JPH0630163B2

JPH0630163B2 - 光情報処理装置

Info

Publication number: JPH0630163B2
Application number: JP60083039A
Authority: JP
Inventors: 信介鹿間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-04-18
Filing date: 1985-04-18
Publication date: 1994-04-20
Anticipated expiration: 2009-04-20
Also published as: JPS61240448A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光情報処理装置に係り、特にマイケルソン干渉
計の原理を用いて情報記憶媒体から情報を再生する光学
的情報再生系に関するものである。

〔従来の技術〕

第６図は既に本発明者が特許出願済の従来の光学的情報
再生系である。図において１はコヒーレント平行光源、
２は平行光源１からの出射光、３はハーフミラーによる
ビームスプリッタ、４および５はビームスプリッタ３に
よって二分された分岐光、６はミラー、７は情報保持面
に形成された凹凸の領域（以後ピットと称する）８，９
の列の形で光学的に情報を保持する情報記憶媒体、１０
はミラー６及び情報記憶媒体７によって反射された反射
光が、ビームスプリッタ３で同一方向に進行するように
合波された合波光束、１１は合波光束１０の干渉による
強度変化を電気信号に変換する光検知器、１２は光検知
器１１の出力端子である。

次に、上記従来装置の動作を説明するにあたり、より理
解を容易にする為に、マイケルソン干渉計の動作につい
て、第７図及び第８図を用いて説明する。第７図は、マ
イケルソン干渉計の原理構成を示しており、情報記憶媒
体７がミラー１３になっている点と光検知器１１がスク
リーン１４になっている点が第６図からの変更箇所であ
る。図において平行光源１より出射した出射光２は、ビ
ームスプリッタ３によって二分され、分岐光４と５にな
る。これら二つの光束は各光束と垂直に置かれたミラー
６及び１３によって反射され、もとの光路を逆進して、
ビームスプリッタ３で合波され、一本の合波光束１０と
なってスクリーン１４に入射する。スクリーン１４上で
は、分岐光４と５の光路差（ΔＸという記号で表す）に
応じて、両光束の干渉によって合波光束１０の入射点の
明るさが変化する。第８図は、このように構成されたマ
イケルソン干渉計において、ミラー１３が光軸方向にΔ
Ｘだけ変位したときのスクリーン１４上の明るさの変化
を示している。図の原点はΔＸ＝０であり、第７図にお
ける二つの分岐光４，５の光路長が等しい状態である。
図のように、ΔＸ＝０からλ／４（λは光の波長）だけ
ミラー１３が変位する毎に、スクリーン１４上の明るさ
は明，暗の状態を繰り返す。この現象は、ミラー１３の
変位λ／４に対して、分岐光４，５の間の往復光路長の
差がλ／２ずつ変化することによって、合波が同相
（明）又は逆相（暗）でおこることによる。以上に述べ
たような明，暗二つの干渉状態を、情報記憶媒体上の凹
凸ピットから反射される分岐光４の光路長変化によって
実現したものが、第６図に示した従来の光学的情報再生
系である。凹凸ピット８，９は典型的にはλ／４の深さ
に設定されており、情報記憶媒体７は第６図に矢印Ｙで
示すように、分岐光４と直交する方向に、ここでは特に
図示していない駆動手段によって移動される。この際、
凹又は凸のピットに分岐光４が入射する状態が、第８図
に示したＡ，Ｂ，Ｃ等の明又は暗の干渉状態になるよう
に、分岐光４，５間の片道光路長の差をＮ×λ／４（Ｎ
は整数）に設定しておけば、情報記憶媒体７のＹ方向へ
の移動に伴い、分岐光４の光路長がλ／４ずつ増減する
ので、光検知器１１へ入射する光束強度が、ピットの凹
凸に対応して強弱の変化をし、端子１２より電気信号の
変化として出力される。このようにして電気信号に変換
されたピット情報は、第６図には特に図示していない信
号処理回路に入力され、例えばオーディオ，ビデオ信号
や、ディジィタルデータ信号として利用される。なおこ
こでは説明の便宜上情報記憶媒体７がＹ方向に変位する
場合について説明したが、情報の読み出しのためには分
岐光４の情報記憶媒体照射位置が変化すればよいのであ
って、例えば第６図において情報記憶媒体７を除く光学
系全体がＹ方向に変位しても情報の読み出しが出来るこ
とは言うまでもない。又、第８図のＡ，Ｂ，Ｃ等で示し
た動作点、すなわち、凹凸ピットに対応する分岐光４，
５の片道光路長差Ｎ×λ／４は、光源１のコヒーレント
長の略１／２以下の範囲内で設定することが凹凸信号読
み出し時の検知器上光束の明暗比を大きくしＳ／Ｎの高
い信号を得る上で重要である。さらに、ピット深さは
（２Ｎ＋１）×λ／４の場合に干渉状態の明暗比が最も
大きくなり最適の再生が実現できるが、これ以外の値で
あってもＮ×λ／２でさえなければ、マイケルソン干渉
計の原理による情報読み出しは原理的には可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、この種装置においては、情報記憶媒体上の記
録密度の向上と再生時の信頼性の向上とが要求される
が、このためには、情報記憶媒体に照射される光束のス
ポット径を小さくすることと、光学部品の配置構成を光
の波長単位で正確に行なう必要がある。

