(57)【要約】【課題】角度検出装置、光信号スイッチシステムおよび情報記録再生システムにおいて、コンパクトな構成により被検物の傾き角度を多重に検出できるようにし、それにより、装置の信頼性や、傾き角度の検出精度および検出範囲などの諸性能を向上させる。【解決手段】被検物に検出用反射面５ｃを設け、レーザ光源１から、集光レンズ３で集光されたレーザ光２を照射し、反射光の位置検出をして角度検出を行う。その反射光をビームスプリッタ４に入射させ、光路分離面４ｂで、光路を分離して、それぞれ４分割受光器１０Ａ、１０Ｂの受光面上に光束のスポットが形成されるようにする。そして、検出用反射面５ｃから、それぞれの受光面までの光路長を変えて、角度の検出感度などを変更できるようにする。【選択図】      図２
2004212205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の傾き角度を検出する角度検出装置であって、
前記被検物に備えられた検出用反射面に向けて光を放射する光源と、
前記検出用反射面において反射された反射光の光路を分離する光路分離素子と、
該光路分離素子により分離された光束のそれぞれを受光して、前記検出用反射面の傾き角度をそれぞれ独立に検出する複数の光検出器とを備えることを特徴とする角度検出装置。
【請求項２】
前記被検物の傾き角度の変化量に対する前記複数の光検出器の受光面上における各光束の移動量が、それぞれ互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の角度検出装置。
【請求項３】
前記検出用反射面から前記複数の光検出器の受光面までのそれぞれの光路長が互いに異なることを特徴とする請求項１または２に記載の角度検出装置。
【請求項４】
前記複数の光検出器が、角度検出においてそれぞれ異なる感度特性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項５】
前記光路分離素子が、光を反射光および透過光の光路に分離する光路分離面を備えるビームスプリッタであることを特徴とする請求項１〜４に記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記光路分離面と前記光検出器との間に、パワーを有する光学面を配置したことを特徴とする請求項５に記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記光学面が前記光路分離素子に一体に設けられたことを特徴とする請求項６に記載の角度検出装置。
【請求項８】
前記光学面が前記複数の光検出器へのそれぞれの光路中に設けられるとともに、互いに異なるパワーを有することを特徴とする請求項６または７に記載の角度検出装置。
【請求項９】
前記光学面が正のパワーを有することを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１０】
前記光学面の一つが正のパワーを有する反射面であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１１】
前記光路分離面が、偏光成分によって光を透過または反射させる偏光分離面からなり、該偏光分離面と前記正のパワーを有する反射面との間に１／４波長板を配置したことを特徴とする請求項１０に記載の角度検出装置。
【請求項１２】
前記光路分離素子が平板プレートであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１３】
前記光路分離素子が偏光ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１〜１１に記載の角度検出装置。
【請求項１４】
前記光路分離素子が、ｎｄ＞１．７（ｎｄは屈折率）なる硝材で形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の角度検出装置。
【請求項１５】
前記複数の光検出器の少なくとも一つが、４分割の受光面を備える４分割受光器であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１６】
前記複数の光検出器の少なくとも一つが、２次元の位置検出受光器であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１７】
前記複数の光検出器が、４分割の受光面を備える４分割受光器および２次元の位置検出受光器を含むことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１８】
複数の光伝送路の間で、該光伝送路の一つから伝送される光信号の光路を他の光伝送路に切り換える光信号スイッチシステムであって、
