JPH065583B2

JPH065583B2 - 光情報処理装置

Info

Publication number: JPH065583B2
Application number: JP60083038A
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: 1994-01-19
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPS61240447A

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
の高さ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、かつ少なくともいずれか一方の分岐光又は反射光の
光導波路に電界を印加する電極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、回折拡がりや経年ずれがなく、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。また情報記憶媒体側と反射鏡側の光路長
差は、電極から光導波路に印加される電界により容易に
調整される。

〔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。一方、２７
は第３の光導波路２３に電界を印加するように、該導波
路２３に配設された金属電極であり、該導波路２３上に
配設された第１の電極２７ａと該導波路２３に近接され
た第２の電極２７ｂから成る電極対で構成され、バイア
ス電源２８に接続されている。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１
１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、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ＬｉＮｂＯ_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。

なお、上記実施例では、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、上記実施例では一対の電極２７の片側２７ａ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
板面内方向（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ＬｉＮｂＯ
_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に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の端面間の距離は、従来例のディスクリートは
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と透明保護層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
保護層７ｂの屈折率ｎに体して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
ような媒体を用いた場合においても、第２の光導波路２
２側と第３の光導波路２３側を通る光の各々の片道光路
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。

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。

文献：M.Izutsu,A.Enokihara,T.Sueta“Optical-Wavegu
ide Microdisplacement Sensor”，Electronics Letter
3cth 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、かつ少なくともいずれか一方の分岐光又は反射
光の光導波路に電界を印加する電極を設けたことによ
り、記憶密度の向上と信頼性の向上とを達成でき、かつ
極めて量産性の優れた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、２７……電極。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】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
的に変化させるこ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の光導波路及び前記結合導
波部は電気光学効果を有する基板上に形成されており、
前記第２の光導波路を経て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を所定の値に設定するための電
界を印加する電極が、第２もしくは第３の光導波路に対
して設けられている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】前記光路長差の所定の値は、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。
【請求項６】前記電極は、前記第２または第３の光導波
路上に配設された第１の電極と、該第１の電極が配設さ
れた光導波路に近接した位置に配設された第２の電極と
から成る電極対で構成され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７】前記電極は、前記第２または第３の光導波
路を挟むように配設された第１及び第２の電極から成る
電極対で構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の光情報装置。