ところが、上記従来装置では、例えばビームスプリッタ
３，ミラー６等の光学部品がディスクリートに配置され
ている。このため、記憶媒体に照射される光束の光路長
の下限がビームスプリッタ３等の外形寸法により制限さ
れてしまい、光の回折拡がり効果により媒耐上でのスポ
ット径は０．５mm位にしか小さくできず、レンズ等の他
の光学部品を用いても記録密度の向上には限界があっ
た。また、各光学部品に光の波長単位の微小な経年ずれ
が生じ、再生信号が変動して特性劣化が著しくなるとい
う問題点があった。とりわけ、分岐光４の波長単位の光
路長変化は媒体７のＹ方向移動時に起こりうるが、これ
が第８図における動作点変動を招きやすかった。さらに
ビームスプリッタ３，ミラー６等の光学部品間の位置及
び角度調節を正確に行なわないと合波光束１０が正しく
干渉せず、再生時の特性劣化の原因となるため、組立て
時の調整が煩雑となり量産性が得られないという問題点
があった。

本発明は係る問題点を解消するためになされたもので、
記録密度の向上と信頼性の向上とを達成でき、かつ量産
性が得られる光情報処理装置を提供することを目的とす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る光情報処理装置は、光源からの出射光とこ
の出射光が分岐されて情報記憶媒体と反射鏡に照射され
る分岐光と光検知器で検知されるこれらの反射光のそれ
ぞれの光路となる光導波路を形成した誘電体基板を具備
したものである。

〔作用〕

本発明においては、誘電体基板に形成された各光導波路
により、回折拡がりや経年ずれが極めて小さくかつ組立
て時の調整の不要なマイケルソン干渉計の原理にもとづ
く光路が形成される。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例を図示して詳細に説明する。な
お、前記従来例と同一又は相当部分には同一符号を用
い、その説明は省略する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す簡略構成図であ
り、図において、２０はコヒーレント光源であり、ここ
では安定した同一位相の出射光２が得られる半導体レー
ザが用いられている。２１は上記光源２０からの出射光
２を導く第１の光導波路、２２は媒体７方向への分岐光
４及びその反射光を共通に導く第２の光導波路、２３は
ミラー６方向への分岐光５及びその反射光を共通に導く
第３の光導波路、２４は上記第２の光導波路２２と第３
の光導波路２３によりそれぞれ導かれた上記両反射光を
光検知器１１方向に導く第４の光導波路であり、上記各
光導波路２１〜２４は結合部２５で結ばれて、４ポート
のＸ分岐光導波路として誘電体基板２６上に形成されて
いる。上記誘電体基板２６は、例えばＬｉＮｂＯ_３等の
結晶あるいはガラス基板等が用いられる。又上記各光導
波路２１〜２４は、基板２６にＬｉＮｂＯ_３を用いた場
合には、基板２６上に電子ビーム蒸着又はスパッタによ
り形成されたＴｉ（チタン）薄膜をパターニング化した
後、熱拡散して、拡散部の屈折率を周囲よりやや高くす
る等の製造法が知られており、又ガラス基板の場合には
イオン交換法による製造法が知られている。なお、本実
施例においては、上記誘電体基板２６の第３の光導波路
２３の端面にミラー６が密着形成されており、又第２の
光導波路２２の端面に、情報記録媒体７が２値情報を示
す凹凸ピット８，９が形成された情報保持面側を接して
配置されている。

