(57)【要約】【課題】光路長を長くしてもコンパクトに構成でき、その結果、偏向角検出範囲を広げることができる偏向角検出装置を提供する。また、高精度の偏向角検出が可能な偏向角検出装置を提供する。【解決手段】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、光を放射する光源１と、プリズム２と、偏心レンズ４と、プリズム２を介して切り替えられた光源１からの光の光路上に配置された、前記光偏向素子に備えられた検出用反射面３と、光検出器５とを備え、プリズム２が、光を透過させる作用を有する第１面２ａと、光を反射する作用と光を透過させる作用とを有する第２面２ｂと、光を反射する作用と光を透過させる作用を有する第３面２ｃとで構成され、偏心レンズ４が、第３面２ｃに対向した第４面４ａと、第４面４ａと光検出器５との間に位置し正のパワーを有する透過面である第５面４ｂとで構成されている。【選択図】　図１
2004061127.tif 000002
【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偏向角検出装置であって、
光を放射する光源と、
前記光源から放射される光の少なくとも一部の光路を切り替える光路変換面と、
該光路変換面によって前記切り替えられた光路上に配置された、前記光偏向素子に備えられた検出用反射面と、
前記検出用反射面で反射した光を受光し、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を備え、
前記検出用反射面と前記光検出器との間に、正のパワーを有する透過面を少なくとも備えたことを特徴とする偏向角検出装置。
【請求項２】
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、
光を放射する光源と、
少なくとも３つの面で構成されたプリズムと、
２つの面で構成された偏心レンズと、
前記プリズムを介して切り替えられた光源からの光の光路上に配置された、前記光偏向素子に備えられた検出用反射面と、
前記検出用反射面で反射した光を受光し、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を備え、
前記プリズムが、光源からの入射光をプリズム内部に透過させる作用を有する第１面と、該第１面を透過した光を反射する作用と該プリズムの他の光学作用面で反射した光を透過させて該プリズムから前記検出用反射面側へ射出する作用と前記検出用反射面からの入射光をプリズム内部に透過させる作用とを有する第２面と、第２面で反射した光を前記検出用反射面に向けて反射する作用と第２面を透過した光を前記光検出器側に透過させる作用を有する第３面とで構成され、
前記偏心レンズが、前記第３面に対向した第４面と、前記第４面と前記光検出器との間に位置し正のパワーを有する透過面である第５面とで構成されていることを特徴とする偏向角検出装置。
【請求項３】
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、
光を放射する光源と、
少なくとも４つの面で構成されたプリズムと、
前記プリズムを介して切り替えられた光源からの光の光路上に配置された、前記光偏向素子に備えられた検出用反射面と、
前記検出用反射面で反射した光を受光し、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を備え、
前記プリズムが、光源からの入射光をプリズム内部に透過させる作用を有する第１面と、該第１面を透過した光を前記検出用反射面に向けて反射する作用と該プリズムの他の光学作用面で透過した光を透過させて該プリズムから前記光検出器側へ射出する作用とを有する第２面と、該第２面で反射した光を透過させて該プリズムから前記検出用反射面側へ射出する作用を有する第３面と、前記検出用反射面からの入射光をプリズム内部に透過させる作用とを有する第４面とで構成され、
前記第１面と前記第２面の少なくともいずれかが正のパワーを有していることを特徴とする偏向角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏向角検出装置及び偏向角検出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検出手段や、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及び偏向角検出装置を備えたシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光情報通信、光情報記録の技術の発展が著しく、情報伝送密度や情報記録密度が飛躍的に高まっている。これらの分野では、例えば、光ファイバー回線を中継地などで光学的に切り替える光信号スイッチや、光学式情報記録再生システムの光ピックアップのトラッキング制御など、光偏向ミラー素子の偏向状態を高精度に検知してその姿勢を制御する技術の向上が不可欠である。そのため、従来、種々の偏向角検出装置が提案されている。
【０００３】
従来のこの種の偏向角検出装置としては、例えば、特公平７−６６５５４号公報、特開平８−２２７５５２号公報、特開平１１−１４４２７３号公報、特開平１１−１１４２７４号公報及び特開平１１−１９５２３６号公報に記載されているものがある。
【０００４】
特公平７−６６５５４号公報に記載されている偏向角検出装置は、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ある。この装置は、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。そして、この装置は、２つの受光素子が検出する反射光量の差分をとることにより、記録媒体に偏向が生じたときの偏向量を検出するようになっている。
【０００５】
また、特開平８−２２７５５２号公報に記載されている偏向角検出装置は、同様に、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ある。この装置は、記録媒体からの反射光を４分割された受光面で受光し、それらの受光量の差分をとることによって２方向の偏向量を検出するようになっている。
【０００６】
また、特開平１１−１４４２７３号公報や特開平１１−１４４２７４号公報に記載されている偏向角検出装置は、偏向ミラーからの反射光を、入射角により反射率が変わるビームスプリッタを通して光検出器で光量を検出することにより偏向量を検出するようになっている。
【０００７】
また、特開平１１−１９５２３６号公報に記載されている偏向角検出装置は、光情報再生装置における偏向ミラーの回転位置を検出するもので、レーザ光源からの光束を偏向ミラー上で線状光束に集光させることで、１方向の測定精度を上げて偏向角を検出するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の偏向角検出装置には、以下のような問題があった。
【０００９】
特公平７−６６５５４号公報に記載されている偏向角検出装置では、光ピックアップのヘッドと記録媒体との間で往復する反射光を発光素子の両側の受光素子で検出するため、微小の偏向量しか検出できない。そして、偏向量の検出範囲を広げようとすれば、発光素子と記録媒体との間の距離を広げ、受光素子を大きくしなければならず、コンパクトな偏向角検出装置が得られない。このように、上記偏向角検出装置では、検出器の大きさに限界があるため広範囲な検出ができないという問題があった。また、２つの受光素子を用いるので、１次元の傾き検出しかできないという問題があった。
【００１０】
また、特開平８−２２７５５２号公報に記載されている偏向角検出装置では、２次元の傾きを検出できるものの、検出範囲を広げようとすれば、発光素子と記録媒体との距離を広げ、受光素子を大きくしなければならない。このように、広範囲な検出をする場合には、検出器が大きくなり、全体のメカレイアウトも大きくなってしまい、特公平７−６６５５４号と同様に、コンパクトな偏向角検出装置が得られないという問題があった。
【００１１】
また、特開平１１−１４４２７３号公報や特開平１１−１４４２７４号公報に記載されている偏向角検出装置では、ビームスプリッタの反射膜の特性が直接的に検出精度に影響するため、反射膜の特性を良くしないと検出精度が悪くなるという問題があった。また、これらの偏向角検出装置では、検出光を重畳させることなくコの字状に折り曲げる構成を用いるので、配置面積が大きくなり、検出範囲を広げようとすれば、ビームスプリッタのビームスプリッタ面を大きくしなければならず、全体のメカレイアウトが大きくなってしまい、コンパクトな偏向角検出装置が得られないという問題があった。
【００１２】