該光信号の光路を切り換える光偏向素子と、
該光偏向素子の偏向角を検出するために、該光偏向素子に一体に設けられた検出用反射面と、
前記光偏向素子を被検物として前記偏向角を検出する請求項１〜１７のいずれかに記載の角度検出装置と、
該角度検出装置により検出された偏向角を用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ことを特徴とする光信号スイッチシステム。
【請求項１９】
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備える記録媒体に、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情報記録再生システムであって、
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き角度が変わる検出用反射面を有する光偏向素子と、
該光偏向素子を被検物として前記傾き角度を検出する請求項１〜１７のいずれかに記載の角度検出装置とを備えたことを特徴と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、角度検出装置、光信号スイッチシステムおよび情報記録再生システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、角度検出装置として、被検物の一部に設けられた検出用反射面に所定位置から光を照射し、その反射光の位置を検知することにより、被検物の所定位置からの角度を検出する装置が知られている。
例えば、特許文献１には、ディスク（円盤状情報記録媒体）とそれに情報を書き込むための光ヘッドとの間の傾きおよびディスク保護層の厚みの検出を目的として、受光面が４分割された検出手段を備える光学装置が記載されている。この４分割された検出手段は、光素子からディスクに光を放射し、その反射光を受光するためのもので、それぞれの受光面の受光量に応じた電気信号を出力し、その相対比から、受光面の分割中心に対する反射光の中心位置を検出するものである。そして、ディスクのラジアル方向の位置ずれ量からディスクの傾きを検出し、ディスクのタンゼンシャル方向の位置ずれ量からディスク保護層の厚みを検出している。
【０００３】
また、特許文献２には、ガルバノミラーの裏面に角度検出光を入射させ、その反射光を入射角度に応じて反射率が変化する分離面を有する光束分離手段によって２光束に分離し、それぞれの光束の光量をそれぞれ光検出器で独立に検出し、その出力の差により、ガルバノミラーの偏向角を検出する偏向角検出装置が記載されている。そして、分離面に対する入射角が小さくなるにしたがって増加する検出出力Ａと、同じく入射角が小さくなるにしたがって減少する検出出力Ｂとを用いて、その差（Ａ−Ｂ）を算出することにより、検出感度を向上させる技術が記載されている。
【０００４】
また、このような角度検出装置を搭載して光偏向素子の偏向角制御に用いたシステムとして、例えば光通信に用いられる光信号スイッチシステムや、レーザを用いた情報記録再生システムが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２２７５５２号公報（第２−３頁、図１−２）
【特許文献２】
特開平１１−１４４２７４号公報（第３−４頁、図６、９）
【０００６】
【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角度検出装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、４分割された受光面の出力の相対比を用いるので、受光スポットの中心位置の検出感度と、検出範囲とはスポット径の大きさで制約され、互いにトレードオフの関係にある。したがって、ディスク傾き角度の検出精度を向上させつつ検出範囲を広げるには、ディスクと光学装置との距離を大きくとり、傾き角度の変化量に対する反射光の受光位置の変化量を変える必要があった。すなわち、検出精度を向上しようとすれば、より大きな配置スペースが必要となるという問題があった。
【０００７】
特許文献２に記載の技術では、傾き角度の検出感度を向上できるものの、入射角と反射率との関係が直線関係となっていないので、傾き角度制御が難しいという問題があった。また、反射膜特性が検出精度に直接に影響するため、反射膜を高精度に製作しなければ検出精度が劣ったものになるという問題があった。さらに、本技術では２次元の傾き角度を測定することが困難であるという問題があった。
【０００８】
上記のような従来の角度検出装置を偏向角制御手段として用いる光信号スイッチシステムや情報記録再生システムは、高度の信頼性が求められるため、角度検出装置が故障した場合に備えてバックアップ用の角度検出装置を設ける場合がある。また、これらでは高精度かつ広範囲での偏向角制御が求められるため、制御動作を粗調整、微調整の２段階で行う場合がある。
