態，故偏極全像885會繞射反射光，使得略微偏移其光程 並將該線性偏極光成像在整合單元8丨2之光二極體部分 上。 最後，來自整合單元813之線性偏極光受第二DBC 833 反射並沿共用光程8 8 〇而引導。該線性偏極光接著藉由準 直透鏡860來加以準直，穿過偏極全像885，並透射至具有 該AQWP塗層之漏光鏡面84〇。漏光鏡面840將該線性偏極 光餐換成圓形偏極光並經由物鏡8 61將其再次引導至光碟 123755.doc -31 - 200818172 850。光碟850所反射之光係透過物鏡861再次透射並透過 偏極全像885從反射器840向準直透鏡860反射。由於具有 該AQWP塗層之反射器840在兩次通過其時改變該線性偏 極光之偏光狀態，故偏極全像885會繞射反射光，使得略 被偏移其光程並將該線性偏極光成像在整合單元8 13之光 二極體部分上。 或者，位於共用路徑880内的單一偏極全像885可由多個 偏極全像來取代，各位於該光源LD與其相關聯二色性光 束組合器之間。在此情況下，該等二色性光束組合器及折 豐式反射鏡串列可設計成用以在各雷射波長下提供一淨四 分之一波延遲（例如當在該折疊式反射鏡上設計該塗層 時，將該等二色性光束組合器所固有提供之相移考慮在 内）。各偏極全像係位於一線性偏光光束片斷内。該二色 性光束組合器及折射鏡面串列允許該線性偏光透過一橢圓 性中間狀態從線性演化以在第一趟中在該折疊式反射鏡之 外最終輸出-圓形偏光，並在第二趟中提供反向圓形至線 性偏光轉換。除了不使用任何偏光器作為光束組合構件 外，此淨±90度相移係藉由使該塗布表面串列之該等8及卩 平面平行或正交對齊而成為可能。或者，不論是㈣用一 或多個偏極全像，在該折疊式反射鏡係設計以提供一谓 度相位延遲之情況下，可設計該二色性光束組合器串列， 以在從LD輸出正好穿越至該折疊式反射鏡前之各雷射光 束下提供一 〇淨延遲（即個別二色性光束組合ϋ不須提供-〇度相移’只要該光束組合器串列提供-0淨延遲 123755.doc -32- (
C 200818172 參考圖13 ’顯示依據本發明之一〇pu系統9〇〇之另一且 體實施例。OPU系統900包括一第—整合光源"貞測器單： 911/921帛一整合光源續測器單元912/922、-第三整 合光源7㈣器單元913/923、一第一二色性光束組:板 931、-第二二色性光束組合板932、—用於減小像散之板 939、-折疊式反射鏡94〇、—偏極全像985、一旋轉光碟 950及一物鏡961(未顯示）。 各整合單元包括一光源（例如一 LD)及一共同封裝光價測 器（例如一光二極體（PD))。該等整合單元91〇在該等〇?1；波 長之各波長下（例如分別在780 nm、660 nm&4〇5 nm下）提 供線性偏極。 該等板二色性光束組合器（DBC)係用於空間多工來自該 等整合陣列之輸出並沿一共用光路徑980來引導。各板 DBC包括一二色性塗層，用於取決於波長來通過或反射 光。較有利的係，該等DBC板允許消除在浸沒入射下設計 及製造有效率透射S偏光並反射P偏光之立方體DBC中的難 點。 反射器9 4 0將從該等板D B C所透射之光再次引導至旋轉 光碟950。反射器940包括一薄膜塗層，其在該等三個Qpu 波長（例如405 nm、660 nm及7 80 nm)下實質上提供四分之 一波延遲作用。依據一具體實施例，該薄膜塗層包括複數 個具有對比折射率之交替層，其係併入一濾光器内（例如 短波通或長波通、帶通、高反射等）並沈積在一透明平行 板基板上。 123755.doc -33 - 200818172 在此具體實施例中，〇PU 900係還經組態使得在該光源/ 偵測器片斷與該碟片讀取/寫入片斷之間的角偏移係大約〇 度（如圖13所示）、±90或180度（即不存在圖3所示之土45度偏 移）。