また、特開平１１−１９５２３６号公報に記載されている偏向角検出装置では、検出範囲を広くした場合、メカ的な干渉や全体のメカレイアウトが大きくなってしまう。また、この偏向角検出装置では、線状光束を用いて偏向角検出精度を上げているが、これは１次元方向にのみ有効な手段である。
【００１３】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、光路長を長くしてもコンパクトに構成でき、偏向角検出範囲を広げ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する。
また、高精度の偏向角検出が可能な偏向角検出装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による偏向角検出装置は、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、光を放射する光源と、前記光源から放射される光の少なくとも一部の光路を切り替える光路変換面と、該光路変換面によって前記切り替えられた光路上に配置された、前記光偏向素子に備えられた検出用反射面と、前記検出用反射面で反射した光を受光し、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を備え、前記検出用反射面と前記光検出器との間に、正のパワーを有する透過面を少なくとも備えたことを特徴としている。
なお、本明細書中では、光偏向素子の偏向角は、光偏向素子の反射面の傾き角を意味するものとする。
【００１５】
また、本発明による偏向角検出装置は、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、光を放射する光源と、少なくとも３つの面で構成されたプリズムと、２つの面で構成された偏心レンズと、前記プリズムを介して切り替えられた光源からの光の光路上に配置された、前記光偏向素子に備えられた検出用反射面と、前記検出用反射面で反射した光を受光し、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を備え、前記プリズムが、光源からの入射光をプリズム内部に透過させる作用を有する第１面と、該第１面を透過した光を反射する作用と該プリズムの他の光学作用面で反射した光を透過させて該プリズムから前記検出用反射面側へ射出する作用と前記検出用反射面からの入射光をプリズム内部に透過させる作用とを有する第２面と、第２面で反射した光を前記検出用反射面に向けて反射する作用と第２面を透過した光を前記光検出器側に透過させる作用を有する第３面とで構成され、前記偏心レンズが、前記第３面に対向した第４面と、前記第４面と前記光検出器との間に位置し正のパワーを有する透過面である第５面とで構成されていることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明による偏向角検出装置は、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、光を放射する光源と、少なくとも４つの面で構成されたプリズムと、前記プリズムを介して切り替えられた光源からの光の光路上に配置された、前記光偏向素子に備えられた検出用反射面と、前記検出用反射面で反射した光を受光し、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を備え、前記プリズムが、光源からの入射光をプリズム内部に透過させる作用を有する第１面と、該第１面を透過した光を前記検出用反射面に向けて反射する作用と該プリズムの他の光学作用面で透過した光を透過させて該プリズムから前記光検出器側へ射出する作用とを有する第２面と、該第２面で反射した光を透過させて該プリズムから前記検出用反射面側へ射出する作用を有する第３面と、前記検出用反射面からの入射光をプリズム内部に透過させる作用とを有する第４面とで構成され、前記第１面と前記第２面の少なくともいずれかが正のパワーを有していることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のように構成すると、検出範囲が広く、１次元または２次元方向の検出が可能で、高精度かつコンパクトな偏向角検出装置を実現することができる。なお、具体的な作用効果の説明については、後述する実施例の説明で行うこととする。
【００１８】
以下、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
なお、本発明に係る偏向角検出装置は、光を偏向する光偏向素子に別の光を照射して偏向角を検出するものである。したがってそのような光偏向素子を備える種々のシステムに適用することが可能である。
なお以下では、光偏向素子で偏向される光と区別するために、偏向角を検出するために照射する光を検出光と呼ぶことにする。
【００１９】
そのような光偏向素子の例としては、例えば、光を偏向するためのミラーが電磁コイルなどの回動手段で回動可能に保持されたガルバノミラー、光を偏向するための複数のミラー面をモータ軸に取り付けた回転多面鏡、光を偏向するためのミラーをアクチュエータで保持して設置角度を変更する可動ミラー、または光を偏向するためにプリズムやホログラムを可動に設けた素子などがある。
【００２０】
またそのような光偏向素子を備えるシステムとしては、例えば、光信号スイッチシステムや情報記録再生システム（光情報記録再生システム）などがある。
【００２１】
以下では、本発明の偏向角検出装置の実施例を説明し、更に、本発明の偏向角検出装置を用いた光信号スイッチシステム、情報記録再生システムの構成例を説明する。
【００２２】
本発明の実施例に係る偏向角検出装置について説明する。
第１実施例
図１〜図３は本発明の第１実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図であり、図１はミラー回転角が０度の状態、図２はミラー回転角がｙｚ面内でｘ軸回りに−１０度回転した状態、図３はミラー回転角がｙｚ面内でｘ軸回りに１０度回転した状態を示している。図中に表示したｘｙｚ座標系は、ｘ方向が紙面に直交する方向、ｙ方向及びｚ方向が紙面に平行な面内にあって、ｙ方向が図示の上側、ｚ方向が図示の右側をそれぞれ正方向とする直角座標系である。また、図中の矢印は検出用反射面の傾斜方向を示している。なお、この座標系は後述の各実施例において共通である。また、回転方向は反時計回りを正としている。
【００２３】
本実施例の偏向角検出装置は、光源と、カバーガラスと、プリズム２と、検出用反射面３と、偏心レンズ４と、光検出器５とを備えている。
光源は、レーザ光束（検出光）を、光偏向素子に備えられた検出用反射面３に向けて出射する半導体レーザ１（半導体レーザ素子）である。
なお、半導体レーザ１としては、どのような半導体レーザを用いてもよいが、光検出器５の検出感度との関係から適切な波長を備えたものを選択することは当然である。また、周知のいかなる手段を用いてもよいため、図示していないが、半導体レーザ１を適宜発光させるための電源や変調駆動回路を含む駆動手段に接続されていることはいうまでもない。
【００２４】
プリズム２及び偏心レンズ４は、検出用反射面３と光検出器５との間に配置されている。
プリズム２は、第１面２ａと、第２面２ｂと、第３面２ｃの３つの光学作用面を有して構成されている。
第１面２ａは、光源からのレーザ光束をプリズム内部に透過させる作用を備えた入射面である。また、第１面２ａは、正のパワーを有している。第２面２ｂは、正のパワーを有する非球面に形成されており、検出用反射面３に対向している。また、第２面２ｂは、その部位に応じて第１面２ａを透過した光を第３面２ｃへ向けて全反射する作用を備えた反射面と、第３面２ｃで反射した光を検出用反射面３へ向けて透過する作用を備えた射出面と、検出用反射面３で反射した光をプリズム内部に透過させる作用を備えた入射面とを兼ね備えている。第３面２ｃは、その部位に応じて第２面２ｂで全反射した光源からの光束の一部を反射して検出用反射面３方向へ光路を切り替える光路変換面と、第２面２ｂを透過した検出用反射面３からの光束を光検出器５側に透過させる作用を備えた射出面とを兼ねている。また、第３面２ｃは正のパワーを有する自由曲面に形成されている。
【００２５】
偏心レンズ４は、プリズム２と光検出器５との間に配置され、プリズム２と接合されている。また、偏心レンズ４は第１面４ａ（本発明の第４面に相当）と、第２面４ｂ（本発明の第５面に相当）の２つの光学作用面を有して構成されている。
第１面４ａは、自由曲面に形成され、プリズム３の面２ｃとＵＶ硬化樹脂等を用いて接合されており、プリズム２の面２ｃを射出した光を透過させる作用を備えた入射面である。第２面４ｂは、正のパワーを有する自由曲面に形成され、面４ａを透過した光束を透過させる作用を備えた射出面である。
【００２６】
また、プリズム２、偏心レンズ４は、屈折率が１以上の媒質、例えば、ＯＨＡＲＡ社Ｓ−ＢＳＬ７などのガラスまたはアモルファスポリオレフィンなどの光学プラスチックを硝材として構成されている。
