JP2007027517A - 半導体レーザー装置及びそれを用いたホログラム装置。 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な仕組みで波長安定化を図る。
【解決手段】レーザービームを発振出力する半導体レーザー素子を有した半導体レーザー装置において、前記半導体レーザー素子の温度調整を行う温度調整部と、前記半導体レーザー素子から発振出力されるレーザービームを互いに異なる光路を形成する第１ビーム及び第２ビームへと分離するレーザービーム分離部と、前記第１及び前記第２ビームを干渉させて得られる複数の縞を有した干渉縞の縞間隔を一定とすべく、前記温度調整部における操作量を定める温度調整制御部と、を有する。
【選択図】 図１
【解決手段】レーザービームを発振出力する半導体レーザー素子を有した半導体レーザー装置において、前記半導体レーザー素子の温度調整を行う温度調整部と、前記半導体レーザー素子から発振出力されるレーザービームを互いに異なる光路を形成する第１ビーム及び第２ビームへと分離するレーザービーム分離部と、前記第１及び前記第２ビームを干渉させて得られる複数の縞を有した干渉縞の縞間隔を一定とすべく、前記温度調整部における操作量を定める温度調整制御部と、を有する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、半導体レーザー装置及びそれを用いたホログラム装置に関する。
一般的に、半導体レーザー素子の発振波長は、温度によって大きく変動することが知られている。このため、半導体レーザー素子の発振波長を安定化させるべく、半導体レーザー素子の温度を一定化させる仕組みが提案されている。
図１２は、発振波長の安定化を図る仕組みを設けた従来の半導体レーザー装置の構成を示す図である。
従来の半導体レーザー装置は、半導体レーザー素子１００、半導体レーザー素子１００の温度を調整すべく発熱を行うヒーター１０９と、半導体レーザー素子１００の温度を検出するサーミスタ１１０と、が一体化された半導体レーザーユニット５０と、半導体レーザー素子１００に対して駆動電流を供給するレーザー駆動回路１２２と、サーミスタ１１０より検出された温度を一定とすべくヒーター１０９の発熱量を制御する温度制御回路６００と、によって構成される。
なお、図１２に示したような従来の半導体レーザー装置の仕組みとしては、例えば、以下に示す特許文献１に開示されるものである。
特開２００３−３１８９３号公報
図１２は、発振波長の安定化を図る仕組みを設けた従来の半導体レーザー装置の構成を示す図である。
従来の半導体レーザー装置は、半導体レーザー素子１００、半導体レーザー素子１００の温度を調整すべく発熱を行うヒーター１０９と、半導体レーザー素子１００の温度を検出するサーミスタ１１０と、が一体化された半導体レーザーユニット５０と、半導体レーザー素子１００に対して駆動電流を供給するレーザー駆動回路１２２と、サーミスタ１１０より検出された温度を一定とすべくヒーター１０９の発熱量を制御する温度制御回路６００と、によって構成される。
なお、図１２に示したような従来の半導体レーザー装置の仕組みとしては、例えば、以下に示す特許文献１に開示されるものである。
ところで、図１２に示したような従来の半導体レーザー装置の仕組みでは、半導体レーザー素子の温度を一定に保っているだけである。このため、半導体レーザー素子の発振波長が実際に安定化しているか否かを正確に把握することができない。また、半導体レーザー素子が、本来、理想的とするシングルモードで発振がなされているか否かについても把握することができない。よって、従来の仕組みでは、近年の半導体レーザー素子の発振波長の更なる安定化の要請に応じることが困難であった。
前述した課題を解決するための主たる本発明は、レーザービームを発振出力する半導体レーザー素子を有した半導体レーザー装置において、前記半導体レーザー素子の温度調整を行う温度調整部と、前記半導体レーザー素子から発振出力されるレーザービームを互いに異なる光路を形成する第１ビーム及び第２ビームへと分離するレーザービーム分離部と、前記第１及び前記第２ビームを干渉させて得られる複数の縞を有した干渉縞の縞間隔を一定とすべく、前記温度調整部における操作量を定める温度調整制御部と、を有することとする。
本発明によれば、簡易な仕組みで波長安定化を図った半導体レーザー装置及びそれを用いたホログラム装置を提供することができる。
＝＝＝第１実施形態（温度調整制御部がアナログ回路構成の場合）＝＝＝
＜半導体レーザー装置の全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザー装置３００の全体構成を示す図である。なお、図１２に示した従来の半導体レーザー装置５００と同様の構成要素については同一の符号を付してある。
＜半導体レーザー装置の全体構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体レーザー装置３００の全体構成を示す図である。なお、図１２に示した従来の半導体レーザー装置５００と同様の構成要素については同一の符号を付してある。
まず、半導体レーザーユニット５０内の構成について説明する。
半導体レーザーユニット５０は、半導体レーザー素子１００、ヒーター１０９と、が一体化されたユニットである。なお、サーミスタ１１０については、後述する。
半導体レーザーユニット５０は、半導体レーザー素子１００、ヒーター１０９と、が一体化されたユニットである。なお、サーミスタ１１０については、後述する。
半導体レーザー素子１００は、レーザー駆動回路１２２から供給された駆動電流（順方向電流）に基づいて駆動され、所定の発振波長のレーザービームを発振出力するものである。半導体レーザー素子１００は、例えば、ＣＤ規格やＤＶＤ規格で用いられる赤色レーザーダイオード（ＣＤ規格：波長７８０nm、ＤＶＤ規格：波長６６０nm）や、ＨＤＤＶＤ規格等で用いられる青紫色レーザーダイオード（ＨＤＤＶＤ規格：波長４０５nm）等である。なお、半導体レーザー素子１００は、温度に対して発振波長が略比例関係（例えば、約０．１ｎｍ／℃）となる性質を有する。
ヒーター１０９は、本発明に係る『温度調整部』の一実施形態である。ヒーター１０９は、半導体レーザー素子１００の温度を調整すべく、発熱を行うものである。なお、ヒーター１０９以外にも、例えば、ペルチェ素子等の冷却素子を採用できる。
つぎに、半導体レーザーユニット５０の周辺回路について説明する。
パワーモニタ回路１２０は、半導体レーザー素子１００の発光パワーをモニタするための回路である。詳述すると、パワーモニタ回路１２０は、フォトダイオード等の受光素子にて、半導体レーザー素子１００から発振出力されたレーザービームの一部を受光する。よって、パワーモニタ回路１２０は、受光素子における受光レベル（電流量）によって、半導体レーザー素子１００から発振出力されたレーザービームのパワーをモニタする。
パワーモニタ回路１２０は、半導体レーザー素子１００の発光パワーをモニタするための回路である。詳述すると、パワーモニタ回路１２０は、フォトダイオード等の受光素子にて、半導体レーザー素子１００から発振出力されたレーザービームの一部を受光する。よって、パワーモニタ回路１２０は、受光素子における受光レベル（電流量）によって、半導体レーザー素子１００から発振出力されたレーザービームのパワーをモニタする。
ＡＰＣ（Automatic Power Control）回路１２１は、パワーモニタ回路１２０においてモニタされた半導体レーザー素子１００の発光パワーを、予め定めておいた基準パワーに合わせ込むための制御を行う。詳述すると、ＡＰＣ回路１２１は、レーザー駆動回路１２２に対して、モニタされた発光パワーと基準パワーとの差分に応じた駆動電流を生成させるための制御量を供給する。
ＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）１０１、シェアプレート１０２は、本発明に係る『レーザービーム分離部』の一実施形態である。図２（ａ）には、ＰＢＳ１０１、シェアプレート１０２等を用いた光学系の部位を抽出したものを示してある。なお、図２（ａ）は、レーザービームをフロント側（レーザービーム出射方向側）で分離させた場合である。
ＰＢＳ１０１は、半導体レーザー素子１００のフロント側に配設される。ＰＢＳ１０１は、半導体レーザー素子１００からレーザービームの出射方向に向けて出射されるレーザービームが入射されて、主ビーム及び副ビームへと分離させるものである。なお、主ビームは、当該半導体レーザー装置３００が組み込まれたシステムにおいて、ＰＢＳ１０１後段の光学系や制御系に用いられる。また、副ビームは、本発明に係る発振波長の安定化制御に用いられる。このため、主ビームを用いた後段の光学系や制御系に影響を与えることなく、本発明に係る発振波長の安定化制御を実施できる。
