JP2009116087A - 光学ユニット、駆動制御方法、ホログラム装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】AODが備える音響光学媒体の印加電圧周波数に対する透過率変化特性は図6に示すようなものとなる。通常の偏向器としての使用にあたっては、印加電圧周波数を、透過率のほとんど変化しない第1の周波数帯域内(例えば−V1〜V1に対応する範囲内)で変化させるが、このとき、印加電圧周波数を上記第1の周波数帯域以外の、透過率の急激に低下する第2の周波数帯域内の周波数(例えば透過率が最小となる−V2やV2に対応した周波数)に変化させる。これによってAODをシャッタとしても機能させることができる。
【選択図】図6
Description
図8は、ホログラム記録媒体に対する記録再生を行う、従来のホログラム記録再生装置50の内部構成を示した図である。この図では、主にホログラム記録再生装置50の光学系の構成について示している。
先ず、記録時には、記録データに応じた空間光変調(例えば光強度変調)を与えた信号光と、この信号光とは別の参照光とをホログラム記録媒体に対して照射し、それらの干渉縞(回折格子)をホログラム記録媒体HMに形成することでデータ記録を行う。
一方、再生時には、ホログラム記録媒体HMに対して参照光を照射する。このように参照光が照射されることで、上記のようにしてホログラム記録媒体HMに形成された干渉縞に応じた回折光が得られる。すなわち、これによって記録データに応じた再生像(再生信号光)が得られる。
このようにして得られた再生像を例えばCCD(Charge Coupled Device)センサやCMOS(Complementary Oxide Semiconductor)センサなどのイメージセンサで検出することで、記録データを再生するようにされる。
先ず、メインレーザ2は、ホログラム記録媒体HMに対してデータを記録再生するためのレーザ光の光源として設けられる。例えばメインレーザ2としては、波長=405nm程度のいわゆる青紫レーザとしてのレーザ光を出力するように構成される。
メインレーザ2から出射された記録再生用のレーザ光は、アイソレータ3を介して後述するイメージスタビライズ機能部53内に備えられるAOM(Acousto-Optic Modulator:音響光学変調器)51→AOD4を介した後、エキスパンダ7で所要のビーム径に調整され、ミラー8→ミラー9を介してSLM(空間光変調器)10に入射する。
SLM10における各画素の駆動制御は、記録変調部28によって行われる。
なお、対物レンズ16は、フォーカスアクチュエータ17Aによってフォーカス方向(ホログラム記録媒体HMに接離する方向)に変位可能に保持され、対物レンズ16・フォーカスアクチュエータ17A・ミラー15は、トラッキングアクチュエータ17Bにより一体的にトラッキング方向(ホログラム記録媒体HMの半径方向)に変位可能とされている。
データ再生部29は、このようなイメージセンサ20による読み出し信号を入力し、所定の復号処理を行って再生データを得る。
このため、ホログラム記録再生方式において、従来の光ディスクのようなトラッキングサーボなどの位置制御を行うにあたっては、ポリマーの反応を強固に防止すべく、記録再生用のレーザ光とは波長の異なる別途のレーザ光を用いるようにされている。
サブレーザ21からの出射光は、レンズ22→コリメータレンズ23を介した後、ビームスプリッタ24を透過してダイクロイックミラー14に入射する。
ダイクロイックミラー14は、メインレーザ2からの記録再生用レーザ光(波長405nm程度)は透過し、サブレーザ21からの位置制御用レーザ光(波長650nm程度)は反射するように、波長選択性を有して構成されている。従って、上記のように入射した位置制御用レーザ光は、ダイクロイックミラー14にて反射され、その後は、先に記録再生用レーザ光について説明したものと同様の光路を辿り、対物レンズ16を介してホログラム記録媒体HMに照射される。
従って、上記のようにホログラム記録媒体HMに照射された位置制御用レーザ光は、上記第1の反射膜を透過し、その下層のグルーブ層に到達する。そして、当該グルーブ層に到達した光は、さらに下層の第2の反射膜にて反射され、その反射光が位置制御用の戻り光として、先に説明した経路によってダイクロイックミラー14に導かれる。
