JP2005004921A - 高精度位置決め装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光により情報を記録・再生する平板状の記録媒体10を光学系に対して平面方向に微小動作させる駆動ユニット1を備え、その駆動ユニット1は枠形状に形成されたユニット本体2と、ユニット本体2の内側に納められる第1の駆動枠3と、第1の駆動枠3の内側に納められ記録媒体10の記録部11近傍に固定される第2の駆動枠4とからなり、第1の駆動枠3はユニット本体2に対し微小駆動素子5を介して記録媒体10の平面方向に動作自在とされると共に、第2の駆動枠4は第1の駆動枠3に対し微小駆動素子5を介して記録媒体10の平面方向であって第1の駆動枠3の動作と略直角方向に動作自在とされることにより、記録媒体10を平面方向に微小動作させる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はホログラム記憶装置において記録媒体を光学系に対して精度よく位置決めする高精度位置決め装置に関し、特に大まかに位置決めされた記録媒体を微小動作させて精密な位置決めを行う高精度位置決め装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来からコンピュータ等に用いられる記憶装置としては、磁気や光によって情報を記録媒体に対して2次元的に書込み、読込みを行うものが広く用いられている。磁気を用いた記憶装置としては、フロッピー(登録商標)ディスクやハードディスクなどが知られており、光を用いた記憶装置としては、CDやDVDなどが知られている。これら記憶装置は、大容量化の要求に応えるため、これまでに記録密度に関して著しい進歩を果たしてきたものである。そして、さらなる大容量化のための手段として、ホログラムの原理を用いた記憶装置(以下ホログラム記憶装置という)の開発が進められている。
【0003】
ホログラム記憶装置は、符号化された物体光と参照光とを記録媒体上で干渉させてホログラムを形成し、情報を記憶させるものである。物体光は2次元のデジタルデータの形で記録媒体に照射され、情報を再生する際には参照光のみを記録媒体に照射することで、2次元のデジタルデータを再現する。したがって、物体光及び参照光の光学系と記録媒体とは正確に位置決めする必要がある。この位置決めは、光学系を固定しておき、平板状の記録媒体を平面方向に移動させることにより行われる。このようなホログラム記憶装置としては、例えば特許文献1に挙げるものがある。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−93157号公報
【0005】
従来のホログラム記憶装置においては、記録媒体はカード状のものやディスク状のものが用いられている。カード状の記録媒体の場合には、その平面方向であって互いに直交するX方向及びY方向に記録媒体を移動させることができるように、X方向及びY方向にそれぞれスライダを設け、光学系に対して記録媒体を移動させる。また、ディスク状の記録媒体の場合には、中心部をモータに接続して円周方向に記録媒体を回転させると共に、モータをトラバースするスライダを設けることで半径方向に記録媒体を移動させる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のホログラム記憶装置における記録媒体の位置決め装置においては、以下に述べる問題点を有していた。
情報にランダムにアクセスするためには、ホログラムを形成するページ単位で記録媒体を大きく移動させる必要がある。一方で、記録媒体を光学系に対して正確に位置決めするには、記録媒体位置の微小な調整が必要である。微小な動作をさせるためには、駆動に用いるモータないしスライダのステッピングを微小にしなければならず、そのような駆動装置で大きな動作をさせると装置に大きな負荷がかかる。すなわち、記録媒体の大きな動作と微小な動作を両立させることは困難であり、記録媒体の位置決め装置における高コストの原因となる。
【0007】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、微小動作による記録媒体の光学系に対する精密な位置合わせを比較的低コストで実現できる高精度位置決め装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る高精度位置決め装置は、光により情報を記録・再生する平板状の記録媒体を光学系に対して平面方向に微小動作させる駆動ユニットを備え、該駆動ユニットによって上記記録媒体の記録部を所定の位置に位置決めする高精度位置決め装置であって、
