(57)【要約】【課題】部品点数を低減し、小型化および低コスト化を図るとともに、部品間の干渉を防止する。【解決手段】所定の回転軸線Ｘ，Ｙ回りに回転可能な可動部材４に備えられた光偏向素子３の偏向角を検出する偏向角検出装置６であって、可動部材４に一体的に設けられ、光の受光位置に応じた検出信号を出力する光検出器７と、該光検出器７に向けて光を放射する光源８とを備える偏向角検出装置６を提供する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の回転軸線回りに回転可能な可動部材に備えられた光偏向素子の偏向角を検出する偏向角検出装置であって、
前記可動部材に一体的に設けられ、光の受光位置に応じた検出信号を出力する光検出器と、
該光検出器に向けて光を放射する光源とを備える偏向角検出装置。
【請求項２】
前記光検出器の受光面と、前記光偏向素子の光偏向面とが、互いに反対方向を向くように配置されている請求項１に記載の偏向角検出装置。
【請求項３】
前記光検出器の受光面が、前記可動部材の回転軸線に対し所定の距離をあけて配置されている請求項１または請求項２に記載の偏向角検出装置。
【請求項４】
前記光源と前記光検出器との間に、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３のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【請求項５】
前記光検出器が、差信号の演算により１方向の偏向角を検出する２分割された素子である請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【請求項６】
前記光検出器が、差信号の演算により直交する２方向の偏向角を検出する４分割された素子である請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【請求項７】
前記光検出器が、位置検出受光素子（ＰＳＤ）からなる請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【請求項８】
前記光検出器が、撮像素子からなる請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の偏向角検出装置と、該偏向角検出装置の光検出器を一体的に取り付けるとともに、所定の回転軸線回りに回転可能に設けられた可動部材と、該可動部材に一体的に設けられた光偏向素子とを備え、
前記可動部材の回転軸線が、前記光偏向素子の光偏向面と同一平面内に配置されている光偏向装置。
【請求項１０】
前記可動部材が、導電性を有する弾性部材により、固定部材に回転可能に連結され、
前記光検出器への通電が、前記弾性部材を介して行われる請求項９に記載の光偏向装置。
【請求項１１】
前記弾性部材が金属からなる請求項１０に記載の光偏向装置。
【請求項１２】
前記弾性部材がフレキシブル基板からなる請求項１０に記載の光偏向装置。
【請求項１３】
前記光偏向素子が、前記可動部材に蒸着されている請求項９から請求項１２のいずれかに記載の光偏向装置。
【請求項１４】
請求項９から請求項１３のいずれかに記載の光偏向装置と、該光偏向装置の偏向角検出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有する光信号スイッチシステム。
【請求項１５】
請求項９から請求項１３のいずれかに記載の光偏向装置と、
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を備え、
前記光偏向装置の光偏向素子が、前記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、偏向角検出装置、これを備えた光偏向装置およびシステムに関する。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偏向角検出装置、これを備えた光偏向装置およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の偏向角検出装置としては、高精度の光ビーム走査装置において実用上必要とされる高分解能を実現することを目的とした光ビーム走査装置に用いられる偏向角検出装置が知られている（特許文献１）。
この偏向角検出装置は、レーザ光源から出射されたレーザ光を反射するとともに、ガルバノメータにより回転駆動される回転ミラーと、前記レーザ光の光軸を遮らない位置に配置される固定ミラーと、前記回転ミラーに対して前記レーザ光とは異なる方向から補助光ビームを照射する補助光源とを備え、補助光ビームを回転ミラーと固定ミラーとの間で複数回反射させた後に、その反射光を検出することで、回転ミラーの回転角度を検出するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２７２３０４３号公報
【０００４】
【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、ガルバノメータにより回転駆動される回転ミラー、該回転ミラーとは別個の固定ミラー、これらのミラー間で複数回反射させる補助光ビームを発する補助光源および補助光ビームを検出する光検出器のように多くの部品点数を要し、小型化や低コスト化が困難であるという問題がある。
