JP3895315B2 - ホログラム記録方法及びホログラム記録装置 - Google Patents

ホログラム記録方法及びホログラム記録装置 Download PDF

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Description

本発明は、ホログラム記録方法及びホログラム記録装置に関し、特に、大容量の情報を高速に記録することが可能なホログラム記録方法及びホログラム記録装置に関する。
光ビームを照射して情報の再生もしくは記録再生を行う光記録媒体と光記録装置は、ＨＤＤ（hard disc drive）に比較して媒体互換性、長期保存性という利点を有し、テープに比較して高速アクセス性という利点を有するため、コンピュータのバックアップ用記憶デバイス、家庭用の画像再生もしくは記録再生記憶デバイス、車載用ナビゲータ、ビデオカメラやパーソナルディジタルアシスト機器用の記憶デバイス、医療、放送、映画などプロ用記憶デバイス等、幅広い分野で普及し、あるいは採用が検討されている。
光記憶デバイスをさらに普及させ、また、その応用分野を広げるためには、記憶容量とデータ転送速度のさらなる向上が必要である。従来より、光記憶デバイスの主流をなすのは、円盤状の記録媒体を用いる所謂光ディスクであるが、これはディスク状の形態ならではの高速アクセス性と使い勝手の良さが好まれているためである。
光ディスクとしては、再生専用型のＣＤ−ＲＯＭ（compact disc-read only memory）、ＤＶＤ（digital versatile disc）−ＲＯＭ、追記型のＷＯＲＭ（write once, read many）、ＣＤ−Ｒ（recordable）、ＤＶＤ−Ｒ、書換え型のＣＤ−ＲＷ（rewritable）、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ±ＲＷ、ＭＯ（magneto-optical）が幅広く普及している。これらの光ディスクは全て、光ビームを対物レンズを介して、回折限界ギリギリに絞り込んで、媒体に集光照射し、光の焦点位置に記録面を配し、焦点位置において、情報の再生もしくは記録再生を行う原理を用いている。このため、記憶容量を増加させるためには、原理的には、光の波長を短くするか、対物レンズの開口数を大きくするかしかない。短波長化、高開口数化以外にも、マークエッジ記録、ランド・グルーブ記録、ＰＲＭＬ（partial response maximum likelihood）に代表される変復調技術、異なる焦点位置に複数の記録面を配する片面多層記録技術、超解像再生技術など、複数の提案が有るが、全て光の焦点位置に記録面を配する方式を採用しているため、基本的には、光源の波長と対物レンズの開口数が記憶容量を決定していた。
上述した従来の光ディスクとは全く異なる原理を用いる光記録方式として、「ホログラム記録」が提案されている。ホログラム記録の場合、記録部には回折限界まで絞り込んだビームは照射しない。記録部の厚みは、上述した従来の光ディスクより１００００倍程度厚く設定され（数１００μｍ）、媒体の厚み方向に、フレームもしくはページ一括記録再生を行う。
記録パターンの生成は、空間光変調素子、例えば液晶シャッタやデジタルミラーアレーなどを用いて行う。その記録原理は、空間的に情報変調された情報光と、参照光（特に情報変調されていない平面波もしくは球面波）を媒体に同時に照射して、情報光と参照光が干渉して光強度が強め合った部分に光学変化を形成することに基づく。この光学変化は、記録すべき情報信号に対応した干渉パターンとして、媒体中に三次元的に記録される。また、ホログラム記録層の同一場所もしくは重なり合う場所に、角度多重もしくはシフト多重で異なる干渉パターンを記録することができる。
一方、再生は、参照光のみを媒体に照射して媒体中に記録された干渉パターンに応じて回折された光を利用して、フレームもしくはページ毎一括して行うことができる。角度多重記録した場合は、参照光を媒体の同一の場所に角度を変えながら照射することによって異なる干渉パターンを多重再生でき、シフト多重記録した場合は、参照光を１０μｍ程度シフトさせて照射することによって重なり合う干渉パターンを多重再生できる。
このように、ホログラム記録は、一回の光照射でフレーム毎もしくはページ毎のデータを一括して記録再生でき、媒体の同一の場所もしくは重なり合う場所に異なる情報を記録再生できることから、従来のビットバイビット記録方式（一回の光の照射で１ビットのみを記録再生する方式）の光記録に比べて、格段の大容量化、高転送速度化が期待できる方式である。
従来よりホログラム記録に関しては提案がなされているが、その殆どは「透過型角度多重記録方式」を採用するものである。これは、数１００μｍ程度の厚みのホログラム記録層に、記録光と参照光を所定の相対角度で同時照射して干渉パターンを記録し、同一の場所に、記録光と参照光の相対的な入射角度を変えながら、違う干渉パターンを記録する方式である。再生は、参照光のみを記録した位置に角度を変えながら照射し、媒体の透過回折光を用いて行う。この透過型角度多重方式の利点は、極めて高い記憶容量を得やすい点にあるが、欠点として、角度ズレに対する許容度が少ないこと、入射光学系と透過再生光学系の位置合わせ精度に対する許容度が少ないこと、などが挙げられ、システムの小型化、低価格化が困難であった。
近年、上述した透過型角度多重記録方式の問題を解決する目的で、「反射型シフト多重記録再生方式」が提案された。この方式は、透明基板の片側に反射面を形成し、基板の反射面とは反対側の面にホログラム記録層を形成した媒体を用い、記録光、参照光共に、媒体のホログラム記録層側から、同軸入射させる。焦点位置は、媒体の反射面であり、この反射面で反射した記録光もしくは参照光と、入射した参照光もしくは記録光をホログラム記録層中で干渉させて、干渉パターンを記録する方式である。
また、記録光と参照光とを互いに直交する直線偏光とし、媒体入射面に最も近接して対物レンズを配置する方式も提案されている（例えば、特許文献１）。この対物レンズの光入射側に、偏光面をプラス４５°回転させるジャイレータと、マイナス４５°回転するジャイレータ（２分割ジャイレータ）を配する。記録光と参照光は、ジャイレータに入射するまではその偏光面が直交しており、記録光はジャイレータでプラス４５°（またはマイナス４５°）回転し、参照光はもう一方のジャイレータでマイナス４５°（またはプラス４５°）回転する。このようにすると、記録光と参照光の偏光面が一致し、これら二つの光を対物レンズを介して媒体に入射すると、ホログラム記録層中で記録光と参照光が干渉し、記録光が担う情報に応じた干渉パターンが形成される。再生時は、参照光のみを照射し、記録済みの干渉パターンを記録時と同様に反射型で読み出す。
反射型シフト多重記録再生方式における多重記録方式は、シフト多重であって、例えば、一つの記録エリアが数１００μｍの場合（基板厚、記録層厚に依存）、数μｍ〜１０μｍ程度シフトさせて、異なる干渉パターンを記録再生する。角度多重記録方式の場合と同様に、物理的には同一の場所に複数の干渉パターンを独立に形成し、かつ独立に再生できる。この反射型シフト多重記録再生方式では、光学系は一つで良く、入射光学系と検出光学系は同一の構成で済むため、透過型角度多重方式の場合のような光学系の位置合わせの問題がないという利点がある。また、焦点位置を中心とした同心円状の波面で記録再生するため、ディスクの傾き（チルト）の許容量が大きいという利点、さらには、現行のＤＶＤやＣＤとの互換性が得られる、といった利点を有する。