なお、プリズム２、偏心レンズ４は屈折率が１以上の媒質で構成すればよく、上記硝材で形成した面の内側を中空に、あるいは、液体で充填した構成のものも適用可能である。
面２ｃは、互いに直交する偏光成分のうち、一方の直線偏光成分（ここでは、Ｐ偏光）を透過し、他方の直線偏光成分（ここでは、Ｓ偏光）を反射する偏光膜のコーティングが施された偏光ビームスプリッタ面となっている。そして、プリズム２と偏心レンズ４とで１つの偏光ビームスプリッタを構成している。
なお、図示を省略してあるが、面２ｂと検出用反射面３との間には、１／４波長板が配置されている。
【００２７】
光検出器５は、偏光ビームスプリッタ面２ｃを透過した光軸上に配置されている。符号６は光検出器５のセンサ受光面である。
光検出器５としては、センサ受光面６上にレーザ光束のスポットが照射されたときに、スポットの光強度の中心位置に対応した電圧を出力して、そのスポットの位置を検知する位置検出受光器（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、所謂ＰＳＤ）を採用することができる。ＰＳＤは、多数のフォトダイオードが配列して構成されており、例えば、図４に示すように、光束が所定部分に照射された場合、四方の端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４から、ＰＳＤの角部から光束の重心までの距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４に応じた電圧が出力され、この出力値を演算することで、位置検出（Ｘ方向、Ｙ方向の傾き）を行うようになっている。
光検出器５としては、検出用反射面３の傾斜する方向が１次元（Ｘ方向又はＹ方向）か２次元（Ｘ方向及びＹ方向）かに合わせて、それぞれ１次元または２次元の位置検出を行うものを採用する。また、光検出器５は、その動作のため、電源を始め、適宜の駆動手段を備えていることはいうまでもないが、周知のことなのでその説明は省略する。
【００２８】
このように構成された本実施例の偏向角検出装置では、図１〜３に示すように、光源である半導体レーザ１から出射されたレーザ光は、カバーガラスを経て、プリズム２の正のパワーを有する第１面２ａを透過して第２面２ｂに入射する。次いで、第２面２ｂに臨界角以上で入射することにより全反射し、次いで、Ｓ偏光が偏光ビームスプリッタ面２ｃで反射し、再び第２面２ｂに入射する。入射した光は第２面２ｂを透過し、図示省略した１／４波長板を透過して円偏光となり検出用反射面３に入射し、反射する。検出用反射面３を反射した光は、再び図示省略した１／４波長板を透過してＰ偏光となる。次いで、再びプリズム２の第２面２ｂを透過して再びビームスプリッタ面２ｃに入射する。そして、ビームスプリッタ面２ｃ、偏心レンズ４の第１面４ａを透過し、透過した光が偏心レンズ４の内部に入射し、正のパワーを有する第２面４ｂを透過することで、偏心レンズ４を出射する。偏心レンズ４を出射した光は、光検出器５に入射して光スポットを形成する。
【００２９】
光検出器５は検出用反射面３がＸ，Ｙ方向に傾いたときに、センサ受光面６上のスポットの位置を検出することにより傾き量を検出する。
図５は検出用反射面３が１次元方向（Ｘ方向、またはＹ方向）に傾いたときの光検出器５のセンサ受光面６上にスポット７ａが結像された様子を示す説明図である。また、図６は検出用反射面３の傾き量と光検出器５の出力との関係を示すグラフである。
【００３０】
検出用反射面３が１次元方向に傾いたときに、光検出器５の受光面６上のスポット７ａの位置が移動する。このとき光検出器５の出力は図６のグラフに示すように、ほぼ線形に変化する。また図７は検出用反射面３が２次元方向に傾いたときの光検出器５のセンサ受光面６上にスポット７ｂが結像された様子を示す説明図である。検出用反射面３がそれぞれＸ，Ｙ方向に動いたときに、受光面６上のスポット７ｂは２次元方向に移動する。このときそれぞれの方向の出力は同様に図６のグラフに示すようになり、検出用反射面３の傾き量（角度）と出力とは直線性が良くなる。本実施例の構成では、検出用反射面３の傾きは±１０度程度の範囲の検出が可能である。
したがって、本実施例の構成では、検出用反射面の傾きの広範囲な検出が必要とされる光ピックアップの光路切り替え、及びトラッキング手段や、光通信の光スイッチング手段としての使用が可能となる。
【００３１】
なお、本発明の実施例において、光検出器として、位置検出受光器（ＰＳＤ）のかわりに、４分割受光器（４分割ＰＤ）を採用することによって偏向角を検出することも可能である。
図８は４分割受光器（４分割ＰＤ）を採用した光検出器５のセンサ受光面６上にスポット７が結像された様子を示す説明図である。
４分割受光器（４分割ＰＤ）を採用した光検出器５に集光するレーザ光Ａのスポット径は通常のＰＳＤを採用した光検出器に集光するレーザ光のスポットよりも大きくなるようになされている。また、光検出器５の受光面８は４つの受光面に分割されている（それぞれ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄとする）。検出用反射面３がＸ，Ｙ方向の２次元に傾いたとき、受光面８上のスポット７は２次元方向に移動する。このとき受光面８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに照射された面積に応じた出力をそれぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、Ｘ方向の位置に対応する出力は、（Ａ＋Ｄ−Ｂ−Ｃ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、Ｙ方向の位置に対応する出力は、（Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、をそれぞれ演算することにより得られる。それぞれの方向の演算出力はスポット形状が均一である限り、それぞれほぼ線形に変化する。
【００３２】
このように構成された本実施例の偏向角検出装置によれば、以下のような利点がある。
本実施例の偏向角検出装置では、プリズム２の第１面２ａが、正のパワーを有するため、光源から出射した光のマージナル光線の高さが低くなり、光束が小さくなる。このため、Ｆナンバーが小さくなり、収差の発生を抑制することができる。また、検出用反射面の前後における光路中に自由曲面を配しているため、検出用反射面の回転により発生する像面湾曲や歪曲収差などの軸外光線の収差を補正することができる。そして、これらにより、検出用反射面の回転角による光検出器への光線の中心部と周辺部でのスポット径の大きさ変化の低減や検出用反射面の回転角と光検出器上の光線位置の線形性のより一層の確保ができ高精度の偏向角検出が可能となる。
【００３３】
また、本実施例の偏向角検出装置では、プリズム２の第２面２ｂで、プリズム２の第１面２ａより内部に入射した光を全反射するように、臨界角以上の反射角を持つようにしたので、光量の損失を最小に抑えることができる。そして、第２面２ｂは、反射膜をコーティングする必要がないため、その分コストを低く抑えることができる。
さらに、第２面２ｂは、プリズム２から検出用反射面３へ向けて光を射出する面であると共に、検出用反射面３で反射した光をプリズム２内部へ入射する面であり、１つの面で、上述の全反射面と透過面を共有できる。このため、光学作用面を効率的に利用でき、その分コストを低減することができる。
【００３４】
また、本実施例の偏向角検出装置では、プリズム２の第３面２ｃは、正のパワーを有する面であり、検出用反射面までの光学系において光源からの光を略平行にする作用を有する。また、この面２ｃは、偏光ビームスプリッタとして作用するように膜がコーティングされており、光源からのＳ偏光光を反射し、１／４波長板（図示省略）、検出用反射面、１／４波長板（図示省略）を経て、再びプリズム２の内部に入射したＰ偏光光を透過させる。このように構成すると、第３面２ｃでは、反射と透過の２つの作用を有するが、この面での光量損失を非常に小さいものとすることができる。
【００３５】
また、本実施例の偏向角検出装置では、偏心レンズ４の第１面４ａを、プリズム２の第３面２ｃと略同形状とし、ＵＶ硬化樹脂等を用いて貼り合わせたので、プリズム２の第３面２ｃと偏心レンズ４の第１面４ａは理論的には界面が無くなり、光量のロスを少なくすることができる。なお、プリズム２から偏心レンズ４に入射するときにはほとんどパワーが無くなる。
【００３６】
また、本実施例の偏向角検出装置では、偏心レンズ４の第２面４ｂを正のパワーを有する透過面としたので、検出用反射面３で反射した後の光学系においては、この面４ｂのパワーによって光検出器５の検出面上に集光させることができる。
