JPH071555B2 - 記録情報読取装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術的分野］ 本発明はコンパクトにでき、且つ量産化に適した記録情
報読取装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、情報関連産業の進展は著しく、種々の情報を記録
したり再生したりすることのできる情報の記録又は再生
（読取）装置が実用化されている。

従来の磁気的な記録再生装置では、記録情報の保存性に
難点があり、又高密度化することも難しい。

このため、第14図に示す米国特許第4360728号に開示さ
れている従来例は、可動支持台１の上に載置されたカー
ド２にレーザ３の光を、集光レンズ４で集光し、さらに
ミラー5,6で反射させて照射し、カード２に記録データ
に応じて形成されたピットの有無によりその反射率の異
るその部分での反射光をハーフミラー７で分岐し、結像
レンズ８によってフォトダイオード等の受光素子９に集
光させることにより、記録データを読み出して再生でき
るようにした光学的な情報の再生装置である。

上記従来例は光学系を立体的に配置しなければならない
ため、調整に手間がかかると共に、カード２を走査する
ためにミラー5,6を同期して回転振動させなければなら
ない。従って、構造が複雑となり、又、装置が嵩ばり、
高価になってしまうという欠点があった。

このため、本出願人は特開昭53−13819号において第15
図及び第16図に示すような平面（光）導波路を用いた記
録情報読取装置10を提案した。

この従来例は第15図及び第16図に示すように平面光導波
路用基板11を光透過性の薄膜11a,11b,11cで形成し、中
間薄膜11bの屈折率n₁を両外側の薄膜11a,11cの屈折率
n₂,n₂より大きくして中間薄膜11b内を境界面で反射させ
ながら光を伝播できるようにしたものである。

この平面（光）導波路用基板11には、第15図に示すよう
に格子12で平面基板11外から基板11内に導いた光を超音
波振動子13の励振周波数を変化させることにより、絞り
込みレンズ14で平面導波路端面にスポット状に集光され
る光を、主走査（図示では左右方向に走査）できるよう
にしてある。この端面を情報が記録されている原稿等の
表面にこすりつけるようにして主走査方向と直交する方
向に移動することによって、反射された光をハーフミラ
ー15で一部を反射し、レンズ16で集光し、格子17を経て
平面導波路外の受光素子に導き、前記原稿の情報を読取
れるようにしてある。

この従来例は、光学系を略平面上に形成してあること
と、前述の従来例のようにミラー5,6をメカニカルに可
動（回動）させる必要がなく、交流信号電圧を超音波振
動子13に印加することで行い得る。従って、コンパクト
にできると共に、調整箇所も少く、低コスト化できる。

しかしながらこの従来例は、光束を主走査するタイミン
グを測定する同期信号を、図示しない副走査用回転体に
取付けたエンコーダで行うようにしている。このため、
より改善されるべき箇所を有するものであった。

［発明の目的］ 本発明は上述した点にかんがみてなされたもので、メカ
ニカルな同期信号の発生手段を必要とすることなく、コ
ンパクトで且つ低コストで実現できる記録情報読取装置
を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は、記録情報読取装置において、光源からの光を
２つに分割する分割手段と、この分割された一方の光を
記録媒体の同期信号形成部に導く同期信号用光学系と、
分割された他方の光を前記記録媒体の記録情報形成部に
導く記録情報用光学系と、前記同期信号用光学系と記録
情報用光学系の少なくとも一方の光路中に設けられ、前
記記録媒体からの反射光を光路から分離して検出手段に
導く反射光分離手段とを備え、前記分割手段，同期信号
用光学系，記録情報用光学系，および反射光分離手段を
光導波基板に一体に設けたものである。

このように分割手段，同期信号用光学系，記録情報用光
学系，および反射光分離手段を光導波基板に一体に設け
ているので、光源を同期信号検出用と記録情報再生用に
共有して、装置全体をコンパクトにすることが可能であ
り、また、光学系の調整の必要もなく、光学系および検
出手段を一体的に製作できるので、装置を安価に製造す
ることができ、かつ反射光分離手段により、記録媒体か
らの反射光を光路から分離して検出手段に導くようにし
たので、同期信号と記録情報が重畳されることがなく、
S/N比のよい検出信号を得ることができる。低コストで
記録情報を読み取ることのできる装置を実現している。