特開２００２−１８３９７５号公報
しかしながら、これら従来の技術は、いずれも、記録時に媒体と記録光とを相対的に静止させて記録を実行するという基本思想に基づいている。このため、光学系や機械系、信号処理系などが複雑化するという基本的な問題があった。以下、この点について詳述する。
まず、従来の透過型角度多重ホログラム記録においては、記録時には、媒体は静止し、記録光と参照光とを所定の角度に設定した後、所定の光パワー密度と照射時間で記録光と参照光を照射し、媒体中に干渉パターンを記録している。所定の角度での記録が完了した後は、（１／１０×数度）だけ、記録光と干渉光との角度を変え、静止した媒体の同一の場所に再度記録を行い、角度をある範囲、例えばプラスマイナス２０−３０°の範囲で複数のフレームを記録している。（１／１０×数度）の角度シフトを実施する際には、ガルバノミラーの回転軸をステッピングモータ（間欠回転モータ）に接続し、ステッピングモータの精度もしくはギアを利用してモータの精度以下の角度でガルバノミラーを微小回転させる。同一場所への角度多重記録が完了した後は、典型的には数ｍｍ程度、媒体を光ビームに対して移動し、移動した位置で再度、角度多重記録を行う。
一方、従来の反射型コリニア・ホログラム記録媒体及び装置においては、例えば特許文献１に開示されているように、連続回転するディスクに記録光と参照光を照射する際に、記録光と参照光をある所定の期間、ディスクの回転に追従させることにより、記録時に媒体と記録光とを相対的に静止させる方法が採られる。
このように、従来の透過型もしくは反射型のホログラム記録において、記録時に媒体を記録光に対して静止して行う理由は、以下の通りである。すなわち、干渉パターンの形成（記録）には有限の時間を必要とするが、この有限な時間の間に記録光に対して媒体が移動してしまうと、干渉パターンが乱れてしまうからである。
以下、数値を用いてより具体的に説明する。媒体の感度（回折光が飽和に至るに必要な記録エネルギー）は、高感度の媒体でも概ね１０ｍＪ／ｃｍ２程度である。例えば、光ディスクの記録パワーとして一般的な数１０ｍＷを数１００μｍ程度のビーム径で記録する場合、パワー密度は１０５ｍＷ／ｃｍ２となるため、記録時間としては０．１ミリ秒から１ミリ秒が必要となる。媒体の移動速度として、現行の光ディスクで用いられている数ｍ／秒を想定すると、記録光に対して媒体が連続移動していると、記録している間に媒体が０．１〜１ｍｍ程度も移動してしまうことになる。従って、数ｍ／ｓ程度で連続移動する媒体に綺麗な干渉パターンを記録するのは不可能である。
本発明者は、このような技術背景を踏まえつつ、静止記録の新しい方法と装置を発明するに至った。すなわち、本発明は、上述した反射型シフト多重記録再生ホログラム記録において、新規な記録方式とその方式を採用する記録再生装置に関し、特に媒体の感度が同一な場合においても実質的に記録感度を高めるホログラム記録方法とホログラム記録装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明によれば、反射層と記録層とを有する記録媒体に対して情報を記録するホログラム記録方法であって、前記記録媒体を静止させた状態で前記反射層とは反対側から情報光と参照光とを前記記録層に入射させ前記情報光と前記参照光との干渉に対応したパターンを前記記録層に記録する記録ステップと、前記記録媒体を記録シフト量の自然数倍だけ回転させる回転ステップと、を交互に繰り返すことにより前記情報を記録し、前記自然数が１よりも大であり、前記記録ステップと前記回転ステップとを交互に繰り返すことにより前記記録媒体に前記記録シフト量の前記自然数倍の間隔で前記パターンが形成された後に、前記記録媒体を前記記録シフト量だけ回転させるステップをさらに備えたことを特徴とするホログラム記録方法が提供される。
または、本発明によれば、反射層と記録層とを有する記録媒体に対して前記反射層とは反対側から情報光と参照光とを前記記録層に入射させ前記情報光と前記参照光との干渉に対応したパターンを前記記録層に記録する記録光照射部と、前記記録媒体を記録シフト量の自然数倍ずつ間欠的に回転させる間欠駆動部と、前記記録光照射部による前記記録と、前記間欠駆動部による前記回転と、を交互に実行させる制御部と、を備え、
前記間欠駆動部は、間欠的に回転駆動するモータと、前記モータの回転駆動に応じて回転する回転体と、を有し、前記回転体の回転運動が前記記録媒体に伝達されることを特徴とするホログラム記録装置が提供される。
また、前記回転体は、略円錐状の側面部を有し、この側面部は、前記記録媒体に前記回転運動を伝達する伝達部を有し、この伝達部の位置が前記側面部において可変とすることができる。
また、前記側面部は、凹状の双曲線曲面を有するものとすることができる。
また、前記パターンを形成すべき記録位置が予め特定された前記記録媒体の前記記録位置を検出する位置検出部をさらに備え、前記制御部は、前記位置検出部により検出された前記記録位置において前記記録光照射部に前記記録を実行させるものとすることができる。
また、前記パターンを形成すべき記録位置が予め特定された前記記録媒体からトラッキング信号を検出するトラッキング検出部をさらに備え、前記制御部は、前記トラッキング検出部が前記トラッキング信号を検出しない時に前記間欠駆動部を停止させ、前記記録光照射部に前記記録を実行させるものとすることができる。
また、前記制御部は、前記自然数を１よりも大とし、前記記録光照射部による前記記録と、前記間欠駆動部による前記回転と、を交互に実行させることにより前記記録媒体に前記記録シフト量の前記自然数倍の間隔で前記パターンを形成させた後に、前記記録媒体を前記記録シフト量だけ回転させるものとすることができる。
また、前記制御部は、前記間欠駆動部により前記記録媒体を回転させた後に前記間欠駆動部と前記記録媒体との機械的な結合を解除させ、前記記録媒体を慣性により前記シフト量だけ回転させるものとすることができる。
なお、本願明細書において「記録シフト量」とは、記録層の記録ピッチに相当する量をいうものとする。すなわち、本発明に基づいて媒体を微小角度ずつ回転させて順次記録を実施していくと、最終的に記録層には所定のピッチで干渉パターンが配列されることとなる。この時の干渉パターンの配列のピッチを「記録シフト量（Ｓｈ）」というものとする。
前述した特許文献１に開示されている技術は、連続回転する媒体に対して、所定の期間、記録光を追従させることにより記録を実施する技術である。これに対して、本発明においては、記録光は常に静止させておき、媒体を間欠的に回転させ、媒体静止時に記録を実施し、媒体回転時は記録を行わない点で異なる。本発明によれば、特許文献１に記載されている技術のように光学系全体もしくは対物レンズを移動させる必要がなく、光学系をはるかに簡素化することができるという利点がある。
本発明によれば、特に反射型シフト多重ホログラム記録において、所定の露光量を与える記録処理の間、媒体を記録光に対して静止することができるので、乱れのない綺麗な干渉パターンの形成が可能となる。また、ステッピングモータなどを用いた間欠回転動作により、記録位置を高精度に決めることができ、かつ記録後の記録シフト量分の回転動作時間も短くすることができる。また、ステッピングモータに円錐台状回転体を取り付けることによって、媒体の記録半径位置に応じてステップ回転動作を制御でき、その結果、媒体の半径位置に関わらず同一の所定の記録シフト量で多重記録することができる。さらに、円錐台状回転体の側面形状を双曲線形にすることで、円錐台状回転体の移動制御を簡素化できる。さらには、記録位置の特定された媒体を用いて本発明を実施することにより、より高精度にホログラム記録を行うことができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかるホログラム記録装置の要部構成を表す概念図である。