また、検出用反射面が回転した場合には、その反射点が入射瞳として回転角の２倍の画角を持つ。このため、面４ｂを球面としたのでは、軸外光線の収差を補正するのが難しい。本実施例では、面４ｂを自由曲面としたので、軸外光線の収差が補正し易くなる。
【００３７】
また、本実施例の偏向角検出装置では、検出用反射面３と対向する側に、プリズム２、偏心レンズ４などの光学系、光検出器５を配置したので、電気系をまとめて構成して、装置全体をコンパクト化することができる。
【００３８】
第２実施例
図９は本発明の第２実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図である。
本実施例の偏向角検出装置では、偏心レンズ４の第２面４ｂが正のパワーを有するフレネル面に形成されている。その他の構成は第１実施例とほぼ同じである。
本実施例の偏向角検出装置によれば、偏心レンズ４の第２面４ｂをフレネル面に形成したので、この面を平板状にすることができ、第１実施例の偏光角検出装置に比べて装置全体のレイアウトが容易になる。その他の作用効果は第１実施例とほぼ同様である。
【００３９】
第３実施例
図１０は本発明の第３実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図である。
本実施例の偏向角検出装置は、プリズム２の第１面２ａがフレネル面に形成され、第２面２ｂ、第３面２ｃ、偏心レンズ４の第１面４ａが平面に形成されている。また、偏心レンズ４の第２面４ｂが球面に形成されている。さらに、検出用反射面３が球面に形成されている。その他の構成は第１実施例とほぼ同様である。
本実施例の偏向角検出装置によれば、プリズム２が１面のみフレネル面の三角プリズムとなり、偏心レンズ４も平面と球面の単純な形状となるので、第１実施例の偏光角検出装置に比べて、生産が容易になりその分コストを低減することができる。
また、プリズム２と偏心レンズ４との接合面が平面であるため、接合工程が容易になり、性能及びコストの面で有利となる。
【００４０】
その他、本実施例の偏向角検出装置では、以下の点において、第１実施例と同様な作用効果を奏する。
本実施例の偏向角検出装置では、第１実施例と同様に、プリズム２の第１面２ａが、正のパワーを有するため、光源から出射した光のマージナル光線の高さが低くなり、光束が小さくなる。このため、Ｆナンバーが小さくなり、収差の発生を抑制することができる。
【００４１】
また、本実施例の偏向角検出装置では、第１実施例と同様に、プリズム２の第２面２ｂで、プリズム２の第１面２ａより内部に入射した光を全反射するように、臨界角以上の反射角を持つようにしたので、光量の損失を最小に抑えることができる。そして、第２面２ｂは、反射膜をコーティングする必要がないため、その分コストを低く抑えることができる。
さらに、第２面２ｂは、プリズム２から検出用反射面３へ向けて光を射出する面であると共に、検出用反射面３で反射した光をプリズム２内部へ入射する面であり、１つの面で、上述の全反射面と透過面を共有できる。このため、光学作用面を効率的に利用でき、その分コストを低減することができる。
【００４２】
また、本実施例の偏向角検出装置では、第１実施例と同様に、プリズム２の第３面２ｃは、偏光ビームスプリッタとして作用するように膜がコーティングされており、光源からのＳ偏光光を反射し、１／４波長板（図示省略）、検出用反射面、１／４波長板（図示省略）を経て、再びプリズム２の内部に入射したＰ偏光光を透過させる。このように構成すると、第３面２ｃでは、反射と透過の２つの作用を有するが、この面での光量損失を非常に小さいものとすることができる。
【００４３】
また、本実施例の偏向角検出装置では、第１実施例と同様に、偏心レンズ４の第１面４ａを、プリズム２の第３面２ｃと略同形状とし、ＵＶ硬化樹脂等を用いて貼り合わせたので、プリズム２の第３面２ｃと偏心レンズ４の第１面４ａは理論的には界面が無くなり、光量のロスを少なくすることができる。なお、プリズム２から偏心レンズ４に入射するときにはほとんどパワーが無くなる。
【００４４】
また、本実施例の偏向角検出装置では、第１実施例と同様に、偏心レンズ４の第２面４ｂを正のパワーを有する透過面としたので、検出用反射面３で反射した後の光学系においては、この面４ｂのパワーによって光検出器５の検出面上に集光させることができる。
【００４５】
また、本実施例の偏向角検出装置では、第１実施例と同様に、検出用反射面３と対向する側に、プリズム２、偏心レンズ４などの光学系、光検出器５を配置したので、電気系をまとめて構成して、装置全体をコンパクト化することができる。
【００４６】
第４実施例
図１１は本発明の第４実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図である。
本実施例の偏向角検出装置は、検出用反射面３が、フレネル面に形成され、偏心レンズ４の第２面４ｂが自由曲面に形成されている。その他の構成は第３実施例とほぼ同様である。
本実施例の偏光角検出装置によれば、検出用反射面が平板状となり、第３実施例の偏光角検出装置に比べて装置全体のレイアウトが容易になる。また、検出用反射面の前後における光路中に自由曲面を配しているため、第１実施例と同様に高精度の偏向角検出が可能となる。その他の作用効果は第３実施例とほぼ同様である。
【００４７】
第５実施例
図１２は本発明の第５実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図である。
本実施例の偏向角検出装置は、光源と、カバーガラスと、プリズム２’と、検出用反射面３と、光検出器５とを備えており、プリズム２’のみで第１実施例〜第４実施例におけるプリズム２及び偏心レンズ４としての作用を兼ねている。
プリズム２’は、第１面２’ａと、第２面２’ｂと、第３面２’ｃと、第４面２’ｄの４つの光学作用面を有して構成されている。第１面２’ａは正のパワーを有する曲面に形成されている。第２面２’ｂ〜第４面２’ｄは、正のパワーを有する自由曲面に形成されている。そして、本実施例の偏光角検出装置では、プリズム２’のいずれの光学作用面にも偏光膜はコーティングされていない。また、１／４波長板も設けられていない。その他、光源１、カバーガラス、検出用反射面３、光検出器５頭の構成は第１実施例とほぼ同じである。
【００４８】
このように構成された本実施例の偏光角検出装置では、光源である半導体レーザ１出射されたレーザ光は、カバーガラスを経て、プリズム２’の正のパワーを有する第１面２’ａを透過して第２面２’ｂに入射する。次いで、第２面２’ｂに臨界角以上で入射することにより全反射して、第３面２’ｃから出射し、検出用反射面３に入射し、反射する。検出用反射面３を反射した光は、プリズム２’の第４面２’ｄを透過して再びプリズム２’の内部に入射し、第２面２’ｂを透過することで、プリズム２’を出射する。プリズム２’を出射した光は、光検出器５に入射して光スポットを形成する。
【００４９】
このように構成された本実施例の偏向角検出装置によれば、以下のような利点がある。
本実施例の偏向角検出装置では、プリズム２’の第１面２’ａが、正のパワーを有するため、光源から出射した光のマージナル光線の高さが低くなり、光束が小さくなる。このため、Ｆナンバーが小さくなり、収差の発生を抑制することができる。また、検出用反射面の前後における光路中に自由曲面を配しているため、第１実施例と同様に高精度の偏向角検出が可能となる。
【００５０】
また、本実施例の偏向角検出装置では、プリズム２’の第２面２’ｂで、プリズム２’の第１面２’ａより内部に入射した光を全反射するように、臨界角以上の反射角を持つようにしたので、光量の損失を最小に抑えることができる。そして、第２面２’ｂは、反射膜をコーティングする必要がないため、その分コストを低く抑えることができる。
さらに、第２面２’ｂは、検出用反射面３で反射しプリズム２’内部へ入射した光を光検出器５へ向けて射出する面であり、１つの面で、上述の全反射面と透過面を共有できる。このため、光学作用面を効率的に利用でき、その分コストを低減することができる。
【００５１】
また、本実施例の偏向角検出装置では、プリズム２’の正のパワーを有する第２面２’ｂと第４面２’ｄとで、１枚の正レンズと同等の作用を有し、これらの面のパワーによって光検出器５の検出面上に光を集光させることができる。
また、検出用反射面は入射瞳として検出用反射面の回転角の２倍の画角を持つ。このため、広画角の光学系となり、第２面２’ｂ、第４面２’ｄを球面としたのでは、像面歪曲や歪曲収差などの軸外光線の収差を補正し難い。本実施例では、第２面２’ｂ、第４面２’ｄを自由曲面としたので、像面歪曲や歪曲収差などの軸外光線の収差が補正されている。
【００５２】
なお、第１〜第４実施例においては、プリズム２の第３面２ｃを偏光ビームスプリッタ面としたが、ハーフミラー面であってもよい。なお、その場合には、透過及び反射が１回ずつあり、透過時及び反射時においてそれぞれ約５０％の光量が減少するため、最終的に光検出器５に到達する光源からのレーザ光の光量は約１／４程度になる。