シェアプレート１０２は、略平行板の構成を呈するが、一方の面と当該一方の面とは逆の他方の面が夫々勾配を有して配設される。そして、シェアプレート１０２は、レーザービームを一方の面に入射させて得られる当該一方の面からの反射光を第１ビームとして出力する。また、一方の面を透過したレーザービームが他方の面に入射させて得られる当該他方の面からの反射光を第２ビームとして出力する。これらの第１ビーム及び第２ビームは、後述のラインＣＣＤ１０３において重ね合わされて、干渉縞を形成することとなる。このように、シェアプレート１０２を設けることで、副ビームを、簡易に第１及び第２ビームへと分離できる。なお、シェアプレート１０２以外にも、ＰＢＳやハーフミラー等の光学系を用いて、レーザービームを、最終的に重なり合う二つの光路を形成する第１ビーム及び第２ビームへと分離させてもよい。
また、図１に示した実施形態では、半導体レーザー素子１００のフロント側において、半導体レーザー素子１００から発振出力されるレーザービームを、最終的には、互いに異なる光路を形成する第１及び第２ビームへと分離したが、図２（ｂ）に示すように、半導体レーザー素子１００のバック側（レーザービーム出射方向の反対方向側）において実施してもよい。この場合、半導体レーザー素子１００のフロント側の場合に用いたＰＢＳ１０１が不要となる。すなわち、半導体レーザー素子１００のバック側に出射されるレーザービームから、シェアプレート１０２等を用いて、前述した第１及び前記第２ビームへと分離することとなる。
ラインＣＣＤ（Charge Coupled Device）１０３は、本発明に係る『縞間隔検出部』の位置実施形態である。ラインＣＣＤ１０３は、図３に示すように、第１及び第２ビームによる直線状の干渉縞の形成方向に対して垂直方向且つ一列に複数の受光素子１１２（例えば、フォトダイオード）を配設させたものである。すなわち、ラインＣＣＤ１０３は、第１及び第２ビームによる干渉縞を受光素子１１２にて受光する。そして、ラインＣＣＤ１０３は、クロック生成回路１０４から供給されるクロック信号に基づいて、各受光素子１１２の配設間隔に応じた周期を有し且つ各受光素子１１２の受光レベルを合成した検出信号ＣＣＤＯＵＴを生成する。
なお、この検出信号ＣＣＤＯＵＴは、図４に示すように、縞の位置に受光素子１１２の配設位置が合わさるとき、すなわち受光素子１１２の受光レベルが明点を示す光量の場合に一方のレベル（例えば、ピークレベル）を有する。また、縞と縞との間の位置に受光素子１１２の配設位置が合わさるとき、すなわち受光素子１１２の受光レベルが暗点を示す光量の場合に他方のレベル（例えば、ボトムレベル）を有する。よって、検出信号ＣＣＤＯＵＴの隣り合う一方のレベルの間隔、すなわち検出信号ＣＣＤＯＵＴの一定な周期が、干渉縞の縞間隔Λとなる。
このように、１次元センサであるラインＣＣＤ１０３を用いることで、縞の位置に受光素子１１２が対向する可能性が高く、受光素子１１２による縞の検出漏れを減じることができ、また、ラインＣＣＤ１０３であるがために、それに必要な受光素子１１２の数は必要最低限度に抑えることができる。なお、ラインＣＣＤ１０３以外にも、ＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサを採用してもよい。ただし、受光素子１１２の数を抑えるため、２次元センサよりも、ラインＣＣＤ１０３のような１次元センサを採用する方が好適である。
ここで、ラインＣＣＤ１０３の画素数、すなわちラインＣＣＤ１０３が有する受光素子１１２の数について詳述する。ラインＣＣＤ１０３の受光素子１１２の数は、ナイキスト条件を充足する必要があるため、最低限、干渉縞の１Λ分の縞を検出するための数が必要となる。なお、ナイキスト条件とは、一般的に、サンプリング周波数ｆｓは、サンプリング波形の最高周波数ｆｍの２倍以上でなければならない条件のことである。よって、干渉縞の１Λ分の縞を検出するため、ラインＣＣＤ１０３の受光素子１１２の最小の数は、２個である。なお、実際には、干渉縞の１Λ分の縞を検出するために適切なラインＣＣＤ１０３の分解能ΔΛとの兼ね合いで、受光素子１１２の数は、“１Λ÷分解能ΔΛ”で定められることになる。例えば、ラインＣＣＤ１０３の分解能ΔΛを“１Λ／１０２４”とした場合、干渉縞の１Λ分の縞を検出するために、１０２４個（＝１Λ÷（１Λ／１０２４））の受光素子１１２が最低限必要となる。
ところで、ラインＣＣＤ１０３表面の法線方向を基準として、第１ビームの入射角をθｒと表現し、第２ビームの入射角をθｓと表現する。この場合、第１ビームは、式（１）の波動関数Ｒとして表現され、第２ビームは式（２）の波動関数Ｓとして表現される。
そして、干渉縞の縞間隔Λは、式（３）で表現されることとなる。なお、式（３）中のλは、第１及び第２ビームの波長、すなわち半導体レーザー素子１００から発振出力されるレーザービームの波長を表現したものである。
式（３）により、干渉縞の縞間隔Λは、波長λが変化した場合には、線形的に変化することが分かる。このため、干渉縞の縞間隔Λを一定化させることによって、半導体レーザー素子１００から発振出力されるレーザービームの波長の安定化につながることが分かる。
周波数電圧変換器１０５、差動増幅器１０６、基準電圧源１０７、ヒーター駆動回路１０８は、本発明に係る『温度調整制御部』の一実施形態である。すなわち、アナログ回路（１０５、１０６、１０７、１０８）は、干渉縞の縞間隔Λを一定とすべく、ヒーター１０９の発熱量（本発明に係る『操作量』）を制御するものである。さらに、詳述すると、アナログ回路（１０５、１０６、１０７、１０８）は、縞間隔Λにより定まるレーザービームの検出波長λｄと、予め定めておいた目的とするレーザービームの基準波長λｒと、の差分に応じて、ヒーター１０９の発熱量を制御するものである。
以下、アナログ回路（１０５、１０６、１０７、１０８）の各構成要素について詳述する。
周波数電圧変換器１０５は、ラインＣＣＤ１０３から供給された検出信号ＣＣＤＯＵＴの周波数ｆｄを電圧Ｖｄへと変換するものである。
差動増幅器１０６は、非反転入力端子に周波数電圧変換器１０５において変換された電圧Ｖｄが印加され、反転入力端子に基準電圧源１０７の基準電圧Ｖｒが印加される。なお、この場合、基準電圧Ｖｒは、目的とするレーザービームの基準波長λｒに応じた基準周波数ｆｒによって定まる電圧である。そして、差動増幅器１０６は、電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｒとの差分（Ｖｄ−Ｖｒ）を所定増幅率にて増幅する。
ヒーター駆動回路１０８は、差動増幅器１０６の出力電圧ＶＣＴＬが印加されて、ヒーター１０９を駆動するものである。
周波数電圧変換器１０５は、ラインＣＣＤ１０３から供給された検出信号ＣＣＤＯＵＴの周波数ｆｄを電圧Ｖｄへと変換するものである。
差動増幅器１０６は、非反転入力端子に周波数電圧変換器１０５において変換された電圧Ｖｄが印加され、反転入力端子に基準電圧源１０７の基準電圧Ｖｒが印加される。なお、この場合、基準電圧Ｖｒは、目的とするレーザービームの基準波長λｒに応じた基準周波数ｆｒによって定まる電圧である。そして、差動増幅器１０６は、電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｒとの差分（Ｖｄ−Ｖｒ）を所定増幅率にて増幅する。
ヒーター駆動回路１０８は、差動増幅器１０６の出力電圧ＶＣＴＬが印加されて、ヒーター１０９を駆動するものである。
詳述すると、電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒより高い場合とは、レーザービームの検出周波数ｆｄが基準周波数ｆｒよりも高い場合であり、レーザービームの検出波長λｄが基準波長λｒよりも短い場合である。よって、この場合、出力電圧ＶＣＴＬは正レベルとなり、レーザービームの波長を長くすべく、ヒーター１０９が加熱されることとなる。
一方、電圧Ｖｄが基準電圧Ｖｒより低い場合とは、レーザービームの検出周波数ｆｄが基準周波数ｆｒよりも低い場合であり、レーザービームの検出波長λｄが基準波長λｒよりも長い場合である。よって、この場合、出力電圧ＶＣＴＬは負レベルとなり、レーザービームの波長を短くすべく、ヒーター１０９が冷却されることとなる。
以上が、半導体レーザー装置３００の主要な構成である。
ところで、従来方式では、図１２に示したように、半導体レーザー素子１００を加熱／冷却しつつその温度を検出して当該温度を一定に保つことで、レーザービームの波長の安定化を間接的に図ったものであった。一方、本発明では、半導体レーザー素子１００より発振出力されるレーザービームを２つの第１ビーム及び第２ビームへと分離する。そして、当該第１及び第２ビームを干渉させて得られる干渉縞の縞間隔Λを一定とすべく、ヒーター１０９の発熱量を制御する。ここで、干渉縞の縞間隔Λは、レーザービームの波長と相関関係にある。よって、干渉縞の縞間隔Λを一定とさせることが、すなわち、レーザービームの波長を安定化させることへとつながる。本発明では、この性質を利用することで、従来方式と対比して、レーザービームの波長が安定しているか否かを、より直接的且つ簡易な仕組みで把握することが可能となる。