［発明の実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図ないし第７図は本発明の第１実施例に係り、第１
図は第１実施例の光学系の構成を示し、第２図は第１実
施例の構成全体を示し、第３図はカードを示し、第４図
は第１実施例のレンズを形成するルネブルグレンズを示
し、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ
−Ａ′線断面図、第５図は上記レンズをモードインデッ
クス型で形成した場合を示し、第６図は第１実施例の動
作を説明するためのタイミングチャートを示し、第７図
は第１実施例を筐体に収納した様子を示す。

第１実施例の記録情報読取装置31は、第１図に示すよう
な平面光学系32と、該平面光学系32を用いて光学的な記
録媒体としてのカード33から記録情報を読取るための信
号処理を行う（第２図に示す）信号処理回路系34とから
構成されている。

上記平面光学系32は基板35に設けられた（カード33の同
期信号S_Sの有無を検出する）同期信号検出用光学系36と
カード33の記録信号（記録情報）S_Wを読み取る（記録信
号）再生用光学系37とからなる。

上記両光学系36,37が形成される基板35は第４図に示す
ように光学系に係る部分が基本的には前述の従来例のよ
うな３層構造で、中間層35bが両側の層35a,35cよりも屈
折率が大きく、この中間層35bに入射された光はその両
層35a,35cとの各境界面で全反射しながら光を伝送する
平面（光）導波路が形成されている。尚、この基板35
は、フレキシブルにしてあって、湾曲して収納すること
によって装置をコンパクト化できるようにしてある。こ
の基板35は、シリコンとアクリルのサンドイッチ又はLi
NbO₃基板にTiを拡散又はプロトン交換法等によって形成
しても良い。

上記基板35には、該基板35外部の発光ダイオード又は半
導体レーザ等の光源39の光を中間層35bの（光）導波部
に取り入れるために格子40が設けてあり、該格子40で回
折されて基板35の中間層35bに取り入れられた光は
（光）導波路レンズ41で集光されて平行光束にされる。
この導波路レンズ41としては第４図に示すように中間層
35bの例えば上部面側を凸レンズ状にふくらませたルネ
ブルグレンズでも良い。又、上記導波路レンズとして、
第５図に示すように中間層35bの屈折率より大きい屈折
率を光の伝送方向に対し、凸レンズ状に形成したモード
インデックスレンズ41′でも良い。又は中間層35bの一
部を凹面状にへこませた又はふくらましたジオデシック
レンズでも良い。

上記平行光束は超音波振動子42に印加される高周波信号
で発生された表面弾性波領域43を通る際一部が回折され
て、収束レンズ44に入射される。上記超音波振動子42
は、周波数が順次高い方（又はひくい方）に変化するス
イープジェネレータ等のチャーブ信号が印加され、この
印加により励振される超音波の発振周波数が変化して、
光が伝送される媒体中に形成される超音波の粗密の定在
波の該粗密の間隔が次第に短く変化することになる。つ
まり光学的な格子の間隔が可変されたのと同様の作用を
及ぼすことになり、この領域を通る光はその間隔の変化
に対応した角度範囲振られることになり、収束レンズ44
への入射角が変化する（走査される）。

収束レンズ44で集光された光は、ハーフミラー45を通
り、基板35端面で略１点に収束されることになるが、収
束レンズ44への入射角が変化するため収束点は第１図に
おいて２点鎖線から細い点線に至るある走査範囲Ａだけ
主走査されることになる。この端面には、第３図に示す
ように上記走査範囲の幅にわたって記録信号S_Wが形成さ
れたカード33が上記走査方向と直交する（副走査）方向
（第１図では紙面と垂直方向）に相対的に移動されるよ
うにしている。

上記カード33で反射された光はその一部がハーフミラー
45で反射され、レンズ46で集光される。このレンズ46及
び上記レンズ44は上述した導波路レンズを用いることが
でき、該レンズ46で集光された光は格子47に入射され、
該格子47により平面光導波路外に光束が導かれる。しか
して、受光素子48で受光され、光電変換される。

