(57)【要約】【課題】コンパクトで、かつ、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、前記偏向素子に光を放射するための光源１と、光源１の中心を通る光軸に対して所定の角度傾いて配置された、前記光偏向素子に備えられた検出用反射面４と、検出用反射面４で反射した光を集光するための正のパワーを有する反射光集光用光学素子３と、反射光集光用光学素子３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５とを備えている。また、光源１の中心を通る光軸を通る光線の検出用反射面４への入射角をθとするとき、次の条件式を満たしている。１０°＜θ＜７０°さらに、反射光集光用光学素子３の面３ｂが非回転対称面に形成されている。【選択図】　図１
2004053503.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、
前記光偏向素子に光を放射するための光源と、
前記光源から放射される光の光軸に対して所定の角度傾いて配置された、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集光するための正のパワーを有する反射光集光用光学素子と、
前記反射光集光用光学素子からの光を受光し、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を備えたことを特徴とする偏向角検出装置。
【請求項２】
前記光源から放射される光の光軸を通る光線の前記検出用反射面への入射角をθとするとき、次の条件式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の偏向角検出装置。
１０°＜θ＜７０°
【請求項３】
前記反射光集光用光学素子の光学作用面のうち、少なくとも１面が非回転対称面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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、コンパクトで、かつ、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、前記光偏向素子に光を放射するための光源と、前記光源から放射される光の光軸に対して所定の角度傾いて配置された、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集光するための正のパワーを有する反射光集光用光学素子と、前記反射光集光用光学素子からの光を受光し、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を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、前記光源から放射される光の光軸を通る光線の前記検出用反射面への入射角をθとするとき、次の条件式を満たすのが好ましい。
１０°＜θ＜７０°
【００１６】
また、本発明による偏向角検出装置は、前記反射光集光用光学素子の光学作用面のうち、少なくとも１面が非回転対称面であるのが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明のように、検出用反射面を光源から放射される光の光軸に対して所定の角度傾いて配置すると、ハーフミラー、ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタなどの光路切り替え手段を設ける必要がなくなる。このため、部品点数が減り、コストや組立て工数を削減することができる。また、メカ的な配置の自由度も増える。さらに、光路切り替え手段を設けないことにより、光検出器で受光される光の光量損失がないので、ハーフミラー、ビームスプリッタ、偏光ビームスプリッタを設けた構成に比べて検出精度が上がる。
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】
まず、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、（ａ）はミラー回転角が０度の状態、（ｂ）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、（ｃ）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。
【００２３】
本実施例の偏向角検出装置は、光源１と、カバーガラスと、光学素子２と、検出用反射面４と、光学素子３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４に向けて出射する半導体レーザ（半導体レーザ素子）である。符号Ａは半導体レーザの中心を通る光軸である。
【００２４】
光軸Ａ上には、レーザ光束の透過範囲を規制して、例えば円形などの所定の形状に整形するための絞り（図示省略）が配置されている。なお、レーザ光束の大きさによっては光学的には絞りが設けられたのと同様となるので、絞りは必須の構成ではない。
【００２５】
光学素子２は、正のパワーを有しており、光源からの光束の広がりを抑えている。
検出用反射面４は、図示省略した回動ミラーに備えられており、光源１からの軸上主光線の入射角θが１０°＜θ＜７０°となる範囲で、光軸Ａに対して傾いて配置されている。なお、検出用反射面４は、軸上主光線の入射角θが２５°＜θ＜７０°の範囲となるようにするのが良く、３５°＜θ＜６０°の範囲となるようにすればさらに良い。
光学素子３は、面３ａと、反射面３ｂと、射出面３ｃを有している。面３ａ、射出面３ｃは平面に形成されている。また、面３ａは、異なる部位において、それぞれ入射面と反射面としての作用を備えている。反射面３ｂは、正のパワーを有する非回転対称な面形状に形成されている。また、反射面３ｂは、反射膜がコートされた裏面反射面として構成されている。また、反射面３ｂは、検出用反射面４で反射された軸上主光線を光源１方向に反射するように傾いて配置されている。