由此，此光學系統9〇〇之效能係取決於從該等整合單 元9 11 /9 12/9 13所發射之線性偏極光之偏光。邊緣發射半導 體雷射二極體一般平行於該等磊晶層來產生一線性偏極輸 出光束。為了說明該AQWP塗層之慢/快軸受傾斜平面（及 其正交者）約束之事實，該等LD光源之封裝需要該等雷射 晶片圍繞輸出光束軸而旋轉±45度。或者，在相關聯雷射 波長下的一半波板可用以相對於晶片規則χγ斷面尺寸， 將0度或90度偏極光輸出光束轉換成±45度。在圖13所示之 具體實施例中，對於LD光源913，該偏光係大約在γ軸與ζ 軸中間，對於LD光源9 11，係大約在X軸與ζ軸中間，對於 LD光源9 12，係大約在X軸與γ軸中間（即相對於各相關聯 一色性光束組合器大約荨份的S偏光及ρ偏光）。 偏極王像9 8 5係$又汁用以在該一或多個不同波長下（例如 在780 nm、660 nm及405 nm下）繞射從光碟95〇所反射之 光，使得將該等反射光束引導至該等整合單元2PD部分而 非LD部分。偏極全像，例如其可包括一形成於一雙折射 基板上之繞射光柵，在此項技術中為人所熟知，故不作進 步洋細論述。應注思，该偏極全像之偏光選擇性線性方 向係平行於該第一線性偏光而對齊以在第一趟中獲得非繞 射’並平行於该弟一線性偏光以在第二趟中獲得繞射。一 般而言，該偏極全像之繞射平面（及光柵向量）可組態成任 123755.doc -34- 200818172 :::立角較有利的係’該繞射平面係正交(如圖η所示) ;，：等:示Γ反射器94°之入射平面而對齊。仏^ Λ、光4擇性方向係與該偏極全像之該等光栅線成 :度而對齊。剩餘光學組件，包括該等準直透鏡(未顯 τ 物鏡（未顯示）均類似於先前技術中所使用的該等 光學組件。 更仫的係，該繞射平面係相對於反射器940之入射平面 以±45度對齊’如〇pu系統9〇〇a所示且如圖μ所示。除了 偏極全像985Α及光摘測器921Α、922Α及923Α外，系統 9〇〇Α内的所有其他光學組件與系統900中所示該等光學組 件相同。 偏極全像985Α係經組態用以沿χγ平面具有與χ軸及γ軸 正交之光柵線。相比之下，偏極全像985係經組態用以沿 ΧΥ平面具有平行（如圖13所示）或正交（未顯示）Υ軸之光柵 線光偵測器921八、922八及923八係分別沿：^、义丫及丫2 平面而正父疋位。相比之下，光偵測器921、922及923係 /口 X、Υ及Ζ軸之一或多個軸而定位。在此組態下，該等偏 光選擇性方向係與該偏極全像之該等光栅線成0及90度而 對齊。此繞射平面組態允許將共同封裝的Ld及pd整合單 元同步旋轉± 45度。
在操作中’來自二光學系統佈局9〇〇及9〇〇α内的該等整 合單元之線性偏極光穿過該DBC陣列並沿共用光程980而 引導。該線性偏極光接著藉由該準直透鏡（未顯示）來加以 準直，穿過偏極全像985/985Α ，並透射至具有該AQWP 123755.doc -35- 200818172 塗層之漏光鏡面940。漏光鏡面94〇將該線性偏極光變換成 圓形偏極光並經由物鏡（未顯示）將其再次引導至光碟95〇。 光碟950所反射之光係透過該物鏡（未顯示）再次透射並透過 偏極全像985/985A從反射器940向準直透鏡（未顯示）反射。 由於具有該AQWP塗層之反射器94〇在兩次通過其時改變 該線性偏極光之偏光狀態，故偏極全像985/985a會繞射反 射光，使得略微偏移其光程並將該線性偏極光成像在對應 整合單元之光二極體部分上。 或者，位於共用路徑980内的單一偏極全像985/985a可 由多個偏極全像來取代，各位於光源]：1)與其相關聯二色 性光束組合器之間。在此情況下，該二色性光束組合器及 折疊式反射鏡串列可設計成用以在各雷射波長下提供一淨 四分之一波延遲（例如當在該折疊式反射鏡上設計該塗層 時，將該等二色性光束組合器所固有提供之相移考慮在 内）。