このような場合、上記のような従来の角度検出装置では、２台を並列設置するしかないので、２倍の配置スペースが必要となるという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、被検物の傾き角度を多重に検出することができ、そのような多重化により、例えば、装置の信頼性や、傾き角度の検出精度および検出範囲などの諸性能を向上することができる角度検出装置を提供することを目的とする。
また、システムの信頼性や、例えばスイッチング特性やトラッキング特性などの諸性能を向上することができ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を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明では、被検物の傾き角度を検出する角度検出装置であって、前記被検物に備えられた検出用反射面に向けて光を放射する光源と、前記検出用反射面において反射された反射光の光路を分離する光路分離素子と、該光路分離素子により分離された光束のそれぞれを受光して、前記検出用反射面の傾き角度をそれぞれ独立に検出する複数の光検出器とを備える。
この発明によれば、検出用反射面において反射された反射光を光路分離素子により光路分離して、それぞれを複数の光検出器で独立して検出するので、被検物の傾き角度を複数の光検出器で同時かつ多重に検出することができ、しかも光源から光路分離素子までの光路を共通とすることにより、装置をコンパクト化することができる。
なお、本明細書における被検物の傾き角度は、適宜に設定した基準面から測った傾き角度であり、例えば水平面や鉛直面などの特定の基準面に限るものではない。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の角度検出装置において、前記被検物の傾き角度の変化量に対する前記複数の光検出器の受光面上における各光束の移動量が、それぞれ互いに異なる構成とする。
この発明によれば、被検物の傾き角度の変化量に対する各光検出器の受光面上での光束の移動量が異なるので、受光面の大きさの異なる光検出器であっても受光面を有効に利用できる。また、光検出器が光束の位置検出を行うことにより角度検出を行うものである場合、各光検出器の位置検出感度が同じであっても、角度検出感度を変えることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の角度検出装置において、前記検出用反射面から前記複数の光検出器の受光面までのそれぞれの光路長が互いに異なる構成とする。
この発明によれば、検出用反射面から各光検出器の受光面までの光路長が互いに異なるので、被検物の傾き角度変化量に対応する各受光面上での光束の移動量が互いに異なるものとなる。その結果、受光面の大きさの異なる光検出器であっても受光面を有効に利用できる。また、光検出器が光束の位置検出により角度検出を行う場合、各光検出器の位置検出感度が同じであっても、角度検出感度を変えることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の角度検出装置において、前記複数の光検出器が、角度検出においてそれぞれ異なる感度特性を有する。
この発明によれば、各光検出器の角度検出の感度特性が異なるため、用途に応じて異なる検出出力を多重に得ることができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、前記光路分離素子が、光を反射光および透過光の光路に分離する光路分離面を備えるビームスプリッタである。
この発明によれば、略円形の光束２つに分離できるので検出位置から角度を演算するときの校正が２つの検出器とも容易になる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の角度検出装置において、前記光路分離面と前記光検出器との間に、パワーを有する光学面を配置した構成とする。
この発明によれば、パワーを有する光学面が光路分離面と光検出器との間に配置されているので、この光学面により、受光面上で光束のスポット径の大きさや、受光面上の光束の移動量を変えることができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の角度検出装置において、前記光学面が前記光路分離素子に一体に設けられた構成とする。