このようにしてフォトディテクタ27にて戻り光の検出を行うことができ、これによって、図示されないサーボ回路などが当該フォトディテクタ27からの検出信号に基づいて、各種サーボ制御や指定アドレスへのアクセス制御などの位置制御を行うことができる。
この従来のイメージスタビライズ機能部53には、図のようにAOM(音響光学変調器)51とAOD(音響光学偏向器)4、及びこれらを駆動制御するための制御部52とが設けられる。
AOM51は、例えば百数十MHz程度の高周波信号により駆動され、当該高周波信号の振幅の変化に応じ透過率が変化するように構成された素子(音響光学媒体)を備えて構成される。すなわち、このような透過率の変化により、シャッタとしての機能を実現する。
このために、イメージスタビライズ機能の実現にあたっては、レーザ光を走査させるための手段と共に、上記ブランキング期間においてレーザ光の透過率を著しく低下させて記録材料の反応を防止するための手段(シャッタ)とが必要となるものである。具体的に、従来のイメージスタビライズ機能部53では、このようなシャッタとしての機能を担う手段として、AOM51が用いられている。
すなわち、先にも述べたようにAOM51は、高周波信号の振幅の制御によってシャッタ機能を実現するようにされるが、このとき、高周波信号の振幅が切り替えられることによっては、AOM51内部の音響光学媒体において、印加電圧レベルの変化に伴う熱変化が生じてしまい、この熱変化が、上記音響光学媒体を通過するレーザ光にぶれを生じさせていた。そして、このようにレーザ光に生じるぶれが、ホログラムの記録/再生性能の悪化の要因となっていた。
しかしながら、メカシャッタを用いる場合は、応答速度の点が問題となり、AOM51を用いる場合との比較では記録/再生速度を著しく低下させなくてはならないといった問題が生じてしまう。
つまり、音響光学偏向器と、上記音響光学偏向器における音響光学媒体に対する印加電圧周波数を、偏向制御期間としての第1の期間においては第1の周波数帯域内の周波数に変化させ、透過率制御期間としての第2の期間においては、上記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域内の周波数に変化させるようにして、上記音響光学偏向器に対する駆動制御を行う駆動制御手段とを備えるものである。
すなわち、光源から発せられた光を上記ホログラム記録媒体に対して導くように構成された光学系を備える。
また、上記光学系の光路中に挿入され、上記光源から発せられた光が入力される音響光学媒体を備えた音響光学偏向器を備える。
さらに、上記音響光学偏向器における上記音響光学媒体に対する印加電圧周波数を、偏向制御期間としての第1の期間においては第1の周波数帯域内の周波数に変化させ、透過率制御期間としての第2の期間においては、上記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域内の周波数に変化させるようにして、上記音響光学偏向器に対する駆動制御を行う駆動制御手段を備えるものである。
ここで、従来通り音響光学偏向器を偏向器として使用することを考えた場合、透過率がなるべく低下しない周波数帯域を使用することが第1に考えられる。従って、従来の偏向器としてのAODについては、このように偏向制御のために使用する周波数帯域内(第1の周波数帯域内)において印加電圧周波数の制御が行われていたものである。
本発明では、音響光学媒体への印加電圧周波数を、このように偏向制御のために使用される周波数帯域内で変化させるだけでなく、上記のように透過率が急激に低下するような周波数帯域内(第2の周波数帯域内)の周波数にも変化させるように、AODを駆動制御するものである。このように音響光学媒体に対する印加電圧周波数を第2の周波数帯域内の周波数に変化させれば、偏向制御が行われる場合よりも透過率を大幅に低下させることができる。すなわち、このような第2の周波数帯域内となる周波数として、音響光学媒体の特性に応じて透過率が最低となるような周波数を選定すれば、透過光量を最低(例えばゼロ)となるようにすることができ、これによってAODをシャッタとしても機能させることができる。