なお、前述した実施形態において、一般的に短波長であるレーザービームの波長を求めることは現実的に容易ではないため、まず、周波数電圧変換器１０５を用いて、現状のレーザービームの波長と相関関係にある、現状の干渉縞の縞間隔Λを反映した検出信号ＣＣＤＯＵＴの周波数ｆｄに応じた電圧ｖｄを求めた。そして、差動増幅器１０６において、電圧Ｖｄと基準電圧Ｖｒの差分を増幅させた出力電圧ＶＣＴＬに基づきヒーター１０９の発熱量を制御することとなる。すなわち、レーザービームの波長が、簡易な仕組みで安定化されたことになる。
また、前述した実施形態において、ラインＣＣＤ１０３ではなく、少なくとも２つの受光素子１１２を、第１及び第２ビームによる干渉縞の形成方向に対して垂直方向且つ縞の位置に対向して配設させる。この場合、受光素子１１２の配設間隔は、干渉縞の縞間隔Λと一致するものとなる。そこで、このような少なくとも２つの受光素子１１２の受光レベル（例えば、ピークレベル）を一致させることで、干渉縞の縞間隔Λを簡易に一定化させることもできる。
また、前述した実施形態において、半導体レーザー素子１００は、理想的にはシングルモードで発振されるべきものであるが、環境条件の変化や素子自体の特性変化等によって、マルチモードで発振される可能性がある。マルチモードで発振される場合、ラインＣＣＤ１０３における検出信号ＣＣＤＯＵＴの周波数ｆｄは不適切なものとなる。そこで、図１に示すように、マルチモード対策のために、サーミスタ１１０、温度電圧変換器１１１、を更に設ける。
サーミスタ１１０は、本発明に係る『温度検出部』の一実施形態である。サーミスタ１１０は、半導体レーザー素子１００の温度を検出するものである。なお、サーミスタ１１０以外にも、例えば、熱電対、測温抵抗体等を採用できる。
温度電圧変換器１１１は、サーミスタ１１０で検出された検出温度Ｔｄをそれに応じた電圧ＶＴへと変換するものである。なお、この電圧ＶＴは、差動増幅器１０６の出力電圧Ｖｄと加算されて、ヒーター駆動回路１０８へと印加される。
なお、この場合、差動増幅器１０６の反転入力端子に印加される基準電圧Ｖｒは、目的とするレーザービームの基準波長λｒに応じた前述の基準電圧Ｖｒと、サーミスタ１１０における所定の基準温度に応じた電圧と、を加算したものとなる。
温度電圧変換器１１１は、サーミスタ１１０で検出された検出温度Ｔｄをそれに応じた電圧ＶＴへと変換するものである。なお、この電圧ＶＴは、差動増幅器１０６の出力電圧Ｖｄと加算されて、ヒーター駆動回路１０８へと印加される。
なお、この場合、差動増幅器１０６の反転入力端子に印加される基準電圧Ｖｒは、目的とするレーザービームの基準波長λｒに応じた前述の基準電圧Ｖｒと、サーミスタ１１０における所定の基準温度に応じた電圧と、を加算したものとなる。
このように、マルチモードの場合にあっても、周波数電圧変換器１０５や差動増幅器１０６による制御を活かしたままで、本発明に係る波長安定化のための温度制御を実施させるのである。なぜなら、周波数電圧変換器１０５等のアナログ回路構成の場合、マルチモードであるか否かの検出や、周波数電圧変換器１０５等の動作を停止させる仕組みの実現は、現実的には困難を極めるからである。
＝＝＝第２実施形態（温度調整制御部がデジタル回路構成の場合）＝＝＝
図５は、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザー装置４００の全体構成を示す図である。なお、図１に示した本発明の第１実施形態に係る半導体レーザー装置３００と同様の構成要素については同一の符号を付してある。
図５は、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザー装置４００の全体構成を示す図である。なお、図１に示した本発明の第１実施形態に係る半導体レーザー装置３００と同様の構成要素については同一の符号を付してある。
図５に示す半導体レーザー装置４００は、図１に示す半導体レーザー装置３００におけるアナログ回路構成の温度調整制御部を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２００によるデジタル回路構成へと置き換えた点が大きく相違する。以下、ＤＳＰ２００及びその周辺回路について説明する。
ラインＣＣＤ１０３の受光素子１１２の数は、第１実施形態と同様に、最低限、干渉縞の１Λ分の縞を検出するために、最小２個必要となる。なお、実際には、レーザー波長の変動分を吸収するために、干渉縞の２Λ分の縞を検出することが最も効率的である。また、実際には、干渉縞の２Λ分の縞を検出するためのラインＣＣＤ１０３の分解能Δ２Λとの兼ね合いで、受光素子１１２の数は、高速フーリエ変換の場合、一般的な離散フーリエ変換のサンプリング数が１／２で済むことより、“２Λ÷分解能Δ２Λ÷２”で定められることになる。例えば、ラインＣＣＤ１０３の分解能Δ２Λを“２Λ／１０２４”とした場合、干渉縞の２Λ分の縞を検出するためには、５１２個（＝２Λ÷（２Λ／１０２４）÷２）の受光素子１１２が最低限必要となる。
干渉縞の２Λ分の縞を検出することが最も効率的となる点について詳述する。すなわち、レーザー波長の変動分は実際上ごくわずかであるため、その変動分を吸収するためには数多くの干渉縞の縞を検出する必要性がない。また、後述のＤＳＰ２００における高速フーリエ変換処理において、矩形波状の時間窓（サンプリングデータ取り込み区間）関数を採用してある。この場合、例えば、三角波状等のその他の時間窓関数を採用した場合と対比して、ラインＣＣＤ１０３の分解能は向上するが、その一方で、時間窓とサンプリング波形の１周期の非同期に伴うフーリエスペクトルの誤差（波形の不連続性）が発生する。ここで、矩形波状の時間窓関数は時間窓を整数倍にすることで、フーリエスペクトルの誤差を回避できるため、最低限度の時間窓を２倍に拡張すれば済む。ゆえに、干渉縞の２Λ分の縞を検出することが、最も効率的となる。
Ａ／Ｄ変換器２０６は、ラインＣＣＤ１０３において生成されたアナログ量の検出信号ＣＣＤＯＵＴを、デジタル量へと変換するものである。なお、Ａ／Ｄ変換後の検出信号ＣＣＤＯＵＴは、ＤＳＰ２００へと供給される。
ＤＳＰ２００は、本発明に係る『デジタル信号処理部』の一実施形態である。
ＤＳＰ２００は、本発明に係る波長安定化のための温度制御を実施するレーザー制御部２０１を有する。また、レーザー制御部２０１は、周波数検出部２０２と、発振モード検出部２０３と、を有する。なお、レーザー制御部２０１、周波数検出部２０２、発振モード検出部２０３における各処理は、ＤＳＰ２００の乗加算演算器を利用したソフトウェア処理となる。
ＤＳＰ２００は、本発明に係る波長安定化のための温度制御を実施するレーザー制御部２０１を有する。また、レーザー制御部２０１は、周波数検出部２０２と、発振モード検出部２０３と、を有する。なお、レーザー制御部２０１、周波数検出部２０２、発振モード検出部２０３における各処理は、ＤＳＰ２００の乗加算演算器を利用したソフトウェア処理となる。
周波数検出部２０２は、Ａ／Ｄ変換後の検出信号ＣＣＤＯＵＴに離散フーリエ変換処理（好ましくは高速フーリエ変換処理）を施して、フーリエスペクトルを取得するものである。さらに、周波数検出部２０２は、フーリエスペクトルのうち最大パワーのメインスペクトルの周波数Ｆ０を検出するものとする。
なお、図７に、高速フーリエ変換処理により得られるフーリエスペクトルの一例を示す。図７に示すように、フーリエスペクトルは、周波数（Ｈｚ）対パワー又はフーリエスペクトル密度（ｄｂ）の分布である。また、フーリエスペクトルは、最大パワーとなる周波数Ｆ０のメインスペクトルを基準として、周波数Ｆｋ（ｋ＝０〜ｎ）のサブスペクトルが左右対称に出現するものである。なお、高速フーリエ変換の場合、左右の一方のサブスペクトルが得られることになる。このように、周波数検出部２０２は、検出信号ＣＣＤＯＵＴの周波数ｆｄを、一般的な高速フーリエ変換処理によって得られるメインスペクトルの周波数Ｆ０として、簡易的に求める。
発振モード検出部２０３は、周波数検出部２０２において取得したフーリエスペクトルの各周波数成分の状態に応じて、半導体レーザー素子１００の発振状態がシングルモード又はマルチモードのいずれに属するかを判定する。このように、シングルモード又はマルチモードの判定についても、一般的な高速フーリエ変換処理によって得られる周期性を有したフーリエスペクトルに基づいて、簡易に実施できる。
レーザー制御部２０１は、周波数検出部２０２において取得したフーリエスペクトルの基本周波数ｆ０と、目的とするレーザービームの基準波長λｒに応じた基準周波数ｆｒとを比較した結果に基づいて、ヒーター１０９の発熱量を制御するための制御信号ＴＣＴＬを生成する。なお、この制御信号ＴＣＴＬは、Ｄ／Ａ変換器２０４においてＤ／Ａ変換された後、ヒーター駆動回路１０８へと供給される。この結果、フーリエスペクトルの基本周波数ｆ０とレーザービームの基準周波数ｆｒとが一致する、すなわち、レーザービームの波長を安定化すべく、半導体レーザー素子１００の温度が安定化することとなる。