各偏極全像係位於一線性偏光光束片斷内。該二色 性光束組合器及折射鏡面系列允許該線性偏光透過一橢圓 性中間狀態從線性演化，以在第一趟中在該折疊式反射鏡 之外最終輸出-圓形偏《’並在第二趟中提供反向圓形至 線性偏光轉換。除了不使用任何板偏光器作為光束組合構 件外，此淨±90度相移係藉由使該塗布表面串列之該等s及 P平面平行或正交對齊而成為可能。或者，不論是否利用 或多個偏極全像，在該折疊式反射鏡係設計以提供一 ±90度相位延遲之情況下，可設計該二色性光束組合器串 列，以在從LD輸出正好穿越至該折疊式反射鏡前之各雷 123755.doc • 36 - 200818172 射^束下提供一0淨延遲（即個別二色性光束組合器不須提 供一 〇度相移’只要該光束組合器串列提供一 〇淨延遲）。 在圖3、8、10、12、13及14中所述之該等具體實施例之 各具體實施例中，該PBC/DBC陣列空間多工從該等三個光 :所透射之光並在一平行於一第一軸(例如全域之第 方向上引導多工光束。該具有AQWp塗層之折疊式反射 鏡在:平行於一第二軸（例如全域Y軸）之第二方向上反射 "第$向上ϋ射的％’使其透過—物鏡射透並聚焦在 光碟上。從光碟所反射之光透過該物鏡再次透射並再次由 該折疊U㈣反射。在兩讀該折4纽射鏡反射之 後〇亥彳工光之偏光將會變換成一正交偏光，因*將會從 產生光源轉向-^學偵測器（例如經由該pbc或該偏極全 像）。 較有利的係’該些組態之各組態允許人射在該折疊式反 射鏡上的多工光束（及其成分）之電場向量（即偏光）實質上 垂直於該第一軸（例如全域2軸）並與該第二軸（例如全域γ 軸)_成一斜角（例如45度）。例如在圖3、8及1〇所示之該等具 體貝施例中’ -45度方位角偏移係提供於該讀取/寫入片 斷與該光源/偵測器片斷之間，而在參考圖12、13及14所 述具體實施例中’旋轉該等雷射光源自身（例如整合單元 811係圍繞區域光學光束軸而旋轉）。因此該多工光束（或其 成分）將會以一解決該AQWP塗層之慢/快軸受該傾斜平面 (及其正交者）約束之事實之方式撞擊該折疊式反射鏡，從 而提供有效率的線性至圓形偏光轉換。由於該些組態有效 123755.doc -37- 200818172 率地使用該AQWP塗層，故取消對一傳統獨立AQWp之需 要’故減小所需組件數目。 此外較有利的係，由於該等PBC/DBC陣列及該折疊式反 射鏡係沿相同軸（例如2軸）而置放，故該讀取/寫入及光源/ 偵測器片斷之對齊相對較容易。特定言之，在該讀取/寫 入片斷與該光源/偵測器片斷之間相對較容易地提供一 45 度方位角偏移。而且，藉由沿相同軸定位該等PBC/DBC陣 歹J及孩折宜式反射鏡，容易地擴展光學佈局以容納額外波 長通道。沿相同軸或在相同平面（例如ΥΖ)内定位該 PBC/DBC陣列及该折疊式反射鏡之另一明顯優點在於其消 除對Moon等人所教導之分光板之需求。因此，該系統更 少損耗且更簡單。 在上述具體實施例之各具體實施例中，該等AQWp塗層 較佳的係設計使得在該等三個0PU波長（例如4〇5 nm、66〇 nm及780 nm)下實質上提供四分之一波延遲作用之薄膜c板 塗層係併入一設計成一高反射器之薄膜塗層内。因此，容 易地獲得在该專二個OPU波長（及/或額外波長）下的四分之 一波延遲作用。更明確而言，頃發現整合C板功能與高反 射器功能在各波長通道之帶寬内設計一較寬及/或相對較 平直延遲輪廓過程中提供更大控制。此外，此整合允許將 忒反射性AQWP設計成一漏光鏡面。適當薄膜塗層之某此 範例係圖15及16所示。該三波長頻帶設計係針對BD/hd_ DVD、DVD及CD光碟驅動系統。在具有一士2%帶寬之各波 長中心内的反射率係大約95%，從而解決5%的分流輸出。 