また、補助光源および光検出器は、補助光源から出射され回転ミラーおよび固定ミラーにより偏向された補助光ビームを光検出器において受光可能な位置に配置する制限があるため、部品どうしの干渉を回避するためには、レイアウト上の制約が多いという不都合がある。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、部品点数を低減し、小型化および低コスト化を図るとともに、部品間の干渉を防止することができる偏向角検出装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【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、所定の回転軸線回りに回転可能な可動部材に備えられた光偏向素子の偏向角を検出する偏向角検出装置であって、前記可動部材に一体的に設けられ、光の受光位置に応じた検出信号を出力する光検出器と、該光検出器に向けて光を放射する光源とを備える偏向角検出装置を提供する。
【０００７】
この発明によれば、光偏向素子は、可動部材を所定の回転軸線回りに回転させることによりその偏向角を変化させる。光検出器は、可動部材に一体的に設けられているので、光偏向素子の偏向角を変化させるために、可動部材が所定の回転軸線回りに回転させられると、これに伴ってその傾き角度が変化させられる。光源から発せられた光は、光検出器において受光されるが、光検出器の傾き角度が変化すると、これに応じて受光位置が変化し、光検出器からはその受光位置に応じて検出信号が出力される。したがって、検出信号により光偏向素子の偏向角を検出することが可能となる。すなわち、このように構成することで、少ない部品点数で、簡易に偏向角を検出することが可能となる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の偏向角検出装置において、前記光検出器の受光面と、前記光偏向素子の光偏向面とが、互いに反対方向を向くように配置されている偏向角検出装置を提供する。
この発明によれば、光偏向素子の光偏向面に対して裏面側に配置でき、光偏向素子の光偏向面における信号光の反射を妨げることなく構成することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の偏向角検出装置において、前記光検出器の受光面が、前記可動部材の回転軸線に対し所定の距離をあけて配置されている偏向角検出装置を提供する。
この発明によれば、可動部材を回転軸線回りに回転させると、光検出器の受光面上における光源からの光の受光位置がその回転方向に変化する。これにより、光偏向素子の偏向角を精度よく検出することが可能となる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の偏向角検出装置において、前記光源と前記光検出器との間に、パワーを有する光学素子が配置されている偏向角検出装置を提供する。
この発明によれば、光学素子の位置およびパワーを調整することにより、光検出器におけるスポット径を調整することが可能となり、検出精度向上と光源の配置の自由度向上とを図ることができる。
【００１１】
請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏向角検出装置において、前記光検出器が、差信号の演算により１方向の偏向角を検出する２分割された素子である偏向角検出装置を提供する。
この発明によれば、簡易な構成で、光偏向素子の１方向の偏向角を精度よく、かつ低コストに検出することが可能となる。
【００１２】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏向角検出装置において、前記光検出器が、差信号の演算により直交する２方向の偏向角を検出する４分割された素子である偏向角検出装置を提供する。
この発明によれば、簡易な構成で、光偏向素子の２方向の偏向角を精度よく、かつ低コストに検出することが可能となる。
【００１３】
請求項７に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏向角検出装置において、前記光検出器が、位置検出受光素子（ＰＳＤ）からなる偏向角検出装置を提供する。
この発明によれば、光検出器における受光位置の制限を少なくして検出範囲を広くすることが可能となる。
【００１４】
請求項８に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の偏向角検出装置において、前記光検出器が、撮像素子からなる偏向角検出装置を提供する。
この発明によれば、光検出器における受光位置の制限を少なくして検出範囲を広くすることができるとともに、得られた画像を処理して検出精度の向上を図ることが可能となる。
【００１５】
請求項９に係る発明は、請求項１から請求項８のいずれかに記載の偏向角検出装置と、該偏向角検出装置の光検出器を一体的に取り付けるとともに、所定の回転軸線回りに回転可能に設けられた可動部材と、該可動部材に一体的に設けられた光偏向素子とを備え、前記可動部材の回転軸線が、前記光偏向素子の光偏向面と同一平面内に配置されている光偏向装置を提供する。
【００１６】
この発明によれば、光偏向素子をその表面に配される回転軸線回りに回転させるので、回転による光偏向面の変動が少なく、信号光の光路長の変動を抑制して伝送精度を向上することが可能となる。
【００１７】
請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の光偏向装置において、前記可動部材が、導電性を有する弾性部材により、固定部材に回転可能に連結され、前記光検出器への通電が、前記弾性部材を介して行われる光偏向装置を提供する。