また、本実施例の偏光角検出装置では、反射面３ｂに入射する軸上主光線と反射面３ｂで反射した軸上主光線とのなす角αが２０°＜α＜１１０°の範囲内となるように構成されている。
光検出器５は、光源１の近傍に配置されている。符号６は光検出器５のセンサ受光面である。センサ受光面６は光源１の射出側に向けられている。
【００２６】
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。
【００２７】
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２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４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（ａ）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、カバーガラスを通過し、光学素子２を介して光束の広がりを抑えられて検出用反射面４に入射し、検出用反射面４で反射する。検出用反射面４で反射した光は、光学部材３の面３ａに入射し、面３ａを屈折透過して反射面３ｂで反射する。反射面３ｂで反射した光は正パワーの作用を受けて集光される。そして、再び面３ａに入射し、面３ａで全反射し、射出面３ｃを屈折透過して光学素子３から射出し、光検出器５に入射して、センサ受光面６上に光スポットを形成する。
【００２９】
光検出器５は検出用反射面４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３は検出用反射面４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４は検出用反射面４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４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４のグラフに示すように、ほぼ線形に変化する。また図５は検出用反射面４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４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５のグラフに示すようになり、検出用反射面４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４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６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４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、次のような利点がある。
本実施例の偏向角検出装置によれば、検出用反射面４を光源から放射される光の光軸に対して所定の角度傾けて配置したので、ビームスプリッタや偏光ビームスプリッタなどの光路切り替え手段を設ける必要がなくなる。このため、部品点数が減り、コストや組立て工数を削減することができる。また、メカ的な配置の自由度も増える。
【００３３】
また、光路切り替え手段を設けないことにより、光検出器で受光される光の光量損失がないので、ビームスプリッタや偏光ビームスプリッタを設けた構成に比べて検出精度が上がる。
本実施例の偏向角検出装置では、反射面３ｂで光束は全て反射し、面３ａでも全反射するので光量損失がない。このため、光検出器での検出誤差の割合が小さくなり、検出精度が高くなる。
【００３４】
また、光源からのレーザ光の集光を透過面に集光パワーを持つ正レンズで行う場合、スポット形成のためには大きな像面湾曲が生じ、スポット径の大きさが中心と端部で大きな変化を持つことになる。これに対し、本実施例の偏向角検出装置によれば、光学素子３の反射面３ｂを正のパワーを有する面とし、この面に集光のための主なパワーを持たせたので、凸レンズのような透過面に正のパワーを有する場合に比べて、パワーを有する面の曲率を小さくすることができ、収差を抑えることができる。したがって、光検出器５の中心と端部でのスポット径の大きさの変化が小さく、光検出器５での読み取り精度を高くすることができる。
【００３５】
また、本実施例の偏光角検出装置によれば、検出用反射面４を光源から放射される光の光軸に対して所定の角度傾けて配置したことに加えて、光学素子３に反射面を２つ（３ａ，３ｂ）設けたので、光路を折り畳む方向の自由度が多くなり、よりコンパクトなメカレイアウトが可能となる。
【００３６】
なお、本実施例の偏向角検出装置のように、光学素子３における正のパワーを有する反射面３ｂを傾けて配置すると、偏心による特殊な収差が発生する。例えば、軸上において非点収差、コマ収差が発生し、ディストーション（像歪み）も偏心収差特有の台形や弓形の形状になる。
そこで、本実施例の偏向角検出装置では、光学素子３の反射面３ｂを非回転対称な面に構成している。このため、有効径内で曲率や傾きに違いをだすことで、偏心収差を良好に補正することができる。
なお、非回転対称な面としては、偏心した回転対称面も含み、他にアナモフィック面、トーリック面、自由曲面等がある。
なお、光学素子３に設ける非回転対称な面を自由曲面で構成すれば、より良好に偏心収差を補正できる。
【００３７】
また、非回転対称な面を含んだ偏心光学系の場合は、組立て性や位置調整が非常に難しく重要な課題となるが、本実施例の偏向角検出装置では、光学素子３の光学作用面のうち２面（３ａ，３ｃ）を平面に構成したので、平面３ａ，３ｃを基準として組み立てることができるため、組立時の位置調整が容易になり、組立て性の効率と精度がアップする。また、光学部材３は１面（３ｂ）のみ加工すれば足りるので、加工の工程を少なく抑えることができる。
【００３８】
また、本実施例の偏向角検出装置では、光源と検出用反射面４との間に光学素子２を配置したので、一定のＮＡ作用を持った光源の光束が集光作用を受けて、検出用反射面４や光学素子３の光学作用面における光束径が小さくなる。このため、光学系をコンパクトに構成することが可能となる。