すなわち、ホログラム記録媒体２００は、スピンドルモータ１１０により回転自在に装着される。光学系１５０からは、記録ビーム（あるいは再生ビーム）Ｌが媒体２００に適宜照射され、ホログラム記録と再生が実施される。そしてさらに、微動アクチュエータ１４０の作用によって、円盤状の媒体２００を微少量だけステップ的に回転させることが可能とされている。本実施形態によれば、このように微動アクチュエータ１４０により媒体２００を微小角度だけ回転させることができるので、媒体２００を静止させた状態で記録ビームＬによりホログラム記録を行い、その後、媒体２００を微少量だけステップ的に回転させ、再び媒体２００を静止させた状態で記録ビームＬによるホログラム記録を行うことができる。つまり、媒体２００を静止させた状態でのホログラム記録と、次の記録ポイントへのステップ的な微小回転動作と、を繰り返すことによりホログラム記録を実行することができる。
微動アクチュエータ１４０は、粗動アクチュエータ１４２の作用によって矢印Ａの方向に適宜移動可能とすることができる。ホログラム記録時は、媒体２００と微動アクチュエータ１４０とが機械的に結合した状態とする。一方、媒体２００の着脱時や、ホログラム再生時、あるいはその他の媒体、例えばＤＶＤやＣＤなどの連続回転駆動型の媒体を駆動する時は、媒体２００と微動アクチュエータ１４０との機械的な結合が解除された状態となるように微動アクチュエータ１４０を移動することができる。
図２は、本発明のホログラム記録装置の第１の具体例を表す概念図である。
また、図３は、この装置を媒体２００の上方から眺めた概念図である。
本具体例においては、微動アクチュエータとして、回転体１３０が取り付けられたステッピングモータ１４０が設けられている。すなわち、ステッピングモータ１４０の回転軸に円柱状の回転体１３０が連結され、円盤状の媒体２００の外周に当接して媒体２００を微少量だけ回転させることが可能とされている。この回転体１３０による回転動作は、記録時に実行される。本実施形態によれば、このように回転体１３０により媒体２００を微小角度だけ回転させることができるので、媒体２００を静止させた状態で記録ビームＬによりホログラム記録を行い、その後、媒体２００を微少量だけステップ的に回転させ、再び媒体２００を静止させた状態で記録ビームＬによるホログラム記録を行うことができる。つまり、媒体２００を静止させた状態でのホログラム記録と、次の記録ポイントへのステップ的な微小回転動作と、を繰り返すことによりホログラム記録を実行することができる。
回転体１３０と媒体２００との当接の形態としては、例えば、回転体１３０を摩擦の大きな材質例えばゴムで形成し、回転体１３０と媒体２００との摩擦により媒体２００を移転させるものとすることができる。または、媒体２００の外周部と回転体１３０の外周部に、それぞれギア状の凹凸部を設けて回転動作を伝達するようにしてもよい。ただし、媒体２００が軽量であることを考慮すると、単純に摩擦力により回転動作を伝達する方法が簡単で良い。
ステッピングモータ１４０は、モータ移動部１４２に設置され矢印Ａの方向に適宜移動可能とする。ホログラム記録時は、媒体２００と回転体１３０とがしっかりと機械的に当接する位置にステッピングモータ１４０を配置する。一方、媒体２００の着脱時や、ホログラム再生時、あるいはその他の媒体、例えばＤＶＤやＣＤなどの連続回転駆動型の媒体を駆動する時は、媒体２００と回転体１３０とが離れた状態となるようにステッピングモータ１４０を移動することができる。
再生転送速度を向上させる上、及び現行のＤＶＤ及びＣＤとの互換性を確保する上では、媒体は連続回転モータ（スピンドルモータ）上に設置され、再生時もしくはＤＶＤ，ＣＤを駆動する際はスピンドルモータで媒体を連続高速回転する。但しホログラム媒体の再生時は記録時と同様にステッピングモータで媒体を駆動しても構わない。スピンドルモータで媒体を駆動する場合は、ステッピングモータはフリーな状態とするか、スピンドルモータに取り付けられた回転体を媒体から離す。
媒体固定型のシステムとする場合はスピンドルモータからのホログラム媒体の着脱の必要は無いが、好ましくは媒体可換型とし、媒体の着脱を可能とする。媒体をスピンドルモータに設置した場合、少なくも記録時はスピンドルモータはフリーな状態にするか、スピンドルモータの回転軸と媒体の回転軸の間にベアリング等を配して、媒体の駆動をステッピングモータの動作に従って行う。
図４は、光学系１５０の基本構成を例示する概念図である。
録再光源１５１を出射した光をレンズ１５２で平行光にし、λ／２板１５３を介してＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）１５４に入射させ、Ｓ偏光の情報光Ｌ１とＰ偏光の参照光Ｌ２とに分割する。情報光Ｌ１は、同図においてＰＢＳ１５４の下向きに光路を曲げ、ＳＬＭ（空間光変調器）１５５を通じて空間的に情報変調された後、ＨＭ（ハーフミラー）１５６を介し、その一部は情報光ＰＤ（フォトディテクタ）１５７に入射し、残りはＰＢＳ１５８の方向に曲げられる。一方、参照光Ｌ２は、ＨＭ１６０を介し、その一部は参照光ＰＤ１６１に入射し、残りはＰＢＳ１５８の方向に曲げられる。
情報光ＰＤ１５７と参照光ＰＤ１６１の検出信号を用いて、λ／２板１５３を回転させ、ＰＢＳ１５８の方向に入射する情報光Ｌ１と参照光Ｌ２の強度のバランスを調節することができる。ＰＢＳ１５８に入射した情報光Ｌ１は、同図において下向きに曲げられ、参照光Ｌ２は下向きに直進し、２分割波長板（ジャイレータ）１６２を通過することによってその偏光面が揃えられる。偏光面が揃った情報光Ｌ１と参照光Ｌ２は、対物レンズ１６３を介して記録媒体２００に入射し、記録再生動作を行うことができる。
また、サーボ光源１６５からレンズ１６６を介してサーボ光を与え、これら光学要素を介して媒体２００に入射し反射されたサーボ光をレンズ１６７により集光して光検出器１６８でモニタすることにより、サーボ情報を得ることができる。サーボ光としては、録再光よりも一般的には長波長で媒体２００における感度が殆どない波長の光を用いるとよい。図４において、録再光（Ｌ１、Ｌ２）の光路は実線により表され、サーボ光の光路は破線により表されている。サーボ光は、ＰＢＳ１５４→ＨＭ１６０→ＰＢＳ１５８→ジャイレータ１６２→対物レンズ１６３→媒体２００のサーボ面→対物レンズ１６３→ジャイレータ１６２→ＰＢＳ１５８→ＨＭ１５６→レンズ１６７を経て４分割型の光検出器１６８に入射し、フォーカシング、トラッキング、ヘッダ再生等のサーボ検出を行い、その検出信号に基づいてＶＣＭ（ボイスコイルモータ）１６９に通電して対物レンズ１６３の位置合わせを行うことができる。
次に、本実施形態の記録装置における記録再生の原理について説明する。