この発明によれば、可動部材を固定部材に連結する弾性部材を介して光検出器への通電を行うので、部品点数を低減して、構造を簡素化することができる。
【００１８】
請求項１１に係る発明は、請求項１０に記載の光偏向装置において、前記弾性部材が金属からなる光偏向装置を提供する。
この発明によれば、光偏向装置を簡易に構成することができる。
【００１９】
請求項１２に係る発明は、請求項１０に記載の光偏向装置において、前記弾性部材がフレキシブル基板からなる光偏向装置を提供する。
この発明によれば、部品点数を減らしながら、可動部材と固定部材との間でやりとりされる信号量を増やすことが可能となる。
【００２０】
請求項１３に係る発明は、請求項９から請求項１２のいずれかに記載の光偏向装置において、前記光偏向素子が、前記可動部材に蒸着されている光偏向装置を提供する。
この発明によれば、部品点数を削減するとともに、光偏向素子を可動部材に取り付ける接着剤を不要として耐環境性能の向上を図ることが可能となる。
【００２１】
請求項１４に係る発明は、請求項９から請求項１３のいずれかに記載の光偏向装置と、該光偏向装置の偏向角検出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有す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、光信号のスイッチングを精度よく確実に行うことができる光信号スイッチングシステムをコンパクトかつ低コストに構成することが可能となる。
【００２２】
請求項１５に係る発明は、請求項９から請求項１３のいずれかに記載の光偏向装置と、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を備え、前記光偏向装置の光偏向素子が、前記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情報記録再生システムを提供する。
【００２３】
この発明によれば、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できる情報記録再生システムを、コンパクトかつ低コストに構成することが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態に係る偏向角検出装置および光偏向装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光偏向装置１は、図１および図２に示されるように、偏向角に応じた方向に信号光を反射する反射面（光偏向面）３ａを備えたミラー（光偏向素子）３と、該ミラー３を一体的に備える可動ホルダ（可動部材）４と、可動ホルダ４を支持する固定ホルダ５と、ミラー３の偏向角を検出する偏向角検出装置６とを備えている。
【００２５】
また、本実施形態に係る偏向角検出装置６は、図２に示されるように、前記ミラー３の偏向角を検出する装置であって、前記ミラー３を一面側に備える平板状の前記可動ホルダ４の他面側に設けられた光検出器７と、該光検出器７に向けて光を放射する光源８とを備えている。ミラー３および光検出器７は、例えば、接着剤により可動ホルダ４にそれぞれ固定されている。
【００２６】
可動ホルダ４は、正方形の平板状に形成されており、その周囲に間隔をあけて配置される枠状の固定ホルダ５に、接続部材９を介して接続されている。可動ホルダ４および固定ホルダ５は、それぞれ液晶ポリマーのようなエンジニアリングプラスチック材料を用いて構成されている。これら可動ホルダ４および固定ホルダ５は、接続部材９とともに一体的に成形されている。
【００２７】
接続部材９は、例えば、図１に示されるようにクランク部９ａを有する薄板状の弾性体によって構成されており、特に、クランク部９ａにおいて曲げおよび捻りの２方向に容易に変形できるようになっている。接続部材９は、正方形の可動ホルダ４の４辺のほぼ中央にそれぞれ２本ずつ設けられている。これにより、可動ホルダ４は、その厚さ方向のほぼ中央を、２対の対辺にそれぞれ直交して貫通する２本の回転軸線Ｘ，Ｙ回りに、固定ホルダ５に対して回転することができるようになっている。また、接続部材９は、燐青銅のような導電性材料により構成されており、電気信号を伝達することができるようになっている。
【００２８】
光検出器７は、可動ホルダ４のミラー３の裏面側に、前記ミラー３の反射面３ａとは正反対の方向を向けて、可動ホルダ４に一体的に固定されている。また、光検出器７は、可動ホルダ４の２本の回転軸線Ｘ，Ｙに対して所定の距離をあけた位置、すなわち、２本の回転軸線Ｘ，Ｙの両方に直交する方向に、距離Ｚだけ間隔をあけて、その受光面７ａを配置している。また、光検出器７は、例えば、４分割フォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）であり、図１に示されるように、２本の中心線７ｘ，７ｙによって区画された４つの検出領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを備えている。
【００２９】