この結果、本発明によれば、音響光学媒体に温度変化を与えずにシャッタ機能を実現することができ、これにより、AOMを用いる場合に生じていた光軸ぶれの防止を図ることができる。
なお且つ、音響光学媒体の光学弾性効果を利用したシャッタであるので、メカシャッタと比較すれば格段に高速な応答性を有するシャッタを実現することができる。
また、メカシャッタを用いる場合との対比では、はるかに高速なシャッタ制御が可能となるため、これによってホログラムの記録/再生をより高速に行うことができるようになる。
図1は、実施の形態のホログラム装置としての、ホログラム記録再生装置1の内部構成を示したブロック図である。なお、図1では主にホログラム記録再生装置1の光学系の構成を抽出しており、他の部分については省略している。
この図1からも理解されるように、本実施の形態において、ホログラム記録媒体HMは反射型のものが用いられる。このような反射型のホログラム記録媒体HMでは、上記記録層とグルーブ層の双方に対して、反射膜が設けられることになる。具体的に、上記記録層の下層には第1の反射膜が設けられ、該第1の反射膜の下層に位置する上記グルーブ層の下層には、第2の反射膜が設けられる。
ここで、上記記録層の下層に設けられる第1の反射膜としては、波長選択性を有するように構成される。このことにより、後述するメインレーザ2を光源とするホログラムの記録再生用のレーザ光は該第1の反射膜にて反射され、サブレーザ21を光源とする位置制御用のレーザ光は該第1の反射膜を透過して、その下層のグルーブ層に到達できるようになっている。
このメインレーザ2からの出射光は、アイソレータ3を介した後、後述するイメージスタビライズ機能部6内のAOD4を介してビームエキスパンダ7に入射する。ビームエキスパンダ7は、入射したレーザ光の径を調整するために設けられる。
SLM10は、入射光に対する空間光変調として、例えば空間光強度変調を施す。この場合、SLM10としては反射型とされ、例えば反射型液晶パネルや、DMD(Digital Micromirror Device:登録商標)などの回折型の空間光変調器を備えて構成される。
SLM10は、入射光に対する空間光強度変調を行うことで、記録時には、信号光と参照光、再生時には参照光を生成するようにされる。
この場合はコアキシャル方式に対応する例として、中心部に円形による信号光エリアA2が形成され、その外周部分には輪状のギャップエリアA3を介して、同じく輪状による参照光エリアA1が形成される。なお、ギャップエリアA3は、参照光エリアA1と信号光エリアA2を介した光が互いに干渉してノイズとなってしまうことを防止するための、緩衝領域として設定されるものである。
上記記録変調部28は、記録時には、SLM10における信号光エリアA2内の画素パターン(例えば各画素ごとのON/OFFパターン)が、入力される記録データに応じたパターンとなるようにして画素ごとの駆動信号値を設定する。また、これと共に、参照光エリアA1内の画素パターンは予め定められた所定のパターンとなるようにし、さらにギャップエリアA3を含むそれ以外のエリアは全てOFFとするような画素ごとの駆動信号値を設定する。そして、このようにして設定した値による駆動信号を、SLM10に供給する。これにより、記録時においてSLM10からは、記録データに応じた光強度パターンを有する信号光と、所定の光強度パターンを有する参照光とが生成される。
また、再生時には、参照光エリアA1内の画素パターンのみが予め定められた所定のパターンとなるようにし、それ以外のエリアは全てOFFとするような駆動信号値を設定してSLM10の各画素を駆動することで、SLM10から参照光のみが出力されるようにする。
ビームスプリッタ11を透過したレーザ光は、リレーレンズ12→リレーレンズ13を介した後、ダイクロイックミラー14に入射する。
従って上記リレーレンズ13を介したレーザ光は、当該ダイクロイックミラー14を透過し、その後ミラー15にて反射され、対物レンズ16を介してホログラム記録媒体HMに照射される。