レーザー制御部２０１は、発振モード検出部２０３において、半導体レーザー素子１００の発振状態がマルチモードであるものと判定された場合、レーザービームを無効化させる制御を行うための制御信号ＬＣＴＬを生成する。なお、レーザービームを無効化させる制御としては、例えば、半導体レーザー素子１００から出射されるレーザービームをデフォーカスさせるものである。この制御信号ＬＴＣＬは、Ｄ／Ａ変換器２０５においてＤ／Ａ変換された後、半導体レーザーユニット５０周辺のサーボ機構（不図示）へと供給される。この結果、半導体レーザー素子１００の発振状態がマルチモードとなる場合に、不適切な半導体レーザー素子１００の温度制御がなされなくなる。
ところで、半導体レーザー素子１００の駆動を一旦停止させると、再び半導体レーザー素子１００を駆動した場合にその発振出力を安定化させるのに多くの時間を必要とする。このため、半導体レーザー素子１００は連続的に駆動させた方が好適である。よって、レーザー制御部２０１は、発振モード検出部２０３においてマルチモードであるもの判定された場合には、半導体レーザー素子１００の駆動を停止させる制御を行うのではなく、レーザービームを無効化させる制御を行うこととした。
図６は、ＤＳＰ２００の詳細な処理の流れを示すフローチャートである。
まず、ＤＳＰ２００は、Ａ／Ｄ変換器２０６よりＡ／Ｄ変換後の正弦波状の検出信号ＣＣＤＯＵＴを受信すると（Ｓ６００）、その検出信号ＣＣＤＯＵＴに対して高速フーリエ変換処理を施す（Ｓ６０１）。この結果、ＤＳＰ２００は、検出信号ＣＣＤＯＵＴに関するフーリエスペクトルを得る。さらに、ＤＳＰ２００は、フーリエスペクトルのうち、最大パワーのメインスペクトルの周波数Ｆ０を識別する（Ｓ６０２）。
まず、ＤＳＰ２００は、Ａ／Ｄ変換器２０６よりＡ／Ｄ変換後の正弦波状の検出信号ＣＣＤＯＵＴを受信すると（Ｓ６００）、その検出信号ＣＣＤＯＵＴに対して高速フーリエ変換処理を施す（Ｓ６０１）。この結果、ＤＳＰ２００は、検出信号ＣＣＤＯＵＴに関するフーリエスペクトルを得る。さらに、ＤＳＰ２００は、フーリエスペクトルのうち、最大パワーのメインスペクトルの周波数Ｆ０を識別する（Ｓ６０２）。
つぎに、ＤＳＰ２００は、フーリエスペクトルの出現周波数が、一定の周波数で安定するか（シングルモード）、若しくは、様々な不定の周波数として出現するか（マルチモード）を判定する（Ｓ６０３）。例えば、ＤＳＰ２００は、図７に示すように、フーリエスペクトルの周波数が、周波数Ｆ０のメインスペクトルを中心として左右対称且つ周期的に出現する場合、半導体レーザー素子１００の発振状態はシングルモードであるものと判定する。一方、フーリエスペクトルの出現周波数が、周波数Ｆ０のメインスペクトルを中心として左右対称且つ周期的に出現しないとき、半導体レーザー素子１００の発振状態はマルチモードであるものと判定する。
ＤＳＰ２００は、シングルモードではなくマルチモードと判定された場合（Ｓ６０３：マルチモード）、レーザービームを無効化させるための制御信号ＬＣＴＬを生成する（Ｓ６０４）。この結果、マルチモードの場合、レーザービームは無効化される。一方、ＤＳＰ２００は、シングルモードと判定された場合（Ｓ６０３：シングルモード）、取得したメインスペクトルの周波数Ｆ０が、目的とするレーザービームの基準周波数ｆｒと略一致するか否かを判定する（Ｓ６０５）。
ＤＳＰ２００は、メインスペクトルの周波数Ｆ０と基準周波数ｆｒが略一致するものと判定された場合（Ｓ６０５：ＹＥＳ）、半導体レーザー素子１００の波長が安定化されたものと見なす。一方、ＤＳＰ２００は、メインスペクトルの周波数Ｆ０と基準周波数ｆｒが略一致しないものと判定された場合（Ｓ６０５：ＮＯ）、メインスペクトルの周波数Ｆ０が基準周波数ｆｒよりも高いか否かを判定する（Ｓ６０６）。
ＤＳＰ２００は、メインスペクトルの周波数Ｆ０が基準周波数ｆｒよりも低いと判定した場合（Ｓ６０６：ＮＯ）、レーザービームの検出波長λｄは目的とする基準波長λｒよりも長いため、ヒーター１０９を冷却してその温度を降下させるための制御信号ＴＣＴＬを生成する（Ｓ６０７）。この結果、ヒーター１０９の冷却によって、レーザービームの検出波長λｄが短くなり、ひいては、メインスペクトルの周波数Ｆ０が高くなる。
一方、ＤＳＰ２００は、メインスペクトルの周波数Ｆ０が基準周波数ｆｒよりも高いと判定した場合（Ｓ６０６：ＹＥＳ）、レーザービームの検出波長λｄは目的とする基準波長λｒよりも短いため、ヒーター１０９を加熱してその温度を上昇させるための制御信号ＴＣＴＬを生成する（Ｓ６０７）。この結果、ヒーター１０９の加熱によって、レーザービームの検出波長λｄが長くなり、ひいては、メインスペクトルの周波数Ｆ０が低くなる。
そして、ＤＳＰ２００は、メインスペクトルの周波数Ｆ０が基準周波数ｆｒと略一致するまで（Ｓ６０５：ＹＥＳ）、Ｓ６００からＳ６０８までの処理を繰り返し行うこととなる。
＜その他の実施形態＞
なお、前述した第１実施形態及び第２実施形態において、ラインＣＣＤ１０３を採用するのではなく、少なくとも２つの受光素子１１２を、第１及び第２ビームによる干渉縞の縞に対向して配設させる。また、受光素子１１２の配設間隔は、干渉縞の縞間隔Λの整数倍の間隔と一致させる。ここで、少なくとも２つの受光素子１１２夫々が干渉縞の縞の位置と対向する場合、少なくとも２つの受光素子１１２夫々の受光レベルは概略一致する。また、少なくとも１つの受光素子１１２と対向する干渉縞の縞の位置がずれた場合、少なくとも２つの受光素子１１２夫々の受光レベルは不一致となる。よって、少なくとも２つの受光素子１１２夫々の受光レベル（例えば、ピークレベル）を一致させることで、干渉縞の縞間隔Λを簡易的に一定化させることもできる。
なお、前述した第１実施形態及び第２実施形態において、ラインＣＣＤ１０３を採用するのではなく、少なくとも２つの受光素子１１２を、第１及び第２ビームによる干渉縞の縞に対向して配設させる。また、受光素子１１２の配設間隔は、干渉縞の縞間隔Λの整数倍の間隔と一致させる。ここで、少なくとも２つの受光素子１１２夫々が干渉縞の縞の位置と対向する場合、少なくとも２つの受光素子１１２夫々の受光レベルは概略一致する。また、少なくとも１つの受光素子１１２と対向する干渉縞の縞の位置がずれた場合、少なくとも２つの受光素子１１２夫々の受光レベルは不一致となる。よって、少なくとも２つの受光素子１１２夫々の受光レベル（例えば、ピークレベル）を一致させることで、干渉縞の縞間隔Λを簡易的に一定化させることもできる。
図１１は、この場合の半導体レーザー装置の構成を示したものである。なお、図１１に示した構成において、図１に示したラインＣＣＤ１０３を２つの受光素子１１２に置き換え、周波数電圧変換器１０５を差動増幅器１３０に置き換えたものである。
図１１に示すように、２つの受光素子１１２の配設間隔を、例えば、干渉縞の縞間隔６Λの間隔とした。よって、２つの受光素子１１２夫々が干渉縞の縞の位置と対向する場合、２つの受光素子１１２の受光レベルは概略一致する。そこで、基準電圧源１０７の基準電圧Ｖｒを、２つの受光素子１１２０の受光レベルが概略一致したときの差動増幅器１３０の出力電圧Ｖｄに設定しておく。
そして、差動増幅器１０６は、非反転入力端子に印加される差動増幅器１３０の出力電圧Ｖｄと、反転入力端子に印加される基準電圧源１０７の基準電圧Ｖｒを差動増幅した出力電圧ＶＣＴＬを生成し、この出力電圧ＶＣＴＬをもとに、ヒーター駆動回路１０８を介してヒーター１０９が駆動される。この結果、半導体レーザー素子１００の温度、ひいては、レーザービームの発振波長が調整され、干渉縞の縞間隔が変動する。
ゆえに、差動増幅器１０６の出力電圧ＶＣＴＬのレベルが減少する、すなわち、２つの受光素子１１２の受光レベルが概略一致したとき、レーザービームの発振波長λは安定化することになる。
ゆえに、差動増幅器１０６の出力電圧ＶＣＴＬのレベルが減少する、すなわち、２つの受光素子１１２の受光レベルが概略一致したとき、レーザービームの発振波長λは安定化することになる。
＝＝＝ホログラム装置への適用＝＝＝
半導体レーザー装置３００、４００のような本発明に係る半導体レーザー装置は、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ規格等の既存の光ディスクに対して赤色レーザービームを照射して情報の記録再生を行う既存の光ディスク装置や、ＢｌｕｅＲａｙやＨＤＤＶＤ等の次世代光ディスクに対して青色レーザービームを照射して情報を記録再生するための次世代光ディスク装置に組み込むことができる。
半導体レーザー装置３００、４００のような本発明に係る半導体レーザー装置は、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ規格等の既存の光ディスクに対して赤色レーザービームを照射して情報の記録再生を行う既存の光ディスク装置や、ＢｌｕｅＲａｙやＨＤＤＶＤ等の次世代光ディスクに対して青色レーザービームを照射して情報を記録再生するための次世代光ディスク装置に組み込むことができる。
さらに、本発明に係る半導体レーザー装置は、光感受性樹脂等の媒体に干渉縞として情報の記録再生を行うホログラム装置に組み込むこともできる。なお、光ディスク装置と同等もしくはそれ以上の高精度な制御が要求されるホログラム装置において、レーザービームの波長を安定化させることは非常に重要である。よって、以下では、本発明に係る半導体レーザー装置を組み込んだホログラム装置について説明する。