また、光検出器７の４つの検出領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄには、それぞれカソード極端子１０とアノード極端子１１とが配線部材１２ａ〜１２ｅを半田付け等により接続するランドとして設けられている。また、光検出器７が設けられている一面側の可動ホルダ４の周縁近傍には、前記各配線部材１２ａ〜１２ｅにそれぞれ電気的に接続する接続端子１３が設けられている。各アノード極端子１１は、配線部材１２ａ〜１２ｄによって、前記接続端子１３のいずれかにそれぞれ接続されている。また、カソード極端子１０は、光検出器７の内部において相互に接続されており、共通端子として、配線部材１２ｅによって他の接続端子１３に接続されている。これにより、カソード極端子１０に逆バイアス電圧を与えた状態で、各検出領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける受光量に応じて各アノード極端子１１に現れる電流信号を、それぞれ配線部材１２ａ〜１２ｄおよび導電性の支持部材９を介して外部に取り出すことができるようになっている。
【００３０】
なお、光検出器７に接続されていない３本の支持部材９の内の２本は、例えば、可動ホルダ４を２つの回転軸線Ｘ，Ｙ回りに回転駆動するために可動ホルダ４に設けられているコイル（図示略）への通電用に用いられる。また、固定ホルダ５には、上記コイルに対応して、該コイルに駆動用磁界を与えるマグネット（図示略）が設けられている。
【００３１】
光源８は、例えば、ガウス型の強度分布を備えたレーザダイオードのような点光源であり、前記光検出器７の受光面７ａに対向する位置に固定されている。光源８と光検出器７との間には、光源８から発せられた光を絞って所定の光束径で光検出器７に到達させるための開口絞り１４が配置されている。
【００３２】
このように構成された本実施形態に係る光偏向装置１および偏向角検出装置６の作用について、以下に説明する。
図３は、可動ホルダ４が固定ホルダ５に対して基準位置に配置されている状態を示している。具体的には、可動ホルダ４に設けられている複数のコイルへの通電量を調整することにより、固定ホルダ５に設けられているマグネットの磁界内においてコイルに発生する電磁力を釣り合わせ、固定ホルダ５に対して可動ホルダ４を固定した状態に保持している。また、図４はこのときの光検出器７の受光面７ａに形成されている光のスポットＳを示している。
【００３３】
この状態において、ミラー３に入射してきた信号光Ｌは、ミラー３において反射されて所定の方向に偏向されている。
また、この状態において、光源８は光検出器７の中央に正対して配置されている。したがって、光検出器７の受光面７ａに形成される光のスポットＳは、４つの検出領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに跨って均等に配置されている。すなわち、４つの検出領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける受光光量は同一である。
【００３４】
次に、ミラー３に向けて発せられている信号光Ｌの偏向方向を変更する場合には、可動ホルダ４に設けられているコイルに流す通電量を変化させる。これにより、コイルに作用する電磁力が変化し、各コイルに作用する電磁力の差によって、可動ホルダ４が固定ホルダ５に対して回転させられる。この場合において、可動ホルダ４は、固定ホルダ５に接続部材９により支持されているので、コイルに作用する電磁力により接続部材９を変形させることによって、所定の回転軸線Ｘ，Ｙ回りに回転させられることになる。
【００３５】
そして、ミラー３が所望の回転角θに達したときに、各コイルに作用する電磁力が釣り合うようにコイルへの通電量を調整することにより、可動ホルダ４は、図５に示される傾斜状態に保持されることになる。光検出器７も可動ホルダ４に固定されているので、ミラー３と同じ角度θをなして傾斜し、受光面７ａに形成される光のスポットＳは、図６に示されるように変化する。
【００３６】
この場合において、本実施形態に係る偏向角検出装置６によれば、光検出器７の受光面７ａが、回転軸線Ｘ，Ｙに対して所定の距離Ｚだけ離れた位置に配置されているので、可動ホルダ４が回転軸線Ｘ，Ｙ回りに回転させられると、光検出器７の受光面７ａは、図５および図６に示されるように、その中心位置を変化させながら傾斜させられることになる。したがって、図６に示される例では、光検出器７の受光面７ａにおける水平方向の中心線７ｘが光スポットＳの中心に対してδだけ上方にずれるので、検出領域Ａ，Ｂにおける受光光量が検出領域Ｃ，Ｄにおける受光光量よりも少なくなっている。
【００３７】
ここで、本実施形態に係る偏向角検出装置６のように光検出器７として４分割ＰＤを使用した場合の回転角θの検出演算方法について説明する。
光検出器７の受光面７ａに区画形成された４つの検出領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、当該検出領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおいて受光される光の光量を電流に変換して出力する。したがって、光検出器７の受光面７ａが傾いてその中心線７ｘ，７ｙがずれ、検出領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄにおける受光光量が変化することにより、出力される電流値が変化する。このため、その変化量を予めミラー３の回転角θと対応付けておくことにより、出力された電流値を観察することでミラー３の回転角θを検出することができる。
【００３８】
上述した例では、水平な回転軸線Ｘ回りに可動ホルダ４が回転させられると、水平な中心線７ｘより上方の検出領域Ａ，Ｂからの出力電流値ＩＡ，ＩＢと、下方の検出領域Ｃ，Ｄからの出力電流値ＩＣ，ＩＤとに差が生ずる。また、これと同様に、鉛直方向の回転軸線Ｙ回りに可動ホルダ４が回転させられると、鉛直方向の中心線７ｙより右側の検出領域Ａ，Ｄからの出力電流値ＩＡ，ＩＤと、左側の検出領域Ｂ，Ｃからの出力電流値ＩＢ，ＩＣとに差が生ずる。