一方、上記表面弾性波領域43を通る際、回折されない０
次の光束はそのまま直進して前方のハーフミラー51で反
射される。この反射された光束は、収束レンズ52で集光
され、基板35の端面でスポット状になり、この端面に臨
むカード33の同期信号S_Sの形成領域で反射される。この
領域には隣りの領域に情報に対応したピットで記録信号
S_Wが形成されているのに対応して同期信号S_Sがどういつ
の各ライン延長上に形成されている。この領域で反射さ
れた光は、ハーフミラー51を通り、コンデンサレンズ53
で集光されて格子54に入射される。この格子54に入射さ
れた光は、平面光学系外の受光素子55に受光され、光電
変換される。尚、上記レンズ52,53も上述した導波路レ
ンズで形成できる。

上記受光素子55の光電変換信号出力は微分回路56で微分
される。つまり同期信号S_Sが第６図（ａ）のように検出
されると、微分により同図（ｂ）に示すようにその立上
がり及び立下りエッジが検出される。しかして次段のリ
ミッタ57で第６図（ｃ）に示すように正の信号が取り出
され、この信号を同期信号として鋸歯状波発生回路58に
入力させ、同図（ｄ）に示すように鋸歯状波の発生が開
始される。この鋸歯状波はＶ−ｆコンバータ59に入力さ
れ、電圧に応じて（第６図（ｅ）に示すように）その周
波数が変化するチャープ信号がつくられ、該チャープ信
号は超音波駆動回路60に印加され、この回路60の出力電
圧で超音波振動子42を駆動（励振）する。つまり上記同
期信号S_Sが検出されたタイミングによって、超音波振動
子42が光束を走査することになる。

一方、上記リミッタ57はその出力信号としての同期信号
をゲート信号発生回路61に印加し、第６図（ｆ）に示す
ように上記鋸歯状波が発生される期間（又はカード33の
信号領域を読み出す期間）ゲート信号を発生させ、該ゲ
ート信号をゲート回路62に印加し、ゲート信号（がハイ
レベルの）期間そのゲートを開き、受光素子48の出力を
ゲート回路62を経て出力端63に導く。

しかして、第６図（ｇ）に示すようにこの出力端63に導
かれたピットの有無に対応する信号は増幅とか波形処理
等され、記録信号の再生が行われるようにしてある。

ところでこの第１実施例の装置は、例えば第７図に示す
ような筐体71内に平面光学系を収納され、この筐体71の
上部側のカード読み取台72に載置されたカード33が矢印
Ｂのように送り込まれた際モータなどのカード送り機構
73で搬送し、その際カード33の下面側の記録信号を読み
出せるようにしてある。

このように構成された第１実施例による動作を以下に説
明する。

平面光学系外の光源39の光は格子40によって回折されて
基板35の中間層35bに導入される。この中間層35bに導か
れた光は、レンズ41で平行光束にされ、前方の表面弾性
波領域43を通る際、例えば１次の回折光はレンズ44に入
射される。一方、回折されない０次の光は直進してハー
フミラー51で反射され、レンズ52で集光されてカード33
の同期信号形成領域を照明する。しかして、この領域で
反射された光はハーフミラー51を通り、レンズ53で集光
されて格子54に入射される。この格子54に入射された光
は、基板35上部側に設けた受光素子55に入射される。こ
の場合、カード33と照明した部分に同期信号S_Sが形成さ
れているトラックであると、受光素子55は第６図（ａ）
に示すようなパルス状の信号を出力することになる。こ
の信号は微分回路56で微分され、さらにリミッタ57を経
て同期信号が出力される。この同期信号によって、鋸歯
状波が発生され、Ｖ−ｆコンバータ59でチャープ信号に
されて、該チャープ信号が超音波駆動回路60に印加さ
れ、この回路60の出力にて超音波振動子42は超音波を出
力する。しかして、その超音波の周波数の変化により、
粗密波の間隔が順次（長い方から短い方へと）変化す
る。従って、弾性表面波領域43で回折される１次の回折
光は、小さい回折角度から大きい角度に回折してレンズ
44に入射され、該レンズ44で基板35の端面で集光された
スポット状の位置がカード33の記録信号領域幅を（主）
走査することになる。この主走査により、カード33の記
録情報が反射光量の違いとなって、ハーフミラー45,レ
ンズ46及び格子47を経て平面光学系外の受光素子48で受
光される。この受光素子48の出力は、同期信号に基づい
て上記主走査が行われる期間開くゲート回路62を通り、
出力端63から信号処理系に入力され、カード33に光学的
に記録された信号の再生が行われる。このようにしてカ
ード33が送り出されると、光の照明スポットが記録信号
のトラックに達すると、同一トラック（延長上）に形成
した周期信号が検出され、この同期信号の検出にもとづ
いて回折光が走査され、各トラックの記録情報の読取が
行われる。