この発明によれば、部品点数が削減され、コンパクトな構成とすることができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明では、前記光学面が前記複数の光検出器へのそれぞれの光路中に設けられるとともに、互いに異なるパワーを有する。
この発明によれば、互いに異なるパワーを有する光学面を光路分離面と各光検出器との間に配置することにより、受光面上で光束のスポット径の大きさや、受光面上の光束の移動量がそれぞれ異なるようにすることができる。
【００１８】
請求項９に記載の発明では、請求項６〜８のいずれかに記載の角度検出装置において、前記光学面が正のパワーを有する。
この発明によれば、光学面が正のパワーを有するので、光束を集光してスポット径を変えたり、光路長を短くすることができる。その結果、光検出器の角度検出感度を変えることができる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明では、請求項６〜９のいずれかに記載の角度検出装置において、前記光学面の一つが正のパワーを有する反射面である。
この発明によれば、光路分離素子により光路が分離された光束を正のパワーを有する反射面で反射することにより、集光しつつ光路を折りたたむことができるので、コンパクトな構成とすることができる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の角度検出装置において、前記光路分離面が、偏光成分によって光を透過または反射させる偏光分離面からなり、該偏光分離面と前記正のパワーを有する反射面との間に１／４波長板を配置した構成とする。
この発明によれば、検出用反射面で反射された反射光が偏光分離面により偏光成分により分離され、その分離された光束が１／４波長板を透過し、正のパワーを有する反射面で反射され、さらに１／４波長板に再入射することで、偏光分離面を透過または反射した光束の偏光成分を、偏光分離面でそれぞれ反射または透過する偏光成分に変換することができる。その結果、１／４波長板に再入射して透過した光束を偏光分離面に再入射させて、反射または透過させることにより、光路をコンパクトに折りたたみながら、光量損失がきわめて少ない構成とすることができる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明では、請求項１〜１１のいずれかに記載の角度検出装置において、前記光路分離素子が平板プレートである。
この発明によれば、光路分離素子を軽量で簡素なものとすることができる。
【００２２】
請求項１３に記載の発明では、請求項１〜１１のいずれかに記載の角度検出装置において、前記光路分離素子が偏光ビームスプリッタである。
この発明によれば、光路分離素子の配置が容易となり、硝材部の長さで光路長を増やすことができるとともに、偏光成分に応じ光束を分離できる。
【００２３】
請求項１４に記載の発明では、請求項１３に記載の角度検出装置において、前記光路分離素子が、ｎｄ＞１．７（ｎｄは屈折率）なる硝材で形成された構成とする。
この発明によれば、ｎｄ＞１．７の高屈折率の硝材を用いることにより、ビームスプリッタの入射面における屈折角が大きくなるため、角度検出範囲を広くすることができる。
【００２４】
請求項１５に記載の発明では、請求項１〜１４のいずれかに記載の角度検出装置において、前記複数の光検出器の少なくとも一つが、４分割の受光面を備える４分割受光器である。
この発明によれば、４分割受光器を用いることにより２次元の位置検出を行うことができるから、２次元の傾き角度を検出することができる。
【００２５】
請求項１６に記載の発明では、請求項１〜１４のいずれかに記載の角度検出装置において、前記複数の光検出器の少なくとも一つが、２次元の位置検出受光器であることを特徴とする。
この発明によれば、２次元の位置検出受光器を用いることにより２次元の位置検出を行うことができるから、２次元の傾き角度を検出することができる。その際、受光面上の光束スポット位置は、受光面上であれば、４分割受光器のような中央分割線を跨がなければならないという制約はないから、受光面上を効率的に利用することができ、検出範囲を広くすることができる。
【００２６】
請求項１７に記載の発明では、請求項１〜１４のいずれかに記載の角度検出装置において、前記複数の光検出器が、４分割の受光面を備える４分割受光器および２次元の位置検出受光器を含む。
この発明によれば、４分割受光器と２次元の位置検出受光器を併用することができるから、例えば、２次元の位置検出受光器では粗調整用の角度検出を行い、４分割受光器では微調整用の角度検出を行うというように、それぞれの検出性能の特徴に応じた多重の角度検出を行うことができる。
【００２７】
