(57)【要約】【課題】高精度かつ小型で検出範囲が広く、２次元方向の光偏向素子の偏向角の検出を行うことができるとともに、光偏向子の安定した角度制御と小型化とを両立可能とする。【解決手段】光偏向素子２の偏向角を検出する傾きセンサ装置１であって、光偏向素子２に備えられた偏向角検出用反射面２ａに向けて光を放射する光源３と、光源３からの光を透過し、偏向角検出用反射面２ａからの反射光を偏向して分離する光路分離部材４と、光路分離部材４からの光を受光し、その受光位置により光偏向素子２の偏向角を検出する光検出器５と、光源３から光検出器５までの光路中に配置され、光束の周辺部を遮光する遮光部材６とを備える傾きセンサ装置１を提供する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光偏向素子の偏向角を検出する傾きセンサ装置であって、
前記光偏向素子に備えられた偏向角検出用反射面に向けて光を放射する光源と、
該光源からの光を透過し、前記偏向角検出用反射面からの反射光を偏向して分離する光路分離部材と、
該光路分離部材からの光を受光し、その受光位置により前記光偏向素子の偏向角を検出する光検出器と、
前記光源から前記光検出器までの光路中に配置され、光束の周辺部を遮光する遮光部材とを備える傾きセンサ装置。
【請求項２】
前記遮光部材が、前記光源と前記光路分離手段との間に配置され、光源側に向かって漸次広がるテーパ状の開口部を有する絞りである請求項１に記載の傾きセンサ装置。
【請求項３】
前記光路分離部材と前記偏向角検出用反射面との間に、光束の周辺部を遮光する他の遮光部材を備える請求項２に記載の傾きセンサ装置。
【請求項４】
光偏向素子の偏向角を検出する傾きセンサ装置であって、
前記光偏向素子方向に備えられた偏向角検出量反射面に向けて光を放射する光源と、
該光源からの光と前記偏向角検出用反射面からの光とを分離する光路分離部材と、
該光路分離部材からの光を受光し、その受光位置により前記光偏向素子の偏向角を検出する光検出器と、
前記光源から前記光検出器までの光路中に配置される１／４波長板とを備える傾きセンサ装置。
【請求項５】
前記光路分離手段が、偏光ビームスプリッタである請求項４に記載の傾きセンサ装置。
【請求項６】
前記１／４波長板が、前記光路分離部材と前記光検出器との間に配置されている請求項５に記載の傾きセンサ装置。
【請求項７】
前記１／４波長板が、前記光路分離部材と前記偏向角検出用反射面との間に配置されている請求項５または請求項６に記載の傾きセンサ装置。
【請求項８】
前記光源から前記光検出器までの間の光路中に、絞りが配置されている請求項４から請求項７のいずれかに記載の傾きセンサ装置。
【請求項９】
前記絞りが、前記光源側に向けて漸次広がるテーパ状の開口部を備える請求項８に記載の傾きセンサ装置。
【請求項１０】
前記光源から前記光検出器までの光路中に、正パワーを有する光学素子が配置されている請求項１から請求項９のいずれかに記載の傾きセンサ装置。
【請求項１１】
前記正パワーを有する光学素子が、前記光源と前記光路分離部材との間に配置されている請求項１０に記載の傾きセンサ装置。
【請求項１２】
前記正パワーを有する光学素子が、前記光路分離部材と前記偏向角検出用反射面との間に配置されている請求項１０に記載の傾きセンサ装置。
【請求項１３】
前記光路分離部材が、前記光源と前記偏向角検出用反射面との間に配置されている請求項１から請求項１２のいずれかに記載の傾きセンサ装置。
【請求項１４】
前記光路分離部材が、光路分割面の前後に光学媒質を有するプリズムからなる請求項１３に記載の傾きセンサ装置。
【請求項１５】
前記光路分離部材が、平行平板である請求項１３に記載の傾きセンサ装置。
【請求項１６】
前記光検出器が、一方向について差信号を演算する２分割された素子である請求項１から請求項１５のいずれかに記載の傾きセンサ装置。
【請求項１７】
前記光検出器が、直交する２方向についてそれぞれ差信号を演算する４分割された素子である請求項１から請求項１５のいずれかに記載の傾きセンサ装置。
【請求項１８】
前記光検出器が、位置検出受光器（ＰＳＤ）である請求項１から請求項１５のいずれかに記載の傾きセンサ装置。
【請求項１９】
前記光検出器が、固体撮像素子（ＣＣＤ）である請求項１から請求項１５のいずれかに記載の傾きセンサ装置。
【請求項２０】
請求項１から請求項１９のいずれかに記載の傾きセンサ装置と、該傾きセンサ装置からの出力に基づいて前記光偏向素子の偏向角を制御する偏向角制御手段とを備える光信号スイッチシステム。
【請求項２１】
請求項１から請求項１９のいずれかに記載の傾きセンサ装置と、光を照射することにより情報信号の記録または再生あるいはその両方が可能な記録面を有する記録媒体と、該記録媒体に前記情報信号を記録または再生あるいはその両方を行う光束を照射する記録再生用光源と、該記録再生用光源からの光束を前記記録媒体の記録面に平行な面内で偏向する光偏向素子とを備える情報記録再生システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、傾きセンサ装置および該傾きセンサ装置を備えたシステムに関する。特に、光ピックアップに用いられるトラッキング制御装置や、光通信に用いられる光ファイバーの光スイッチング手段等としての傾きセンサ装置および該傾きセンサ装置を備えたシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の傾きセンサ装置としては、光ピックアップの記録媒体への出射ビームの光軸と記録媒体の記録面とのなす相対角度を検出するもので、拡散光を記録面へ照射する発光素子と、発光素子の両側に配置され記録面からの反射光を検出する２つの受光素子とからなるものがある。この傾きセンサ装置は、２つの受光素子に検出される反射光量の差分をとることにより、記録媒体に傾きが生じたときの傾き量を検出するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、記録媒体からの反射光を４分割の受光面において受光し、差分をとることによって２方向の傾きを検出する傾きセンサ装置もある（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、偏向ミラーからの反射光を、入射角により反射率が変化するビームスプリッタを通して検出することにより傾き量を検出する傾きセンサ装置もある（例えば、特許文献３，４参照。）。