123755.doc -38- 200818172 藍光及NIR通道的反射延遲係大約+90度，而紅光通道的延 遲値係-90度。正負差異表明反射AQWP在藍光/NIR通道處 具有一平行於傾斜平面而對齊之慢軸，而快軸係在紅外通 道内平行於傾斜平面而對齊。延遲正負差異表明在第一趟 透過反射AQWP之後產生的圓形偏光中存在一對應符號變 化。然而，假定與該傾斜平面存在一大約±45度進入線性 偏光軸偏移，係使用二±90度延遲來獲得在兩趟中所需9〇 度線性偏光旋轉。 一針對一舊有二波長DVD/CD光碟驅動系統之適當薄膜 塗層之另一範例係如圖17所示。如該等類比曲線所示，該 间反射器塗層可設計成用以從650 nm至790 nm波長，對於 二S偏光及p偏光輸入本質反射1〇〇%光，同時強加一恆定 9 0度L遲至反射光。對比先前技術相移塗層設計，此類寬 頻設計較容忍製造誤差。 在上述具體實施例之各具體實施例中，該等AQwp塗層 般使用真空沈積技術來製造，包括（但不限於）化學汽相 沈積（CVD)、t漿增強CVD、電子束蒸發、熱蒸發 '喷賤 及/或原子層沈積。視需要地，將該等塗層沈積在一關注 波長區域上透明的基板上並可由各種材料製成，包括（但 不限於)破璃、石英及塑膠。一般而t，用於該等薄膜之 材料係無機或有機介電材料，其在55〇 _下具有在"至 大於4.0乾圍内的折射率。例如，某些適當材料包括氧化 2 η 1,46)、氧化鈕（Ta205，η=2·20)、氧化鋁 —，η气63)、氧化鈐(Hf〇2，a”)、氧化鈦⑽， 123755.doc -39- 200818172 n=2·3?)、氧化鈮（Nb2〇5，η=2·19)及氟化鎂（MgF2， η=1·38)。當然’其他介電材料及/或聚合物也適用。視需 要地在—商用電腦程式（例如Software Spectra Inc·的 TFCalcTM)的輔助下設計該AQWp塗層。 ^ °亥荨上述具體實施例一直僅作為範例範例。習知 此項技術者應瞭解將會運用多種修改、替代性組態及/或 等效物而不會脫離本發明之精神及範疇。例如，儘管利用 偏光光束組合器的該等具體實施例之各具體實施例提供一 各偏光分光器反射相同偏光狀態之組態/塗層設計，但還 預功其他組態/塗層設計。特定言之，依據一類似於圖5所 不之具體實施例，切換NIR光源5 11與光偵測器570之位 置。在此具體實施例中，若NIR光源511發射S偏極光，則 偏光刀光立方體531將會在第一趟中在78〇 nm下透射s偏光 亚在第二趟中在所有三個波長下反射P偏光。或者，若NIR 光源5 11係％轉以發射p偏極光，則偏光分光立方體η 1將 需要在第一趟中在780 nm下透射ρ偏光並在第二趟中在78〇 nm下反射S偏光，以及在第二趟中反射二其他不同波長（例 如猎由一色性)。如上述，該AQWp塗層之效能係取決於入 射光’其包括其電場向量與鏡面傾斜平面成一斜角(例如 土45度）的線性偏極光。視需要地，該0PU係經組態使得不 同波長在不同斜角下入射(例如一波長在+45度下而另一波 長在-45度下）。此外，還預期其他光源/彳貞測器佈局，諸如 圖2所不.亥等佈局。據此，因而希望本發明之範疇僅受隨 附申請專利範圍之範疇限制。 123755.doc -40- 200818172 【圖式簡單說明】 結合附圖，根據上面詳細說明，已明白本發明之進一步 特徵及優點，其中： 圖1顯示一先前技術3波長HD-DVD/DVD/CD光學擷取系 統之一範例； 圖2顯示一先前技術3波長HD-DVD/DVD/CD光學擷取系 統之另一範例； 圖3顯示依據本發明之一具體實施例之一 〇pu ;