また、プリズム２の第３面２ｃは、回折光学素子、またはＨＯＥ（ホログラフィック光学素子）であってもよい。
また、光検出器としてＰＳＤや２分割、４分割ＰＤ等が考えられるが、その検出感度により所定の大きさの光のスポットサイズが必要なときは、光検出器を焦点面から光軸方向へ動かすことによりスポットサイズを調整することが可能である。
【００５３】
上記第１実施例の横収差を図１３〜図１７に示す。これらの横収差図において、図１３は図１に示された光路図であるミラー回転角０度の場合の横収差、図１４は図２に示された光路図の状態（Ｘ軸回りのミラー回転角−１０度）の場合の横収差、図１５は図３に示された光路図の状態（Ｘ軸回りのミラー回転角１０度）の場合の横収差を示している。
次に、上記第１実施例〜第５実施例の偏向角検出装置を構成する光学系の構成パラメータを数値データとして示す。
各数値データ中、“ＦＦＳ”は自由曲面である。
なお、各実施例における非球面は、以下の定義式で与えられる回転対称非球面である。
Ｚ＝（ｙ２／Ｒ）／［１＋｛１−（１＋ｋ）ｙ２／Ｒ２｝１／２］＋ａｙ４＋ｂｙ６＋ｃｙ８＋ｄｙ１０＋……
ただし、Ｚを光の進行方向を正とした光軸（軸上主光線）とし、ｙを光軸と垂直な方向にとる。ここで、Ｒは近軸曲率半径、ｋは円錐定数、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、…はそれぞれ４次、６次、８次、１０次の非球面係数である。この定義式のＺ軸が回転対称非球面の軸となる。
【００５４】
また、各実施例における自由曲面は、次式で示される。尚、この式のＺ軸が自由曲面の軸となる。
2004061127.tif 000003
但し、上記式の第１項は球面項、第２項は自由曲面項である。また、球面項中、ｃは頂点の曲率、ｋはコーニック定数（円錐定数）、ｒ＝（Ｘ２＋Ｙ２）１／２である。
自由曲面項は、次式のように展開することができる。但し、Ｃｊ（ｊは２以上の整数）は係数である。
2004061127.tif 000004
なお、データの記載されていない非球面に関する項は０である。
また、屈折率については、ｄ線（波長５８７．５６ｎｍ）に対するものを表記してある。
長さの単位はｍｍである。
【００５５】
また、各実施例の数値データでは、設計の利便性を考慮して検出用反射面から後述する回動ミラー１５の反射面までの距離を０とし、検出用反射面の光軸位置に回転軸があるものとしている。
なお、実際には、検出用反射面と後述する回動ミラー１５の反射面との間には所定の距離があるが、検出用反射面上に回転軸を設けることにより、回動により回動ミラー１５の反射面の位置にズレを生じるが、回転角度を電気的に制御することにより補正できるので、検出用反射面から後述する回動ミラー１５の反射面までの距離を０としても、本発明の本質に影響を与えない。
また、以下の各数値データ中の絞り面は仮想絞り面であり、そこに実際に絞りがあることを示したものではない。さらに、有害光を除去するフレア絞りは必要により各面間隔中に設置することが可能である。
【００５６】
2004061127.tif 000005
【００５７】
2004061127.tif 000006
【００５８】
2004061127.tif 000007
【００５９】
2004061127.tif 000008
【００６０】
2004061127.tif 000009
【００６１】
2004061127.tif 000010
【００６２】
2004061127.tif 000011
【００６３】
2004061127.tif 000012
【００６４】
2004061127.tif 000013
【００６５】
2004061127.tif 000014
【００６６】
2004061127.tif 000015
【００６７】
2004061127.tif 000016
【００６８】
2004061127.tif 000017
【００６９】
2004061127.tif 000018
【００７０】
2004061127.tif 000019
【００７１】
次に、上記実施例を用いて説明した本発明の偏向角検出装置を用いたシステムの例について説明する。
図１６は本発明の偏向角検出装置を用いた光信号スイッチシステム１０６の一例の概略構成を示す説明図である。
本システムは、情報信号に応じて、例えば強度・パルス幅・周波数などが変調されたレーザ光束１０３…（光信号）が内部に伝送されてくる光ファイバーケーブルなどの光伝送用ケーブルを束ねた入力側ケーブルユニット１００と、光ファイバーケーブルなどの光伝送用ケーブルを束ねて、レーザ光束１０３…を内部に伝送させる出力側ケーブルユニット１０５と、それらのユニットの間に設けられたレーザ光束１０３…を選択的に偏向するための光スイッチングデバイス１０８，１０８からなる。
【００７２】
入力側ケーブルユニット１００は、例えば紡糸されたガラスファイバーをプラスチックで保護被覆した光ファイバーケーブルなどから構成される光伝送用ケーブルの端部に、内部を伝送されてきたレーザ光束１０３を外部に出射させる出射口１０１ａを備えた入力側ケーブル１０１を複数本、束ねたものである。それぞれの出射口１０１ａの光軸上にレーザ光束１０３を平行光束とするよう機能するコリメータユニット１０２が配置されている。入力側ケーブル１０１は、それぞれの出射口１０１ａ…が出射方向を揃えられ、それぞれ所定の間隔をあけて規則正しく配列されている。出射口１０１ａ…は、その個数に応じて、例えば２×２、６４×６４などの格子マトリクス状に配列されている。
【００７３】
出力側ケーブルユニット１０５は、同様に前記光伝送用ケーブルの端部に、レーザ光束１０３を入射させる入射口１０９ａを備えた出力側ケーブル１０９を複数本、束ねたものである。それぞれの入射口１０９ａの光軸上に、レーザ光束１０３を結像するよう機能する結像ユニット１０７が配置されている。出力側ケーブル１０９は、それぞれの入射口１０９ａ…が入射方向を揃えられ、それぞれ所定の間隔があけて規則正しく配列されている。入射口１０９ａ…は、その個数に応じて、例えば２×２、６４×６４などの格子マトリクス状に配列されている。
【００７４】
入力側ケーブルユニット１００および出力側ケーブルユニット１０５の、レーザ光束１０３の出入射方向には、それぞれ光スイッチングデバイス１０８が配置されている。光スイッチングデバイス１０８は、１次元または２次元にそれぞれ独立に傾くことができる回動ミラー１５（光偏向素子）…と、それらの中立位置からの傾き角（偏向角）をそれぞれ検出する本発明の偏向角検出装置６０…と、偏向角検出装置６０からの出力により回動ミラー１５…の偏向角を制御する偏向角制御手段６１’とからなる。
【００７５】
光スイッチングデバイス１０８，１０８は、それらの回動ミラー１５…がそれぞれ出射口１０１ａ…、入射口１０９ａ…に対応するように配置されるとともに、回動ミラー１５…が中立位置の傾きとされた状態で、所定の出射口１０１ａから出射されたレーザ光束１０３がそれぞれの回動ミラー１５，１５で反射されて所定の入射口１０９ａに入射する位置関係に配置されている。
【００７６】
図１７は回動ミラー１５の反射面に直角な断面とそのまわりの構成を示す説明図である。
図１７の回動ミラー１５は、ガルバノミラーを採用した例である。例えば電磁コイルなどの周知のアクチュエータ１５ｄによって、傾き角を任意に調整できるように支持された板状の支持部材１５ｂの表裏面に、表面反射平面ミラーを埋め込むことにより、支持部材１５ｂの表面側にレーザ光束１０３を反射するための偏向ミラー面１５ａを、支持部材１５ｂの裏面側に検出用反射面１５ｃをそれぞれ形成したものである。
なお、本発明においては、上述のように検出用反射面１５ｃの面上に回転軸を設け、偏向ミラー面１５ａの位置ズレによる誤差を電気的に補正してもよいし、２つの面（１５ａ，１５ｃ）に回転軸を設け、リンク機構などを介して２つの面を同じ回転角で回転させるようにすることもできる。
【００７７】
偏向ミラー面１５ａと検出用反射面１５ｃは、平行である必要はないが、偏向ミラー面１５ａの偏向角に対応して検出用反射面１５ｃが傾斜するように接合されている。図示の例では、偏向ミラー面１５ａと検出用反射面１５ｃが、それぞれ支持部材１５ｂに固定されている。したがって、偏向ミラー面１５ａと検出用反射面１５ｃは回動中心を共有している。またそれぞれの面精度、反射率は適宜反射すべき検出光、レーザ光束１０３に対して適切となるように個別に設定される。
【００７８】
回動ミラー１５は、レーザ光束１０３…が入射する方向に偏向ミラー面１５ａ…が配され、背面側の検出用反射面１５ｃ…には、偏向角を検出するための偏向角検出装置６０…が対向するように設けられている。
【００７９】