【０００４】
また、小型化のために、光源から偏向角検出用反射面へ向かう往路と偏向角検出用反射面からの反射光を光検出器へ導く復路とを往復路で分離するための光路分割部材（ビームスプリッタ等）を用い、光路をコンパクトに折り曲げる方法も考えられる。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−６６５５４号公報
【特許文献２】
特開平８−２２７５５２号公報
【特許文献３】
特開平１１−１４４２７３号公報
【特許文献４】
特開平１１−１４４２７４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１の方式では、検出器の大きさに限界があるため広範囲な検出を行うことができず、１次元の傾き検出しかできないというという問題がある。
また、特許文献２の方式では、同様に検出範囲を広くした場合、検出器が大きくなるので、全体のメカレイアウトも大きくなってしまうという問題がある。
さらに、特許文献３および特許文献４の方式では、ビームスプリッタの反射膜の特性を向上しないと検出精度が悪くなり、また同様に検出範囲を広くした場合、全体のメカレイアウトが大きくなってしまうという問題がある。
【０００７】
また、光路分離部材（ビームスプリッタ等）を用いた場合においては、光源付近に配置された強度分布の適切な部分の光束を取り出すための絞り端面からの反射光や光検出器からの反射光が有害光となり、検出誤差等や偏向角検出特性の非線形性が発生するという問題がある。
【０００８】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、高精度かつ小型で検出範囲が広く、２次元方向の光偏向素子の偏向角の検出を行うことができるとともに、光偏向子の安定した角度制御と小型化とを両立可能とする傾きセンサ装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は、以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、光偏向素子の偏向角を検出する傾きセンサ装置であって、前記光偏向素子に備えられた偏向角検出用反射面に向けて光を放射する光源と、該光源からの光を透過し、前記偏向角検出用反射面からの反射光を偏向して分離する光路分離部材と、該光路分離部材からの光を受光し、その受光位置により前記光偏向素子の偏向角を検出する光検出器と、前記光源から前記光検出器までの光路中に配置され、光束の周辺部を遮光する遮光部材とを備える傾きセンサ装置を提供する。
【００１０】
この発明によれば、光源から発せられた光は、光路分離部材を透過した後に、光偏向素子の偏向角検出用反射面において、該偏向角検出用反射面の傾斜角度に応じた方向に反射される。反射された光は光路分離部材によって偏向されることにより、入射光路から分離され、その分離された光路の前方に配されている光検出器によって受光される。これにより、光検出器において、光の受光位置に応じた光偏向素子の偏向角が検出されることになる。この場合において、光源から光検出器までの光路中に、遮光部材が設けられているので、該遮光部材により、光路中の光束の周辺部に配される光が遮光される。これにより、光路の中央近傍に配されている光のみを光検出器において検出することが可能となる。その結果、偏向角の検出精度に悪影響を及ぼす迷光を低減し、検出精度の向上を図ることが可能となる。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の傾きセンサ装置において、前記遮光部材が、前記光源と前記光路分離手段との間に配置され、光源側に向かって漸次広がるテーパ状の開口部を有する絞りである傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、光源からの光束の周辺部に配されている光の内、光路分離手段から射出される際に、正規の光路に入ってしまうこととなる光を、光源側に広い開口部を有する絞りのテーパ面において反射させることにより、正規の光路から外すことが可能となる。その結果、光検出器に達する光量が不安定になりやすい周辺光を除去して、検出精度を向上することが可能となる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の傾きセンサ装置において、前記光路分離部材と前記偏向角検出用反射面との間に、光束の周辺部を遮光する他の遮光部材を備える傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、光源と光路分離手段との間に配置された遮光部材のテーパ面において反射されて正規の光路方向に戻されて光路分離部材から出射される光の内、光偏向素子の偏向角検出用反射面の外周側に向かう光を他の遮光部材において遮光することにより、迷光を除去して検出精度をさらに向上することが可能となる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、光偏向素子の偏向角を検出する傾きセンサ装置であって、前記光偏向素子方向に備えられた偏向角検出量反射面に向けて光を放射する光源と、該光源からの光と前記偏向角検出用反射面からの光とを分離する光路分離部材と、該光路分離部材からの光を受光し、その受光位置により前記光偏向素子の偏向角を検出する光検出器と、前記光源から前記光検出器までの光路中に配置される１／４波長板とを備える傾きセンサ装置を提供する。
【００１４】