上記駆動ユニットは枠形状に形成されたユニット本体と、該ユニット本体の内側に納められる第1の駆動枠と、該第1の駆動枠の内側に納められ上記記録媒体の記録部近傍に固定される第2の駆動枠とからなり、
上記第1の駆動枠は上記ユニット本体に対し微小駆動素子を介して上記記録媒体の平面方向に動作自在とされると共に、上記第2の駆動枠は上記第1の駆動枠に対し微小駆動素子を介して上記記録媒体の平面方向であって上記第1の駆動枠の動作と略直角方向に動作自在とされ、上記第1の駆動枠と第2の駆動枠を相互に動作させることにより上記記録媒体を平面方向に微小動作させることを特徴として構成されている。
【0009】
また、本発明に係る高精度位置決め装置は、上記第1の駆動枠は上記ユニット本体に対し2つの微小駆動素子を介して直線動作及び回転動作自在とされると共に、上記第2の駆動枠は上記第1の駆動枠に対し2つの微小駆動素子を介して直線動作及び回転動作自在とされることを特徴として構成されている。
【0010】
さらに、本発明に係る高精度位置決め装置は、上記第1の駆動枠は上記ユニット本体に対し弾性体を介して接続されると共に、上記第2の駆動枠は上記第1の駆動枠に対し弾性体を介して接続されることを特徴とすることを特徴として構成されている。
【0011】
さらにまた、本発明に係る高精度位置決め装置は、上記第2の駆動枠は上記記録媒体に対して略垂直方向の空気孔を備え、該空気孔からの空気の吸引または噴出によって上記第2の駆動枠と上記記録媒体を固定または離隔させることを特徴として構成されている。
【0012】
そして、本発明に係る高精度位置決め装置は、上記第2の駆動枠は上記記録媒体に対して略垂直方向の空気孔を備え、該空気孔からの空気の吸引または噴出によって上記第2の駆動枠と上記記録媒体を固定または離隔させることを特徴として構成されている。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。図1は、本実施形態における高精度位置決め装置の平面図である。また、図2は、記録媒体と光学系及び高精度位置決め装置の関係を示した断面図である。これら各図において、本実施形態における高精度位置決め装置は、ホログラム記憶装置において平板状の記録媒体10を、物体光学系30a及び参照光学系30bからなる光学ユニット30に対して微小な位置決めするために用いられ、略方形の枠形状に形成されたユニット本体2と、その内部に納められる略方形状に形成された第1の駆動枠3と、さらにその内部に納められる略方形状に形成された第2の駆動枠4とからなる駆動ユニット1によって、記録媒体10を図1に示すX方向とY方向及びθ方向に微小移動させて正確に位置決めするものである。なお、記録媒体10の大まかな位置決めは、記録媒体10が接続されたスライダ20によってX方向とY方向になされ、ページ単位で移動する。
【0014】
駆動ユニット1は、図2に示すように全体として略平板状に形成されており、記録媒体10の光学ユニット30と対向する面の反対側面に対向するように配置される。すなわち、記録媒体10は駆動ユニット1と光学ユニット30に挟まれるように配置される。ユニット本体2は、光学ユニット30に対して記録媒体10の平面方向には移動しないように固定されている。また、駆動ユニット1を構成するユニット本体2と第1の駆動枠3及び第2の駆動枠4は、シリコンをエッチング加工することで形成する。ただし、金属等のほかの材料を用いて微細加工して形成するようにしてもよい。
【0015】
第1の駆動枠3は、それぞれX方向に直線的に伸縮する2つの微小駆動素子5、5を介してユニット本体2に対してX方向及びθ方向に動作自在とされると共に、X方向とY方向にそれぞれ弾性体6、6を設けて、微小駆動素子5、5の動作に対する抵抗としている。ここで、微小駆動素子5は、電界を付加することにより伸縮するものであり、ピエゾ素子等からなる。また、弾性体6は板バネからなり、第1の駆動枠3をユニット本体2に対して懸架すると共に、第1の駆動枠3の動作を安定して行うことができるようにしている。ただし、弾性体6は板バネには限られず、その他のバネやゴム等でもよい。
【0016】
微小駆動素子5、5はX方向に伸縮するように2つ設けられているので、2つを同時に同じ長さだけ伸縮させることにより、第1の駆動枠3をユニット本体2に対してX方向に直線動作させることができる。また、2つの微小駆動素子5、5の伸縮に差を付けることにより、第1の駆動枠3をユニット本体2に対してθ方向に回転動作させることができる。