圖4說明依據本發明之一 〇pu之一子系統，其中該等防 護性濾光器係傾斜邊緣濾光器； 圖5係說明該碟片讀取/寫入片斷相對於該光源/偵測器片 斷之45。相對方位角偏移之一透視圖； 圖6說明對於圖丨所示之組態，第一趟光束Lp、該 之漫/快軸及第二趟光束LP之方位角定向； 圖7說明對於圖3所示之組態，第一趟光束Lp、該 之/快軸及弟二趟光束Lp之方位角定向； 圖8顯不依據本發明之另一且辨^ . "^ ^ ^具體實施例之一利用偏光光 束組合板之OPU ; 圖9顯示在一仏5度錐體内在45度下的一pBc板之理論反 射率，其在- 405 nm頻帶上反射s偏極光並透射p偏極光， 並在66〇nm及780 nm上透射s&p偏極光二者； 一具體實施例之一利用偏光光 圖10顯示依據本發明之另 束組合板之OPU ; 圖11A係圖10所示組態之一透視圖； 123755.doc 200818172 圖1 1B係圖1〇所示〇pu之一替代性組態之一透視圖； 圖12顯示依據本發明之另一具體實施例之一 〇pu ; 圖13顯示依據本發明之另一具體實施例之一 〇pu ; 圖14顯示依據本發明之另一具體實施例之一〇pu ; 圖15顯示在三個波長·· 4〇5 nm、66〇 nm&78〇 nm(如垂 直虛線所指示）下一具有90度延遲（例如用作一消色差Qwp) 之設計之45度入射角下的理論反射率及反射延遲；
圖 16顯示在a)405 nm BD/HD-DVD波長頻帶、b)66〇 nm DVD波長頻帶及c)780 nm CD波長頻帶下一全介電質反射 性消色差QWP之理論延遲頻譜（頂部列）、測量延遲頻譜（中 間列）及測量雙衰減頻譜（底部列）；以及 圖17顯示用於依據本發明之一具體實施例之一反射性 AQWP/折疊式反射鏡設計之一8偏光及p偏光理冑反射率及 反射延遲頻譜，該設計在660 nm&78〇 nm DVD/CD波長下 提供一高反射率以及大約-9 0度延遲。 應注意，在所有附圖中，相同特徵係益 了彳疚你稭由相同參考數位 來加以識別。 【主要元件符號說明】
100 0PU 110 半導體雷射光源陣列
111 第一 LD
112 第二 LD
113 第三LD 120 防護性濾光器 123755.doc -42- 200818172 130 偏光光束組合器（PBC)立方體陣列 140 漏光鏡面 145 四分之一波板（QWP) 150 旋轉碟片媒體 160 透鏡系統 161 物鏡 165 透鏡 175 監控光二極體（PD) 180 共用路徑 200 OPU 210 三波長雷射二極體 231 第一立方體偏光分光器（PBS) 232 第二立方體二色性分光器（DBS) 240 45度稜鏡 245 QWP 260 準直透鏡系統 261 物鏡 262 碟片媒體 271 BD/HD-DVD碟片光二極體 272 CD/DVD舊有碟片光二極體 500 OPU系統 510 至少一光源 511 雷射二極體（LD) 512 雷射二極體（LD) 123755.doc -43 - 200818172 513 雷射二極體（L 520 防護性濾光器 530 偏光光束組合 531 第一 PBC 532 第二 PBC 533 第三PBC 540 反射器 550 旋轉光碟 560 準直透鏡 561 物鏡 565 聚焦透鏡 570 主光二極體 575 監控光二極體 580 共用光路徑 585 角度 586 角度 592 C板薄膜塗層 595 雙箭頭 596 雙箭頭 600 OPU系統 630 板偏光器陣列 631 第一偏光器 632 第二偏光器 633 第三偏光器 123755.doc -44- 200818172 700 OPU系統 700A 組態 731 第一板偏光器 732 第二板偏光器 732A 板PBC 733 第三板偏光器 739 第四板 739A 板 800 OPU系統 810 整合光源/偵測器單元陣列 811 第一單元 812 第二單元 813 第三單元 830 二色性光束組合器陣列 831 第一 PBC 832 第二 PBC 833 第三PBC 840 漏光鏡面 850 旋轉光碟 860 準直透鏡 861 物鏡 865 聚焦透鏡 875 監控光二極體 880 共用光路徑 123755.doc -45 - 200818172 885 偏極全像 900 OPU系統 900A OPU系統 910 整合單元 911 第一整合光源/偵測器單元 ' 912 第二整合光源/偵測器單元 . 