JPH065582B2 - 光情報処理装置 - Google Patents

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（ΔΧ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
Χ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ΔΧ＝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、ΔΧ＝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うる問題点〕

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波長
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
てしまい、光の回折拡がり効果により媒体上でのスポッ
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、かつ上記誘電体基板と情報記憶媒体との対向する部
位のいずれか一方又は両方に透明な保護層を設けたもの
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、回析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。また透明な保護層の介在により
誘電体基板と情報記憶媒体とを損傷させることなく近
接，あるいは接触配置することができる。

〔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図及び第２図は本発明の第１の実施例を示す全体及
び一部構成図であり、第１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Χ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Ｌ
ｉＮｂＯ_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、情報記憶
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。そして、ここで
は上記情報記憶媒体７が凹凸ピット８，９が形成された
第２図中斜線で示す基板７ａと透明保護層７ｂの２層構
造となっている。

次に本実施例の作用について説明する。

Χ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Ａ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の透明保護層７ｂを透過し、基板７ａ上に設けら
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２
５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に原理により、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）を通る光の
各々は、片道光路長の差がＮ×λ／４（Ｎは整数）と設
定されている場合に最適再生ができる点は従来例と変わ
りないが、第２図に示す凹凸ピット深さｄは保護層７ｂ
の屈折率ｎに対してｎｄ＝（２Ｎ＋１）×λ／４を満た
す場合が最適ビット深さになる。一方、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位であっとのに比し
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、保護層７ｂを介して基
板２６の端面に媒体７を損傷することなく接触配置する
ことができるので回析拡がりによる光スポット径の増加
が事実上無視でき、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。

第２図に示すような媒体７を用いた場合には、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２の実施例を第３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の実施例と同様に、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３図中に図示した媒体７と光導波
路２２の端面間の距離は、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に照射する光の回析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
皆無となるという効果がある。

次に本発明の第３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３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の結合効率
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に働きについて述べ
る。基板２６の材料として、例えば先に述べたＬｉＮｂ
Ｏ_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２
８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３の実施例では、電極２７の第
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２２を
挟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ＬｉＮｂ
Ｏ_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４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
保護層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。このような保護層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。
なお、第２の実施例のような非接触読出しにおいても、
透明保護層２６ｂの存在は何ら読出し特性を劣化させる
ものでないことを付言しておく。

文献：M.Izutsu,A.Enokihara,T.Sueta"Optical-Wavegui
de Microdisplacement Sensor",Electronics Letter 3o
th September 1982 Vol.18 No.20 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、かつ上記誘電体基板と情報記憶媒体との対向す
る部位のいずれか一方又は両方に透明な保護層を設けた
ことにより、情報記憶媒体を損傷することなく、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ができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例による光学的
情報再生系の全体及び一部を示す簡略構成図、第３図は
同じく第２の実施例の簡略構成図、第４図は同じく第３
の実施例の簡略構成図、第５図は同じく第４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、７ｂ……保護層、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、２
６ｂ……保護層。 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 (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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た光情報処理装置にお
   いて、 前記情報記憶媒体は光学的に２値の深さのピット列で情
   報を保持し、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、該ピット列に対して相対
   的に変化させるとにより情報を読み出すように構成さ
   れ、 前記第１，第２，第３，第４の光導波路は誘電体基板上
   に形成されており、該誘電体基板の前記第２の光導波路
   の出射端面と前記情報記憶媒体の相対向する部位のいず
   れか一方または両方に透明な保護層を設けたことこを特
   徴とする光情報処理装置。
2. 【請求項２】前記情報記憶媒体と前記第２の光導波路の
   出射端面とが、前記透明保護層を介して接触して成るこ
   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。
3. 【請求項３】前記情報記憶媒体と前記第２の光導波路の
   出射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。
4. 【請求項４】前記第２の光導波路の出射端面に設けられ
   た保護層はＳｉＯ_２の簿膜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。
5. 【請求項５】前記２値の光学的深さは、前記ピットの深
   さをｄ，前記光源の波長をλ，前記保護層の屈折率を
   ｎ，Ｎを整数として、 ｎｄ＝（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。
6. 【請求項６】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路長と、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。