このように動作する第１実施例によれば、同期信号をロ
ータリーエンコーダ等のメカニカルな可動機構を用いた
検出手段で扱っていないで、信号検出用と同様に平面光
学系又は殆んどこれに近い光学系を用いて検出できるよ
うにしてあるので、装置をコンパクトにできる。又、可
動機構を必要としないので、騒音の発生が少なく、耐久
性も良く、さらに高速化も可能になる。さらに殆んどの
光学系が平面上に形成されているので、調整を殆んど必
要でなく、且つ製品ごとのばらつきも少くできる。又、
レプリカ技術，リソグラフィー技術により上記平面光学
系を製造でき、量産化及び低コスト化できる。

又、同期信号検出用の照射光源としては、記録信号再生
用に用いる光源39を用いると共に、この光の回折光を走
査用に用い、一方回折されない０次光を同期信号検出用
に用いているので、光を効率良く利用でき、消費電力を
少くできる。

尚、第１実施例においては、第７図に示すように平面光
学系をカード33と垂直となる例えば重用方向に立ててあ
るが、平面導波路は十分薄くできるので、途中でなめら
かに（例えば90°）曲げてコンパクト化することもでき
る。

第８図は本発明の第２実施例を示す。

上記第１実施例ではカード33が平面光学系（基板35）の
端面に接するように臨ませる必要があるが、この第２実
施例においては、基板35の端面とカード33との間にセル
フォックレンズ（屈折率勾配型レンズ）アレイ81,82を
配置して、カード33を非接触で用いることができるよう
にしてある。

即ち、レンズ52の光軸上で、カード33に至る途中でセル
フォックレンズアレイ81が設けられ、該レンズアレイ81
で拡開する光を集光してカード33の端面に照射するよう
にしてある。又、ハーフミラー45とカード33との間にセ
ルフォックレンズアレイ82が配設され、各レンズ素子に
届いた光をカード33における対向する部分にスポット状
に照射するようにすると共に、この部分で反射された光
を集光してハーフミラー45側に導くようにしてある。

上記セルフォックレンズアレイ81,82の各素子数は主走
査方向に形成される最大ピット数に対応している。従っ
て、同期信号に対しては単に同期信号の有無を示すのみ
であれば、単一のセルフォックレンズでも良い。

その他は上記第１実施例を同様の構成である。

又、第１図又は第２図において、レンズ52,44等による
光束の収束位置を平面光学系の端面より外部（同図にお
いて右側）に出すように光学系を配置すれば、カード33
を非接触で読取ることができるようになる。

尚、上記各実施例においては、平面光学系の光束を外部
に取り出したり、逆に外部から平面光学系に導くために
格子を用いているが、第９図に示すようにルチルプリズ
ム91を用いても良い。

尚、基板35としては、上述したように３層構造のものに
限らず、例えば第10図に示すようにシリコン（Si）基板
92の上に石英系の３層、つまり下層となる屈折率の小さ
いバッファ層93aと導波部となる屈折率の大きいコア層
（中間層）93b,そして屈折率の小さいクラッド層93cを
形成した平面導波路でも良い。

上記平面導波路は、原料ガスとしてSiCl₄,TiCl₄系を用
い、火災直接堆積法により作成できる。

又、この場合における導波部は、Si基板92からの高さ
を、バッファ層93aの厚さを変えることによって調整で
きる。従って、平面導波路の一部に受光素子とか発光素
子等を埋め込むことができる。

この場合には格子を設けることなく、格子を設ける位置
に発光素子とか受光素子を設ければ良い。又、Si基板92
上に発光素子等を一体形成しても良い。

第11図は上記格子を設けることなく、Si基板92上に設け
た発光素子94によって、その発光層94aから対向する導
波部としてのコア部93bに光を入射できるようにした構
成を示す。