また、一般的に光学収差は、像高の大きい方が収差補正の量が大きくなるので、本実施例の偏向角検出装置のように、光学素子２を介して光束径を小さくしてから検出用反射面４に入射するようにすると、収差の発生も抑えることができる。
さらに、集光作用を光学素子２と光学素子３とに分配して、光学素子３のパワーを小さく設定することで、光学収差、特に偏心収差の発生量を少なくすることができる。
また、光学素子２を配置したことで、光学系のサイズや収差発生を大きくすることなく光源のＮＡを大きくすることができるので、光検出器５への光量が増加し、測定精度を上げることができる。
【００３９】
また、本実施例の偏向角検出装置によれば、光検出器５を、センサＳ受光面６を光源１の射出側に向けて、光源１の近傍に配置したので、光検出器５の背後に空間ができ、その空間に電気的、メカ的機構を配置することができ、より一層のコンパクト化が可能となる。
また、光源の近傍に光検出器５を配置し、光検出器５のセンサ受光面６と光源の射出側面とを略同じ方向に向けることで、両者の電気機構、メカ機構をまとめて近傍に配置でき、メカレイアウトがシンプルになり、組立て時の作業性も向上する。さらに、メカと電気の部品や機構を共通化したり一体化することもでき、部品点数を減らしてコスト削減ができる。さらにまた、装置のレイアウトにおいて、電気機構及びメカ機構と、光学機構とを分けて配置することができ、埃に敏感な光学機構をまとめてシールドすることも可能となり、そのための生産性を向上することができる。
なお、メカ機構と電気機構とを出来るだけまとめて配置すれば、生産性が向上するので望ましいが、光検出器と光源の隣接や、光学機構の完全シールドは必ずしも必要ではない。
【００４０】
第２実施例
図７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り、（ａ）はミラー回転角が０度の状態、（ｂ）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、（ｃ）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。
本実施例の偏向角検出装置は、光学素子３が、２つの平面３ａ，３ｃと、２つの正のパワーを有する非回転対称な形状の反射面３ｂ，３ｄとを有する光学部材で構成されている点、及び光検出器５のセンサ受光面６が光源１の射出側に向けられていない点が第１実施例と異なる。その他の構成は第１実施例とほぼ同じである。
【００４１】
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７（ａ）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、カバーガラスを通過し、光学素子２を介して光束の広がりを抑えられて検出用反射面４に入射し、検出用反射面４で反射する。検出用反射面４で反射した光は、光学部材３の入射面３ａに入射し、面３ａを屈折透過して反射面３ｂで反射する。反射面３ｂで反射した光は正パワーの作用を受けて集光される。そして、再び面３ａに入射し、面３ａで全反射し、次いで、反射面３ｄに入射し、反射面３ｄで全反射し、射出面３ｃを屈折透過して光学素子３から射出し、光検出器５に入射して、センサ受光面６上に光スポットを形成する。なお、光検出器５は第１実施例と同様にＰＳＤ等で構成されている。
【００４２】
本実施例の偏向角検出装置によれば、検出用反射面４を光源から放射される光の光軸に対して所定の角度傾けて配置したことに加えて、光学素子３に反射面を３つ（３ａ，３ｂ，３ｄ）設けたので、光路を折り畳む方向の自由度がより一層多くなり、より一層コンパクトなメカレイアウトが可能となる。
ただし、本実施例の偏向角検出装置では、光検出器５のセンサ受光面６が光源１の射出側に向けられていないため、光検出器５の背後の空間を多く取ることができず、電気的、メカ的機構を配置することが難しい。
その他の作用効果については、第１実施例の偏向角検出装置とほぼ同様である。
【００４３】
第３実施例
図８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り、（ａ）はミラー回転角が０度の状態、（ｂ）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、（ｃ）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。
本実施例の偏向角検出装置は、光学素子３が、２つの平面３ａ，３ｃと、１つの正のパワーを有する非回転対称な形状の反射面３ｂとで構成されている点で第１実施例と同じであるが、面３ａが入射面としてのみ作用し、反射面としての作用を兼ねていない点で第１実施例の構成と異なる。その他の構成は第１実施例とほぼ同じである。
【００４４】
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８（ａ）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、カバーガラスを通過し、光学素子２を介して光束の広がりを抑えられて検出用反射面４に入射し、検出用反射面４で反射する。検出用反射面４で反射した光は、光学部材３の面３ａに入射し、面３ａを屈折透過して反射面３ｂで反射する。反射面３ｂで反射した光は正パワーの作用を受けて集光される。次いで、射出面３ｃを屈折透過して光学素子３から射出し、光検出器５に入射して、センサ受光面６上に光スポットを形成する。
【００４５】
本実施例の偏向角検出装置によれば、光学素子３の面３ａを入射面としてのみ作用するようにしたので、第１実施例に比べて、面３ａが小さくて済み、光学素子３をコンパクト化して、装置全体をより一層コンパクト化することができる。その他の作用効果については、第１実施例の偏向角検出装置とほぼ同様である。
【００４６】
第４実施例