913 第三整合光源/偵測器單元 921 第一整合光源/偵測器單元 ^ 921A 光债測器 922 第二整合光源/摘測器單元 922A 光偵測器 923 第三整合光源/偵測器單元 923A 光偵測器 931 第一二色性光束組合板 932 第二二色性光束組合板 939 £ 板 κ κ 940 折疊式反射鏡/反射器 950 旋轉光碟 980 共用光路徑 985 偏極全像 985Α 偏極全像 123755.doc -46-
Claims (1)
- 200818172 十、申請專利範圍： 1. 一種光學擷取裝置，其包含： 複數個光源，其包括一用於在一第一波長下發光之第 一光源與一用於在一第二其他波長下發光之第二光源； 至少一光束組合器，其用於在一平行於一第一軸之第 一方向上沿一共用光程來透射該複數個光源内各光源所 發射之光； 反射态，其用於在一第二方向上再次引導在該第一 方向上所透射之光，該第二方向係平行於一實質上垂直 於以弟轴之第一軸，該反射器包括一塗層，用於以一 預定入射角在該等第一及第二波長下實質上提供四分之 一波延遲作用； 一物鏡，其用於將該反射器所再次引導之光聚焦在一 光碟上；以及 至少一光偵測器，其用於偵測該光碟所反射之光， 其中該至少一光束組合器及該反射器係沿該第一軸而 置放且其中該至少一光束組合器在該第一方向上所透射 之光包括線性偏極光，其電場向量實質上垂直於該第一 軸並與該第二軸成一斜角。 2· T請求項丨之光學擷取裝置，其中該複數個光源包括一 第二光源，其用於在一第三波長下發射一第三光束，該 等第、第二及第三波長之各波長係不同。 女#求項2之光學擷取裝置，其甲該至少一光束組合器 —第一光束組合器，其用於接收從該第一光源所發 123755.doc 200818172 、、、一第二光束組合器，其用於接收從該第二光源 所發射之光、及_第三光束組合器，其用於接收從該第 三光束所發射之光，該等第一、第二及第三光束組合器 之各組合器係沿該第一軸而置放。 4·如凊求項3之光學擷取裝置，其中該等第一、第二及第 二光束組合器係波長取決偏光光束組合器，用於在一第 :趟中將光從該等第一、第二及第三光源導向該反射 夯，並在一第二趟中，取決於該反射器所提供之一實質 90度相# ’在該等第一、第二及第三波長下將光從該反 射器導向該至少一光偵測器。 5.如請求項3之光學擷取裝置， 其中該第一光束組合器係用於在該第一波長下將具有 一第一偏光之光從該第一光源反射至該第二光束組合 态，並用於在該等第一、第二及第三波長下將具有一第 一正父偏光之光從該第二光束組合器傳遞至該至少一光 偵測器， 其中該第二光束組合器係用於在該第二波長下將具有 -亥第一偏光之光從該第二光源反射至該第三光束組合 器，用於在該第一波長下將具有該第一偏光之光從該第 一光束組合器傳遞至該第三光束組合器，並用於在該等 第一、第二及第三波長下將具有該第二正交偏光之光從 該第三光束組合器傳遞至該第一光束組合器，以及 其中該第三光束組合器係用於在該第三波長下將具有 该第一偏光之光從該第三光源反射至該反射器，用於在 123755.doc 200818172 孩第一及第二波長下將具有該第一偏光之光從該第二光 束組合裔傳遞至該反射器，並用於在該等第一、第二及 第波長下將具有該第二正交偏光之光從該反射器傳遞 ，至该第二光束組合器。 