フォーカスアクチュエータ17A、トラッキングアクチュエータ17Bに対しては、図示されないサーボ回路からのフォーカスドライブ信号、トラッキングドライブ信号がそれぞれ供給され、このドライブ信号に応じて対物レンズ16がそれぞれフォーカス方向、トラッキング方向に変位されることで、フォーカス・トラッキングの各サーボ動作やトラックジャンプなどの動作が実現されるようになっている。例えばこの場合のトラッキングアクチュエータ17Bによっては、対物レンズ16をトラッキング方向に0.5mm程度まで移動させることが可能とされている。
なお、図示は省略しているが、実際には、上記対物レンズ16を含む光学ピックアップとホログラム記録媒体HMとのトラッキング方向における位置関係を変化させるためのスライド機構も設けられるものとなる。
この戻り光は、対物レンズ16を介して平行光となるようにされた後、ミラー15で反射され、ダイクロイックプリズム14→リレーレンズ13→リレーレンズ12の順で透過された後、ビームスプリッタ11に入射する。
ビームスプリッタ11は、ホログラム記録媒体HMからの戻り光は反射するように構成される。従って、上記戻り光は、図示するようにしてリレーレンズ18→リレーレンズ19を介してイメージセンサ20に入射する。
なお、このような「0」「1」による記録データを再生するにあたっては、イメージセンサ20による読み出し信号について、SLM10のデータピクセル単位で「0」「1」のデータ識別を行うための信号処理が行われる。このようにイメージセンサ20の出力から「0」「1」の記録データを再生するための再生信号処理の手法としては各種が存在し、ここで特に限定されるべきものではない。
先にも述べたように、ダイクロイックミラー14は、サブレーザ21からの位置制御用レーザ光は反射するように構成されている。従って、このように入射した位置制御用レーザ光は、ダイクロイックミラー14にて反射され、その後は、ミラー15→対物レンズ16を介してホログラム記録媒体HMに照射される。
なお、図1では、上記フォトディテクタ27の検出信号に基づき行われる記録/再生位置制御(フォーカスに関する制御や指定アドレスへのアクセス制御も含む)のための構成については図示を省略しているが、サブレーザ21を光源とするレーザ光の照射に基づき行われる記録/再生位置制御を行うための構成は、例えばCD(Compact Disc)、DVD、BD(Blu-ray Disc:登録商標)など現状の光ディスクの分野で採用されるものと同様の構成が採用されればよい。このような記録/再生位置制御のための構成については、本発明におけるイメージスタビライズ機能の実現のための動作と直接的に関係するものではなく、ここで特に限定されるべきものではない。
ところで、先にも触れたように、ホログラム記録再生方式として本例のように回転駆動されるホログラム記録媒体HMに対して記録再生を行うとした場合には、レーザ光がホログラム記録媒体HM上の同一位置に対して所定時間照射され続けるようにするために、レーザ光を一定間隔ごとにスキャンするといったことが行われる(イメージスタビライズ機能)。つまり、このようなイメージスタビライズを行うことで、例えば記録時には干渉縞の形成がより確実に行われるように図ることができ、また再生時には検出光量を増大してより確実な読み出しが行われるように図ることができる。
図1において、本実施の形態のイメージスタビライズ機能部6としては、AOD(音響光学偏向器)4、及びこれを駆動制御するための制御部5のみが備えられたものとなっている。すなわち、先の図8におけるイメージスタビライズ機能部53の構成からAOM(音響光学変調器)51が省略されたものとなっている。
本実施の形態のイメージスタビライズ機能部6では、制御部5によって、AOD4を偏向器と共にシャッタとしての機能も果たすようにして駆動制御することで、イメージスタビライズ機能の実現を図る。
先ず、図3は、AOD4の内部構成を示している。
この図3に示されるように、AOD4は、図1に示す制御部5からの入力電圧Vdが供給されるドライバ4aと、該ドライバ4aによる印加電圧Vcによって駆動される音響光学媒体4bとが備えられる。
AOD4においては、ドライバ4aが、入力電圧Vdとしての周波数指示信号に応じて、一定振幅による印加電圧Vcの周波数を変化させることで、入射光の偏向角度θを変化させる。