【００３９】
その結果、例えば、（ＩＡ＋ＩＢ）−（ＩＣ＋ＩＤ）を演算することにより、水平な回転軸線Ｘ回りの回転角θに比例する値が得られ（図７参照）、（ＩＡ＋ＩＤ）−（ＩＢ＋ＩＣ）を演算することにより、鉛直な回転軸線Ｙ回りの偏向角に比例する値が得られる。そして、図７中、符号Ｒにより示される範囲の演算値を利用することにより、ミラー３の偏向角を精度よく検出することが可能となる。
【００４０】
ここで、可動ホルダ４の回転可能な角度範囲の全体にわたって検出感度を飽和させることなく良好な偏向角検出特性を得るための条件について説明する。
図７のグラフは、可動ホルダ４が、固定ホルダ５に対して、図３に示す基準位置に配されているときの回転角θを０°としている。この図７によれば、回転角θ＝０°を挟んで両側に所定角度まで回転角θと演算値（ＩＡ＋ＩＢ）−（ＩＣ＋ＩＤ）とが比例する領域が存在するが、所定角度を超えると演算値が飽和している。これは、光検出器７の受光面７ａに形成される光スポットＳが、受光面７ａの傾きが大きくなることでその中心線７ｘを跨がなくなったことに起因している。
【００４１】
そこで、図８および図９に示されるように、光源８と光検出器７との間に配される開口絞り１４の開口径をｄ、光源８から開口絞り１４までの距離をＬ１、開口絞り１４から光検出器７までの距離をＬ２、光検出器７上の光スポットＳの径をφ、光検出器７の有効幅寸法をＤ、光検出器７の受光面７ａと可動ホルダ４の回転軸線Ｘ，Ｙとの間の距離をＺとし、また、図１０および図１１に示されるように、可動ホルダ４の回転角をθ、光検出器７の受光面７ａにおける中心線７ｘの光軸からのずれをδとしたとき、以下の関係がある。
φ＝ｄ×（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１                      （１）
δ＝Ｚ×ｓｉｎθ                                  （２）
【００４２】
ここで、検出感度はδ／φに比例するため、光スポットＳの径φを一定とした場合には、ずれδが大きくなることにより、すなわち、上記式（２）により、距離Ｚが大きくなることにより検出感度が向上する。
一方、光検出器７の受光面７ａ上の光スポットＳが、受光面７ａの中心線７ｘを跨ぐこととなる条件は、次式で示される。
δ＜φ／２                                        （３）
【００４３】
すなわち、式（１）〜（３）によれば、以下の条件式を満たしたときに、検出感度が飽和することなく、偏向角の良好な検出を行うことが可能となる。
２×Ｚｓｉｎθ＜ｄ×（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｌ１            （３）’
【００４４】
図１２に、Ｌ１＝１．８ｍｍ，Ｌ２＝０．２７ｍｍ，ｄ＝０．４８ｍｍ，φ＝０．５５ｍｍ，Ｄ＝２ｍｍ，Ｚ＝１．４ｍｍとしたときの、可動ホルダ４の回転角θと光検出器７からの検出信号の計算値との関係を示す。光源８は、半値全角２３°のガウス分布を有する点光源である。この図１２においては、横軸を回転角θとし、縦軸を光検出器７上の全光量を１に正規化した場合の検出信号の計算値としている。
式（３）’によれば、θ＜１１．４°の範囲において検出信号が飽和しないが、現実に使用可能な範囲はそれより狭く、例えば、回転角θが約±８°の範囲が、回転角θの１°当たりの検出感度を５％以上確保することができる使用可能範囲であることがわかる。
【００４５】
このように、本実施形態に係る偏向角検出装置６によれば、光検出器７を可動ホルダ４に一体化したことにより、より少ない部品点数で、低コスト化を図ることができる。また、光検出器７を可動ホルダ４に一体化し、光源８と光検出器７とを対向させることにより、装置の小型化を図ることができる。さらに、光検出器７を可動ホルダ４側に配置する構成により、光源８との干渉を回避することができる。
【００４６】
なお、本実施形態に係る光偏向装置１においては、ミラー３を可動ホルダ４に接着剤により固定することとしたが、これに代えて、可動ホルダ４の一面側にアルミなどを蒸着することによりミラー３を形成してもよい。これにより、部品点数をさらに低減し、また、接着剤の使用部位を少なくして耐環境特性を向上することができる。
【００４７】
また、本実施形態に係る光偏向装置１および偏向角検出装置６においては、光検出器７として４分割ＰＤを採用したが、これに代えて、受光面７ａに２つの検出領域を有する２分割ＰＤを採用してもよい。このように構成することにより、１方向のみの偏向角を検出することとなるが、製品コストを低減することができる。
【００４８】
また、ＰＤに代えて、位置検出受光素子（ＰＳＤ）のようなポジションセンサを用いてもよい。このように構成することで、検出範囲を広くすることが可能となる。また、ＰＤに代えて、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を採用してもよい。
このように構成することで、検出範囲を広くすることができるとともに、画像処理が可能となるため有害光を除去する等、検出精度を向上することが可能となる。
【００４９】