この発明によれば、１／４波長板の作動により、光路分離部材に入射する際の光の偏光方向を調整することが可能となる。その結果、光検出器からの反射光が、光路分離部材において光検出器方向に再度反射して戻ることを防止することが可能となり、小型で検出範囲が広く検出精度の高い傾きセンサ装置を提供することが可能となる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の傾きセンサ装置において、前記光路分離手段が、偏光ビームスプリッタである傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、偏光ビームスプリッタにより光路を分離することにより、ハーフミラーに比較して効率よく有害光を除去することが可能となる。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項５に記載の傾きセンサ装置において、前記１／４波長板が、前記光路分離部材と前記光検出器との間に配置されている傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、偏向角検出用反射面からの反射光の内、Ｓ偏光成分のみを偏光ビームスプリッタによって反射させ、１／４波長板によって円偏光に変換した後に光検出器に到達させる。また、光検出器において反射された光を１／４波長板によってＰ偏光に変換することにより、偏光ビームスプリッタを通過させることが可能となる。その結果、一旦光検出器において検出された光が偏光ビームスプリッタにおいて反射してしまい再度光検出器に到達することを防止して、検出誤差や偏向角検出特性における非線形性の発生を防止することが可能となる。
【００１７】
請求項７に係る発明は、請求項５または請求項６に記載の傾きセンサ装置において、前記１／４波長板が、前記光路分離部材と前記偏向角検出用反射面との間に配置されている傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、光源側からＰ偏光光のみが偏光ビームスプリッタからなる光路分離部材を透過してきた場合に、該Ｐ偏光光を１／４波長板を透過させることにより、円偏光に変換した後に、偏向角検出用反射面において反射され、再度、１／４波長板を透過させることによりＳ偏光光に変換させることができる。したがって、偏光ビームスプリッタには、Ｓ偏光光のみが到達するので、光量をロスすることなく効率よく反射させて光検出器に検出させることが可能となる。
【００１８】
請求項８に係る発明は、請求項４から請求項７のいずれかに記載の傾きセンサ装置において、前記光源から前記光検出器までの間の光路中に、絞りが配置されている傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、光源から発せられた光束の内、周辺に配置される光を遮断し、検出精度を向上することが可能となる。
【００１９】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の傾きセンサ装置において、前記絞りが、光源側に向かって漸次広がるテーパ状の開口部を備える傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、請求項２に係る発明と同様に、偏向角の検出精度に悪影響を及ぼす迷光を低減し、検出精度の向上を図ることが可能となる。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、請求項１から請求項９のいずれかに記載の傾きセンサ装置において、前記光源から前記光検出器までの光路中に、正パワーを有する光学素子が配置されている傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、光検出器の受光面において適正な光束径を得ることが可能となるとともに、光路を短くして装置の小型化を図ることが可能となる。
【００２１】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の傾きセンサ装置において、前記正パワーを有する光学素子が、前記光源と前記光路分離部材との間に配置されている傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、光源から発せられる拡散光を、正パワーを有する光学素子によりコリメートすることが可能となり、正規の光路から外れる迷光の発生を防止して効率よく光を伝送することができる。
【００２２】
請求項１２に係る発明は、請求項１０に記載の傾きセンサ装置において、前記正パワーを有する光学素子が、前記光路分離部材と前記偏向角検出用反射面との間に配置されている傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、受光面における適正な光束径を確保することが可能となる。
【００２３】
請求項１３に係る発明は、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の傾きセンサ装置において、前記光路分離部材が、前記光源と前記偏向角検出用反射面との間に配置されている傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、偏向角検出用反射面において折り返された光路の途中に光路分離部材を配することにより、装置をコンパクト化することが可能となる。
【００２４】
請求項１４に係る発明は、請求項１３に記載の傾きセンサ装置において、前記光路分離部材が、光路分割面の前後に光学媒質を有するプリズムからなる傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、光路分離部材を安価に構成できるので、製品コストを低減できるとともに、装置をコンパクト化することが可能となる。
【００２５】
請求項１５に係る発明は、請求項１３に係る傾きセンサ装置において、前記光路分離部材が、平行平板である傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、光路分離部材を寸法精度よく製造することができるので、簡易な構成で検出精度を高めることが可能となる。
【００２６】
請求項１６に係る発明は、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の傾きセンサ装置において、前記光検出器が、一方向について差信号を演算する２分割された素子である傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、一方向についての検出精度を安価に向上することが可能となる。
【００２７】
請求項１７に係る発明は、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の傾きセンサ装置において、前記光検出器が、直交する２方向についてそれぞれ差信号を演算する４分割された素子である傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、二次元方向についての検出精度を安価に向上することが可能となる。