【0017】
また、第2の駆動枠4は、それぞれY方向に直線的に伸縮する2つの微小駆動素子5、5を介して第1の駆動枠3に対してY方向及びθ方向に動作自在とされると共に、X方向とY方向にそれぞれ弾性体6、6を設けて、微小駆動素子5、5の動作に対する抵抗としている。
【0018】
微小駆動素子5、5はY方向に伸縮するように2つ設けられているので、2つを同時に同じ長さだけ伸縮させることにより、第2の駆動枠4を第1の駆動枠3に対してY方向に直線動作させることができる。すなわち、第1の駆動枠3に設けられる微小駆動素子5、5に対しては、その動作と略直角方向に第2の駆動枠4を動作させるように、第2の駆動枠4の微小駆動素子5、5が設けられる。また、2つの微小駆動素子5、5の伸縮に差を付けることにより、第2の駆動枠4を第1の駆動枠3に対してθ方向に回転動作させることができる。弾性体6はユニット本体2と第1の駆動枠3の間に設けられるものと同様で、第2の駆動枠4を第1の駆動枠3に対して懸架すると共に、安定して動作させることができるようにしている。
【0019】
そして、第2の駆動枠4は、記録媒体10の記録部11の周縁に面接触し、固定される。第2の駆動枠4は、第1の駆動枠3に対してY方向及びθ方向に動作することができ、第1の駆動枠3は、ユニット本体2に対してX方向及びθ方向に動作することができるから、第2の駆動枠4は、ユニット本体2に対してX方向とY方向及びθ方向に動作することができる。すなわち第2の駆動枠4に固定された記録媒体10を、ユニット本体2及び光学ユニット30に対してX方向とY方向及びθ方向に動作させることができる。また、第2の駆動枠4には、記録媒体10に対して略垂直方向となるように図示しないポンプに接続された空気孔7が設けられており、空気孔7からは空気の吸引または噴出をさせることができ、これによって記録媒体10を光学基準ブロック31に固定または離隔させることができる。
【0020】
光学ユニット30は、物体光学系30aと参照光学系30bを備え、その下面には開口31aを有した光学基準ブロック31が設けられる。光学基準ブロック31の下面は平面状に形成されており、記録媒体10の光学ユニット30に対する位置決めの基準となるものである。光学基準ブロック31には、記録媒体10に対して略垂直方向となるように図示しないポンプに接続された空気孔32が設けられており、空気孔32からは空気の吸引または噴出をさせることができ、これによって記録媒体10を光学基準ブロック31に固定または離隔させることができる。
【0021】
本実施形態における記録媒体10は、カード状に形成されると共に、フォトリフラクティブ材料またはフォトポリマー材料からなっており、その平面上に対し光学ユニット30の物体光学系30a及び参照光学系30bによってホログラムを形成されて、情報を記録する。また、光学ユニット30の参照光学系30bによって情報が再生され、読み出しが行われる。記録媒体10に記録される情報は、2次元のデジタルデータとして記録・再生されるので、記録媒体10上においてページ単位で記録・再生されることになる。すなわち、記録媒体10上には多数のページが並んだ状態で記録されている。したがって、情報の記録・再生のためには、記録媒体10を光学ユニット30に対してページ単位でX方向及びY方向に移動させ、位置決めする必要がある。
【0022】
ここで、記録媒体10の光学ユニット30に対するページ単位の移動は、記録媒体10に接続されたスライダ20によってなされ、この時点である程度の位置決め(10μm程度の精度)がなされる。ただし、スライダ20のみによっては、ホログラムの記録・再生をできる程度にまで正確に位置合わせを行うことはできない。そこで、本実施形態においてはこの状態で駆動ユニット1により、記録媒体10をX方向とY方向及びθ方向に微小移動させることにより、光学ユニット30に対する正確な位置合わせ(1μm以下の精度)を行う。つまり、従来から記録媒体10の位置合わせに用いられていたスライダ20は大まかな位置合わせに用い、本発明に係る高精度位置決め装置、すなわち駆動ユニット1は精密な位置合わせに用いることにして、それぞれ役割分担を行っている。
【0023】