また、本実施形態に係る偏向角検出装置６においては、光源８として、ガウス型の強度分布を有するレーザダイオードを採用したが、これに限定されるものではなく、ＬＥＤチップやモールドレンズ付きのＬＥＤを採用することにしてもよい。特に、光源８としてＬＥＤを採用すれば、耐久性を向上することが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態に係る光偏向装置１においては、ミラー３と光検出器７とを可動ホルダ４の両面にそれぞれ接着剤により固定することとしたが、これに代えて、図１３に示されるように、ミラー３と光検出器７とを背中合わせに直接接着剤により固定したものを、中央に貫通孔４ａを有する可動ホルダ４に取り付けることにしてもよい。このように構成することで、接着部分を少なくし、接着剤の環境特性変化による部品間の位置ずれを抑制することが可能となる。
【００５１】
また、本実施形態に係る光偏向装置１においては、ミラー３と光検出器７とを両面に備えた可動ホルダ４の厚さ方向の中心を貫通する回転軸線Ｘ，Ｙ回りに、可動ホルダ４を回転可能としたため、ミラー３についても光検出器７の受光面７ａと同様に、回転軸線Ｘ，Ｙから所定距離Ｚだけ離れた位置に配置されていた。
そこで、これに代えて、例えば、図１３に示されるように、ミラー３の反射面３ａを回転軸線Ｘ，Ｙと同一平面内に配置することにしてもよい。このように構成することで、偏向角の変化による反射面３ａの変動をなくし、光信号の光路長を変化させないようにすることができる。
【００５２】
さらに、可動ホルダ４を固定ホルダ５に対して回転可能に支持する支持部材９として、図１４に示されるように、ポリイミド等の樹脂に導電パターンを内包したフレキシブル基板９を採用することにしてもよい。このように構成することで、フレキシブル基板９に多数のパターンを埋め込むこととすれば、光検出器７としてＣＣＤを採用した場合等に、多くの信号を伝達でき、好適である。支持部材としてフレキシブル基板９を用いる場合には、例えば、図１５に示されるように、固定ホルダ５、可動ホルダ４、光検出器７およびミラー３は、それぞれ対向する面に接着剤を塗布した状態で、フレキシブル基板９を挟み込むようにして固定される。この場合に、可動ホルダ４は光検出器７側のみに配置される。
【００５３】
また、上記実施形態においては、バルク型の光偏向装置１および偏向角検出装置６について説明したが、これに代えて、シリコン基板上に静電駆動型素子を作りつけた微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）等に代表される集積素子においても、シリコンミラーの裏面側にフォトダイオードを埋め込むことにより、高精度かつ小型の偏向角検出装置を備えた光偏向装置を構成することができる。
【００５４】
次に、この発明の第２の実施形態に係る偏向角検出装置について、図１６を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る偏向角検出装置２０は、図１６に示されるように、開口絞り１４と光検出器７との間に、正のパワーを有する光学素子である凸レンズ２１を配置している点において、上記第１の実施形態に係る偏向角検出装置６と相違する。
凸レンズ２１のパワーと設置位置を調整することにより、光源８を光検出器７から離して配置しても、第１の実施形態に係る偏向角検出装置６と同等の光スポットＳを光検出器７の受光面７ａ上に形成することができる。したがって、光軸方向の光源８の配置に制約を受けることなく所望の検出感度を達成することができるという利点がある。
【００５５】
なお、本実施形態においては、凸レンズ２１を開口絞り１４と光検出器７との間に配置したが、これに代えて、光源８と開口絞り１４との間に配置してもよい。このように構成することにより、開口絞り１４の位置ずれによる光検出器７の受光面７ａ上における強度分布ずれの影響を低減することができる。なお、正のパワーを有する光学素子は、凸レンズ２１に限られるものではなく、他の任意の光学素子を採用することができる。
【００５６】
また、上記各実施形態においては、ミラー３を設けた可動ホルダ４に、ミラー３とは反対方向を向けて光検出器７の受光面７ａを配置することとしたが、これに代えて、受光面７ａを上記以外の方向に向けて可動ホルダ４に一体化することにしてもよい。このように構成することととしても、可動ホルダ４に光検出器７を一体化することによる部品点数の削減等の効果を奏する。
【００５７】
次に、上述した第１、第２の実施形態のいずれかに係る偏向角検出装置６（２０）を備えた光信号スイッチシステム１００について、図１７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。
【００５８】
入力側ケーブル１０１の出射口１０１ａには、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。
【００５９】
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ミラー３と、各ミラー３の背面側にそれぞれ配置された偏向角検出装置６と、これら偏向角検出装置６からの出力に基づいてミラー３の偏向角を制御する偏向角制御手段１０４とを備えている。各ミラー３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。
【００６０】
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。
【００６１】
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のミラー３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の特定のミラー３の方向に偏向される。そして、そのミラー３において反射された平行光１０３は、該ミラー３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。