請求項１８に記載の発明では、複数の光伝送路の間で、該光伝送路の一つから伝送される光信号の光路を他の光伝送路に切り換える光信号スイッチシステムであって、該光信号の光路を切り換える光偏向素子と、該光偏向素子の偏向角を検出するために、該光偏向素子に一体に設けられた検出用反射面と、前記光偏向素子を被検物として前記偏向角を検出する請求項１〜１８のいずれかに記載の角度検出装置と、該角度検出装置により検出された偏向角を用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。
この発明によれば、光偏向素子を被検物としてその偏向角を検出する請求項１〜１７のいずれかに記載の角度検出装置を備えるので、その角度検出装置が有する作用効果を備える光信号スイッチシステムとすることができる。少なくとも、いずれの角度検出装置もコンパクト化することができるから、光信号スイッチシステムもコンパクト化することができる。また、いずれの角度検出装置も独立に角度検出可能な複数の光検出器を備えるから、それらの一つをバックアップ用に用いて角度検出を多重化して信頼性を向上させたり、角度検出精度を変えて角度検出したりすることができる。
【００２８】
請求項１９に記載の発明では、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備える記録媒体に、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情報記録再生システムであって、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き角度が変わる検出用反射面を有する光偏向素子と、該光偏向素子を被検物として前記傾き角度を検出する請求項１〜１７のいずれかに記載の角度検出装置とを備えた構成とする。
この発明によれば、光偏向素子を被検物としてその偏向角を検出する請求項１〜１８のいずれかに記載の角度検出装置を備えるので、その角度検出装置が有する作用効果を備える情報記録再生システムとすることができる。少なくとも、いずれの角度検出装置もコンパクト化することができるから、情報記録再生システムもコンパクト化することができる。また、いずれの角度検出装置も独立に角度検出可能な複数の光検出器を備えるから、それらの一つをバックアップ用に用いて角度検出を多重化して信頼性を向上させたり、角度検出精度を変えて角度検出したりすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なおすべての図面を通して、同一または相当する部材には、同一の符号を付している。そのため、別の実施の形態であっても、同一符号を付した部材の説明は省略する。
【００３０】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る角度検出装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る角度検出装置６０の概念図である。図２は、角度検出装置６０に用いる測定光学系６０ａの概略構成を説明するための概略光路図である。
本発明の第１の実施形態に係る角度検出装置６０は、測定光学系６０ａおよび信号処理部６０ｂからなる。そして、測定光学系６０ａから放射されるレーザ光２を角度検出の対象物（被検物）に設けられた検出用反射面に照射し、その反射光を測定光学系６０ａで受光して、その受光信号を信号処理部６０ｂで信号処理し、検出用反射面の傾き角度の大きさに応じた検出レベル信号２０３を出力する装置である。図１の例では、角度検出装置６０の被検物は、回動ミラー５（光偏向素子）である。
【００３１】
回動ミラー５は、例えば、ガルバノミラーなどからなり、板状の支持部材５ｂの表裏面に、表面反射平面ミラーが埋め込まれて一体化されている。支持部材５ｂの表面側には、光を偏向するための偏向ミラー面５ａが、支持部材５ｂの裏面側には、角度検出を行うための検出用反射面５ｃがそれぞれ形成されている。そして、電磁コイルなどの周知のアクチュエータ５ｄによって、偏向ミラー面５ａの偏向角が可変できるようになっている。
【００３２】
偏向ミラー面５ａと検出用反射面５ｃは、平行である必要はないが、偏向ミラー面５ａの偏向角に対応して検出用反射面５ｃが傾斜するように接合されている。すなわち、検出用反射面５ｃの傾き角度を検出すれば、偏向ミラー面５ａの偏向角に換算できるようになっている。
回動ミラー５の回動中心は、偏向ミラー面５ａ上にあっても、検出用反射面５ｃ上にあっても、その中間でもよいが、以下では簡単のために、回動中心が検出用反射面５ｃ上にあり、光軸が回動中心を通るものとして、つまりサグはないものとして説明する。
【００３３】
角度検出装置６０は、検出用反射面５ｃに対して測定光学系６０ａが対向する位置に設けられている。検出レベル信号２０３は、偏向ミラー面５ａの偏向角を制御するための偏向角制御手段６１に出力され、偏向角制御手段６１からアクチュエータ５ｄに駆動信号２０２が出力される。なお、角度検出装置６０および偏向角制御手段６１を駆動するために不図示の電源から電源電圧２００が供給されている。