【００２８】
請求項１８に係る発明は、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の傾きセンサ装置において、前記光検出器が、位置検出受光器（ＰＳＤ）である傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、広い検出範囲を達成することが可能となる。
【００２９】
請求項１９に係る発明は、請求項１から請求項１５のいずれかに記載の傾きセンサ装置において、前記光検出器が、固体撮像素子（ＣＣＤ）である傾きセンサ装置を提供する。
この発明によれば、検出すべき光を画像として採取することができるので、検出後に画像処理することが可能となる。その結果、有害光成分を事後的に除去して検出精度の向上を図ることができる。
【００３０】
請求項２０に係る発明は、請求項１から請求項１９のいずれかに記載の傾きセンサ装置と、該傾きセンサ装置からの出力に基づいて前記光偏向素子の偏向角を制御する偏向角制御手段とを備える光信号スイッチシステムを提供する。
この発明によれば、精度よく検出された光偏向素子の偏向角に基づいて、偏向角制御手段の作動により偏向角が制御されるので、光信号のスイッチングを精度よく、確実に行うことが可能となる。
【００３１】
請求項２１に係る発明は、請求項１から請求項１９のいずれかに記載の傾きセンサ装置と、光を照射することにより情報信号の記録または再生あるいはその両方が可能な記録面を有する記録媒体と、該記録媒体に前記情報信号を記録または再生あるいはその両方を行う光束を照射する記録再生用光源と、該記録再生用光源からの光束を前記記録媒体の記録面に平行な面内で偏向する光偏向素子とを備える情報記録再生システムを提供する。
【００３２】
この発明によれば、記録再生用光源から発せられた光が光偏向素子によって偏向された後に記録媒体の記録面に照射され、光に含まれている情報信号の記録面への記録または再生またはその両方が行われる。この場合において、光偏向素子の偏向角は傾きセンサ装置によって精度よく検出されているので、これを利用することにより記録面への記録または記録面からの再生を高い精度で行うことが可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態に係る傾きセンサ装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る傾きセンサ装置１は、図１に示されるように、光偏向素子２の偏向角を検出する傾きセンサ装置１であって、光源３と、該光源３と光偏向素子２に備えられた偏向角検出用反射面２ａとの間に配置されたビームスプリッタ（光路分離部材）４と、該ビームスプリッタ４により反射された光を検出する光検出器５と、光源３とビームスプリッタ４との間に配置された遮光部材６とを備えている。
【００３４】
前記光源３は、例えば、レーザダイオードであって、一点から拡散する拡散光を出射する点光源である。
前記光偏向素子２は、その一面に所定の光線を反射する反射面２ｂを備えた回転ミラーであり、前記偏向角検出用反射面２ａは、前記反射面２ｂの背面側に備えられている。
【００３５】
前記ビームスプリッタ４は、例えば、２つの三角プリズム４ａ，４ｂを接合させた４５°接合面に、Ｐ偏光透過率１００％、Ｓ偏光反射率１００％となるように多層膜設計された光路分割面４ｃを備える偏光ビームスプリッタにより構成されている。ビームスプリッタ４の偏向角検出用反射面２ａ側には、１／４波長板７がビームスプリッタ４と一体的に設けられている。
また、１／４波長板７と偏向角検出用反射面２ａとの間には、正パワーを有するレンズ（光学素子）８が設けられている。
【００３６】
前記光検出器５は、例えば、２次元のＰＳＤ（位置検出受光素子：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）であり、光の照射位置と照射光量とに応じた信号を出力するように構成されている。
前記遮光部材６は、光源３とビームスプリッタ４との間を遮るように配される板状部６ａに形成された開口部６ｂを有する絞りにより構成されている。板状部６ａは、本実施形態に係る傾きセンサ装置１を支持するシャーシ部材９に一体的に構成されている。開口部６ｂは、図２に示されるように、光源３側に向かって漸次広がるテーパ状に形成されている。
【００３７】
このように構成された本実施形態に係る傾きセンサ装置１の作用について、以下に説明する。
光源３から発せられた直線偏光光は、広がり角が０°付近において比較的フラットな強度分布を有している。光源３に隣接して遮光部材６が設けられているので、光源３から発せられた光束は開口部６ｂを通過させられることによって、その周辺に配される周辺光を遮断され、中央のフラットな強度分布を有する範囲の光束がビームスプリッタ４に向けられる。
【００３８】
ビームスプリッタ４は、偏光ビームスプリッタにより構成されているので、光路分割面４ｃにおいてＰ偏光光のみが１００％透過させられる。ビームスプリッタ４を透過させられたＰ偏光光は、ビームスプリッタ４の後段に一体的に設けられている１／４波長板７を通過させられることにより、例えば、右回り円偏光光に変換される。そして、その後レンズ８を通過させられることによってコリメートされ、ほぼ平行光となった光束が、光偏向素子２の偏向角検出用反射面２ａに照射され、光偏向素子２の傾きに応じた方向に反射されることになる。
【００３９】
このとき、偏向角検出用反射面２ａにおいて反射された光は、光偏向素子２の傾きに応じて円偏光の方向が逆に、すなわち、左回り円偏光光に変換される。この状態で、再度レンズ８を透過させられて、収束光に変換された後に、１／４波長板７においてＳ偏光光に変換される。Ｓ偏光光はビームスプリッタ４の光路分割面４ｃにおいて１００％反射されるので、４５°の光路分割面４ｃにおいて９０°偏向され、その前方に配されている光検出器５において検出されることになる。
【００４０】
すなわち、本実施形態に係る傾きセンサ装置１によれば、遮光部材６により、光源３から発せられる拡散光の内、光軸に対して大きな角度をなして発せられる周辺光が遮断される。したがって、不要な光が光検出器５によって検出されることを防止することができる。