偏向角制御手段６１’は、回動ミラー１５とその偏向角を特定する偏向角制御信号２０１と電源電圧２００を外部から受け取り、アクチュエータ１５ｄと偏向角検出装置６０にそれぞれ電気的に接続され、アクチュエータ１５ｄを駆動する駆動信号２０２を出力し、回動ミラー１５の偏向角を検出する偏向角検出装置６０から検出レベル信号２０３が入力されるように構成されている。
【００８０】
このように構成された光信号スイッチシステム１０６では、まず、通常の伝送路の中継状態では、１つの入力側ケーブル１０１において内部を伝送されたレーザ光束１０３は、格子マトリクス状に規則正しく配列された出射口１０１ａ…の１つに到達して、そこから入力側ケーブル１０１の外部に放射される。そしてコリメータユニット１０２によりその放射光が集光され、ゴミなどによるけられが発生しないように適宜太さの平行ビームとされて光スイッチングデバイス１０８の方向に出射される。
【００８１】
ここでコリメータユニット１０２のそれぞれの後段に設けられた、中立位置の回動ミラー１５…は、それぞれ、特定のレーザ光束１０３を、もう一方の光スイッチングデバイス１０８の中立位置にある特定の回動ミラー１５に向けて反射して、規則正しく配列された出力側ケーブルユニット１０５の特定の入射口１０９ａ…に対応する結像ユニット１０７…の１つに入射させている。そして入射した結像ユニット１０７を透過して、出力側ケーブルユニット１０５中の、所定の光ケーブル１０１の入射口１０９ａに結像されて、その内部にレーザ光束１０３が入射され、伝送されていく。
【００８２】
本例による光信号スイッチシステム１０６では、回動ミラー１５，１５を中立位置から所定の偏向角だけ傾斜させ、レーザ光束１０３の到達位置を変更することにより行う。例えば、図１４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を通常の中継状態からスイッチングして出力側ケーブル１０９Ｂに切り換える場合、まず回動ミラー１５Ａの偏向角を変えてレーザ光束１０３Ａを回動ミラー１５Ｂに向けて偏向する。回動ミラー１５Ｂは、通常の中継状態では別のレーザ光束１０３を中立位置で出力側ケーブル１０９Ｂに入射させるが、この場合レーザ光束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に入射するように回動ミラー１５Ｂの偏向角が変更される。
【００８３】
出射口１０１ａ…と入射口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を対応させる回動ミラー１５，１５の偏向角は、光スイッチングデバイス１０８，１０８の位置関係によってあらかじめ決まっている。そこで、特定の回動ミラー１５，１５を所定の偏向角に傾斜させることにより、光信号スイッチングを行うことができる。
そのため、回動ミラー１５，１５の偏向角を上述した偏向角検出装置６０で検出して図１８に示す偏向角制御手段６１’を介してアクチュエータ１５ｄをフイードバック制御することになる。
【００８４】
次に本発明による偏向角検出装置を用いた装置の他の例として、回動ミラー１５を傾斜させて光信号スイッチング制御を行うための偏向角制御手段６１’について説明する。図１８はその制御ブロック図である。
偏向角制御手段６１’は、詳しくは、偏向角を特定する偏向角制御信号２０１をデコードし、回動ミラー１５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６１’ａと、偏向角検出装置６０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５ｄの駆動信号２０２を発生させる制御部６１’ｂとからなる。
【００８５】
次に光信号スイッチング方法について、図１６および図１８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が特定される。そして、それぞれの情報が、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、デコード手段６１’ａに入力される。
【００８６】
デコード手段６１’ａにより回動ミラー１５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。目標レベル信号２０４は、検出された偏向角による検出レベル信号２０３との偏差が取られて制御部６１’ｂに入力される。制御部６１’ｂでは、この偏差を、例えば増幅、微分、積分などして、回動ミラー１５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１５ｄへフイードバックして出力する。
【００８７】
このように、偏向角検出装置６０を検出手段としてフイードバック制御が行われるので、回動ミラー１５の偏向角が目標偏向角に修正される。したがって、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ただちに目標偏向角に修正されるものである。すなわち、偏向角制御手段６１’と、偏向角検出装置６０とを備えた光スイッチングデバイス１０８により、リアルタイムのフイードバック制御が実現されている。
【００８８】
さらに、本発明の偏向角検出装置６０が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、回動ミラー１５…の背後に配置される偏向角検出装置６０…がコンパクトであるために、回動ミラー１５の配列間隔を狭めることができるから、入力側ケーブルユニット１００、出力側ケーブルユニット１０５の光ケーブル１０１…の配列間隔もつめることができて、それぞれコンパクト化される。またその結果、回動ミラー１５の偏向角を大きくすることなく、切り替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。
【００８９】
このような効果は、従来の光信号スイッチシステムにおいては採用されることのなかった凹面反射面を用いて光路を集光させながらコンパクトに折りたたむという本発明の特徴によって可能となったものである。
【００９０】
なお、上記の説明では、入力側ケーブルユニット１００の出射口１０１ａ…に対してそれぞれ１つの回動ミラー１５を備える例で説明した。しかし伝送路の切り替えの用途には、レーザ光束１０３を個々に切り替える場合以外の用途もある。例えば伝送路のメ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替える場合である。この場合、所定の入力側ケーブルユニット１００の全体を、ある出力側ケーブルユニット１０５から別の出力側ケーブルユニット１０５へ切り替える。このような場合には、入力側ケーブルユニット１００の配列をそのまま保ちながら切り替えるので、回動ミラー１５は入力側ケーブルユニット１００に対して１つでもよい。
【００９１】
次に、本発明の偏向角検出装置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例を説明する。図１９は本発明による偏向角検出装置を用いた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。
【００９２】
本システムは、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１１２（記録媒体）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１１５（光束）を照射する半導体レーザ１（光源）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への入射位置を可変して微動トラッキング制御を行うためアクチュエータ（不図示）で偏向駆動される回動ミラー１５と、本発明の偏向角検出装置６０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１は、情報信号によって半導体レーザ１を変調するためのレーザ駆動手段１ｂに接続されている。
回動ミラー１５は、図１７に示した構成を採用することができる。偏向角検出装置６０も上述したいずれの実施例をも採用することができる。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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の記録面に平行方向に回転可能に支持されており、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回りに回転駆動可能とされている。
【００９６】
結像レンズ１１６は、半導体レーザ１から出射されたレーザ光束１１５を、例えば平行ビーム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。
【００９７】