【００６２】
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に設けられたミラー３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。
【００６３】
例えば、図１７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、ミラー３Ａの偏向角を切り換えることにより、出力側ケーブル１０９Ｂに対応するミラー３Ｂに向けて偏向される。ミラー３Ｂ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。
【００６４】
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を対応させるミラー３Ａ，３Ｂ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の特定のミラー３Ａ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のミラー３Ｂを切り換えるとともに、新たに選択されたミラー３Ｂ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。
【００６５】
このような光信号のスイッチングを行うためには、ミラー３の偏向角を上述した偏向角検出装置６によって検出し、図１７および図１８に示す偏向角制御手段１０４を介して、ミラー３の偏向角を変化させるアクチュエ−タ３ｃをフィードバック制御する。
【００６６】
偏向角制御手段１０４は、図１９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、ミラー３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１０４ａと、偏向角検出装置６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ータ３ｃの駆動信号２０２を発生させる制御部１０４ｂとからなる。
【００６７】
次に、光信号スイッチング方法について、図１７〜図１９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１０４に入力される。
【００６８】
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１０４に入力されると、デコード手段１０４ａによりミラー３Ａ，３Ｂ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、偏向角検出装置６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１０４ｂに入力される。制御部１０４ｂ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、ミラー３Ａ，３Ｂ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ータ３ｃにフィードバックする。
【００６９】
このように、偏向角検出装置６を検出手段としてフィードバック制御が行われるので、ミラー３Ａ，３Ｂ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１０４と、偏向角検出装置６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。
【００７０】
さらに、偏向角検出装置６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、ミラー３の背後に配置される偏向角検出装置６がコンパクトであるために、ミラー３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、ミラー３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。
【００７１】
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、偏向角検出装置６において、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。
【００７２】
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つのミラー３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、ミラー３は入力側ケーブルユニット１０５に対して１つでもよい。
【００７３】
次に、上述した実施形態に係る偏向角検出装置６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２０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。
【００７４】
本実施形態に係る情報記録再生システム１１０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（記録再生用光源）１１８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）で偏向駆動されるミラー３と、偏向角検出装置６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１１８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１１８ａに接続されている。