図４に例示したような光学系を用い、記録時は情報光Ｌ１と参照光Ｌ２とを媒体２００に同時照射し、空間変調された情報光Ｌ１と参照光Ｌ２の干渉パターンに応じて、ホログラム記録層中に空間的に屈折率分布を生じさせて記録する。ＳＬＭ１５５としては、液晶シャッタ、ＤＭＤ（デジタルミラーアレーデバイス）等を用いることができ、例えば、一頁の画像データを複数枚のフレームに分割し、各フレームは白黒の空間的パターンとしてＳＬＭ１５５を駆動する。ＳＬＭの画素数は、ＳＬＭを通過する光ビーム径に依存するが、概ね１０５〜１０６程度であり、０．１〜１Ｍｂｉｔ（メガビット）相当のパターンを一括記録することができる。
前述したように、１フレームの記録に要する時間は０．１〜１ｍｓｅｃなので、１００Ｍｂｐｓ（メガビット毎秒）から１０Ｇｂｐｓ（ギガビット毎秒）の記録転送速度を実現することが可能となる。現状では１画素を１ｂｉｔに対応させるのではなく、数画素を１ｂｉｔに対応させているので、転送速度はもう少し低い。
再生時は、参照光Ｌ２のみを媒体２００に照射する。媒体２００の中に屈折率分布として記録された干渉パターンによって参照光Ｌ２が回折され、この回折光を、対物レンズ１６３→ジャイレータ１６２→ＰＢＳ１５８→ＨＭ１６０→結像レンズ１７０の光路で検出器（ＣＣＤ）１７１などによりパターン検出することができる。
次に、本実施形態において実施する反射型シフト多重記録の原理について説明する。
図５乃至図７は、反射型シフト多重記録の原理を説明するための概念図である。記録媒体２００の基本構成は、焦点位置に配されサーボ面を有する反射層２０２、透明板２０４、ホログラム記録層２０６である。録再光、サーボ光は、記録層２０６の側から入射し、反射層２０２で反射されて入射系と同一の光学系１５０に戻る。透明板２０４は必ずしも必須ではないが、現行ＤＶＤとの互換性を得るためには、透明板２０４と記録層２０６共に例えば、厚みを３００μｍ程度にするのが良い。
図５は、図４に表した光学系１５０を用いた場合の干渉パターンの記録原理を表す概念図である。図４の構成では、２分割波長板（ジャイレータ）１６２の分割線１６２Ａの両側から情報光Ｌ１と、参照光Ｌ２が入射するが、図５では簡単のために、情報光（Ｓ偏光）Ｌ１はジャイレータ分割線１６２Ａの左側から入射し、参照光Ｌ２は右側から入射するものとして表した。この場合、ジャイレータ１６２は、分割線１６２Ａより左側を光が上から下に通過した際に偏光面がマイナス４５°（下から上ではプラス４５°）回転し、右側を上から下に通過した際にプラス４５°（下から上ではマイナス４５°）回転するように設定されているものとする。
ジャイレータ１６２の左側を上から下に通過したＳ偏光はＳ−４５°（Ｓマイナス４５°）にその偏光面を回転し、対物レンズ１６３を介して媒体２００に入射する。媒体２００の反射層２０２で反射されたＳ−４５°の情報光Ｌ１は、反射位置の右上側に伝播する。一方、ジャイレータ１６２の右側を上から下に通過したＰ偏光はＰ＋４５°（Ｐプラス４５°）（Ｓ−４５°と偏光面が一致している）にその偏光面を回転し、対物レンズ１６３を介して媒体２００に入射する。このＰ＋４５°の参照光Ｌ２と上述したＳ−４５°の情報光Ｌ１とが記録層２０６の中で干渉し、図５に干渉パターン２２０として表した同心円状の波面（図５では簡単のために一本しか表していない）に沿って情報変調された干渉パターンを記録する。一つの干渉パターン（１フレーム）の記録には、前述したように、０．１〜１ｍｓｅｃの時間を要するので、この間は記録光Ｌと媒体２００とは静止していなければならない。
図５に例示したような記録パターンを再生する際には、Ｐ偏光の参照光Ｌ２のみを照射する。Ｐ＋４５°で記録層２０６に入射した再生光は、そこに記録された干渉パターン（屈折率分布）２２０で一次回折されて入射光路と同一の光路に戻る。この回折光は、対物レンズ１６３を介してジャイレータ１６２を通過し、Ｐ＋４５°−４５°＝Ｐ偏光に戻る。図４を参照すると分かるように、Ｐ偏光は、ＰＢＳ１５８を直進してＣＣＤ１７１に入射して再生信号に寄与する。再生光の一部は、干渉パターンで回折されずにそのまま直進し、焦点位置にある反射層２０２で反射され、図５の左上方向に進む。この光は対物レンズ１６３を介してジャイレータ１６２を通過する際に、Ｐ＋４５°＋４５°＝Ｓ偏光になるため、図４に表したＰＢＳ１５８で９０°左側に曲げられ、再生系には入射しない。回折されない透過光はノイズ成分なので、このノイズ成分が再生系に戻らないという所が図４の光学系のポイントのひとつである。
図６は、本実施形態のホログラム記録装置において、回転体１３０の回転により、媒体２００が微小角度だけ回転された状態を表す。すなわち、同図は、１フレーム記録後に、媒体２００が対物レンズ１６３の中心軸に対して左側に記録シフト量のｎ倍（Ｓｈ×ｎ）だけ移動した状態を表す。ここで、「記録シフト量（Ｓｈ）」とは、記録層２０６の記録ピッチに相当する量である。すなわち、本発明に基づいて媒体２００を微小角度ずつ回転させて順次記録を実施していくと、最終的に記録層２０６には所定のピッチで干渉パターン２２０が配列されることとなる。この時の干渉パターン２２０の配列のピッチを「記録シフト量（Ｓｈ）」というものとする。
さて、媒体２００の記録層２０６の中には、図５に関して前述した干渉パターン２２０が、焦点位置２１０を中心とする同心円状の波面形に記録されている。後に詳述するように、この移動量（Ｓｈ×ｎ）は極めて微小である。これに対して、本発明によれば、このような微小な移動を、極めて簡素な構成により精密に再現することができる。
図７は、媒体２００を移動量（Ｓｈ×ｎ）だけ移動後に再度、媒体２００を停止させて図５と同様に次のフレームを記録する状態を表した概念図である。移動量（Ｓｈ×ｎ）として適当な距離、例えば５μｍから１０μｍ程度を選ぶと、図５に表したような直前のステップで記録された干渉パターン２２０Ａと媒体の移動後に記録される干渉パータン２２０Ｂの波面がずれる。従って、干渉パターン２２０Ａを再生する時と、干渉パターン２２０Ｂを再生する時とで、再生光は記録層２０６の物理的に同一の場所を通過するが、各々の干渉パターンは殆ど影響し合わず、独立に再生することができる。
記録シフト量（Ｓｈ）とトラックピッチ（ＴＰ）の選び方は自由だが、パターン間干渉（線方向の干渉）、クロストーク（トラック方向の干渉）が許容値（システムに依存）を満たすように、例えば、Ｓｈ：２０μｍ、ＴＰ：３０μｍとした場合、かつディスクの記録半径位置を２５ｍｍ〜５５ｍｍとした場合、ＴＢ（テラビット）級の超大容量の記録が実現可能となる。
図８は、本発明においてｎ＝１に設定した時の記録の進行状態を表す模式図である。
同図（ａ）乃至（ｄ）に表したように、記録間の移動量を、（Ｓｈ×１）すなわち記録シフト量Ｓｈとした場合には、媒体２００に最終的に形成される干渉パターンの配列の記録ピッチに相当する距離だけステップ的に移動させながら干渉パターン２２０が順次に書き込まれる。
図９は、本発明においてｎ＝２に設定した時の記録の進行状態を表す模式図である。
記録間の移動量を（Ｓｈ×２）すなわち記録シフト量Ｓｈの２倍に設定した場合には、媒体２００に最終的に形成される記録ピッチの２倍の間隔で干渉パターン２２０が順次書き込まれる。この場合、これら干渉パターン２２０の間には、さらに別の記録ステップにおいて干渉パターンが書き込まれる。
図１０は、ｎ＝２に設定した時、既に記録された干渉パターンの間に新たに干渉パターンを書き込むプロセスを表す模式図である。