次に本実施例の作用について説明する。

Ｘ分岐導波路の第１の光導波路２１の端面に対して、光
源２０から出射光２を照射すると、光導波路２１内に矢
印で示すように結合部２５へ向かう光が励起される。こ
の導波光は、結合部２５にて光導波路２２と２３の両方
の導波光に分かれる。光導波路２３へ向かう分岐光５
は、その端面に例えばＡｌの真空蒸着等の方法によって
形成されたミラー６により反射された後、該導波路２３
を再び結合部２５方向に向かって逆進し、その一部が光
導波路２４に入る。又、光導波路２２側に分けられた分
岐光４は、その端面に接するように配置された情報記憶
媒体７の表面に設けられた凹凸ピット８又は９で反射さ
れて、再び結合部２５に入射し、一部が光導波路２４に
入る。以上のようにして合波されたミラー６及び媒体７
の反射光は、光導波路２４の端面より出射して光検知器
１１に入射し、光強度が電気信号に変えられて端子１２
より出力される。以上のような説明からわかるようにＸ
分岐導波路の結合部２５は、従来例におけるビームスプ
リッタ３と同様の分波，合波作用を成すので、第１図に
示した実施例は第７図と同様のマイケルソン干渉計の光
学系であることがわかる。このようなＸ分岐光導波路に
よるマイケルソン干渉計の作用は後述する文献に実験報
告がなされている。

よって従来例で説明したのと同様の原理により、図のＹ
方向に移動する媒体７上の凹凸ピット情報を光検知器１
１の出力端子１２より、電気信号の強弱に変えて読み取
ることができる。又、その際第２の光導波路２２（媒体
７側）と第３の光導波路２３（ミラー６側）は、片道光
路長の差がＮ×λ／４（Ｎは整数）と設定されていて、
かつ凹凸ピット８，９の光学的深さｄが（２Ｎ＋１）×
λ／４となっている場合に最適再生ができる点は、従来
例と全く変わりない。一方の各導波路の幅は文献に示さ
れている通り、数μｍ位の幅にまで小さくできるので、
ピット８，９を照射する光束も同程度の径となる。

従って、従来例がスポット径０．５mm位であったのに比
して、読出し可能な情報記録密度を４ケタ以上大きくす
ることが可能となり、飛躍的に高密度な読取りの出来る
情報再生系が実現できる。さらに、基板２６の端面に媒
体７を接触配置することができるので回折拡がりが全く
生ぜず、又光導波路２２と２３を伝搬する光の光路長差
がメカニカルに決まり、第８図のＡ，Ｂ，Ｃ点で示した
ような最適動作点からの経年ずれの問題がほとんどなく
なる。

また、このように構成された本実施例の再生系では、従
来例のビームスプリッタ３に相当する部分が、Ｘ分岐光
導波路の結合部２５という形で実現されているので、導
波路作成パターンにより、合波，分波機能が決定でき、
従来例における角度調整や経年ずれによる読出し特性劣
化といった問題点は皆無である。

次に本発明の第２の実施例を第２図に示す。第１の実施
例との違いは、第２の光導波路２２の端面と情報記憶媒
体７が離れて配置されている点である。このように配置
しても、第１の実施例と同様、マイケルソン干渉計の原
理による情報読出しは十分に可能である。但し、この場
合は第２の光導波路２２からの分岐光４が空間を隔てて
媒体７上に照射する為、第２の光導波路２２を伝搬する
側の光と、第３の光導波路２３側を伝搬する光の光路長
差は、第１の実施例のようなメカニカルなものとはなら
ず、動作点の安定性という利点はある程度そこなわれ
る。しかしながら、第２図中に図示した媒体７と光導波
路２２の端面間の距離ｌは、従来例のディスクリートな
ビームスプリッタのような制約がないため、十分小さな
距離に設定することができる。従って、光導波路２２を
出射して媒体７に照射する光の回折拡がりが無視できる
位の値、例えば導波路幅の数倍程度までの隔りならば、
第１の実施例に較べて再生可能な情報記録密度の低下は
ないばかりか、基板２６と媒体７との接触による損傷が
防げるという効果がある。