＜ホログラム装置の概要＞
デジタルデータがホログラムとして記録されるホログラム記録用媒体としては、例えばガラス基板で光感受性樹脂（例えば、フォトポリマー）を封止して設けられたものがある。ホログラム記録用媒体にデジタルデータをホログラムとして記録させる場合、まず、半導体レーザー装置からの可干渉性のレーザービームをＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）にて２つのレーザービームに分離する。そして、一方のレーザービーム（以下、『参照ビーム』と称する。）と、デジタルデータが２次元濃淡画像パターンとして形成されたＳＬＭ（Spatial Light Modulator；空間光変調器）に他方のレーザービームを照射させることで当該２次元濃淡画像パターンの情報が反映されたレーザービーム（以下、『データビーム』と称する。）と、をホログラム記録用媒体に対して所定角度で入射させる。この結果、記録すべきデジタルデータがホログラム記録用媒体に記録される。
デジタルデータがホログラムとして記録されるホログラム記録用媒体としては、例えばガラス基板で光感受性樹脂（例えば、フォトポリマー）を封止して設けられたものがある。ホログラム記録用媒体にデジタルデータをホログラムとして記録させる場合、まず、半導体レーザー装置からの可干渉性のレーザービームをＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）にて２つのレーザービームに分離する。そして、一方のレーザービーム（以下、『参照ビーム』と称する。）と、デジタルデータが２次元濃淡画像パターンとして形成されたＳＬＭ（Spatial Light Modulator；空間光変調器）に他方のレーザービームを照射させることで当該２次元濃淡画像パターンの情報が反映されたレーザービーム（以下、『データビーム』と称する。）と、をホログラム記録用媒体に対して所定角度で入射させる。この結果、記録すべきデジタルデータがホログラム記録用媒体に記録される。
詳述すると、ホログラム記録用媒体を構成する光感受性樹脂は、有限数のモノマー（Monomer）を有し、参照ビームとデータビームとからなるレーザービーム（以下、レーザービームと略する）が照射されることにより、当該レーザービームの光量及び照射時間からなるエネルギーに応じてモノマーがポリマー（Polymer）に変化する。そして、このモノマーがポリマーに変化することにより、レーザービームのエネルギーに応じたポリマーからなる干渉縞が形成される。また、この干渉縞がホログラム記録用媒体中に形成されることで、デジタルデータがホログラムとして記録される。その後、残ったモノマーが、モノマーが消費された位置へ移動（拡散）し、さらに、レーザービームが照射されることによって、ポリマーへと変化する。なお、ホログラム記録用媒体中において、レーザービームのエネルギーに応じてモノマーがポリマーへと変化するときの様子を模式的に示した図を図８に示す。
また、ホログラム記録用媒体に記録させるデジタルデータが大量の場合、参照ビームのホログラム記録用媒体への入射角を変えることによって多数のホログラムを形成する、所謂角度多重記録を行うことが可能である。例えば、ホログラム記録用媒体へ形成された１つのホログラムをページと称し、多数のページからなる多重ホログラムをブックと称する。図９は、角度多重記録におけるブックとページを模式的に示した図である。図９に示すように、角度多重記録においては、１つのブックに対して、参照ビームの入射角を変えることによって、例えば１０ページのホログラムが形成される。このように、角度多重記録によって、大量のデジタルデータを記録できる。
また、ホログラム記録用媒体からデジタルデータを再生する場合、当該デジタルデータを示す干渉縞に、当該干渉縞が形成されたときと同じ入射角で参照ビームを入射し、当該干渉縞にて回折された参照ビーム（以下、再生ビームという）を、イメージセンサ等で受光する。イメージセンサ等で受光した再生ビームは、前述したデジタルデータを示す２次元濃淡画像パターンとなる。そして、２次元濃淡画像パターンからデジタルデータをデコーダ等で復号化することで、デジタルデータを再生できる。
＜ホログラム装置の全体構成＞
図１０をもとに、本発明の一実施形態に係るホログラム装置の構成について説明する。なお、図１０に示すホログラム装置は、ホログラム記録用媒体２２に対してホログラム記録及びホログラム再生をともに実行可能なホログラム記録再生装置の場合である。勿論、ホログラム記録又はホログラム再生のいずれか一つを実行可能なホログラム装置としてもよい。
図１０をもとに、本発明の一実施形態に係るホログラム装置の構成について説明する。なお、図１０に示すホログラム装置は、ホログラム記録用媒体２２に対してホログラム記録及びホログラム再生をともに実行可能なホログラム記録再生装置の場合である。勿論、ホログラム記録又はホログラム再生のいずれか一つを実行可能なホログラム装置としてもよい。
インタフェース３は、接続端子４を介して接続されるホスト機器（パーソナルコンピュータ、ワークステーション等）と、ホログラム装置と、の間のデータ授受を行う。
バッファ５は、ホログラム記録用媒体２２に記録されているホログラムを再生するためのホスト機器からの再生指示データが記憶される。また、バッファ５は、ホスト機器からのビット列データをホログラム記録用媒体２２に記録させるための記録指示データが記憶される。更に、バッファ５は、ホログラム記録用媒体２２に記録させるビット列データが記憶される。
再生・記録判別部６は、バッファ５に再生指示信号又は記録指示信号が記録されているか否かを所定のタイミングで判別する。再生・記録判別部６は、バッファ５に再生指示データが記憶されていると判別すると、ホログラム装置にて再生処理を実行するための指示信号をＣＰＵ１に送信する。また、再生・記録判別部６は、バッファ５に記録指示データが記憶されていると判別すると、ホログラム装置にて記録処理を実行するための指示信号をＣＰＵ１に送信し、ホスト機器からのホログラム記録用媒体２２に記憶させるデータをエンコーダ７に送信させる。さらに、再生・記録判別部６は、ホログラム記録用媒体２２に記憶させるデータ量の情報をＣＰＵ１に送信する。
エンコーダ７は、まず、バッファ５から転送されたビット列データを、ＳＲＡＭやＤＲＡＭ等のエンコーダ７がアクセス可能なメモリ（不図示）へと記憶する。そして、エンコーダ７は、そのメモリに記憶されたビット列データに対して誤り訂正符号の付与等の符号化処理を施した後、マッピング処理部８へと供給する。ここで、符号化処理が施された単位ビット列データのことを、変調コードと称する。
マッピング処理部８は、エンコーダ７から供給された変調コードを、その配列パターンである変調画像データ（例えば、縦１２８０ビット×横１２８０ビット≒１．６メガビット）へと変換する。そして、マッピング処理部８は、その変調画像データをＳＬＭ９へと供給する。
ＳＬＭ９は、エンコーダ７より供給された変調画像データに基づいた２次元濃淡画像パターンを形成する。ここで、２次元濃淡画像パターンとは、例えば、変調画像データを構成する各ビットの一方のビット値（例えば、“１”）を明点（濃）に、他方のビット値（例えば、“０”）を暗点（淡）に設定したものである。なお、当該明点を反映したデータビームはモノマーを消費させる光強度を有し、当該暗点を反映したデータビームはモノマーの消費には至らない光強度を有する。
ここで、ＳＬＭ９は、例えば、約１．６メガビットの変調画像データを、縦１２８０ピクセル×横１２８０ピクセルのドットパターンとして表現する。また、ＳＬＭ９は、レーザー装置１０からのレーザービームが入射されるとフーリエ変換レンズ２１へと反射する。この反射されたレーザービームは、ＳＬＭ９にて形成された２次元濃淡画像パターンの情報が反映されたレーザービーム（以下、『データビーム』と称する。）となる。なお、図１０に示すように、ＰＢＳ１３からの他方のレーザービームが直接的にＳＬＭ９に入射される場合に限定するものではない。例えば、第２シャッター１４とＳＬＭ９との光路上にＰＢＳ（不図示）を設けて、そのＰＢＳから分離したレーザービームがＳＬＭ９に入射される場合であってもよい。
レーザー装置１０は、時間的コヒーレンス、空間的コヒーレンスに優れた可干渉性のレーザービームを第１シャッター１１に出射する。レーザー装置１０としては、ホログラムをホログラム記録用媒体２２に形成すべく、例えば、ヘリウムネオンレーザー、アルゴンネオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー、半導体レーザー、色素レーザー、ルビーレーザー等が用いられる。
ＣＰＵ１は、ホログラム装置全体（システム）を統括制御するものである。まず、ＣＰＵ１は、再生・記録判別部６からの記録指示データに基づく指示信号を受信すると、ホログラム記録用媒体２２に形成されているピットからアドレス情報を読出す。そして、ＣＰＵ１は、サーボレーザー装置１９からのレーザービーム（以下、『サーボレーザービーム』と称する。）を、次のアドレス情報を示すホログラム記録用媒体２２に設けられたピットに照射させるべく、ホログラム記録用媒体２２を回転させるための指示信号をディスク制御部２４に送信する。