すなわち、同図（ａ）に表した記録媒体２００は、ｎ＝２すなわち移動量（Ｓｈ×２）に設定して干渉パターン２２０が書き込まれた状態にある。この時、隣接する干渉パターン２２０の間隔は、（Ｓｈ×２）である。この状態から干渉パターン２２０の間にさらに記録を実施するためには、媒体２００を記録シフト量（Ｓｈ）だけずらす必要がある。後に詳述するように、例えば、移動量（Ｓｈ×２）の移動後に回転体１３０を媒体２００から僅かに離し、媒体２００を慣性により回転させることにより、記録シフト量（Ｓｈ）だけ媒体２００をずらすことができる。
このように、媒体２００を記録シフト量（Ｓｈ）だけずらした後に、図１０（ｂ）乃至（ｄ）に表したように、移動量（Ｓｈ×２）により新たに干渉パターン２２０を書き込むことができる。このようにして、媒体２００には、最終的に、記録シフト量（Ｓｈ）のピッチで干渉パターン２２０が記録されることとなる。
以上説明した反射型シフト多重・ホログラム録再を成立するためには、記録時に光ビームＬと媒体２００の両方を所定の時間（０．１〜１ｍｓｅｃ）静止させる必要がある。すなわち、本発明の基本概念は、図５乃至図７に例示したように、１フレーム記録時は光ビームＬと媒体２００の両方を静止させ、記録した後に、次のフレームの記録に移る間は記録光Ｌは照射せずに（サーボ光は照射してもしなくても良い）、記録シフト量（Ｓｈ）もしくはその自然数倍だけ、媒体２００を移動（回転）させ、再度、光ビームＬと媒体２００の両方を静止させて次のフレームを記録する、という点にある。
次に、本発明において記録間の媒体２００の移動量Ｓｈ×ｎ（ｎ：自然数）のｎの選び方について説明する。
図３に表したように、媒体２００は、現行品のＣＤやＤＶＤと同様に内周孔２００Ａを有し、スピンドルモータ１１０と連結するためのチャッキングに利用することができる。媒体２００の中心点をＯｄ、ディスク半径（最外周半径）をＲｄ、記録半径をＲｒ、回転体の中心点をＯｃ、回転体の半径をＲｃ、回転体１３０のステップ角度（ステッピングモータ１４０のステップ角度と等しい）をθｃ、回転体１３０がθｃだけ回転した時の媒体２００の回転角をθｄとする。
図３に表したように、
Ｒｄ×θｄ＝Ｒｃ×θｃ （式１）
である。また、記録位置における媒体の移動量（Ｓｈ×ｎ）は、
Ｓｈ×ｎ＝Ｒｒ×θｄ （式２）
である。式２のθｄに式１を代入すると、
Ｓｈ×ｎ＝［（Ｒｒ×Ｒｃ）／Ｒｄ］×θｃ （式３）
を得る。
ステッピングモータ１４０としては、永久磁石型（ＰＭ）とハイブリッド型（ＨＢ）が代表的である。ＰＭ型は安価だがステップ角θｃは、７．５°〜１５°と粗く、ＨＢ型は高価だがθｃは、０．９°〜３．６°と細かい。また、ＰＭ型、ＨＢ型ともに、ステップ角の誤差はプラスマイナス３〜５％であり、誤差がステップ間で累積しないため、高精度な位置決めと反復性が得られる。本発明においては、ＰＭ型でもＨＢ型でも用いることが可能であり、また、そのステップ角も上述した範囲で自由に、かつＲｒに応じて可変に使用することができる。
以下、ＨＢ型ステッピングモータを用いた場合の具体例を説明する。
ｎ＝１（回転体１３０の１ステップを１記録シフト量に対応）、θｃ＝０．９°（０．０１５７ラジアン）、Ｒｒ：２５ｍｍ〜５５ｍｍに設定した場合、式３においてＲｒ／Ｒｄ：０．４１７〜０．９１７となるので、Ｒｒ＝２５ｍｍにおける記録シフト量Ｓｈを２０μｍとする場合、Ｒｃ＝３．０６ｍｍとなる。すなわち、回転体１３０の直径は６．１２ｍｍであり、これは十分に実用的なサイズである。図２に表したように回転体１３０を円柱状に形成してＲｃを一定とした場合、記録シフト量Ｓｈは記録半径位置Ｒｒに依存し、Ｒｒが大きいほど記録シフト量は大きくなる。上述した例だと、Ｒｒ＝５５ｍｍにおける記録シフト量は４４μｍとなり、記録半径が外周側ほど線方向のパターン間干渉は緩和されるが、記録密度は低くなるというトレードオフが生ずる。システム的には記録最内周のＲｒ＝２５ｍｍでもパターン間干渉が許容されるように記録シフト量Ｓｈを設定することが望ましいので媒体２００の外周側では記憶容量がやや低下する。ただし、回転体１３０の形状が簡略であり、媒体２００との当接位置などを精密に制御する必要がない点で有利であるといえる。
また、回転体１３０の直径を小さくすれば、媒体２００の１ステップの回転角度θｄも小さくなるので、記録半径の内周側ではθｃを大きくし、外周側では小さくするという工夫をすれば、図２に表した記録装置でも内外周の記録シフト量Ｓｈを同一にすることができる。
例えば、Ｒｒ＝５５ｍｍで記録シフト量Ｓｈを２０μｍにするためには、回転体１３０の直径を１．３９ｍｍ程度にすれば良い（この値も実用的である）。θｃを変えずにＲｒ＝２５ｍｍに記録するとＳｈ＝０．４５μｍとなり線方向の干渉が増加するが、Ｒｒ＝２５ｍｍにおけるθｃを０．０３４５ラジアン（２°）とすれば記録シフト量Ｓｈは最外周と同じ２０μｍとなる。Ｒｒが２５ｍｍ，５５ｍｍ以外の任意の位置でもθｃを調整すれば記録半径位置に関わらずＳｈを一定にすることができる。
さらに、上記の具体例においては、式３のｎ＝１としたが、ｎを大きく設定すれば回転体１３０の半径を大きくでき、θｃも大きくできるので安価なＰＭ型ステッピングモータの採用も可能となるなどの利点が生ずる。ｎを大きくした場合は、記録セクターのヘッダ部にコントロール信号を記録しておき、ｎ＞１で記録したセクターは、既に記録した位置の間の位置に次の記録を行うようにすれば良い。ｎ＞１で記録する場合の詳細についてはシステム全体のコントロールに関わるので、後に詳述する。
図１１は、本発明のホログラム記録装置の第２の具体例を表す概念図である。図２に表した第１の具体例の相違点は、回転体１３２が略円錐台状をなしている点と、この円錐台状の回転体１３２がホログラムディスク（媒体２００）と機械的に当接した状態で上下に移動する機構を有する点である。すなわち、回転体１３２は、矢印Ａの方向のみならず、矢印Ｂの方向にも移動可能とされている。
円錐台状の回転体１３２を用いる理由は、前述した記録半径に応じたθｃの制御、あるいはｎ＞１の記録を行わずとも、より簡便な方法で記録半径位置に関わらず記録シフト量Ｓｈを一定にできる点にある。
例えば、第１具体例と同様にＨＢ型ステッピングモータを用い、ｎ＝１（回転体の１ステップを１記録シフト量に対応）、θｃ＝０．９°（０．０１５７ラジアン）、Ｒｒ：２５ｍｍ〜５５ｍｍに設定した場合について説明する。記録シフト量Ｓｈを記録半径位置に無関係に２０μｍ一定に維持する場合、回転体１３２の半径は、Ｒｒ＝２５ｍｍに対して３．０６ｍｍ、Ｒｒ＝５５ｍｍに対して１．３９ｍｍとすれば良い。すなわち図１１に表した円錐台状回転体１３２の太い部分の半径を３．０６ｍｍ、細い部分の半径を１．３９ｍｍとし、記録すべき半径位置に応じて円錐台状回転体１３２と媒体２００との当接部における回転体１３２の半径を制御（図１１に表した斜め方向Ｂへのステッピングモータの移動制御）すれば、θｃの制御、あるいはｎ＞１の記録を行わずとも、記録半径位置に関わらず内周側でも外周側でも記録シフト量Ｓｈを一定にでき、ディスク面上の記録密度を実質的に一定に保つことができ、より大容量のホログラム記録装置を実現できる。
図１２は、本発明のホログラム記録装置の第３の具体例を表す概念図である。図１１に表した第２具体例の構成だと、円錐台状回転体１３２の移動（矢印Ｂの方向）を媒体２００のディスク面に対して斜め方向にする必要があり、メカ系が複雑化する。これに対して、本具体例においては、円錐台状回転体１３２の側面と媒体２００の側面とが平行に当接するように、回転体１３２を媒体２００のディスク面に対して相対的に傾斜させて設ける。このようにすると、円錐台状回転体１３２の移動はディスクに対して垂直（矢印Ｂの方向）に上下するだけで良いので、メカ系を簡素化できる。