図９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、（ａ）はミラー回転角が０度の状態、（ｂ）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、（ｃ）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。
本実施例の偏向角検出装置は、光束の広がりを抑える作用と、集光作用とを兼ねる光学素子３’を、第１実施例〜第３実施例における光束の広がりを抑える光学素子２、集光作用を有する光学素子３に替えて配置したことを特徴としている。
光学素子３’は、光学作用面が面３’ａと、面３’ｂの２面で構成されている。面３’ａ，３’ｂは、異なる部位において、それぞれ入射面と射出面としての作用を備えている。面３’ａは、正のパワーを有する非回転対称な面形状に形成されている。面３’ａの入射面となる部位では、光源からの光束が広がらないように作用し、射出面となる部位では集光作用が働くようになっている。面３’ｂは平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。
【００４７】
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９（ａ）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、カバーガラスを通過し、光学部材３’の面３’ａに入射し、面３’ａを屈折透過し、正パワーの作用を受けて光束の広がりを抑えられる。次いで、面３’ｂを屈折透過して光学素子３から射出し、検出用反射面４に入射し、検出用反射面４で反射する。検出用反射面４で反射した光は、光学部材３’の面３’ｂに入射し、面３’ｂを屈折透過して面３’ａを屈折透過して光学素子３’から射出する。面３’ａを透過した光は正パワーの作用を受けて集光される。光学素子３’から射出した光束は、光検出器５に入射して、センサ受光面６上に光スポットを形成する。
【００４８】
本実施例の偏向角検出装置によれば、第１実施例〜第３実施例における光学素子２による光束の広がりを抑える作用と、光学素子３の集光作用を、１つの光学素子３’に共有させたので、部品点数を少なくすることができる。このため、コストを削減でき、組立て性を向上させることができる。
また、光学素子３’の光学作用面を２つの面で構成し、それぞれの面で入射面と射出面としての作用を兼ね備えるようにしたので、２つの面で光束に４回の光学的作用を与えることができる。このため、パワーを効率的に与えることができ、また、パワーを分散させることができるので、面に形成する曲率を小さく抑えることができ、収差も抑えることができる。
【００４９】
また、本実施例の偏向角検出装置においても、検出用反射面４を光源から放射される光の光軸に対して所定の角度傾けて配置したので、光路を折り畳む方向の自由度が多く、コンパクトなメカレイアウトが可能となる。
【００５０】
また、本実施例の偏向角検出装置によれば、光学素子３’の面３’ａを非回転対称な面に構成している。このため、有効径内で曲率や傾きに違いをだすことで、検出用反射面４を光源から放射される光の光軸に対して所定の角度傾けて配置したことにより生じる偏心収差を良好に補正することができる。
なお、光学素子３’に設ける非回転対称な面を自由曲面で構成すれば、より良好に偏心収差を補正できる。
【００５１】
また、本実施例の偏向角検出装置では、光源と検出用反射面４との間に光学素子３’を配置したので、一定のＮＡ作用を持った光源の光束が集光作用を受けて、検出用反射面４における光束径や光学素子３’の光学作用面における検出用反射面４で反射した光の光束径が小さくなる。このため、光学系をコンパクトに構成することが可能となる。
また、一般的に光学収差は、像高の大きい方が収差補正の量が大きくなるので、本実施例の偏向角検出装置のように、光学素子３’を介して光束径を小さくしてから検出用反射面４に入射するようにすると、収差の発生も抑えることができる。
さらに、集光作用を光学素子３’の面３’ａと面３’ｂに分配し、かつ、それぞれの面で２度集光作用が働くようにして、光学素子３’のパワーを小さく設定することで、光学収差、特に偏心収差の発生量を少なくすることができる。
また、光学素子３’を配置したことで、光学系のサイズや収差発生を大きくすることなく光源のＮＡを大きくすることができるので、光検出器５への光量が増加し、測定精度を上げることができる。
【００５２】
また、本実施例の偏向角検出装置によれば、第１，第３実施例と同様に、光検出器５を、センサＳ受光面６を光源１の射出側に向けて、光源１の近傍に配置したので、光検出器５の背後に空間ができ、その空間に電気的、メカ的機構を配置することができ、より一層のコンパクト化が可能となる。
【００５３】
第５実施例
図１０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り、（ａ）はミラー回転角が０度の状態、（ｂ）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、（ｃ）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。
本実施例の偏向角検出装置は、光束の広がりを抑える作用と、集光作用とを兼ねる光学素子３”を、第１実施例〜第３実施例における光束の広がりを抑える光学素子２、集光作用を有する光学素子３に替えて配置したことを特徴としている。
光学素子３”は、面３”ａと、面３”ｂと、面３”ｃの３面で構成されている。面３”ａ，３”ｂ，３”ｃは、非回転対称な面形状に形成されている。面３”ａは、異なる部位において、入射面と反射面としての作用を備えている。また、面３”ａは正のパワーを有しており、入射面となる部位では、光源からの光束が広がらないように作用し、反射面となる部位では集光作用が働くようになっている。面３”ｂは、異なる部位において、射出面と入射面としての作用を備えている。また、面３”ｂは正のパワーを有しており、射出面となる部位では、面３”ａの入射面となる部位における光源からの光束が広がらないようにする作用を分担し、入射面となる部位では、面３”ａの反射面となる部位における集光作用を分担している。面３”ｃは、射出面としての作用を備えている。また面３”ｃは、正のパワーを有しており、面３”ａの反射面となる部位や、面３”ｂの入射面となる部位における集光作用を分担している。