また、ＣＰＵ１は、ガルボミラー制御部１７に対して、ガルボミラー１６の傾き角を調整させるための指示信号を送信する。また、ＣＰＵ１は、再生・記録判別部６からのデータ量の情報に基づいて、ホログラム記録用媒体２２に形成させるホログラムの数（つまり、ページ数）を算出する。また、ＣＰＵ１は、第１シャッター制御部１２、第２シャッター制御部１５に、第１シャッター１１、第２シャッター１４を夫々開状態とするための指示信号を送信する。この結果、ホログラム記録用媒体２２へのホログラム記録が開始される。そして、ＣＰＵ１は、記録指示データに基づく記録処理が終了した場合、第１シャッター制御部１２と第２シャッター制御部１５に対して、第１シャッター１１と第２シャッター１４を夫々閉状態とするための指示信号を送信する。この結果、ホログラム記録用媒体２２へのホログラム記録が終了する。
一方、ＣＰＵ１は、再生・記録判別部６からの再生指示データに基づく指示信号を受信すると、ホログラム記録用媒体２２に形成されている当該再生指示信号に応じたアドレス情報を示すピットに対して、サーボレーザー装置１９からのサーボレーザービームを照射させるべく、ホログラム記録用媒体２２を回転させるための指示信号をディスク制御部２４に送信する。
また、ＣＰＵ１は、再生指示データに基づく指示信号を受信すると、第１シャッター制御部１２に第１シャッター１１を開状態とするための指示信号を送信するとともに、第２シャッター制御部１５に第２シャッター１４を閉状態とするための指示信号を送信する。また、ＣＰＵ１は、ガルボミラー制御部１７に対して、ガルボミラー１６の傾き角を調整させるための指示信号を送信する。この結果、ホログラム記録用媒体２２からのホログラム再生が開始される。そして、ＣＰＵ１は、再生指示データに基づく再生処理において所定時間が経過したと判別すると、第１シャッター制御部１２に第１シャッター１１を閉状態とするための指示信号を送信する。この結果、ホログラム記録用媒体２２からのホログラム再生が終了する。
第１シャッター制御部１２は、ＣＰＵ１からの指示信号に基づいて、第１シャッター１１を開状態又は閉状態とするための制御を行う。また、第１シャッター制御部１２は、イメージセンサ制御部２８からの指示信号に基づいて、第１シャッター１１を閉状態とするための制御を行う。第１シャッター制御部１２は、第１シャッター１１を開状態とするとき、第１シャッター１１に開状態指示信号を送信する。また、第１シャッター制御部１２は、第１シャッター１１を閉状態とするとき、第１シャッター１１に閉状態指示信号を送信する。
第１シャッター１１は、第１シャッター制御部１２からの開状態指示信号に基づいて開状態となる。あるいは、第１シャッター１１は、第１シャッター制御部１２からの閉状態指示信号に基づいて閉状態となる。第１シャッター１１が閉状態となると、レーザー装置１０からのレーザービームの１／２波長板３１への入射が遮断されることとなる。
１／２波長板３１は、レーザー装置１０からのレーザービームがＰＢＳ１３へ入射される角度を定めるために、所定の傾きで設けられる。なお、１／２波長板３１の所定の傾きは、ＰＢＳ１３において２つのレーザービームに分離される割合を所望の割合とすべく、定められる。
ＰＢＳ１３は、１／２波長板３１からのレーザービームを２つのレーザービームに分離する。ＰＢＳ１３にて分離された一方のレーザービームは、第２シャッター１４に入射される。また、他方のレーザービーム（以下、『参照ビーム』と称する。）は、ガルボミラー１６に入射される。
ガルボミラー１６は、ＰＢＳ１３からの参照ビームをダイクロックミラー１８へ反射する。
ＰＢＳ１３は、１／２波長板３１からのレーザービームを２つのレーザービームに分離する。ＰＢＳ１３にて分離された一方のレーザービームは、第２シャッター１４に入射される。また、他方のレーザービーム（以下、『参照ビーム』と称する。）は、ガルボミラー１６に入射される。
ガルボミラー１６は、ＰＢＳ１３からの参照ビームをダイクロックミラー１８へ反射する。
ガルボミラー制御部１７は、ＣＰＵ１からの指示信号に基づいて、ガルボミラー１６にて反射された参照ビームが、ダイクロックミラー１８やスキャナレンズ２０を介してホログラム記録用媒体２２に入射される角度を調整すべく、ガルボミラー１６の傾き角を調整する。ホログラム記録時において、ガルボミラー制御部１７によるガルボミラー１６の傾き角調整は、ホログラム記録用媒体２２に２次元濃淡画像パターンの情報をホログラムとして記録させるために行われる。
詳述すると、データビームと参照ビームがホログラム記録用媒体２２内で干渉されることにより三次元の干渉縞（ホログラム）が形成される。つまり、このホログラム記録用媒体２２にホログラムが形成されることによって、ＳＬＭ９で設定された２次元濃淡画像パターンの情報が記録されることとなる。また、ガルボミラー制御部１７は、ガルボミラー１６の傾き角を調整、すなわち、参照ビームのホログラム記録用媒体２２への入射角を調整することで、角度多重記録を可能としている。ここで、ホログラム記録用媒体２２に形成された１つのホログラムをページと称し、角度多重記録にて多数のページが重なって成る多重記録ホログラムをブックと称する。
また、ホログラム再生時において、ガルボミラー制御部１７は、ホログラム記録用媒体２２に形成されたホログラムに参照ビームを入射させるべく、ガルボミラー１６の傾き角を調整する。なお、ホログラム再生時のガルボミラー１６の傾き角調整は、ホログラム記録時の参照ビームと同一入射角で当該参照ビームをホログラムに入射させるべく実行される。
サーボレーザー装置１９は、ホログラム記録用媒体２２に設けられたピットを照射することによって、当該ピットが示すアドレス情報に基づいて当該ホログラム記録用媒体２２に形成されたホログラムの位置を検出すべく、サーボレーザービームをダイクロックミラー１８に出射する。サーボレーザー装置１９から出射されるサーボレーザービームは、ホログラム記録用媒体２２に形成されたホログラムに影響ない所定波長のビームである。なお、本実施形態においては、レーザー装置１０から出射されるレーザービームに青色レーザービームを使用し、当該青色レーザービームよりも長い波長である赤色レーザービームをサーボレーザービームとして使用するものとする。
サーボレーザー装置１９からのサーボレーザービームの出射は、例えば、ホログラム装置が起動開始するとともにサーボレーザービームの出射を開始し、当該ホログラム装置が起動している間、サーボレーザービームを出射し続けるものである。しかし、サーボレーザー装置１９はサーボレーザービームを出射し続けるものとしているが、これに限定するものではない。例えば、ホログラム装置によるホログラム記録用媒体２２へのデータの記録時には、当該ホログラム記録用媒体２２は停止状態となる。そのため、サーボレーザービームのピットへの照射が必ずしも必要とされない期間では、サーボレーザー装置１９によるサーボレーザービームの照射を停止するようにしても良い。この結果、サーボレーザー装置１９のサーボレーザービームの出射に係る負荷を減じることができる。
ダイクロックミラー１８は、ガルボミラー１６にて反射された参照ビームを透過してスキャナレンズ２０へと入射させるものである。また、ダイクロックミラー１８は、サーボレーザー装置１９から出射されたサーボレーザービームを反射してスキャナレンズ２０へと入射させるものである。
スキャナレンズ２０は、ダイクロックミラー１８を介して入射されるガルボミラー制御部１７にて傾き角が調整されたガルボミラー１６からの参照ビームを、ホログラム記録用媒体２２に確実に照射させるべく当該参照ビームを屈折させる。また、スキャナレンズ２０は、ダイクロックミラー１８にて反射させたサーボレーザー装置１９からのサーボレーザービームを、ホログラム記録用媒体２２に入射させる。
第２シャッター制御部１５は、ＣＰＵ１からの指示信号に基づいて、第２シャッター１４を開状態又は閉状態とするための制御を行う。第２シャッター制御部１５は、第２シャッター１４を開状態とするとき、第２シャッター１４に開状態指示信号を送信する。また、第２シャッター制御部１５は、第２シャッター１４を閉状態とするとき、第２シャッター１４に閉状態指示信号を送信する。
第２シャッター１４は、第２シャッター制御部１５からの開状態指示信号に基づいて開状態となる。或いは、第２シャッター１４は、第２シャッター制御部１５からの閉状態指示信号に基づいて閉状態となる。第２シャッター１４が閉状態となると、ＰＢＳ１３にて分離された一方のレーザービームのＳＬＭ９への入射が遮断されることとなる。なお、第２シャッター１４は、ＳＬＭ９からフーリエ変換レンズ２１を介してホログラム記録用媒体２２へ入射されるデータビームの光路上に設けてもよい。
フーリエ変換レンズ２１は、ＳＬＭ９からのデータビームを集光しつつ、当該データビームに対してフーリエ変換処理を施した後にホログラム記録用媒体２２に入射させるものである。