先ず、図4は、AOD4の周波数変調特性として、横軸にAOD4への入力電圧Vd、縦軸に音響光学媒体4bへの印加電圧周波数をとり、両者の関係を示している。この図4より、音響光学媒体4bへの印加電圧Vcの周波数は、ドライバ4aへの入力電圧Vdのレベルに比例して変化していることがわかる。すなわち、ドライバ4aは、入力電圧Vdのレベルに比例した周波数による印加電圧Vcを、音響光学媒体4bに対して印加するようにされている。
なお、図6において、縦軸に示す透過率は、先の図3に示した音響光学媒体4bへの入射光のパワーをA、音響光学媒体4bからの出射光のパワーをBとしたとき、B/Aで表される値であるとする。また、横軸の入力電圧Vdは、先の図4、図5の説明より、音響光学媒体4bへの印加電圧周波数と置き換えることができる。
すなわち、これを印加電圧周波数に置き換えてみれば、上記入力電圧Vd=0に対応する或る基準周波数にて透過率は最大となり、該基準周波数を中心とした所要の周波数帯域内では透過率は殆ど変化せず、この周波数帯域から外れると透過率は急激に低下していくものとなる。
なお、本実施の形態で用いるAOD4において、上記透過率が最大となる基準周波数はおよそ150MHz程度とされている。
この図7では、制御部5からドライバ4aに供給される入力電圧Vdの波形と共に、音響光学媒体4bの透過光量(シャッタ特性)も併せて示している。また、図中、期間Tonは、イメージスタビライズ機能として、レーザ光がホログラム記録媒体HM上の同一位置に所定時間照射され続けるようにするにあたってレーザ光をスキャンさせるための走査期間を表し、期間Toffは、次の照射位置にレーザスポットを移動させる間に記録材料の反応の防止を図るべく透過率を著しく低下させるためのシャッタ制御が行われるべきシャッタ期間を表す。イメージスタビライズ機能を実現するにあたっては、これら走査期間とシャッタ期間とを交互に繰り返すようにされる。
この動作例1においては、走査期間には入力電圧Vdのレベルを−V1〜V1の範囲内で連続的に変化させ、シャッタ期間では、入力電圧Vdのレベルを−V2で一定とするように変化させている。
制御部5では、回転駆動されるホログラム記録媒体HM上の同一位置にレーザ光が追従するレーザ走査速度が得られるようにして、入力電圧Vdの上記期間Tonにおける傾きを設定する。さらには、この期間Tonとしての走査期間の時間長を、予め定められた時間長に設定する。これにより制御部5は、ホログラム記録媒体HM上の同一位置に対してレーザ光が所定時間にわたって照射されるようにAOD4を駆動制御するようにされている。
例えば、ホログラム記録媒体HMが線速度一定で回転駆動される場合には、制御部5にはスピンドルモータ30の回転速度情報が入力され、レーザ走査速度を該回転速度情報が示す速度に一致させるようにして入力電圧Vdの傾きを設定する。
或いは、線速度が一定とされない場合は、制御部5にはスピンドルモータ30の回転速度情報と現在の記録/再生位置(又はその半径位置)の情報が入力され、これらの情報に基づき、レーザ光がホログラム記録媒体HM上の同一位置に対して追従できるレーザ走査速度が得られるようにして、入力電圧Vdの傾きを設定する。
この場合、シャッタ機能は、従来で用いていたAOM(Acousto-Optic Modulator:音響光学変調器)のように印加電圧の振幅を変化させて実現するものではなく、印加電圧レベルは一定としたままで、周波数のみを変化させることで実現することができる。これにより、音響光学媒体4bに温度変化を与えずにシャッタ機能を実現することができ、この結果、AOMを用いる場合に生じていた光軸ぶれの防止を図ることができる。
また、このようなAOD4を用いたシャッタ機能は、音響光学媒体4bの光学弾性効果を利用して実現されるものであるので、メカシャッタを用いる場合と比較すれば、格段に高速な応答性を有するシャッタを実現することができる。
これらのことから、本実施の形態のホログラム記録再生装置1によれば、AOMを用いる場合に生じていた記録/再生位置ずれの防止を図ることによる、記録/再生動作の安定化と共に、高速なシャッタ制御によるホログラム記録/再生の高速化の両立を図ることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した例に限定されるべきものではない。