なお、本実施例の偏向角検出装置では、光学素子３”の反射面３”ｂが検出用反射面４で反射された軸上主光線を光源とは反対の方向に反射するように傾いて配置されている。また、光検出器５のセンサ受光面６が光源１の射出側とは反対側に向けられて光源１から離れて配置されている。
【００５４】
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１０（ａ）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、カバーガラスを通過し、光学部材３”の面３”ａに入射し、面３”ａ，面３”ｂを屈折透過し、それぞれの面が持つ正パワーの作用を受けて光束の広がりを抑えられて、光学素子３から射出する。射出した光束は、検出用反射面４に入射し、検出用反射面４で反射する。検出用反射面４で反射した光は、光学部材３”の面３”ｂに入射し、面３”ｂを屈折透過し、面３”ａで反射し、面３”ｃを透過し、それぞれの面が持つ正パワーの作用を受けて集光されて、光学素子３”から射出する。光学素子３”から射出した光束は、光検出器５に入射して、センサ受光面６上に光スポットを形成する。
【００５５】
本実施例の偏向角検出装置によれば、第１実施例〜第３実施例における光学素子２による光束の広がりを抑える作用と、光学素子３の集光作用を、１つの光学素子３”に共有させたので、部品点数を少なくすることができる。このため、コストを削減でき、組立て性を向上させることができる。
【００５６】
また、光学素子３”の光学作用面を３つの面で構成し、面３”ａに入射面と反射面としての作用を兼ね備え、面３”ｂに出射面と入射面としての作用を兼ね備えるようにしたので、２つの面３”ａ，３”ｂで光束に４回の光学的作用を与えることができる。このため、パワーを効率的に与えることができ、また、パワーを分散させることができるので、面に形成する曲率を小さく抑えることができ、収差も抑えることができる。
【００５７】
また、本実施例の偏向角検出装置においても、検出用反射面４を光源から放射される光の光軸に対して所定の角度傾けて配置したので、光路を折り畳む方向の自由度が多く、コンパクトなメカレイアウトが可能となる。
【００５８】
また、本実施例の偏向角検出装置によれば、光学素子３”の面３”ａ，３”ｂ３”ｃを非回転対称な面に構成している。このため、有効径内で曲率や傾きに違いをだすことで、検出用反射面４を光源から放射される光の光軸に対して所定の角度傾けて配置したことにより生じる偏心収差を良好に補正することができる。なお、光学素子３”に設ける非回転対称な面を自由曲面で構成すれば、より良好に偏心収差を補正できる。
【００５９】
また、本実施例の偏向角検出装置では、光学素子３”の面３”ａが入射面と反射面とを兼ねているので、反射面３”ａによる反射は臨界角以上で入射した光を全反射することで行うようにしている。このため、面３”ａには反射膜をコーティングする必要がない。
【００６０】
また、本実施例の偏向角検出装置では、光源と検出用反射面４との間に光学素子３”を配置したので、一定のＮＡ作用を持った光源の光束が集光作用を受けて、検出用反射面４における光束径や光学素子３”の光学作用面における検出用反射面４で反射した光の光束径が小さくなる。このため、光学系をコンパクトに構成することが可能となる。
また、一般的に光学収差は、像高の大きい方が収差補正の量が大きくなるので、本実施例の偏向角検出装置のように、光学素子３”を介して光束径を小さくしてから検出用反射面４に入射するようにすると、収差の発生も抑えることができる。
さらに、集光作用を光学素子３”の面３”ａと面３”ｂと面３”ｃとに分配し、かつ、面３”ａと面３”ｂとで２度集光作用が働くようにして、光学素子３”のパワーを小さく設定することで、光学収差、特に偏心収差の発生量を少なくすることができる。
また、光学素子３”を配置したことで、光学系のサイズや収差発生を大きくすることなく光源のＮＡを大きくすることができるので、光検出器５への光量が増加し、測定精度を上げることができる。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
2004053503.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。
2004053503.tif 000004
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。
【００６３】
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。
【００６４】
2004053503.tif 000005
【００６５】
2004053503.tif 000006
【００６６】
2004053503.tif 000007
【００６７】
2004053503.tif 000008
【００６８】
2004053503.tif 000009
【００６９】
2004053503.tif 000010
【００７０】
2004053503.tif 000011
【００７１】
2004053503.tif 000012
【００７２】
2004053503.tif 000013
【００７３】
2004053503.tif 000014
【００７４】
条件式の値
2004053503.tif 000015
ただし、θは各実施例における光源から放射される光の光軸を通る光線の検出用反射面４への入射角、αは第１〜第３実施例のそれぞれにおける反射面３ｄに入射する軸上主光線と反射面３ｄで反射した軸上主光線とのなす角、及び第５実施例における反射面３”ａに入射する軸上主光線と反射面３”ａで反射した軸上主光線とのなす角、α２は第２実施例における反射面３ｄに入射する軸上主光線と反射面３ｄで反射した軸上主光線とのなす角である。