』 6·如清求項3之光學擷取裝置，其中該等第一、第二及第 三光束組合器之各組合器係定向以提供線性偏極光，其 電場向量實質上垂直於該第一軸並與該第二軸成一斜 7·如凊求項1至6中任-項之光學擷取裝置，其中在該複數 個光源内的各光源及該至少光束組合器係置放於相同平 面:’該相时面以-實質上等於該斜角之角度相對於 口亥弟一車由圍繞該第一軸而旋轉。 8.:請求項2至6中任一項之光學操取裝置，纟中該等第 -、第二及第三光束組合器之各光束組合 分光立方體。 先 9.如請求項2至6中任一項之光學擷取裝置，其中該 :、:第二及第三光束組合器之各光束組合器包括一偏光 分光板’各偏光分光板係與該第一軸成實質上等於土化 度之角度而置放。 10. 用於減小像差之 軸而置放，使得 如請求項9之光學擷取裝置，其包括一 板，該板與該偏光分光板一起沿該第一 各連續板係圍繞一正交軸而傾斜。 11·如請求項2之光學擷取裝置，其中該至少 一，、 —*_丨_ ^ y<mx ^ 一人該第一光源共同封裝的第一光二極體、 123755.doc 200818172 二光源共同封裝的第二光二極體、及一與該第三光源共 同封裝的第三光二極體。 12·如請求項11之光學擷取裝置，其中該至少一光束組合器 包括一沿該第一軸而置放的第一二色性分光立方體，該 第一色性分光立方體包括一介面，用於在該第一波長 下通過光並在該第二波長下反射光。 13 ·如明求項12之光學操取裝置，其中該至少一光束組合器 包括一沿該第一軸而置放的第二二色性分光立方體，該 第 色性分光立方體包括一介面，用於在該第一及第 一波長下通過光並用於在該第三波長下反射光。 14·如請求項丨丨至^中任一項之光學擷取裝置，其包括一偏 極全像’用於依賴於該反射器所提供之一實質90度相 移’在該等第一、第二及第三波長下繞射光，該偏極全 像係選擇用於在該第一波長下將該繞射光導向該第一光 一極體’在該第二波長下將該繞射光導向該第二光二極 體’並在該第三波長下將該繞射光導向該第三光二極 體。 1 5.如請求項11至13中任一項之光學擷取裝置，其中在該複 數個光源内的該等光源之各光源與該至少一光束組合器 係置放於一實質上垂直於該第二軸之平面内。 16·如請求項1丨至13中任一項之光學擷取裝置，其中在該複 數個光源内的該等光源之各光源係旋轉使得該至少一光 束組合器在該第一方向上所透射之線性偏極光使其電場 向量實質上垂直於該第一軸並與該第二轴成一斜角。 123755.doc 200818172 1 7 ·如請求項1至6中任一項之光學擷取裝置，其包括至少一 傾斜邊緣濾光器，用於保護該等第—及第二光源不受從 該至少一光束組合器所反射之光影響。 1 8 ·如清求項1至6中任一項之光學掏取裳置，其中該斜角係 實質上等於45度。 19·如請求項1至6中任一項之光學擷取裝置，其中該預定角 度係實質上等於45度。 20. 如請求項1至6十光學擷取裝置，其中該塗層係設計成用 以允許分流在該第一方向上透射並入射在該反射器上之 光之一部分。 21. 如請求項1至6中任一項之光學擷取裝置，其中該塗層包 括第一複數個具有對比折射率之交替各向同性材料 層’在該第一複數個層巾各層之一厚度及折射率係選擇 使得該塗層在該等第一及第二波長下用作一c板。 22. 如請求項21之光學揭取裝置，其中該塗層包括―第二複 數個具有對比折射率之交替各向同性材料層，在該第一 複數個層中各層之—厚度及折射率係選擇使得該塗層在 5亥等第一及第二波長下用作一高反射器。 23. =請求項22之光學擁取裝置，其中該第—及第二複數個 替層係選擇使传整合該c板功能性及該高反射器功能 123755.doc
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