【００４１】
また、遮光部材６の開口部６ｂが、光源３側に向かって漸次広がるテーパ状に形成されているので、以下の効果がある。
すなわち、図３に示されるように、開口部６ｂのテーパ角度が０°である場合には、光源３から発せられ、開口部６ｂの円筒面によって反射された周辺光は、ビームスプリッタ４、１／４波長板７、レンズ８を透過して偏向角検出用反射面２ａに照射され、該偏向角検出用反射面２ａにおいて反射された後に光検出器５へと損失なく導かれる。このとき、光検出器５により検出される光の内、開口部６ｂの円筒面によって反射された周辺光のみに対応して、図４に示されるような円環状のスポット像１０が形成されることになる。
【００４２】
しかしながら、このスポット像１０は、開口部６ｂの円筒面の反射率の経時変化等により、光量が変動しやすい不安定な光により構成されているため、光偏向素子２の偏向角が変化していない場合においても光検出器５における出力信号を変化させる場合がある。このような場合には、出力信号の誤差を増大させ、検出精度を低下させることになるので好ましくない。
【００４３】
そこで、本実施形態に係る傾きセンサ装置１のように、遮光部材６の開口部６ｂに、光源３側に向かって漸次広がる角度αのテーパ内面を形成することにより、図１に示されるように、光源３から発せられた光の内、テーパ内面において反射された周辺光のビームスプリッタ４への入射角度を増大させて、ビームスプリッタ４を透過した周辺光をレンズ８の外側に指向させることができる。これにより、周辺光が光学系の経路から除去されるので、光検出器５により検出されることが防止され、検出精度を向上させることが可能となる。角度αは、周辺光を最大限に除去し得る値に設定すればよい。
【００４４】
遮光部材６を光源３、光路分離部材４等の傾きセンサ装置１の構成部材を保持するシャーシ部材９と一体に形成することによって、スペースの効率が向上し、小型化と部品点数の削減とを達成することができる。さらに、シャーシ部材９を型部材（図示略）による射出成形によって構成する場合には、開口部６ｂを光源３に向かって、つまり、シャーシ部材９の外方に向かって漸次広がるテーパ状に形成しているため、外側からシャーシ部材９を取り囲むように形成される型部材からの取り外しに有利な形状となり、製造を容易にすることができる。
【００４５】
なお、遮光部材６に設けた絞りの内面により反射された周辺光が光検出器５によって検出されてしまうことをさらに効果的に防止するために、図５に示されるように、ビームスプリッタ４とレンズ８との間に、第２の遮光部材１１を配置することにしてもよい。この遮光部材１１は、例えば、図６に示されるように円環状に形成されていて、ビームスプリッタ４を透過してきた周辺光を遮断して、レンズ８への入射を阻止するようになっている。これにより、第１の遮光部材６によってレンズ８の外側に排除しきれなかった周辺光を遮断して、光検出器５における検出精度をさらに向上することが可能となる。
なお、図５における遮光部材１１は、光線を効果的に吸収・散乱させるプラスチックを射出成形することによりシャーシ部材９に一体的に構成することが、部品点数の低減、製造コストの削減、および、小型軽量化の観点からも好ましい。
【００４６】
次に、この発明の第２の実施形態に係る傾きセンサ装置について、図７〜図１０を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る傾きセンサ装置１と構成を共通とする箇所には、同一符号を付して、説明を省略することにする。
本実施形態に係る傾きセンサ装置２０は、ビームスプリッタ４と光検出器５との間に１／４波長板２１を備えている点において、第１の実施形態に係る傾きセンサ装置１と相違している。
【００４７】
図８は、比較例として、１／４波長板２１を備えない場合の光路の一例を示している。光源３から遮光部材６、ビームスプリッタ４、１／４波長板７およびレンズ８を透過して光偏向素子２の偏向角検出用反射面２ａにおいて反射された光は、再度レンズ８、１／４波長板７を透過することにより、Ｓ偏光光となってビームスプリッタ４に入射させられる。そして、ビームスプリッタ４の光路分割面４ｃにおいて１００％反射させられた後に、光検出器５において検出される。
【００４８】
しかし、光検出器５の受光面材料にシリコンを用いる場合には、波長７８０ｎｍでのシリコンの屈折率を約３．７とし、シリコン層の保護のために表面に設けられた樹脂層の屈折率を約１．５とすると、空気との境界条件に従いこれら２面の反射率は、およそ以下の通りとなる。
（１．５−１）２／（１．５＋１）２＋（３．７−１．５）２／（３．７＋１．５）２＝０．０４＋０．１８＝０．２２
【００４９】
光検出器５に入射した光偏向素子２からのＳ偏光光は、光検出器５の受光面において、上記反射率で反射する。光検出器５の受光面は、光学的に完全な反射面ではない。したがって、反射された光は楕円偏光光となり、再度ビームスプリッタ４に入射される。ビームスプリッタ４において反射された光は、１／４波長板７、レンズ８、偏向角検出用反射面２ａ、レンズ８および１／４波長板７を経て、再度ビームスプリッタ４の光路分割面４ｃにおいて反射され、光検出器５に再入射させられる。
図９は、光検出器５の受光面におけるスポット像２２，２３の位置を示した図であるが、検出されるべき光束によるスポット像２２の他に、光検出器５の受光面において反射された迷光によるスポット像２３が形成されている。
【００５０】
この迷光の光量は、光検出器５の受光面における反射率を０．２２とすると、検出されるべき光の光量の約２８％に相当し、非常に大きな外乱光となる。また、光偏向素子２の傾きが小さい場合には、光検出器５上における上記２つのスポット像２２，２３の距離が小さいため位置検出精度への影響は小さくなるが、光偏向素子２の傾きが大きくなるにつれて、光検出器５上のスポット像２２，２３の距離が離れていくため、位置検出精度が低下していくことになる。
図１０に、光偏向素子２の偏向角に対する出力信号の変化を示す。この図１０によれば、光偏向素子２の傾きが大きくなるにつれて、出力信号が大きくなるが、ある程度の角度まで傾きが大きくなると迷光による影響が最大となって線形性が崩れる不都合があることがわかる。
【００５１】