【００７５】
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１１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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
図１２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１２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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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１３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。
【００８８】
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１３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。
【００８９】
次に光信号スイッチング方法について、図１１および図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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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光源中心を通る光軸に対して所定の角度傾いて配置された検出用反射面とこの検出用反射面で反射した光を集光するための正のパワーを有する光学素子とを用いて光路を集光させながらコンパクトに折り畳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。
【００９４】
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。
【００９５】
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１４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。
【００９６】
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１２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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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１２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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
（１）前記反射光集光用光学素子が、正のパワーを有する反射面を含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１０７】
（２）前記光源の中心から前記光検出器の受光位置の中心を通る光線を軸上主光線とするとき、前記反射光集光用光学素子の前記正のパワーを有する反射面は、前記検出用反射面で反射された軸上主光線を光源方向に向けて反射するように傾いて配置されていることを特徴とする上記（１）に記載の偏向角検出装置。
【０１０８】
（３）前記反射光集光用光学素子の光学作用面が、入射面と射出面を有し、前記正のパワーを有する反射面が、裏面反射面であることを特徴とする上記（２）に記載の偏向角検出装置。
【０１０９】
（４）前記反射光集光用光学素子の前記正のパワーを有する反射面が、非回転対称な面で形成されていることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１０】
（５）前記反射光集光用光学素子の前記正のパワーを有する反射面に入射する軸上主光線と、前記反射光集光用光学素子の前記正のパワーを有する反射面で反射した軸上主光線とのなす角をαとするとき、次の条件式を満たすことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
２０°＜α＜１１０°
【０１１１】
（６）前記光検出器が、受光面を前記光源の射出側に向けて、前記光源の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１２】
（７）前記反射光集光用光学素子は、光学作用面のうち２つの面が反射面で構成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（６）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１３】
（８）前記反射光集光用光学素子は、光学作用面のうち３つ以上の面が反射面で構成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１４】
（９）前記反射光集光用光学素子の入射面と反射面とを共通の面で構成したことを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（８）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１５】
（１０）前記光源と前記検出用反射面との間に、正のパワーを有する入射光集光用光学素子を配置したことを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１６】