図１３は、本発明のホログラム記録装置の第４の具体例を表す概念図である。前述した第２及び第３具体例においては、円錐台状の回転体１３２を、媒体２００の最外周に対して機械的に当接させる。しかし、回転体１３２を、媒体２００の外周に当接させる代わりに、図１３のように様に構成しても良い。すなわち、媒体２００の回転軸１１１に、受力体１１６を固定する。そして、受力体１１６の外周に円錐台状回転体１３２（図１の円柱状回転体１３０でも良い）を当接させて微小回転を媒体２００に伝える。
本具体例によれば、媒体２００の外周に対して回転体を当接させる場合と比べて、受力体１１６の材料選択の範囲が広がるので、摩擦力を向上させて機械的な当接状態を確実にすることができる。また、円柱状の回転体１３０を用いる場合には、歯車のような凹凸を受力体１１６と回転体１３０の側面にそれぞれ設けることにより、より確実に結合させることもできる。
なお、図１３に表したように、スピンドルモータ１１０を移動させるスピンドルモータ移動部１１２を設け、矢印Ｃの方向にスピンドルモータ１１０を移動させることにより回転軸１１１との結合を解除可能としてもよい。このようにすれば、ステッピングモータ１４０による微小回転ステップ動作の時にスピンドルモータ１１０のコギングトルクが負荷されず、円滑な動作が可能となる。これは、後に詳述するように媒体２００を慣性により回転させて記録シフト量（Ｓｈ）だけずらす場合などに、特に有利である。なお、このスピンドルモータ移動部１１２は、本具体例に以外の本発明の全てのホログラム記録装置に同様に設けることができる。
また、図１３においては、受力体１１６の半径が媒体２００の半径より小さい場合を例示したが、本発明はこれに限定されない。受力体１１６の半径を大きくすればするほど、ステップ角度を微小にすることができる。または、ステップ角度が同一であれば、円錐台状回転体１３２の半径を大きくすることができ、あるいはステッピングモータ１４０のステップ角を大きく設定することができ、安価なＰＭ型ステッピングモータを採用できる等の利点がある。
また、図１４に例示した如く、回転軸１１１に固定され中空状に形成された受力体１１６の開放端１１６Ａに円錐台状の回転体１３２（あるいは円柱状回転体１３０）を当接させてもよい。さらに、図１３及び図１４に例示したように受力体１１６を介して媒体２００を微小回転させる場合には、受力体１１６は、図１３及び図１４に表したように媒体２００を挟んで光学系１５０と反対側に配置しても良いし、光学系１５０と同一の側に配置しても良い。
図１５は、本発明のホログラム記録装置の第５の具体例において設ける回転体１３４を表す模式図である。
また、図１６は、その作用を説明するためのグラフ図である。
すなわち、式３に表したように、記録シフト量Ｓｈあるいは移動量（Ｓｈ×ｎ）は、Ｒｒ×Ｒｃの積に比例する。図１１乃至図１４に表したように側面が略直線状をなす円錐台状の回転体１３２を用いた場合、記録半径位置Ｒｒに対し、回転体１３２の上下方向への移動量はＲｒに対して線形とはならず、Ｒｒを検出した後、Ｒｒ毎に記録シフト量Ｓｈもしくは移動量（Ｓｈ×ｎ）が一定となるように非線形に回転体１３２の上下移動を行う必要があり制御が複雑である。
そこで、本具体例においては、Ｒｒ×Ｒｃの積が略一定になるように回転体の側面形状を規定する。
図１６は、Ｒｒ×Ｒｃの積が略一定になる条件下での、記録位置ＲｒとＲｃの関係を表すグラフ図である。ここで、Ｒｉ，Ｒｏは各々、記録最内周（実施例では２５ｍｍと仮定）、記録最外周（同５５ｍｍと仮定）に対応する。図１６のグラフ中に再記した式３から、ＲｃをＲｒに対して双曲線状にすれば、Ｒｒ×Ｒｃの積が略一定になることが明らかである。
図１５は、この関係に基づいて試作した回転体１３４の具体例である。図１５に表した回転体１３４を用い、Ｒｒが大きい場合は回転体１３４の半径の小さい位置、Ｒｒが小さい場合は回転体１３４の半径の大きい位置で媒体２００（または受力体１１６）と機械的に結合させれば、Ｒｒに応じて回転体１３４をほぼ線形に上下させるだけで、θｃの制御、あるいはｎ＞１の記録を行わずとも、記録半径位置に関わらず記録シフト量Ｓｈを一定にでき、媒体面上の記録密度を一定に保つことができ、より大容量の記録が可能となる。
図１７乃至図１９は、本発明の第６の具体例を説明するための模式図である。
すなわち、図１７は、図５乃至図７に例示したような反射層２０２に設けられたサーボ面の構成を例示し、媒体２００のディスク面からサーボ面を眺めた模式図である。
一般的に、光ディスクは、１トラック（ディスク一周）が複数のセクターからなりセクタ単位で情報の記録再生を管理する。各セクタはヘッダ部ＨＤとデータ部ＤＴからなる。ヘッダ部ＨＤは、各セクタのアドレス情報、各セクタへデータを録再する際の制御情報を有し、データ部ＤＴにユーザデータの記録を行う。データ部ＤＴは、ミラー面である場合と、トラッキングガイド用の溝（グルーブ）ＧＲが設けられている場合とがある。本発明は、データ部ＤＴがミラー面でもグルーブ面でも実施することができる。
以下、データ部ＤＴがグルーブＧＲを有し、このグルーブＧＲにホログラム記録再生を行う位置が特定されている場合について詳述する。
図１８及び図１９は、記録位置が特定されているデータ部ＤＴの構成例である。乱れのない綺麗な干渉パターンを記録層中に形成し再生するためには、データ部ＤＴ中の録再位置は、記録光（情報光Ｌ１と参照光Ｌ２）、再生光（参照光）に対してミラー面となっていることが望ましい。反射型シフト多重・ホログラム記録においては、所定の記録シフト量Ｓｈで決まる録再位置以外の部分では録再は行わない。そこで、図１８及び図１９に表したように、録再位置の間の領域にはトラッキングサーボが掛かるようにグルーブＧＲを配し、録再位置では記録光（Ｌ１＋Ｌ２）に対して実質的にミラー面を形成しておけば、記録位置が特定された媒体となる。ちなみに記録位置が特定された媒体に関する技術に関しては、本発明者等によって特願２００３−１３１６１１号に記載されている。
本発明では、基本的に記録シフト量Ｓｈは式３に表したようにステッピングモータ１４０の回転ステップθｃで与えられるが、特願２００３−１３１６１１号に記載した技術と本発明とを組合わせると、より高精度の記録再生が可能となる。
すなわち、録再位置以外ではサーボ光もしくは参照光のみを照射し、連続トラッキングサーボを取る。録再位置ではグルーブＧＲの幅が少なくも記録光（Ｌ１＋Ｌ２）よりも大きく設定されているか（図１８）、ミラー面に設定されている（図１９）。録再位置ではトラッキング信号が変化するか、もしくは消失するので、録再位置を検知することが可能である。このようにして検知した録再位置でステッピングモータ１４０を停止する。前述した通り、例えばＨＢ型ステッピングモータでは、ステップ角は０．９°が最小で精度はプラスマイナス３〜５％である。録再位置の幅は、ステップ角精度よりも幅広く設定しておく。こうすることで、媒体２００が静止すれば必ずミラー面に録再光が照射されるようになる。
さらに、第２乃至第５実施例３に表した円錐台状回転体１３２（回転体１３４）をボイスコイルモータで微小上下動させてステップ角に自由度を持たせる。こうすることで、ディスクリートにステップ動作するステッピングモータを用いても、記録シフト量には自由度を持たせることができる（式３のＲｃを微小範囲で可変制御する）。トラッキングサーボを取っている間は、ステッピングモータ１４０は回転し媒体は移動している。この時、前記したようにサーボ信号から録再位置を検知した後、円錐台状回転体１３２（１３４）を微小上下動させ、ステッピングモータ１４０の静止時に丁度、媒体２００に特定された録再位置の略中心に録再光が照射されるように制御する。