結像レンズ１１６と結像レンズユニット１１４の間には、レーザ光束１１５の結像レンズユニット１１４への入射位置を可変して微動トラッキング制御を行うための回動ミラー１５が偏向角検出装置６０とともに配置されている。回動ミラー１５の構成は、図１７に示した構成を採用することができる。偏向角検出装置６０も上述したいずれの実施例をも採用することができる。
【００９８】
このように構成された本システムでは、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。
【００９９】
さらに、より厳密なトラッキングを行うため、回動ミラー１５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６０により回動ミラー１５の偏向角を検出してフイードバック制御する。フイードバック制御は、図１８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。
【０１００】
このように、本発明の偏向角検出装置６０を用いて情報記録再生システムを構成すると、第１に偏向角検出装置６０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６０の検出範囲が広くと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、回動ミラー１５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、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。そのことによって、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。
【０１０１】
以上説明したように、本発明の偏向角検出装置は、特許請求の範囲に記載された発明の他に、次に示すような特徴も備えている。
【０１０２】
（１）前記光源と前記検出用反射面との間の光路中に、屈折率が１以上の媒質で満たされたプリズムが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の偏向角検出装置。
【０１０３】
（２）前記光源と前記検出用反射面との間の光路中に配置した前記プリズムの一部を、前記検出用反射面から前記光検出器に至るまでの光路の一部が通るようにしたことを特徴とする上記（１）に記載の偏向角検出装置。
【０１０４】
（３）前記プリズムと前記光検出器との間に、前記正のパワーを有する透過面を含む第２のプリズムが配置されていることを特徴とする上記（２）に記載の偏向角検出装置。
【０１０５】
（４）前記プリズムと前記第２のプリズムとが接合されていることを特徴とする上記（３）に記載の偏向角検出装置。
【０１０６】
（５）前記光路変換面が、光の一部を反射又は透過するビームスプリッタ面として構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１０７】
（６）前記光路変換面が、光の偏光状態に応じて、該光を反射又は透過する偏光ビームスプリッタ面として構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１０８】
（７）前記光路変換面が、光の入射角又は波長に応じて、該光を反射又は透過するホログラフィック面として構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１０９】
（８）前記光路変換面が、光の入射角に応じて、該光を透過又は全反射する面として構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１０】
（９）前記光路変換面が、正のパワーを有することを特徴とする請求項１、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１１】
（１０）前記光路変換面が、曲面で構成されていることを特徴とする上記（９）に記載の偏向角検出装置。
【０１１２】
（１１）前記光路変換面が、球面で構成されていることを特徴とする上記（９）に記載の偏向角検出装置。
【０１１３】
（１２）前記光路変換面が、回転対称非球面で構成されていることを特徴とする上記（９）に記載の偏向角検出装置。
【０１１４】
（１３）前記光路変換面が、非回転対称面で構成されていることを特徴とする上記（９）に記載の偏向角検出装置。
【０１１５】
（１４）前記光路変換面が、平面で構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１６】
（１５）前記検出用反射面に対向して配置された面を有し、該対向して配置された面が、入射面と反射面とを兼ねることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１７】
（１６）前記検出用反射面に対向して配置された面を有し、該対向して配置された面が、内部反射作用と透過作用とを有することを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１８】
（１７）前記検出用反射面に対向して配置された面を有し、該対向して配置された面が、全反射による内部反射作用を有することを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１９】
（１８）前記検出用反射面に対向して配置された面を有し、該対向して配置された面が、平面で構成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１２０】
（１９）前記検出用反射面に対向して配置された面を有し、該対向して配置された面が、曲面で構成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１２１】
（２０）前記検出用反射面に対向して配置された面を有し、該対向して配置された面が、球面で構成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１２２】
（２１）前記検出用反射面に対向して配置された面を有し、該対向して配置された面が、回転対称非球面で構成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１２３】
（２２）前記検出用反射面に対向して配置された面を有し、該対向して配置された面が、非回転対称面で構成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１２４】
（２３）前記光源と前記光路変換面との間に、正のパワーを有する光学部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の偏向角検出装置。
【０１２５】
（２４）前記光源に対向した前記プリズムの入射面が、正のパワーを有することを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１２６】
（２５）前記正のパワーを有する透過面が、球面を有する面で構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（２４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１２７】
（２６）前記正のパワーを有する透過面が、回転対称非球面を有する面で構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（２４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１２８】
（２７）前記正のパワーを有する透過面が、非回転対称面を有する面で構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（２４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１２９】
（２８）前記正のパワーを有する透過面が、フレネル面を有する面で構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（２４）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１３０】
（２９）前記光検出器が、１次元のＰＳＤ（位置検出装置）で構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（２８）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１３１】
（３０）前記光検出器が、２次元のＰＳＤ（位置検出装置）で構成されていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（２８）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１３２】