（１１）前記入射光集光用光学素子の光学作用面が、回転対称な面であることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１７】
（１２）前記入射光集光用光学素子と前記反射光集光用光学素子とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜３、上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の偏向角検出装置。
【０１１８】
（１３）請求項１〜３、上記（１）〜（１２）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。
【０１１９】
（１４）請求項１〜３、上記（１）〜（１２）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。
【０１２０】
（１５）請求項１〜３、上記（１）〜（１２）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。
【０１２１】
（１６）請求項１〜３、上記（１）〜（１２）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。
【０１２２】
【発明の効果】
本発明の偏向角検出装置によれば、光路切り替え手段を設ける必要がなくなるため、部品点数が減り、コストや組立て工数を削減することができる。また、メカ的な配置の自由度も増え、コンパクト化できる。さらに、光路切り替え手段を設けないことにより、光検出器で受光される光の光量損失がないため、高精度の偏向角検出が可能となる。
【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、（ａ）はミラー回転角が０度の状態、（ｂ）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、（ｃ）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２】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３】検出用反射面４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４】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５】検出用反射面４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６】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７】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り、（ａ）はミラー回転角が０度の状態、（ｂ）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、（ｃ）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８】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り、（ａ）はミラー回転角が０度の状態、（ｂ）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、（ｃ）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９】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り、（ａ）はミラー回転角が０度の状態、（ｂ）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、（ｃ）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１０】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り、（ａ）はミラー回転角が０度の状態、（ｂ）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、（ｃ）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１１】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１２】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１３】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１４】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　　　　　光学素子（入射光集光用光学素子）
３，３’，３”　　　　　光学素子（反射光集光用光学素子）
３ａ　　　　面（入射面及び射出面、又は入射面）
３’ａ，３’ｂ　　　　　　　面（入射面及び射出面）
３”ａ　　　面（入射面及び反射面）
３”ｂ　　　面（射出面及び入射面）
３ｂ　　　　反射面
３ｃ，３ｃ　射出面
３ｄ　　　　反射面
４　　　　　検出用反射面
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】
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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】
2004053503.tif 000026
【図１２】
2004053503.tif 000027
【図１３】
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【図１４】
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