第12図は、このように発光素子及び受光素子を基板上に
形成した第３実施例における平面光学系を示す。ここで
符号94は発光素子を示し、符号95は受光素子を示す。

その他は上記第１実施例と同様である。

尚、各導波部（コア部）としてはリブ型あるいはチャン
ネル型に形成したものを用いることができる。例えばSi
基板92を用いた場合には第13図に示すようにSi基板92の
上部にバッファ層93aを介装して形成することができ
る。

尚、基板をSiを用いて形成することにより、さらに電気
回路も同一基板上に形成できる。又、基板がSiでなくて
もIC化して回路を接着剤等で平面導波路と一体化するこ
ともできる。

尚、回折光は＋１次の回折光に限らず−１次の回折光を
用いても良いし、さらに高次（２次以上）のものを利用
しても良い。

尚、光源39等の光としては、主走査を高いSN比で確実に
行うためには、単一の波長で且つそのバンド幅が小さい
レーザ光（例えば半導体レーザ）が発光ダイオードより
もより望ましい。しかし、回折格子等を用いて単一波長
のみを平面導波路内に導く場合には発光ダイオードでも
代用できることになる。（同一平面上に発光素子を形成
した場合にも格子等で単色化できる） ［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、分割手段，同期信号
用光学系，記録情報用光学系，および反射光分離手段を
光導波基板に一体に設けているので、光源を同期信号検
出用と記録情報再生用に共有して、装置全体をコンパク
トにすることが可能であり、また、光学系の調整の必要
もなく、光学系および検出手段を一体的に製作できるの
で、装置を安価に製造することができ、かつ反射光分離
手段により、記録媒体からの反射光を光路から分離して
検出手段に導くようにしたので、同期信号と記録情報の
それぞれの情報を独立して検出することができ、同期信
号と記録情報が重畳されることがなく、S/N比のよい検
出信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の１実施例に係り、第１図
は第１実施例の光学系を示す構成図、第２図は第１実施
例を示す構成図、第３図はカードを示す斜視図、第４図
は第１実施例に用いられるレンズを示し、同図（ａ）は
斜視図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ′線断面図、
第５図（ａ）はモードインデックス型レンズを示す斜視
図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ′線断面図、第６
図は第１実施例の動作を説明するためのタイミングチャ
ート図、第７図は筐体内に収納した第１実施例を示す一
部切欠き斜視図、第８図は本発明の第２実施例における
平面光学系を示す構成図、第９図は平面光学系に光を導
くのに用いるルチルプリズムを示す説明図、第10図はシ
リコン基板を用いた場合の平面導波路を示す断面図、第
11図はシリコン基板上に形成した発光素子を示す断面
図、第12図は本発明の第３実施例における平面光学系を
示す構成図、第13図はリブ型及びチャンネル型で形成し
た導波部を示す断面図、第14図は従来例を示す構成図、
第15図及び第16図は他の従来例を示し、第15図は平面
図、第16図は側面図である。 31…記録情報読取装置 32…平面光学系、33…カード 34…信号処理回路系、35…基板 36…同期信号検出用光学系 37…記録信号再生用光学系 40,47,54…格子 41,44,46,52,53…レンズ 42…超音波振動子、56…微分回路 57…リミッタ 58…鋸歯状波発生回路 59…Ｖ−ｆコンバータ 61…ゲート信号発生回路 62…ゲート回路、63…出力端 81,82…セルフォックレンズアレイ 91…ルチルプリズム、92…シリコン基板 94…発光素子、95…受光素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源からの光を２つに分割する分割手段
   と、 この分割された一方の光を、記録媒体の同期信号形成部
   に導く同期信号用光学系と、 分割された他方の光を、前記記録媒体の記録情報形成部
   に導く記録情報用光学系と、 前記同期信号用光学系と記録情報用光学系の少なくとも
   一方の光路中に設けられ、前記記録媒体からの反射光を
   光路から分離して検出手段に導く反射光分離手段とを備
   え、 前記分割手段，同期信号用光学系，記録情報用光学系，
   および反射光分離手段を光導波基板に一体に設けたこと
   を特徴とする記録情報読取装置。
2. 【請求項２】前記光源は、その光束が超音波による粗密
   波の間隔を可変した場合の回折光を記録情報読取用に用
   い、回折されない光を同期信号検出用に用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の記録情報読取装
   置。