次に第３の実施例として、本発明の再生系のうち、情報
記憶媒体７のみをとり出した第３図について説明する。
第１，第２の実施例では、いずれも凹凸ピット８，９は
媒体７の表面に形成されていたが、本実施例では、媒体
７が図中斜線で示す基板７ａと透明保護膜７ｂの２層構
造となっている。再生は、透明保護層７ｂの側からの光
照射によって行なうが、この際、図の凹凸ピット深さｄ
は保護膜７ｂの屈折率ｎに対してｎｄ＝（２Ｎ＋１）×
λ／４を満たす場合が最適ピット深さになる。なお、こ
のような媒体７を用いた場合においても、第２の光導波
路２２側と第３の光導波路２３側の片道光路長差がＮ×
λ／４の場合に最適な再生状態となることは前記各実施
例と同様である。

第３図に示すような媒体７を用いた場合には、とりわ
け、第１図に示すような接触式読出しの際の導波路端面
による媒体情報破壊防止の上で効果的であるが、その他
に、媒体取扱上の信頼性を高める上でも効果的である。

次に本発明の第４の実施例を第４図に示す。本実施例は
第１の実施例の構造の変形である。すなわち、光源２０
が第１の光導波路２１の端面に接触して保持されている
点、光検知器１１が第４の光導波路２４の端面に接触し
て保持されている点が変わっている。さらに第３の光導
波路２３に電界を印加するように、該導波路２３上に金
属電極２７が配置され、バイアス電源２８が接続されて
いる。次に第４の実施例の特徴について説明する。ま
ず、光源２０が導波路２１端面に接触保持されたことに
より、第１の実施例よりも光源２０と光導波路２１の係
合効率が向上すること、さらに、光検知器１１も第４の
光導波路２４に接触保持されているので、装置の小型化
の上で有効であるといえる。次に電極２７の働きについ
て述べる。基板２６の材料として、例えば先に述べたＬ
ｉＮｂＯ_３を用いた場合には、非常に大きな電気光学効
果を有しているので、このように電極２７によって第３
の光導波路２３に電界を印加することにより、電極下の
該導波路２３の屈折率が変化する。このことにより、該
導波路２３を通る光の光路長が変化するので、バイアス
電源２８の電圧調整により、該導波路２３の光路長を電
気的に変化させることができる。よって、純電気的に、
第８図におけるＡ，Ｂ，Ｃ点等で示した最適動作点で再
生系を動作させることができるようになり、装置作製時
に第２，第３の光導波路２２と２３の光路長差を精密制
御することが省略でき、極めて量産性がよくなる。

おな、第４図に示した第４の実施例では、電極２７を第
３の光導波路２３上に置いたが、以上の動作説明より明
らかなように、第２の光導波路２２側に配置しても同様
の効果が得られる。さらに、第４図では一対の電極２７
の片側を光導波路２３の上に配置しているが、これは光
源２０の出射光の偏光方向が基板２６面と垂直な方向
（図中Ｙ方向）を向いている場合に特に有効であり、偏
光方向が基板面方向（図中Ａ方向）を向いている場合に
は、両電極が第３の光導波路２３又は第２の光導波路２
２を挾むように配置することが効果的であることを付言
しておく。なお、電極付加の効果はここに説明したＬｉ
ＮｂＯ_３に限らず、電気光学効果を有する誘電体基板を
使用する場合には有効であることはもちろんである。