本実施形態に係る傾きセンサ装置２０によれば、ビームスプリッタ４により光検出器５の方向に反射されたＳ偏光光が、光検出器５によって検出される前に１／４波長板２１を透過させられることにより、例えば、右回り円偏光光に変換された後に、光検出器５に入射される。光検出器５において反射された光線は左回り円偏光光となって、再度１／４波長板２１を透過させられることによりＰ偏光光に変換され、ビームスプリッタ４に入射される。ビームスプリッタ４の光路分割面４ｃは、Ｐ偏光光に対し１００％の透過率を有するので、ビームスプリッタ４において反射されることなく、これを透過して、外部のシャーシ部材９等において乱反射される。
したがって、ビームスプリッタ４において反射された光が迷光となって光検出器５に再度検出される不都合を防止し、光検出器５における検出精度をさらに向上することが可能となる。
【００５２】
なお、上述したようにビームスプリッタ４を透過した後に外部のシャーシ部材９において乱反射される光は、シャーシ部材９の表面を粗面化することにより、さらに効果的に散乱・減衰させることができる。例えば、サーマルデバリング処理により、金属表面に酸化被膜を形成し、経時的な酸化による反射率変化を加速することで、その後の経時変化を抑える処理方法などがある。サーマルデバリング処理は、水素＋酸素、またはメタンガス＋酸素の混合ガスを燃料として、圧力容器に注入した高圧ガスに点火することで瞬時に高熱エネルギを発生させ、そのエネルギで部品の表面および内部のバリを瞬時に燃焼させて除去する加工方法である。この方法によれば、金属表面の反射率の変化を促進する効果がある。また、他の手段として、初期に高温高湿度の環境下でエージングを行うことにより、表面の酸化を促進させ、上記と同様の効果を得ることもできる。
【００５３】
また、光検出器５としては２次元のＰＳＤを採用したが、これに代えて、１次元のＰＳＤ、２分割または４分割のフォトダイオードを採用することにしてもよい。フォトダイオードを採用する場合には、ＰＳＤに比べて小型化および低コスト化を図ることができるので好ましい。
【００５４】
また、上記第１実施形態における遮光部材６の開口部６ｂのテーパ化、ビームスプリッタ４と光偏向素子２との間の遮光部材１１に加え、第２の実施形態における１／４波長板２１を組み合わせて配置することにしてもよい。これにより、迷光の影響を除去した高精度の検出を行うことが可能となる。
【００５５】
また、図１における１／４波長板７に代えて、１／２波長板や１／３波長板を配置してもよい。この場合には、１／４波長板７の場合と比較して、若干の光量のロスを生ずるものの、迷光による精度の悪化をある程度低減する効果を有する点において有効である。
【００５６】
また、光源３としてＰ偏光光を放射するレーザダイオードを採用したが、これに代えて、例えば、ＬＥＤを採用し、光源３とビームスプリッタ４との間に、光源３からの光をＰ偏光光に変換する偏光板（図示略）を配置することにしてもよい。
【００５７】
さらに、ビームスプリッタ４と光偏向素子２との間に配されているレンズ８は省略することにしてもよい。また、光源３とビームスプリッタ４との間に他の正パワーを有するレンズ（図示略）を配置することにしても同様の効果を達成することが可能となる。
【００５８】
また、光路分離部材として２つの三角プリズム４ａ，４ｂを接合したビームスプリッタ４を採用したが、これに代えて平行平板状の偏光ビームスプリッタ（図示略）を採用することにしてもよい。平行平板状の偏光ビームスプリッタは、高い寸法精度により製造することができるので、精度よく製造されたシャーシ部材９等に直接接着することにより、高精度に組み付けることができ、偏光光の分離時に、光量のロスを最小限に抑え、検出精度を向上することができる。なお、光路分離部材としては、ビームスプリッタに代えて、波長選択性フィルタやＨＯＥ（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ）を採用することにしてもよい。
【００５９】
次に、上述した第１、第２の実施形態のいずれかに係る傾きセンサ装置１，２０を備えた光信号スイッチシステム１００について、図１１を参照して説明する。
本実施形態に係る光信号スイッチシステム１００は、複数本の入力側ケーブル１０１を備える入力側ケーブルユニット１０５と、複数本の出力側ケーブル１０９を備える出力側ケーブルユニット１０６と、２つの光スイッチングデバイス１０８とを備えている。
【００６０】
入力側ケーブル１０１の出射口１０１ａは、該出射口１０１ａから放射された拡散光１０３をコリメートするコリメータユニット１０２が対向して配置されている。また、出力側ケーブル１０９の入射口１０９ａも、格子マトリクス状に規則正しく配列され、各入射口１０９ａには、それぞれ、伝送されてきた平行光１０３を集光させて入射口１０９ａに結像させる結像ユニット１０７が対向配置されている。
【００６１】
前記光スイッチングデバイス１０８は、格子マトリクス状に規則正しく配置された複数の光偏向素子２と、各光偏向素子２の背面側にそれぞれ配置された傾きセンサ装置１と、これら傾きセンサ装置１からの出力に基づいて光偏向素子２の偏向角を制御する偏向角制御手段６１とを備えている。各光偏向素子２は、前記コリメータユニット１０２に対応して配置されており、コリメータユニット１０２から発せられた平行光１０３をその偏向角に応じた方向に偏向させることができるようになっている。
【００６２】
このように構成された本実施形態に係る光信号スイッチシステム１００の作用について、以下に説明する。
１つの入力側ケーブル１０１の内部を伝送されてきたレーザ光束１０３は、出射口１０１ａに到達して、そこから入力側ケーブル１０１の外部に放射される。出射口１０１ａから放射された拡散光１０３は、コリメータユニット１０２によりコリメートされることにより、ゴミなどによるけられが発生しないように適宜の太さの平行光に変換された状態で、光スイッチングデバイス１０８に向けて出射される。
【００６３】
コリメータユニット１０２から発せられた平行光１０３は、そのコリメータユニット１０２に対応して配置されている一方の光スイッチングデバイス１０８の光偏向素子２において反射され、その偏向角に応じて他方の光スイッチングデバイス１０８の特定の光偏向素子２の方向に偏向される。そして、その光偏向素子２において反射された平行光１０３は、該光偏向素子２に対応して配置されている結像ユニット１０７に入射されることにより、該結像ユニット１０７に対向している出力側ケーブル１０９の入射口１０９ａに結像される。これにより、出力側ケーブル１０９に入射されたレーザ光束１０３は、該出力側ケーブル１０９の内部を伝送されていくことになる。