ホログラム記録用媒体２２は、データをホログラムとして記憶可能な光感受性樹脂（例えば、フォトポリマー・銀塩乳剤・重クロム酸ゼラチン・フォトレジスト等）が用いられ、当該光感受性樹脂をガラス基板で封止して構成されている。ホログラム記録用媒体２２には、フーリエ変換レンズ２１からの２次元濃淡画像パターンを示すフーリエ変換されたデータビームと、スキャナレンズ２０からの参照ビームとの干渉からホログラムが形成される。そして、ホログラム記録用媒体２２は、ガルボミラー制御部１７によるガルボミラー１６の傾き角の調整が行われる。また、傾き角調整後のガルボミラー１６からの参照ビームとデータビームとの干渉によって角度多重記録が行われて、ブックが形成される。
また、ホログラム記録用媒体２２を構成するガラス基板には、例えば予めウォブル（Wobble）が形成されており、当該ホログラム記録用媒体２２に形成されるホログラムの位置を定めるためのアドレス情報が、ピットとして当該ウォブルに予め形成されている。そして、スキャナレンズ２０から入射されるサーボレーザー装置１９からのサーボレーザービームがアドレス情報を示すピットに照射される。アドレス情報を示すピットを照射した後のサーボレーザービームは、ディテクタ２３に入射される。
フーリエ変換レンズ２６は、ホログラム再生時において、ホログラム記録用媒体２２に対して参照ビームが入射された際に、ホログラム記録用媒体２２に記録されたホログラムによって回折されたビーム（以下、再生ビームという）が入射される。なお、ホログラム再生時の参照ビームの入射角は、その再生対象となるホログラム記録時の参照ビームの入射角と同一であることが要求される。そして、フーリエ変換レンズ２６は、逆フーリエ変換が施された再生ビームを、イメージセンサ２７へと出射する。
イメージセンサ２７は、フーリエ変換レンズ２６より逆フーリエ変換された再生ビームが入射される。イメージセンサ２７は、例えばＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサから構成されており、当該再生ビームからＳＬＭ９において設定された２次元濃淡画像パターンを再現させる。ここで、再現された２次元濃淡画像パターンのことを、キャプチャ画像パターンと称する。イメージセンサ２７は、イメージセンサ制御部２８からの指示信号に基づいて、キャプチャ画像パターンの明暗（濃淡）レベルを電気信号の強弱レベルへと変換する。そして、キャプチャ画像パターンの明暗の光量に応じたアナログ量の変調画像データをフィルタ２９へと供給する。なお、本実施形態において、イメージセンサ制御部２８においてイメージセンサ２７に所定の光量以上の再生ビームが照射された旨が判別された場合、イメージセンサ制御部２８は、第１シャッター制御部１２に第１シャッター１１を閉状態とするための指示信号を送信することとする。
また、本実施形態においては、ＳＬＭ９とイメージセンサ２７は、同一画像サイズ（例えば、１２８０ピクセル×１２８０ピクセル）のパターンを形成可能とする。なお、本実施形態においては、ＳＬＭ９とイメージセンサ２７は、同一画像サイズのパターンを形成可能とするがこれに限るものではない。例えば、イメージセンサ２７の画像サイズをＳＬＭ９の画像サイズより大きく設定してもよい。イメージセンサ２７の画像サイズをＳＬＭ９の画像サイズより大きく設定することによって、フーリエ変換レンズ２６からの再生ビームが、イメージセンサ２７に確実に照射されることとなり、ＳＬＭ９において設定された２次元濃淡画像パターンの再現を確実に行うことが可能となる。また、イメージセンサ制御部２８によるイメージセンサ２７の所定位置への移動処理が、高精度で要求されることを軽減することが可能となる。
フィルタ２９は、デコーダ３０による２値化処理の分離性を高めるべく、イメージセンサ２７から供給されたアナログ量の変調画像データに対してフィルタ処理を行う。つまり、イメージセンサ２７にて取り込まれたキャプチャ画像パターンは、データビームや再生ビーム等が受けるノイズなどにより、ＳＬＭ９において設定された２次元濃淡画像パターンと比較して、明点と暗点の分離性が悪化する場合がある。この場合、アナログ量の変調画像データが、明点を示すレベルであるか、暗点を示すレベルであるかをデコーダ３０にて適切に判別できず、２値化処理が適切に行われないこととなる。そこで、フィルタ２９は、自身のフィルタ処理として、アナログ量の変調画像データのレベル補正を行う。
なお、本実施形態においては、フィルタ２９とデコーダ３０の間に２値化処理部（不図示）が設けられ、フィルタ２９においてフィルタ処理が施された変調画像データの２値化処理が行われることとする。そして、２値化されたデジタル量の変調画像データが、デコーダ３０へと供給されるものとする。
デコーダ３０は、フィルタ２９からの変調画像データに対して誤り訂正等の復号化処理を行う。
デコーダ３０は、フィルタ２９からの変調画像データに対して誤り訂正等の復号化処理を行う。
ディテクタ２３は、サーボレーザー装置１９からのサーボレーザービームが、ホログラム記録用媒体２２に形成されたアドレス情報を示すピットを照射した後の当該サーボレーザービームが入射される。ディテクタ２３は、例えば、４分割フォトダイオードから構成され、当該４分割フォトダイオードが検出するサーボレーザービームの光量情報をディスク制御部２４に送信する。また、ディテクタ２３は、アドレス情報を示すピットを照射したサーボレーザービームに基づいて、当該アドレス情報をＣＰＵ１に送信する。
ディスク制御部２４は、ディテクタ２３からのサーボレーザービームの光量情報に基づいて、ディスク駆動部２５をサーボ制御する。また、ディスク制御部２４は、再生又は記録時において、ＣＰＵ１からの指示信号に基づいて、ホログラム記録用媒体２２の所望のアドレス情報を示すピットにサーボレーザービームを照射させるべく、ホログラム記録用媒体２２を回転させるための指示信号をディスク駆動部２５に送信する。また、ディスク制御部２４は、前述したブックがホログラム記録用媒体２２に形成されたとき、ホログラム記録用媒体２２のその他の位置にホログラムを形成させるべく、当該ホログラム記録用媒体２２を回転させるための指示信号をディスク駆動部２５に送信する。
メモリ２は、例えば、不揮発性メモリが採用され、ＣＰＵ１が前述した処理を行うためのプログラムデータが予め記憶される。また、メモリ２は、ホログラム記録用媒体２２に形成されているピットから読み出されたアドレス情報が記憶される。
ここで、ホログラム装置が有するレーザー装置１０として、半導体レーザーを採用する場合、レーザー装置１０は、図１に示した半導体レーザーユニット５０や、図５に示した半導体レーザーユニット５０に相当するものとなる。よって、レーザー装置１０は、図１及び図５に示すように、半導体レーザー素子１００と、ヒーター１０９と、また必要に応じてサーミスタ１１０と、を一体化したユニットとする。さらに、レーザー装置１０の周辺回路として、本発明に係る温度調整制御部をアナログ回路構成とする場合には、図１に示した各構成要素（１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８）を設けることとする。また、レーザー装置１０の周辺回路として、本発明に係る温度調整制御部をデジタル回路構成とする場合には、図５に示した各構成要素（１０１、１０２、１０３、１０４、１０８、２００、２０４、２０５、２０６）を設けることとする。
このように、高精度な制御が要求されるホログラム装置において、レーザービームの波長安定化を簡易に実現することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、前述した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
１ ＣＰＵ ２ メモリ
３ インタフェース ４ 接続端子
５ バッファ ６ 再生・記録判別部
７ エンコーダ ８ マッピング処理部
９ ＳＬＭ １０ レーザー装置
１１ 第１シャッター １２ 第１シャッター制御部
１３ ＰＢＳ １４ 第２シャッター
１５ 第２シャッター制御部 １６ ガルボミラー
１７ ガルボミラー制御部 １８ ダイクロックミラー
１９ サーボレーザー装置 ２０ スキャナレンズ
２１、２６ フーリエ変換レンズ
２２ ホログラム記録用媒体 ２３ ディテクタ
２４ ディスク制御部 ２５ ディスク駆動部
２７ イメージセンサ ２８ イメージセンサ制御部
２９ フィルタ ３０ デコーダ
３１ １／２波長板 ５０ 半導体レーザーユニット
１００ 半導体レーザー素子 １０１ ＰＢＳ
１０２ シェアプレート １０３ ラインＣＣＤ
１０４ クロック生成回路 １０５ 周波数電圧変換器
１０６ 差動増幅器 １０７ 基準電圧源
１０８ ヒーター駆動回路 １０９ ヒーター
１１０ サーミスタ １１１ 温度電圧変換器
１１２ 受光素子 １２０ パワーモニタ回路
１２１ ＡＰＣ回路 １２２ レーザー駆動回路
２００ ＤＳＰ ２０１ レーザー制御部
２０２ 周波数検出部 ２０３ 発振モード検出部
２０４、２０５ Ｄ／Ａ変換器 ２０６ Ａ／Ｄ変換器
３００ 半導体レーザー装置 ４００ 半導体レーザー装置