次に、記録媒体10を光学ユニット30に対して位置決めする過程について図3に沿って説明する。図3は、記録媒体10と光学ユニット30及び高精度位置決め装置の関係を示した断面図を簡略化し、記録媒体10と光学基準ブロック31及び第2の駆動枠4のみを示したものである。図3Aはスライダ20によって記録媒体10の大まかな位置合わせを行っている状態を示している。この状態では、記録媒体10は光学基準ブロック31及び第2の駆動枠4のいずれからも離れた状態であり、記録媒体10に接続されたスライダ20によって、記録媒体10を平面方向であるX方向及びY方向にページ単位で大まかに移動させる。
【0024】
記録媒体10をスライダ20によって大まかに移動させた状態では、記録媒体10の記録部11がまだ光学ユニット30に対して正確に位置決めされていない。ここで、位置決めは記録媒体10の平面方向であって、X方向とY方向及びθ方向に正確になされていなければ、記録・再生を行うことはできない。そこで、駆動ユニット1を用いて記録媒体10の正確な位置決めを行う。図3Bは、駆動ユニット1を記録媒体10に固定させる過程を示している。駆動ユニット1はその全体を押し上げて記録媒体10に近づけ、面接触させると共に、第2の駆動枠4の表面に設けられた空気孔7から空気を吸引して記録媒体10を固定する。
【0025】
図3Cは、駆動ユニット1により記録媒体10を微小動作させる過程を示している。駆動ユニット1を記録媒体10に固定させたら、駆動ユニット1をさらに押し上げて光学基準ブロック31に近づける。駆動ユニット1が光学基準ブロック31に近づくと、光学基準ブロック31の空気孔32から空気を噴出させる。光学基準ブロック31の空気孔32から噴出した空気は、記録媒体10の表面で空気層を形成し、位置決めの過程で記録媒体10が光学基準ブロック31に接触しないようにすることができる。
【0026】
このように、記録媒体10が光学基準ブロック31に直接接触しないようにした上で、駆動ユニット1を動作させて、第2の駆動枠4に固定されている記録媒体10のX方向とY方向及びθ方向の位置決めを行う。この状態で位置決めすることにより、記録媒体10が位置決めを行っている間に光学基準ブロック31に接触することがなく、記録媒体10に傷を付けることがない。
【0027】
図3Dは、記録媒体10を光学基準ブロック31に固定する過程を示している。駆動ユニット1により記録媒体10を位置決めしたら、光学基準ブロック31の空気孔32からの空気の噴出を停止し、逆に空気を吸引させる。また、第2の駆動枠4の空気孔7による空気の吸引を停止させ、逆に空気を噴出させる。これにより、光学基準ブロック31に近づいている記録媒体10は、第2の駆動枠4から離れて、光学基準ブロック31に面接触すると共に、固定される。このようにして、記録媒体10の記録部11を光学ユニット30に対して位置決めすることができる。
【0028】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は本実施形態に限られるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうるものである。
本実施形態では、第2の駆動枠4と光学基準ブロック31にそれぞれ空気孔7、32を設けて、それぞれに空気の吸引または噴出をさせることで、記録媒体10を第2の駆動枠4と光学基準ブロック31に固定または離隔させているが、空気孔の代わりに第2の駆動枠4に記録媒体10の平面方向とは垂直方向に出し入れ自在なピンを設けて、そのピンを押し上げることにより記録媒体10を光学基準ブロック31に接触させるようにしてもよい。この構成によれば、空気の吸引または噴出させるためのポンプを設けなくてよいので、よりコストを抑えることができる。
【0029】
また、本実施形態では、記録媒体10はカード状に形成され、記録媒体10のページ単位の移動は、X方向及びY方向になされるが、記録媒体10の形状はこれに限られず、CDやDVDのような円盤形状とすることもできる。記録媒体10を円盤形状とした場合には、記録媒体10をページ単位で移動させるにはその中心部にモータを接続すると共に、そのモータをX方向にトラバースするスライダを設ける。これらのモータ及びスライダにより、記録媒体10を回転運動及び直線運動させて光学ユニット30に対して大まかな位置決めを行う。そして、駆動ユニット1の構成は本実施形態と同様にして、記録媒体10をX方向とY方向及びθ方向に正確な位置決めを行う。このように、本実施形態の駆動ユニット1は、円盤形状の記録媒体10に対しても用いることができる。