【００６４】
すなわち、本実施形態に係る光信号スイッチシステム１００によれば、２つの光スイッチングデバイス１０８に設けられた光偏向素子２の偏向角を変更することにより、一の入力側ケーブル１０１から発せられたレーザ光束１０３の到達する出力側ケーブル１０９を変更することができ、これにより、光信号のスイッチングが行われることになる。
【００６５】
例えば、図１１において、特定の入力側ケーブル１０１Ａから出射されるレーザ光束１０３Ａは、光偏向素子２Ａの偏向角を切り換えることにより、出力側ケーブル１０９Ｂに対応する光偏光素子２Ｂに向けて偏向される。光偏向素子２Ｂは、レーザ光束１０３Ａの入射角に対応して、レーザ光束１０３Ａが出力側ケーブル１０９Ｂに入射するような偏向角に調整される。
【００６６】
出射口１０１ａおよび入射口１０９ａは、それぞれ規則正しく配列されているので、それぞれの出射口１０１ａと入射口１０９ａを対応させる光偏向素子２Ａ，２Ｂの偏向角は、２つの光スイッチングデバイス１０８の位置関係によって予め決まっている。そこで、入射側の光スイッチングデバイス１０８の特定の光偏向素子２Ａの偏向角を変化させて、レーザ光束１０３Ａの偏向先となる出力側の光スイッチングデバイス１０８の光偏向素子２Ｂを切り換えるとともに、新たに選択された光偏向素子２Ｂの偏向角を適正に調整することにより、光信号のスイッチングを行うことができる。
【００６７】
このような光信号のスイッチングを行うためには、光偏向素子２の偏向角を上述した傾きセンサ装置１によって検出し、図１２に示す偏向角制御手段６１を介して、光偏向素子２の偏向角を変化させるアクチュエ−タ２ｃをフィードバック制御する。
【００６８】
偏向角制御手段６１は、図１３に示されるように、偏向角を特定する偏向角制御信号２０１をデコードし、光偏向素子２の目標偏向角に対応した目標レベル信号２０４を発生させるデコード手段６１ａと、傾きセンサ装置１からの検出レベル信号２０３と目標レベル信号２０４の偏差を受け取ってアクチュエ−タ２ｃの駆動信号２０２を発生させる制御部６１ｂとからなる。
【００６９】
次に、光信号スイッチング方法について、図１１〜図１３を中心に説明する。まず、スイッチングするレーザ光束１０３Ａの入力側ケーブル１０１Ａと出力側ケーブル１０９Ｂとが特定される。そして、その情報が、偏向角制御信号２０１によって、外部から各光スイッチングデバイス１０８の偏向角制御手段６１に入力される。
【００７０】
入力側ケーブル１０１Ａおよび出力側ケーブル１０９Ｂの特定情報が偏向角制御手段６１に入力されると、デコード手段６１ａにより光偏向素子２Ａ，２Ｂの目標偏向角に対応する目標レベル信号２０４が発生される。そして、目標レベル信号２０４と、傾きセンサ装置により検出された偏向角による検出レベル信号２０３との偏差が演算されて制御部６１ｂに入力される。制御部６１ｂでは、この偏差を、例えば、増幅、微分、積分などすることにより、光偏向素子２Ａ，２Ｂの偏向角を目標偏向角に近づけるように駆動信号２０２を調節してアクチュエ−タ２ｃにフィードバックする。
【００７１】
このように、傾きセンサ装置１を検出手段としてフィードバック制御が行われるので、光偏向素子２Ａ，２Ｂの偏向角が目標偏向角に修正される。すなわち、例えば、外乱が生じて偏向角が目標偏向角からずれても、そのずれ量に応じて直ちに目標偏向角に修正される。したがって、偏向角制御手段６１と、傾きセンサ装置１とを備えた光スイッチングデバイス１０８により、リアルタイムのフィードバック制御が実現されることになる。
【００７２】
さらに、傾きセンサ装置１は、コンパクトに構成されているために、光スイッチングデバイス１０８を小型化・省スペース化することができる。また、光偏向素子２の背後に配置される傾きセンサ装置１がコンパクトであるために、光偏向素子２の配列間隔を狭めることができる。したがって、入力側ケーブルユニット１０５、出力側ケーブルユニット１０６の光ケーブル１０１，１０９の配列間隔も狭めることができ、それぞれコンパクト化される。その結果、光偏向素子２の偏向角を大きくすることなく、切り換え可能な伝送路の数を増やすことができるという利点がある。
【００７３】
また、本実施形態に係る光信号スイッチシステム１００によれば、傾きセンサ装置１において迷光が除去され、高い検出精度で偏向角を検出することができるので、光信号の正確なスイッチングを行うことができる。
【００７４】
なお、上記においては、入力側ケーブルユニット１０５の出射口１０１ａに対してそれぞれ１つの光偏向素子２を備える例を用いて説明した。しかし、伝送路の切り換えの用途には、レーザ光束１０３を個々に切り換える以外の用途もある。例えば、伝送路のメインテナンスなどの際に、バックアップのための回線に切り換える場合である。この場合、所定の入力側ケーブルユニット１０５の全体を、ある出力側ケーブルユニット１０６から別の出力側ケーブルユニット１０６へ切り換える。このような場合には、入力側ケーブルユニット１０５の配列をそのまま保ちながら切り換えるので、光偏向素子２は入力側ケーブルユニット１０５に対して１つでもよい。
【００７５】
次に、上述した実施形態に係る傾きセンサ装置１を備えたピックアップ装置などの情報記録再生システムの実施の形態を説明する。図１４は、本実施形態に係る情報記録再生システム１１０の概略構成を示す平面図である。
【００７６】
本実施形態に係る情報記録再生システムは、情報信号を記録再生するための、例えば、光ディスクや光磁気ディスクなどの記録ディスク（記録媒体）１１２と、情報信号に応じて、例えば、強度・パルス幅などが変調されたレーザ光束（光束）１１５を照射する半導体レーザ（光源）３と、レーザ光束１１５を結像する結像レンズ１１６および結像レンズユニット１１４と、レーザ光束１１５を偏向し結像レンズユニット１１４への入射位置を変化させて微動トラッキング制御を行うために、アクチュエータ（不図示）で偏向駆動される光偏向素子２と、傾きセンサ装置１とからなる光学系と、それらの光学系を設置して記録ディスク１１２の記録面の平行方向と垂直方向に移動させることができるアーム１１３とを備える。