例えば、図1に示した光学系の構成はあくまで一例に過ぎず、これに限定されるべきではない。例えば実施の形態では、信号光、参照光を生成するためのSLMとして反射型のSLMを用いる場合を例示したが、これに代えて、透過型のSLMを用いることもできる。その場合、SLMは、例えば透過型の液晶パネルを備えて構成されればよい。
その場合、再生系においては、再生光をイメージセンサ側に導くためのビームスプリッタ(11)は省略することができる。代わりにこの場合は、参照光の照射に応じて得られる再生像がホログラム記録媒体自体を透過することになるので、レーザ光の出射点側から見てホログラム記録媒体の反対側にさらに対物レンズ(集光レンズ)を設けておき、透過光としての再生像を当該集光レンズを介してイメージセンサ側に導くように構成すればよい。
確認のために述べておくと、このような透過型の場合としても記録再生の基本動作自体は反射型の場合と同様であり、記録時は信号光と共に参照光を照射してホログラム記録媒体上にそれらの干渉縞によってデータを記録し、再生時はホログラム記録媒体に対し参照光を照射してそれにより得られる再生像をイメージセンサで検出してデータ再生することに変わりはない。
Claims (7)
- 音響光学偏向器と、
上記音響光学偏向器における音響光学媒体に対する印加電圧周波数を、偏向制御期間としての第1の期間においては第1の周波数帯域内の周波数に変化させ、透過率制御期間としての第2の期間においては、上記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域内の周波数に変化させるようにして、上記音響光学偏向器に対する駆動制御を行う駆動制御手段と、
を備えることを特徴とする光学ユニット。 - 音響光学偏向器に対する駆動制御方法であって、
上記音響光学偏向器における音響光学媒体に対する印加電圧周波数を、偏向制御期間としての第1の期間においては第1の周波数帯域内の周波数に変化させ、透過率制御期間としての第2の期間においては、上記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域内の周波数に変化させるようにして、上記音響光学偏向器に対する駆動制御を行う、
ことを特徴とする駆動制御方法。 - 参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体に対する記録又は再生を行うホログラム装置であって、
光源から発せられた光を上記ホログラム記録媒体に対して導くように構成された光学系と、
上記光学系の光路中に挿入され、上記光源から発せられた光が入力される音響光学媒体を備えた音響光学偏向器と、
上記音響光学偏向器における上記音響光学媒体に対する印加電圧周波数を、偏向制御期間としての第1の期間においては第1の周波数帯域内の周波数に変化させ、透過率制御期間としての第2の期間においては、上記第1の周波数帯域とは異なる第2の周波数帯域内の周波数に変化させるようにして、上記音響光学偏向器に対する駆動制御を行う駆動制御手段と、
を備えることを特徴とするホログラム装置。 - 上記駆動制御手段は、
上記第1の期間においては、上記印加電圧周波数を上記第1の周波数帯域内において連続的に変化させ、上記第2の期間においては、上記印加電圧周波数を所定周波数で一定とするようにして上記音響光学偏向器に対する駆動制御を行う、
ことを特徴とする請求項3に記載のホログラム装置。 - 上記駆動制御手段は、
上記第1の期間における上記印可電圧周波数を、上記光学系を介した光が回転駆動される上記ホログラム記録媒体の同一位置に対して所定時間にわたって照射され続けるようにして連続的に変化させる、
ことを特徴とする請求項3に記載のホログラム装置。 - 上記駆動制御手段は、
上記第2の期間において、上記印加電圧周波数を上記音響光学媒体の透過率が最低となる周波数に変化させるようにして上記音響光学偏向器に対する駆動制御を行う、
ことを特徴とする請求項3に記載のホログラム装置。 - 上記第1の期間と上記第2の期間は、時間軸上で交互に繰り返される、
ことを特徴とする請求項3に記載のホログラム装置。
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