（３１）前記光検出器が、４分割の受光面を備えていることを特徴とする請求項１、上記（１）〜（２８）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１３３】
（３２）前記第２面における反射作用が全反射作用であることを特徴とする請求項２に記載の偏向角検出装置。
【０１３４】
（３３）前記第３面がハーフミラー面として構成されていることを特徴とする請求項２に記載の偏向角検出装置。
【０１３５】
（３４）前記第３面が偏光ビームスプリッタ面として構成されていることを特徴とする請求項２に記載の偏向角検出装置。
【０１３６】
（３５）前記第３面が回折光学面として構成されていることを特徴とする請求項２に記載の偏向角検出装置。
【０１３７】
（３６）前記第３面がホログラフィック光学面として構成されていることを特徴とする請求項２に記載の偏向角検出装置。
【０１３８】
（３７）前記第３面と前記第４面とが接合されていることを特徴とする請求項２に記載の偏向角検出装置。
【０１３９】
（３８）前記第１面が正のパワーを有する面として構成されていることを特徴とする請求項２に記載の偏向角検出装置。
【０１４０】
（３９）前記第１〜第５面がフレネル面で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の偏向角検出装置。
【０１４１】
（４０）前記第２面における反射作用が全反射作用であることを特徴とする請求項３に記載の偏向角検出装置。
【０１４２】
（４１）前記第２面が、反射作用を有する部位と、該プリズムから前記光検出器側へ射出する作用とを有する部位のいずれにおいても正のパワーを有する面として構成されていることを特徴とする請求項３に記載の偏向角検出装置。
【０１４３】
（４２）前記第１面が正のパワーを有する面として構成されていることを特徴とする請求項３に記載の偏向角検出装置。
【０１４４】
（４３）前記第１〜第４面が、フレネル面で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の偏向角検出装置。
【０１４５】
（４４）請求項１〜３、上記（１）〜（４３）のいずれかに記載の偏向角検出装置を用いた光信号スイッチシステム。
【０１４６】
（４５）請求項１〜３、上記（１）〜（４３）のいずれかに記載の偏向角検出装置と、前記偏向角検出装置からの出力により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ことを特徴とする光信号スイッチシステム。
【０１４７】
（４６）請求項１〜３、上記（１）〜（４３）のいずれかに記載の偏向角検出装置を用いた情報記録再生システム。
【０１４８】
（４７）請求項１〜３、上記（１）〜（４３）のいずれかに記載の偏向角検出装置と、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光源と、前記光束を前記記録媒体の記録面に結像する光学系と、該光学系内に配置され、前記光束を前記記録面に平行な面内で偏向し、偏向角に連動して傾斜角が変わる前記検出用反射面を有する前記光偏向素子と備えたことを特徴とする情報記録再生システム。
【０１４９】
（４８）請求項１〜３、上記（１）〜（４３）のいずれかに記載の偏向角検出装置を用いた光を偏向するシステム。
【０１５０】
【発明の効果】
本発明の偏向角検出装置によれば、検出用反射面の角度検出を広範囲に行うことができ、またコンパクトなメカレイアウトを実現した偏向角検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図であり、ミラー回転角が０度の状態を示している。
【図２】本発明の第１実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図であり、ミラー回転角がｙｚ面内でｘ軸回りに−１０度回転した状態を示している。
【図３】本発明の第１実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図であり、ミラー回転角がｙｚ面内でｘ軸回りに１０度回転した状態を示している。
【図４】本発明の偏向角検出装置における光検出器に採用することができるＰＳＤの概念図である。
【図５】検出用反射面３が１次元方向（Ｘ方向、またはＹ方向）に傾いたときの光検出器５のセンサ受光面６上にスポット７ａが結像された様子を示す説明図である。
【図６】検出用反射面の傾き量と光検出器５の出力との関係を示すグラフである。
【図７】検出用反射面３が２次元方向に傾いたときの光検出器５のセンサ受光面６上にスポット７ｂが結像された様子を示す説明図である。
【図８】分割受光器（４分割ＰＤ）を採用した光検出器５のセンサ受光面６上にスポット７が結像された様子を示す説明図である。
【図９】本発明の第２実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の第３実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の第４実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図である。
【図１２】本発明の第５実施例に係る偏向角検出装置の概略構成図である。
【図１３】図１に示された光路図であるミラー回転角０度の場合の横収差図である。
【図１４】図２に示された光路図の状態（Ｘ軸回りのミラー回転角−１０度）の場合の横収差図である。
【図１５】図３に示された光路図の状態（Ｘ軸回りのミラー回転角１０度）の場合の横収差図である。
【図１６】本発明の偏向角検出装置を用いた光信号スイッチシステム１０６の一例の概略構成を示す説明図である。
【図１７】回動ミラー１５の反射面に直角な断面とそのまわりの構成を示す説明図である。
【図１８】本発明による偏向角検出装置を用いた装置の他の例として、回動ミラー１５を傾斜させて光信号スイッチング制御を行うための偏向角制御手段６１’の制御ブロック図である。
【図１９】本発明による偏向角検出装置を用いた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。
【符号の説明】
１　　　　　半導体レーザ
１ｂ　　　　レーザ駆動手段
２，２’　　プリズム
２ａ，２’ａ　　　第１面
２ｂ，２’ｂ　　　第２面
２ｃ，２’ｃ　　　第３面
２ｄ，２’ｄ　　　第４面
３　　　　　検出用反射面
４　　　　　偏心レンズ
４ａ　　　　第１面
４ｂ　　　　第２面
５　　　　　光検出器
６　　　　　光検出面（センサ受光面）
７，７ａ，７ｂ　　　　　スポット
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ　　　　　受光面
１５，１５Ａ，１５Ｂ　　　　　回動ミラー
１５ａ　　偏向ミラー面
１５ｂ　　支持部材
１５ｃ　　検出用反射面
１５ｄ　　アクチュエータ
６０　　　偏向角検出装置
６１’　　偏向角制御手段
６１’ａ　デコード手段
６１’ｂ　制御部
１０１，１０１Ａ　　　　　入力側ケーブル
１０２　　コリメータユニット
１０３、１０３Ａ　　　　　レーザ光束（光信号）
１０５　　出力側ケーブルユニット
１０６　　光信号スイッチシステム
１０７　　結像ユニット
１０８　　光スイッチングデバイス
１０９、１０９Ｂ　　　　出力側ケーブル
１０９ａ　入射口
１１０　　記録情報再生システム
１１１　　筐体
１１２　　記録ディスク
１１２ａ　駆動軸
１１３ａ　回転軸
１１４　　結像レンズユニット
１１５　　レーザ
１１６　　結像レンズ
１１７　　駆動コイル
【図１】
2004061127.tif 000020
【図２】
2004061127.tif 000021
【図３】
2004061127.tif 000022
【図４】
2004061127.tif 000023
【図５】
2004061127.tif 000024
【図６】
2004061127.tif 000025
【図７】
2004061127.tif 000026
【図８】
2004061127.tif 000027
【図９】
2004061127.tif 000028
【図１０】
2004061127.tif 000029
【図１１】
2004061127.tif 000030
【図１２】
2004061127.tif 000031
【図１３】
2004061127.tif 000032
【図１４】
2004061127.tif 000033
【図１５】
2004061127.tif 000034
【図１６】
2004061127.tif 000035
【図１７】
2004061127.tif 000036
【図１８】
2004061127.tif 000037
【図１９】
2004061127.tif 000038