図１８及び図１９に表したように、連続サーボ領域から録再位置に移動する間にサーボ信号に変化を生ずるので、この変化が生じている時間内に回転体の微小上下動をすれば、媒体に特定された録再位置の略中心に録再光が照射されるようにすることができる。円錐台状回転体１３２（１３４）を微小上下動させる際に摩擦が問題になる場合には、回転体を媒体２００（あるいは受力体１１６）から離して微小移動させても良い。この微小移動も極く短時間、ボイスコイルモータ等の制御で実施可能であるから、離している間は媒体２００は慣性力により等速移動を継続する。
ステップ角に自由度を持たせる手段としては、円錐台状回転体１３２（回転体１３４）をボイスコイルモータで微小上下動させる以外に、ステッピングモータ移動部１４２に回転方向の微小な自由度を与え、ボイスコイルモータ等で移動部の回転角を微小制御しても良い。このようにすれば、円錐台状回転体１３２（回転体１３４）の上下動に伴う摩擦の問題は考える必要がない。
このようにすれば、現行のＤＶＤやＣＤなどの既成の媒体との互換性の良い連続サーボ方式を基本としつつ、乱れのない綺麗な干渉パターンを記録できると共に、本発明の基本概念である静止記録を高精度に実施することが可能となる。
ここで、ｎ＞１の場合の具体例について、図１７乃至図１９を参照しつつ説明する。
ｎ＞１の記録を行うためには、図１７に表したデータ部ＤＴには、図１８もしくは図１９のサーボパターンが設けられていることが望ましい（ただし、データ部ＤＴが全面ミラーのサンプルサーボでも本発明の実施は可能である）。ヘッダ部ＨＤからデータ部ＤＴへ光が移動する際に、ｎ＝１の場合は前記した通りにステッピングモータ１４０の１ステップ（または複数ステップでもよい）を記録シフト量Ｓｈに対応させて記録を行う。
これに対して、ｎ＞１の場合は、例えばヘッダ部ＨＤの後端付近にｎを記録する。ホログラム記録は、０．１Ｍｂｉｔ〜１Ｍｂｉｔのデータを一括記録するので、ｎはＳＬＭ１５５のパターンを変えることで１０６程度の範囲まで選べる。実際問題としてはｎ＝１の場合でＨＢ型ステッピングモータ１４０を選べば、前述の通り媒体２００をステップ回転するための回転体１３０（１３２、１３４）の半径を３．０６ｍｍ〜１．３９ｍｍ程度の実用的な値にできるので、ｎはそれほど大きな値にする必要はない。
低価格のＰＭ型ステッピングモータの最小ステップ角（０．１３ラジアン）を用いた場合、回転体１３０（１３２、１３４）の半径を３．１９ｍｍ〜１．４５ｍｍとすると、ステッピングモータ１４０の１ステップで媒体２００は、１６０μｍ移動する。記録シフト量Ｓｈを２０μｍとすると、ステッピングモータ１４０の１ステップでｎ＝８に相当する量だけ移動することになる。この場合は、ヘッダ部ＨＤの後端付近にｎ＝８と記録する。記録位置は焦点位置にあるサーボ面上において、例えばデータ部ＤＴの記録開始位置より１ｂｉｔ〜７ｂｉｔ手前の間のいずれかを選ぶ。１ｂｉｔ手前を選んだ場合、データ部ＤＴの開始位置から７ｂｉｔ目からステップ記録が開始され、７ｂｉｔ手前を選んだ場合、データ部ＤＴの開始位置の１ｂｉｔ目からステップ記録が開始される。記録間隔は記録シフト量の８倍である（ｎ＝８）。
次にｎ＝８で記録済みのセクターに記録する場合には、参照光でサーボ面上のｎ＝８を読み取る。再生もステップで行う場合は、読み取ったｎ＝８に応じて例えば最初の記録位置をｎ＋１と１ｂｉｔ分、すなわち１記録シフト量（Ｓｈ）だけずらす。ずらし方は、例えば最初の１ステップ移動中に回転体１３０（１３２、１３４）を媒体２００から微小に離し慣性運転させれば良い。惰性運転で所定の記録位置に光を配するためには、本具体例のポイントである記録位置が特定された媒体（図１８、図１９）を用いることが望ましい。全部で７回、上述の動作を繰返せば所定の２０μｍ記録シフト量でデータ部全域に記録することができる。
また、再生を連続回転で行う場合（スピンドルモータ１１０を使用する）は、先ずｎ＝８で記録済みのセクターのヘッダ部後端のｎ＝８信号を検出し、媒体２００の一周の間にスピンドルモータ１１０を停止させて、ｎ＝８信号の記録された位置から１ｂｉｔずらした位置からステッピングモータ１４０を駆動する。このようにすれば、最初に１６０μｍ間隔で記録した後に、２０μｍシフトさせて再度１６０μｍ間隔で記録することができる。上記のステップ再生の場合と同様に、全部で７回上記の動作を繰返せば所定の２０μｍ記録シフト量でデータ部全域に記録することができる。以上が、ｎ＞１の場合の本発明の記録方法である。
次に、本発明の第７の具体例として、ホログラム記録装置の全体のシステム構成について説明する。
図２０は、本発明のホログラム記録方法を実現するシステム構成の一例を表すブロック図である。このシステムは、パソコンやＡＶ機器とインターフェースを介し、入力信号（Ｉｎｐｕｔ）と出力信号（Ｏｕｔｐｕｔ）をやり取りすることができる。入力信号（Ｉｎｐｕｔ）は、システムコントローラ１０１に入力し、ホログラム再生動作もしくはＤＶＤ、ＣＤを駆動する場合はスピンドルモータ１１０を連続回転駆動する信号をスピンドルサーボ系１０２に入力する。ホログラム記録動作もしくはホログラム再生動作を行う場合はスピンドルモータ１１０はフリーな状態にするか、スピンドルモータ１１０の回転軸とホログラム媒体２００とを分離する信号をスピンドルサーボ系１０２に入力すると共に、ステッピングモータ１４０とそれに接続する円柱状もしくは円錐台状回転体１３０（１３２、１３４）のサーボ系１０３を駆動する。
本発明に関わる記録動作についてのみシステム動作例を説明する。コントローラ１０１は、ステッピングモータ１４０と円錐台状回転体１３２（１３４）に駆動制御信号と共に、データ信号（ＳＬＭ変調信号とサーボ光駆動信号）とシーク信号（スライドサーボに接続）を発生する。サーボ光もしくは参照光でフォーカシングを取った後、シーク信号で所定のトラックに光ヘッドを位置決めし、サーボ光もしくは参照光を用いてトラッキングを取り、再生動作を行いながら所定のセクタに光ヘッドを位置決めする。これらの一連の動作は、媒体２００からの反射光により得られたサーボ信号を検出回路１０４に入力し、検出回路１０４からスライドサーボ系１０５、フォーカシングサーボ系１０６、トラッキングサーボ系１０７を駆動して実施される。記録位置が特定された後は、記録半径位置に応じて円錐台状回転体１３２（１３４）の半径が所定の位置になるように位置決めサーボ系１０３を動作させる。また、ステッピングモータ１４０の記録開始位置も位置決めサーボ系１０３で制御される。全ての位置決めが完了した後、ステッピングモータ１４０を所定のステップで間欠回転制御し、ステッピングモータ停止時に情報光Ｌ１と参照光Ｌ２の両方を照射してＳＬＭ変調信号をホログラム媒体２００に記録する。ステッピングモータ１４０の回転時はサーボ光もしくは参照光のみを照射する。このような動作を所定の数のセクター、所定の数のトラックに行い記録動作を完了する。