５００ 半導体レーザー装置 ６００ 温度制御回路
３ インタフェース ４ 接続端子
５ バッファ ６ 再生・記録判別部
７ エンコーダ ８ マッピング処理部
９ ＳＬＭ １０ レーザー装置
１１ 第１シャッター １２ 第１シャッター制御部
１３ ＰＢＳ １４ 第２シャッター
１５ 第２シャッター制御部 １６ ガルボミラー
１７ ガルボミラー制御部 １８ ダイクロックミラー
１９ サーボレーザー装置 ２０ スキャナレンズ
２１、２６ フーリエ変換レンズ
２２ ホログラム記録用媒体 ２３ ディテクタ
２４ ディスク制御部 ２５ ディスク駆動部
２７ イメージセンサ ２８ イメージセンサ制御部
２９ フィルタ ３０ デコーダ
３１ １／２波長板 ５０ 半導体レーザーユニット
１００ 半導体レーザー素子 １０１ ＰＢＳ
１０２ シェアプレート １０３ ラインＣＣＤ
１０４ クロック生成回路 １０５ 周波数電圧変換器
１０６ 差動増幅器 １０７ 基準電圧源
１０８ ヒーター駆動回路 １０９ ヒーター
１１０ サーミスタ １１１ 温度電圧変換器
１１２ 受光素子 １２０ パワーモニタ回路
１２１ ＡＰＣ回路 １２２ レーザー駆動回路
２００ ＤＳＰ ２０１ レーザー制御部
２０２ 周波数検出部 ２０３ 発振モード検出部
２０４、２０５ Ｄ／Ａ変換器 ２０６ Ａ／Ｄ変換器
３００ 半導体レーザー装置 ４００ 半導体レーザー装置
５００ 半導体レーザー装置 ６００ 温度制御回路
Claims (18)
- レーザービームを発振出力する半導体レーザー素子を有した半導体レーザー装置において、
前記半導体レーザー素子の温度調整を行う温度調整部と、
前記半導体レーザー素子から発振出力されるレーザービームを互いに異なる光路を形成する第１ビーム及び第２ビームへと分離するレーザービーム分離部と、
前記第１及び前記第２ビームを干渉させて得られる複数の縞を有した干渉縞の縞間隔を一定とすべく、前記温度調整部における操作量を定める温度調整制御部と、
を有することを特徴とする半導体レーザー装置。 - 前記レーザービーム分離部は、
前記半導体レーザー素子から前記レーザービームの出射方向に向けて出射される前記レーザービームが入射され、主ビーム及び副ビームへと分離させるビームスプリッタを有しており、前記副ビームから前記第１及び前記第２ビームへと分離すること、を特徴とする請求項１に記載の半導体レーザー装置。 - 前記レーザービーム分離部は、
前記半導体レーザー素子から前記レーザービームの出射方向とは反対方向に向けて出射される前記レーザービームから、前記第１及び前記第２ビームへと分離すること、を特徴とする請求項１に記載の半導体レーザー装置。 - 前記レーザービーム分離部は、
一方の面と当該一方の面とは逆の他方の面が夫々勾配を有して配設されるシェアプレートを有しており、前記レーザービームを前記一方の面に入射させて得られる当該一方の面からの反射光を前記第１ビームとし、前記一方の面を透過した前記レーザービームが前記他方の面に入射させて得られる当該他方の面からの反射光を前記第２ビームとすること、 を特徴とする請求項１に記載の半導体レーザー装置。 - 前記干渉縞の複数の縞のうち少なくとも２つの当該縞を検出すべく少なくとも２つの受光素子を配設しており、前記各受光素子の配設間隔に応じた周期を有し且つ前記各受光素子の受光レベルを合成した検出信号に基づいて前記縞間隔を検出する縞間隔検出部を有すること、を特徴とする請求項１に記載の半導体レーザー装置。
- 前記縞間隔検出部は、前記縞の形成方向に対して垂直方向且つ一列に前記受光素子を配設させたラインＣＣＤ（Charge Coupled Device）であり、前記ラインＣＣＤは、前記第１及び前記第２ビームによる前記干渉縞を前記受光素子にて受光するとともに、所定のクロック信号が供給されて正弦波状の前記検出信号を生成すること、を特徴とする請求項５に記載の半導体レーザー装置。
- 前記ラインＣＣＤが有する前記受光素子の数は、ナイキスト条件に適合すべく、少なくとも２つとしたこと、を特徴とする請求項６に記載の半導体レーザー装置。
- 前記ラインＣＣＤが有する前記受光素子の数は、２倍の前記縞間隔を検出可能な個数とすること、を特徴とする請求項７に記載の半導体レーザー装置。
- 前記ラインＣＣＤが有する前記受光素子の数は、前記２倍の縞間隔と当該２倍の縞間隔を検出するための前記ラインＣＣＤの分解能とに基づき設定されること、を特徴とする請求項８に記載の半導体レーザー装置。
- 前記温度調整制御部は、
前記縞に対向し且つ前記縞間隔の整数倍の間隔で配設された少なくとも２つの前記受光素子の受光レベルを一致させるべく、前記温度調整部における操作量を定めること、を特徴とする請求項５に記載の半導体レーザー装置。 - 前記温度調整制御部は、
前記検出された縞間隔により定まる前記レーザービームの検出波長と、予め定めておいた前記レーザービームの基準波長と、の差分に応じて、前記温度調整部における操作量を定めること、を特徴とする請求項５に記載の半導体レーザー装置。 - 前記温度調整制御部は、
前記検出信号の周波数を電圧へと変換する周波数電圧変換部と、
前記変換された電圧と、前記基準波長に応じた基準周波数によって定まる基準電圧との差分を増幅する差動増幅器と、を有しており、
前記差動増幅器の出力電圧に基づいて、前記温度調整部における操作量を定めること、を特徴とする請求項５に記載の半導体レーザー装置。 - 前記半導体レーザー素子の温度を検出する温度検出部を有しており、
前記温度検出部の検出温度に応じた電圧と、前記差動増幅器の出力電圧とを加算したものに基づいて、前記温度調整部における操作量が定められ、
前記基準電圧は、前記基準周波数によって定まる電圧と、前記温度検出部における所定の基準温度に応じた電圧と、を加算したものであること、を特徴とする請求項１２に記載の半導体レーザー装置。 - 前記温度調整制御部は、
前記縞間隔検出部より供給される前記検出信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換後の検出信号に離散フーリエ変換処理を施してフーリエスペクトルを取得し、前記取得したフーリエスペクトルの周波数と、前記レーザービームの基準波長に応じた基準周波数と、の比較結果に基づいて、前記温度調整部における操作量を定める、デジタル信号処理部と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザー装置。 - 前記デジタル信号処理部は、
前記取得したフーリエスペクトルの出現周波数が安定しているか否かを判定し、更に、前記出現周波数が安定である旨と判定した場合には前記半導体レーザー素子より発振出力される前記レーザービームがシングルモードであるものと判定し、前記出現周波数が不安定である旨を判定した場合には前記半導体レーザー素子より発振出力される前記レーザービームがマルチモードであるものと判定すること、を特徴とする請求項１４に記載の半導体レーザー装置。 - 前記デジタル信号処理部は、
前記半導体レーザー素子より発振出力される前記レーザービームがマルチモードであるとものと判定した場合、前記半導体レーザー素子より発振出力される前記レーザービームを無効化させる制御を行うこと、を特徴とする請求項１５に記載の半導体レーザー装置。 - 可干渉性の記録用参照ビームと記録すべきデータを反映した可干渉性のデータビームとをホログラム記録用媒体へ入射させて干渉縞を形成すべくホログラム記録を行うホログラム装置において、
前記記録用参照ビーム及び前記データビームの発振源である半導体レーザー素子を有した半導体レーザー装置を有しており、
前記半導体レーザー装置は、
前記半導体レーザー素子の温度調整を行う温度調整部と、
前記半導体レーザー素子から発振出力されるレーザービームを互いに異なる光路を形成する第１ビーム及び第２ビームへと分離するレーザービーム分離部と、
前記第１及び前記第２ビームを干渉させて得られる複数の縞を有した干渉縞の縞間隔を一定とすべく、前記温度調整部における操作量を定める温度調整制御部と、
を有することを特徴とするホログラム装置。 - 可干渉性の記録用参照ビームと記録すべきデータを反映した可干渉性のデータビームとをホログラム記録用媒体へ入射させて形成された干渉縞としてのホログラムを、前記記録用参照ビームと同一の入射角とする可干渉性の再生用参照ビームを前記ホログラム記録用媒体へ入射させて得られる回折光に基づいて再生するホログラム装置において、
前記再生用参照ビームの発振源である半導体レーザー素子を有した半導体レーザー装置を有しており、
前記半導体レーザー装置は、
前記半導体レーザー素子の温度調整を行う温度調整部と、
前記半導体レーザー素子から発振出力されるレーザービームを互いに異なる光路を形成する第１ビーム及び第２ビームへと分離するレーザービーム分離部と、
前記第１及び前記第２ビームを干渉させて得られる複数の縞を有した干渉縞の縞間隔を一定とすべく、前記温度調整部における操作量を定める温度調整制御部と、
を有することを特徴とするホログラム装置。
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