次に本発明の第５の実施例を第５図に要部のみを取り出
して示す。本実施例においては、第１の実施例を示す第
１図の構成に加えて、第２の光導波路２２の端面に透明
保護膜２６ｂが形成されている点が特徴である。このこ
とにより、第１図のような接触読出しの際に導波路２２
端面が傷つき、読出し特性が劣化することが避けられ
る。このような保護膜２６ｂは、製法の一例として、端
面にＳｉＯ_２等をスパッタして得られるが、その他の透
明材料でも有効であることは言うまでもない。さらに、
第５図のように媒体７にも保護層７ｂが付いていると、
接触読出しの際に導波路２２端面，媒体７の双方が損傷
を受けにくく、極めて信頼性の高い情報再生系となる。

文献： M.I_ZUTSU ， A.E_NOKIHARA , T.S_UETA“ O
_PTICAL - W_AVEGUIDE M_{ICRODISPLACEMENT} S_ENSOR ”，
E_LECTRONICS L_ETTER 3oth September 1982 Vol.18 No.2
0 pp.867-868. 〔発明の効果〕以上説明したように本発明によれば、光源からの出射光
とこの出射光が分岐されて情報記憶媒体と反射鏡に照射
される分岐光と光検知器で検知されるこれらの反射光の
それぞれの光路となる光導波路を形成した誘電体基板を
具備したことにより、記憶密度の向上と信頼性の向上と
を達成でき、かつ量産性が得られる光情報処理装置を提
供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による光学的情報再生系
の簡略構成図、第２図は同じく第２の実施例の簡略構成
図、第３図は同じく第３の実施例に用いられる情報記憶
媒体を示す図、第４図は同じく第４の実施例の簡略構成
図、第５図は同じく第５の実施例の要部を示す図、第６
図は従来の光学的情報再生系の簡略構成図、第７図はマ
イケルソン干渉計の構成図、第８図はマイケルソン干渉
計の動作説明図である。２……出射光、４，５……分岐光、６……反射鏡、７…
…情報記憶媒体、８，９……情報保持面、１０……反射
光、１１……光検知器、２０……光源、２１〜２５……
光導波路、２６……誘電体基板。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を用いてい
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的に２値の深さのピット列により情報
を保持する情報記憶媒体と、レーザ光を出射する光源
と、該出射光を導く第１の光導波路と、該第１の光導波
路の導波光を前記情報記憶媒体の情報保持面及び反射鏡
の方向に分岐して導波する第２及び第３の光導波路と、
前記情報保持面，反射鏡で反射され、前記第２，第３の
光導波路を逆進して合波した光束を導く第４の光導波路
と、前記第１，第２，第３，第４の光導波路を共通に接
続して、第１の光導波路を第２，第３の光導波路に分岐
し、該第２，第３の光導波路を逆進する導波光を合波さ
せて前記第４の光導波路に入射させる結合導波部と、前
記第１〜第４の光導波路及び前記結合導波部を基板上に
形成して成る誘電体基板と、前記第４の光導波路を出射
した光を受光し、前記第２の光導波路を前記情報保持面
の反射によって往復する光と前記第３の光導波路を前記
反射鏡の反射によって往復する光の光路長の差によって
干渉的に生ずる前記合波光束の強度変化を電気信号の変
化に変換する光検知器とを備え、前記情報記憶媒体上を照射する前記第２の光導波路の出
射光束の位置を、前記ピット列に対して相対的に変化さ
せることで前記記憶媒体に記憶された情報を読み出すよ
うに構成したことを特徴とする光情報処理装置。
【請求項２】前記２値の深さは、前記光源の波長をλ，
Ｎを整数として、（２Ｎ＋１）×λ／４であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の光情報処理装置。
【請求項３】前記情報記憶媒体と前記第２の光導波路の
端面とが接触していることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の光情報処理装置。
【請求項４】前記情報記憶媒体と前記第２の光導波路の
端面とが非接触であり、その間の距離が導波路幅の数倍
以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の光情報処理装置。
【請求項５】前記第２の光導波路を経て前記情報記憶媒
体の情報保持面に至る片道光炉長と、前記第３の光導波
路を経て前記反射鏡に至る片道光路長の差が、前記光源
の波長をλ，Ｎを整数として、Ｎ×λ／４であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光情報処理装置。