【0030】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る高精度位置決め装置は、ユニット本体と、その内側に納められる第1の駆動枠と、その内側に納められ記録媒体の記録部近傍に固定される第2の駆動枠とからなり、第1の駆動枠はユニット本体に対し微小駆動素子を介して記録媒体の平面方向に動作自在とされ、第2の駆動枠は第1の駆動枠に対し微小駆動素子を介して記録媒体の平面方向であって第1の駆動枠の動作と略直角方向に動作自在とされることにより、ホログラム記憶装置において記録媒体をページ単位で大きく移動させる機構とは別の機構により、記録媒体の微小な位置決めをすることができるので、記録媒体の位置決めの精度を十分に確保することができると共に、記録媒体を大きく移動させるモータやスライダは大まかな位置決めをすればよいので、それらのコストを抑えることができる。
【0031】
また、本発明に係る高精度位置決め装置によれば、第1の駆動枠はユニット本体に対し2つの微小駆動素子を介して直線動作及び回転動作自在とされ、第2の駆動枠は第1の駆動枠に対し2つの微小駆動素子を介して直線動作及び回転動作自在とされることにより、記録媒体の記録部の向きを光学系に対して正確に位置決めすることができる。
【0032】
さらに、本発明に係る高精度位置決め装置によれば、第1の駆動枠はユニット本体に対し弾性体を介して接続され、第2の駆動枠は第1の駆動枠に対し弾性体を介して接続されることにより、第1の駆動枠をユニット本体に、第2の駆動枠を第1の駆動枠にそれぞれ懸架して3重構造を形成できると共に、第1の駆動枠と第2の駆動枠をそれぞれ安定して動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態における高精度位置決め装置の平面図である。
【図2】記録媒体と光学系及び高精度位置決め装置の関係を示した断面図である。
【図3】高精度位置決め装置による記録媒体の位置決め過程を示した図である。
【符号の説明】
1 駆動ユニット
2 ユニット本体
3 第1の駆動枠
4 第2の駆動枠
5 微小駆動素子
6 弾性体
7 空気孔
10 記録媒体
11 記録部
20 スライダ
30 光学ユニット
30a 物体光学系
30b 参照光学系
31 光学基準ブロック
31a 開口
32 空気孔
Claims (5)
- 光により情報を記録・再生する平板状の記録媒体を光学系に対して平面方向に微小動作させる駆動ユニットを備え、該駆動ユニットによって上記記録媒体の記録部を所定の位置に位置決めする高精度位置決め装置であって、
上記駆動ユニットは枠形状に形成されたユニット本体と、該ユニット本体の内側に納められる第1の駆動枠と、該第1の駆動枠の内側に納められ上記記録媒体の記録部近傍に固定される第2の駆動枠とからなり、
上記第1の駆動枠は上記ユニット本体に対し微小駆動素子を介して上記記録媒体の平面方向に動作自在とされると共に、上記第2の駆動枠は上記第1の駆動枠に対し微小駆動素子を介して上記記録媒体の平面方向であって上記第1の駆動枠の動作と略直角方向に動作自在とされ、上記第1の駆動枠と第2の駆動枠を相互に動作させることにより上記記録媒体を平面方向に微小動作させることを特徴とする高精度位置決め装置。 - 上記第1の駆動枠は上記ユニット本体に対し2つの微小駆動素子を介して直線動作及び回転動作自在とされると共に、上記第2の駆動枠は上記第1の駆動枠に対し2つの微小駆動素子を介して直線動作及び回転動作自在とされることを特徴とする請求項1記載の高精度位置決め装置。
- 上記第1の駆動枠は上記ユニット本体に対し弾性体を介して接続されると共に、上記第2の駆動枠は上記第1の駆動枠に対し弾性体を介して接続されることを特徴とすることを特徴とする請求項1または2記載の高精度位置決め装置。
- 上記第2の駆動枠は上記記録媒体に対して略垂直方向の空気孔を備え、該空気孔からの空気の吸引または噴出によって上記第2の駆動枠と上記記録媒体を固定または離隔させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の高精度位置決め装置。
- 上記光学系は上記記録部の所定の位置を規定する光学基準ブロックを備え、該光学基準ブロックは上記記録媒体に対して略垂直方向の空気孔を備えると共に、該空気孔からの空気の吸引または噴出によって上記光学基準ブロックと上記記録媒体を固定または離隔させることを特徴とする請求項4記載の高精度位置決め装置。
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