【００３４】
次に、本実施形態に係る角度検出装置６０について詳細に説明する。
角度検出装置６０の測定光学系６０ａは、図２に示したように、レーザ光源１（光源）、集光レンズ３、ビームスプリッタ４（光路分離素子）および４分割受光器１０Ａ、１０Ｂ（光検出器）を備える。
以下、これらを略光路に沿う順序で説明する。なお、方向を記述する場合、必要に応じてＸＹＺ座標系を用いる。ＸＹＺ座標系は、光路を記述するための直角座標系である。Ｚ軸は光の進行方向を正とした光学系の光軸であり、軸上主光線の光路を示す。Ｘ軸は、紙面手前側を正方向とし、Ｚ軸に直交する軸であり、Ｙ軸はＺ軸正方向から見たときにＸ軸を時計回りに９０°回転した軸である。
図２の光路は、検出用反射面５ｃがＸ軸の正方向から見たときに反時計回りに角度Δθ回転したときのものである。
【００３５】
レーザ光源１は、検出用反射面５ｃに所定強度のレーザ光２を放射するための光源であり、例えば、半導体レーザ素子などを採用することができる。レーザ光源１の波長は、検出用反射面５ｃの反射率特性や４分割受光器１０の波長感度特性などに応じて適宜の波長を採用することができる。
集光レンズ３は、レーザ光２を集光して、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂの受光面上で所定の大きさのスポット径とするために、その光軸をレーザ光源１の光軸に一致させ、検出用反射面５ｃの手前側に配置された正のパワーを有するレンズである。
なお、レーザ光源１と集光レンズ３の間、または集光レンズ３の後側には、スポット径を整形するための適宜の絞りを設けておいてもよい。
【００３６】
ビームスプリッタ４は、検出用反射面５ｃによって反射されたレーザ光２の一部を反射させ、残りを透過させて光路を分離するためのもので、三角プリズム４Ａ、４Ｂを互いに一つのプリズム面で接合し、その接合部にハーフミラー面からなる光路分離面４ｂを備えた四角柱状部材である。
そして、プリズム４Ａ側の角柱面である入射面４ａ、平面透過面４ｃが、それぞれ、検出用反射面５ｃ、後述する４分割受光器１０Ａに向けられている。三角プリズム４Ｂの角柱面のうち入射面４ａに対向する平面透過面４ｄは、後述する４分割受光器１０Ｂに向けられている。
【００３７】
ビームスプリッタ４の材質は、例えば、ショット社製ＢＫ７などの硝材を好適に用いることができる。しかし、例えば、オハラ社製Ｓ−ＴＩＨシリーズなどの屈折率ｎｄがｎｄ＞１．７となるような高屈折率の硝材を採用すれば、光路長が長くなり、よりコンパクトな構成で、角度検出範囲を広くとることができるので、さらに好ましい。
【００３８】
４分割受光器１０Ａ、１０Ｂは、受光面上のスポット径の光量中心の位置検出を行うもので、それぞれの構成は同一である。図３は、４分割受光器１０Ａ（１０Ｂ）を説明するための光軸方向視の模式図である。
４分割受光器１０Ａ（１０Ｂ）は、受光面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄが、同一平面上に十字状の境界を形成するように隣接された受光素子である。受光面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、それぞれ独立に光量検出することができるフォトダイオード（以下、ＰＤと略称する）からなり、それぞれの領域に照射されたレーザ光２の光量を検出し、検出信号を出力することが可能とされている。
【００３９】
各受光面は、位置検出方向を図示のようにｘ、ｙ方向としたとき、ｘ方向に受光面１０ａ、１０ｂが隣接して配置され、かつ受光面１０ｃ、１０ｄが隣接して配置されている。さらに、ｙ方向には、受光面１０ａ、１０ｃが隣接して配置され、かつ受光面１０ｂ、１０ｄが隣接して配置される構成とされている。そして、受光面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、検出用反射面５ｃが中立位置にある時の光軸と略直交し、その光軸が十字状の境界の交差点を通るように配置されている。
このような４分割受光器１０Ａ、１０Ｂの光軸方向の位置は、集光レンズ３の主平面からの光路長が、集光レンズ３の焦点距離よりも短くなる位置に配置されている。そして、それぞれ光路分離面４ｂからの光路長が、Ｌ１、Ｌ２（Ｌ１＜Ｌ２）とされている。
【００４０】
信号処理部６０ｂ（図１参照）は、レーザ光源１を駆動して発光させ、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂに電源を供給し、光量に応じて検出信号を取り出し、その検出信号に増幅、整形、演算処理などの適宜の信号処理を施して、検出レベル信号２０３を出力する電気回路が設けられている。