ミラー３は、図１８に示した構造を有している。偏向角検出装置６は、上述した実施形態の偏向角検出装置６でよい。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
結像レンズ１１６は、半導体レーザ１１８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。
【００７９】
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。
【００８０】
さらに、より厳密なトラッキングを行うため、ミラー３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、偏向角検出装置６によりミラー３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。
【００８１】
このように、本実施形態に係る偏向角検出装置６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、偏向角検出装置６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、偏向角検出装置６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、ミラー３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、偏向角検出装置６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。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に係る偏向角検出装置によれば、少ない部品点数でコンパクトに構成することができる。したがって、これを取り付ける光信号スイッチシステムおよび情報記録再生システムも小型化することができるという効果を奏する。また、部品点数削減により、コストの削減を図ることができる。
すなわち、光偏向素子の偏向角を精度よく検出して、高い精度の光信号のスイッチングや、情報の記録および再生を行う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】この発明の一実施形態に係る光偏向装置を示す正面図である。
【図２】図１の光偏向装置を示す側面図である。
【図３】図１の光偏向装置の内、この発明の一実施形態に係る偏向角検出装置を示す側面図である。
【図４】図３の偏向角検出装置における光検出器の受光面を示す正面図である。
【図５】図３の偏向角検出装置において、可動部材が回転した状態を示す側面図である。
【図６】図５の偏向角検出装置における光検出器の受光面を示す正面図である。
【図７】図３の偏向角検出装置の光検出器からの出力信号と偏向角との関係を示すグラフである。
【図８】図３の偏向角検出装置による偏向角の検出原理を説明する模式図である。
【図９】図８の説明に使用される光検出器の受光面を示す模式図である。
【図１０】図８の説明に使用される可動部材の傾きを示す模式図である。
【図１１】図１０におおける光検出器の受光面を示す模式図である。
【図１２】図８における光検出器からの出力信号の演算値を示すグラフである。
【図１３】図１の光偏向装置の第１の変形例を示す縦断面図である。
【図１４】図１の光偏向装置の第２の変形例を示す正面図である。
【図１５】図１４の光偏向装置の縦断面図である。
【図１６】この発明の第２の実施形態に係る偏向角検出装置を示す模式的な側面図である。
【図１７】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１８】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１９】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２０】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】
Ｘ，Ｙ  回転軸線
Ｚ  距離
１  光偏向装置
３  ミラー（光偏向素子）
３ａ  反射面（光偏向面）
４  可動ホルダ（可動部材）
５  固定ホルダ（固定部）
６，２０  偏向角検出装置
７  光検出器
７ａ  受光面
８  光源
９  支持部材（弾性部材）
２１  凸レンズ（パワーを有する光学素子）
１００  光信号スイッチシステム
１０４  偏向角制御手段
１１０  情報記録再生システム
１１２  記録媒体
１１８  半導体レーザ（記録再生用光源）
【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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【図１５】
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【図１６】
2004170499.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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