半導体レーザ３は、情報信号によってレーザ光束１１５を変調するためのレーザ駆動手段３ｂに接続されている。
光偏向素子２は、図１２に示した構造を有している。傾きセンサ装置１は、上述した第２の実施形態の傾きセンサ２０でもよい。
【００７７】
符号１１１は筐体であって、その中に、例えば、ＤＣ制御モータなどで回転駆動される駆動軸１１２ａに、記録ディスク１１２が配置されている。記録ディスク１１２は、駆動軸１１２ａ回りに回転可能に保持されている。
【００７８】
記録ディスク１１２は、少なくともいずれかの表面に光信号の記録または再生の一方または両方が可能な記録面を備えている。フォーマットされた記録ディスク１１２は、記録面の周方向にトラック信号が形成され、情報信号の記録位置を径方向に論理的に分割している。
【００７９】
アーム１１３は、記録面の上方に配置され、記録ディスク１１２に対して上下方向に弾性的に支持されている。アーム１１３は、回転軸１１３ａによって、記録ディスク１１２の記録面に平行な方向に、回転可能に支持されている。アーム１１３は、電磁コイルなどからなる駆動コイル１１７によって、回転軸１１３ａ回りに回転駆動されるようになっている。
【００８０】
結像レンズ１１６は、半導体レーザ３から出射されたレーザ光束１１５を、例えば、平行光などに適宜整形するよう構成されている。結像レンズユニット１１４は、レーザ光束１１５を受けて記録面上に結像するとともに、記録面からの反射光を受光して、情報信号に対応する信号光と、フォーカス制御を行うためのフォーカス検出光と、トラッキング制御を行うためのトラッキング検出光をそれぞれの受光素子に受光させるように構成されている。
【００８１】
このように構成された本実施形態に係る情報記録再生システムの作用を以下に説明する。
まず、レーザ光束１１５を記録ディスク１１２の記録面に照射し、反射光を結像レンズユニット１１４で受光してトラッキング信号を拾い、トラックの位置、トラックからのずれ量などの情報を収集する。その情報に基づき、駆動コイル１１７によってアーム１１３の回動位置を粗動制御し、トラック間の移動や、トラックへの追従を行う。
【００８２】
さらに、より厳密なトラッキングを行うため、光偏向素子２を傾斜させ、レーザ光束１１５を偏向させて、その結像レンズユニット１１４への入射位置をずらし、記録面上の径方向の結像位置を微動させる。その際、傾きセンサ装置１により光偏向素子２の偏向角を検出してフィードバック制御する。フィードバック制御は、図１３を用いて説明した光信号スイッチング方法と同様の方法を採用することができる。
【００８３】
このように、本実施形態に係る傾きセンサ装置１を用いた情報記録再生システムを構成することにより、第１に、傾きセンサ装置１をコンパクトに構成することができるから、アーム１１３を小さく軽く構成することができる。したがって、その機械的な応答特性を高めることができるという利点がある。第２に、傾きセンサ装置１の検出範囲が広く確保することができるので、より大きな偏向角を取ることができる。これにより、光偏向素子２から結像レンズユニット１１４までの距離が短くても所定の入射位置を得ることができる。そして、その結果、アーム１１３上の光学系の光路長を短くすることができる。すなわち、アーム１１３を小型化でき、よりコンパクトで機械的な応答特性に優れる情報記録再生システムを得ることができるという利点がある。
また、傾きセンサ装置１の検出精度を高くすることができるので、情報を精度よく記録および再生することができるという効果もある。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る傾きセンサ装置によれば、光源から発せられる迷光を効果的に除去して、光検出器に検出されないようにするので、光偏向素子の偏向角を精度よく検出することができるという効果を奏する。
また、この発明に係る光信号スイッチシステムによれば、高い検出精度を備えた傾きセンサ装置により、精度よくスイッチングすることができるコンパクトなシステムを提供することができる。
さらに、この発明に係る情報記録再生システムによれば、高い検出精度を備えた傾きセンサ装置により、情報を精度よく記録・再生し得る、コンパクトなシステムを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る傾きセンサ装置を示す光路図である。
【図２】図１の傾きセンサ装置に使用される遮光部材の開口部形状を示す縦断面図である。
【図３】図１の傾きセンサ装置において、開口部にテーパ面が形成されていない場合の光路図である。
【図４】図３の傾きセンサ装置の光検出器に検出される周辺光によるスポット像を示す図である。
【図５】図１の傾きセンサ装置の変形例を示す光路図である。
【図６】図５の傾きセンサ装置を構成する第２の遮光部材の形状を示す正面図である。
【図７】この発明の第２の実施形態に係る傾きセンサ装置を示す光路図である。
【図８】図７の傾きセンサ装置における１／４波長板が存在しない場合の比較例を示す光路図である。
【図９】図８の場合の光検出器におけるスポット像を示す図である。
【図１０】図８の傾きセンサにおける光偏向素子の偏向角と光検出器の出力との関係を示すグラフである。
【図１１】この発明の一実施形態に係る光信号スイッチシステムを示す説明図である。
【図１２】図１１のシステムにおける光偏向素子とその周囲の構成を示す説明図である。
【図１３】図１１のシステムにおける偏向角制御手段を示すブロック図である。
【図１４】この発明の一実施形態に係る情報記録再生システムを示す説明図である。
【符号の説明】
１，２０　傾きセンサ装置
２　光偏向素子
２ａ　偏向角検出用反射面
３　光源
４　ビームスプリッタ（光路分離部材）
４ａ，４ｂ　プリズム
４ｃ　光路分割面
５　光検出器
６，１１　遮光部材
６ｂ　開口部
７，２１　１／４波長板
８　レンズ（光学素子）
６１　偏向角制御手段
１００　光信号スイッチシステム
１１０　情報記録再生システム
１１２　記録ディスク（記録媒体）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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