再生動作は、ステッピングモータ１４０をフリーにするか円錐台状回転体１３２（１３４）を媒体２００から離すなどして、スピンドルモータ１１０を回転させて参照光Ｌ２を連続照射し、ＣＣＤ等の空間光検出素子で再生した後、再生出力を検出回路を通じて信号処理回路１０８に送り、所定の信号処理を施した後、出力信号（Ｏｕｔｐｕｔ）を出す。信号処理回路１０８の出力の一部はシステムコントローラ１０１に入力し、記録の確認、ｎ数の確認、ｎ数の記録動作などに用いることができる。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、ホログラム記録装置を構成するモータ駆動系、信号処理系、光源、光学系などに関しては、当業者が適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができるものも本発明の範囲に包含される。
その他、本発明の実施の形態として上述したホログラム記録方法及びホログラム記録装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべてのホログラム記録方法及びホログラム記録装置も同様に本発明の範囲に属する。
本発明の実施の形態にかかるホログラム記録装置の要部構成を表す概念図である。 本発明のホログラム記録装置の第１の具体例を表す概念図である。 図２に表した装置を媒体２００の上方から眺めた概念図である。 光学系１５０の基本構成を例示する概念図である。 図４に表した光学系１５０を用いた場合の干渉パターンの記録原理を表す概念図である。 本発明の実施形態のホログラム記録装置において、回転体１３０の回転により、媒体２００が微小角度だけ回転された状態を表す。 媒体２００を記録シフト量Ｓｈだけ移動後に再度、媒体２００を停止させて図５と同様に次のフレームを記録する状態を表した概念図である。 本発明においてｎ＝１に設定した時の記録の進行状態を表す模式図である。 本発明においてｎ＝２に設定した時の記録の進行状態を表す模式図である。 ｎ＝２に設定した時、既に記録された干渉パターンの間に新たに干渉パターンを書き込むプロセスを表す模式図である。 本発明のホログラム記録装置の第２の具体例を表す概念図である。 本発明のホログラム記録装置の第３の具体例を表す概念図である。 本発明のホログラム記録装置の第４の具体例を表す概念図である。 回転軸１１１に固定され中空状に形成された受力体１１６の開放端１１６Ａに円錐台状の回転体１３２（あるいは円柱状回転体１３０）を当接させた構成を表す概念図である。 本発明のホログラム記録装置の第５の具体例において設ける回転体１３４を表す模式図である。 第５具体例の作用を説明するためのグラフ図である。 図５乃至図７に例示したような反射層２０２に設けられたサーボ面の構成を例示し、媒体２００のディスク面からサーボ面を眺めた模式図である。 記録位置が特定されているデータ部ＤＴの構成例である。 記録位置が特定されているデータ部ＤＴの構成例である。 本発明のホログラム記録方法を実現するシステム構成の一例を表すブロック図である。
符号の説明
１０１ システムコントローラ
１０２ スピンドルサーボ系
１０３ 位置決めサーボ系
１０４ 検出回路
１０５ スライドサーボ系
１０７ トラッキングサーボ系
１０８ 信号処理回路
１１０ スピンドルモータ
１１１ 回転軸
１１２ スピンドルモータ移動部
１１６ 受力体
１１６Ａ 開放端
１３０ 円柱状回転体
１３２ 円錐台状回転体
１３４ 回転体
１４０ ステッピングモータ（微動アクチュエータ）
１４２ ステッピングモータ移動部（粗動アクチュエータ）
１５０ 光学系
１５１ 録再光源
１５２ レンズ
１５３ λ／２板
１６２ ジャイレータ
１６２Ａ ジャイレータ分割線
１６３ 対物レンズ
１６５ サーボ光源
１６６、１６７ レンズ
１６８ 光検出器
１７０ 結像レンズ
２００ ホログラム記録媒体
２００Ａ 内周孔
２０２ 反射層
２０４ 透明板
２０６ ホログラム記録層
２１０ 焦点位置
２２０、２００Ａ、２００Ｂ 干渉パターン
ＤＴ データ部
ＧＲ グルーブ
ＨＤ ヘッダ部
Ｌ１ 情報光
Ｌ２ 参照光
Ｓｈ 記録シフト量

Claims (8)

  1. 反射層と記録層とを有する記録媒体に対して情報を記録するホログラム記録方法であって、
    前記記録媒体を静止させた状態で前記反射層とは反対側から情報光と参照光とを前記記録層に入射させ前記情報光と前記参照光との干渉に対応したパターンを前記記録層に記録する記録ステップと、
    前記記録媒体を記録シフト量の自然数倍だけ回転させる回転ステップと、
    を交互に繰り返すことにより前記情報を記録し、
    前記自然数が１よりも大であり、
    前記記録ステップと前記回転ステップとを交互に繰り返すことにより前記記録媒体に前記記録シフト量の前記自然数倍の間隔で前記パターンが形成された後に、前記記録媒体を前記記録シフト量だけ回転させるステップをさらに備えたことを特徴とするホログラム記録方法。
  2. 反射層と記録層とを有する記録媒体に対して前記反射層とは反対側から情報光と参照光とを前記記録層に入射させ前記情報光と前記参照光との干渉に対応したパターンを前記記録層に記録する記録光照射部と、
    前記記録媒体を記録シフト量の自然数倍ずつ間欠的に回転させる間欠駆動部と、
    前記記録光照射部による前記記録と、前記間欠駆動部による前記回転と、を交互に実行させる制御部と、
    を備え、
    前記間欠駆動部は、間欠的に回転駆動するモータと、前記モータの回転駆動に応じて回転する回転体と、を有し、前記回転体の回転運動が前記記録媒体に伝達されることを特徴とするホログラム記録装置。
  3. 前記回転体は、略円錐状の側面部を有し、この側面部は、前記記録媒体に前記回転運動を伝達する伝達部を有し、この伝達部の位置が前記側面部において可変とされたことを特徴とする請求項２記載のホログラム記録装置。
  4. 前記側面部は、凹状の双曲線曲面を有することを特徴とする請求項３記載のホログラム記録装置。
  5. 前記パターンを形成すべき記録位置が予め特定された前記記録媒体の前記記録位置を検出する位置検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記位置検出部により検出された前記記録位置において前記記録光照射部に前記記録を実行させることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のホログラム記録装置。
  6. 前記パターンを形成すべき記録位置が予め特定された前記記録媒体からトラッキング信号を検出するトラッキング検出部をさらに備え、
    前記制御部は、前記トラッキング検出部が前記トラッキング信号を検出しない時に前記間欠駆動部を停止させ、前記記録光照射部に前記記録を実行させることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のホログラム記録装置。
  7. 前記制御部は、前記自然数を１よりも大とし、前記記録光照射部による前記記録と、前記間欠駆動部による前記回転と、を交互に実行させることにより前記記録媒体に前記記録シフト量の前記自然数倍の間隔で前記パターンを形成させた後に、前記記録媒体を前記記録シフト量だけ回転させることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載のホログラム記録装置。
  8. 前記制御部は、前記間欠駆動部により前記記録媒体を回転させた後に前記間欠駆動部と前記記録媒体との機械的な結合を解除させ、前記記録媒体を慣性により前記シフト量だけ回転させることを特徴とする請求項７記載のホログラム記録装置。
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