【００４１】
次に角度検出装置６０の作用について説明する。
レーザ光源１から所定光量を有する光束として発散して放射されたレーザ光２は、集光レンズ３により、集光作用を受けて収束光として進む。そして検出用反射面５ｃにより反射されて光路を変える。検出用反射面５ｃで反射されたレーザ光２は、入射面４ａからビームスプリッタ４に入射し、三角プリズム４Ａ内を通って、光路分離面４ｂに到達する。以下、検出用反射面５ｃから光路分離面４ｂまでの光路長を距離Ｌ０で表す。
【００４２】
光路分離面４ｂでは、レーザ光２の一部が反射されて、分離面反射光２ａとして三角プリズム４Ａ内を進み、平面透過面４ｃからビームスプリッタ４の外部に放射される。そして、４分割受光器１０Ａの受光面上に到達する。このとき、分離面反射光２ａは、集光レンズ３の主平面から受光面までの光路長に応じた所定のスポット径を有する光束となっている。
一方、光路分離面４ｂを透過する他の光束は、分離面透過光２ｂとして三角プリズム４Ｂ内を進み平面透過面４ｄからビームスプリッタ４の外部に放射される。そして、４分割受光器１０Ｂの受光面上に到達する。このとき、分離面透過光２ｂは、集光レンズ３の主平面から受光面までの光路長に応じた所定のスポット径を有する光束となっている。
すなわち、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂの位置関係から、４分割受光器１０Ａの受光面上のスポット径は、４分割受光器１０Ｂの受光面上のスポット径よりも大きくなっている。
【００４３】
検出用反射面５ｃが中立位置にあるとき、分離面反射光２ａ、分離面透過光２ｂは、それぞれ光軸上を進み、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂの受光面上では、十字状の交差点の位置に中心を有するスポットを形成する。図３は、この様子を示す光軸方向視の模式図であり、符号１１ａはその場合の光束のスポットを示す。図２に示したように、検出用反射面５ｃが、角度Δθだけ正方向に回転して、傾き角度を変えると、分離面反射光２ａ、分離面透過光２ｂは、それぞれ光軸に対して、角度２Δθだけ傾斜した方向に進み、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂ上で光束のスポットの位置が変位するものである。
【００４４】
次に、４分割ＰＤの位置検出の原理を説明する。
センサ受光面１０にスポットが照射されたときの受光面１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力をそれぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする。このとき、ｘ方向の位置に対応する出力は、（Ａ＋Ｃ―Ｂ−Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を、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。これらの出力から得られる検出信号は、スポット形状が均一である限り良好な線形応答として得られる。もし良好な線形応答が得られない場合は、信号処理部６０ｂの回路もしくは演算処理により、これら出力を、スポット形状や光量分布に応じて適宜校正することができる。
そして、信号処理部６０ｂでは、測定光学系６０ａから送られる検出信号に対応した位置ずれ量と、検出用反射面５ｃから４分割受光器１０Ａ、１０Ｂまでの所定の光路長とに基づいて、検出用反射面５ｃの傾き角度を算出する。この傾き角度は、位置ずれ量が２次元で測定されるので、検出用反射面５ｃの傾き角度もそれぞれ、Ｘ、Ｙ軸回りの２次元の傾き角度として測定される。
【００４５】
図４は、このような検出信号の一例を示すグラフである。横軸はＸ軸回りの回動ミラー５の偏向角（検出用反射面５ｃの傾き角度）を表し、単位は（°）である。縦軸は検出信号の電圧出力を表し、単位は（Ｖ）である。
応答曲線１２、１３は、それぞれ４分割受光器１０Ａ、１０Ｂからの検出信号を示す。いずれも、原点を通る単調増加曲線であり、その大部分で略直線的な変化を示しているが、いずれも偏向角の絶対値の大きい部分では、傾きが徐々になまる非線形応答域１２ａ、１３ａが形成されている。
検出信号の大きさは応答曲線１２が応答曲線１３より常に小さい。一方、偏向角の検出範囲は応答曲線１２の方が応答曲線１３よりも広い。これは、同じ偏向角であっても、検出用反射面５ｃから４分割受光器１０Ａの受光面までの光路長（Ｌ０＋Ｌ１）が、検出用反射面５ｃから４分割受光器１０Ｂの受光面まで光路長（Ｌ０＋Ｌ２）よりも短いため、４分割受光器１０Ａの受光面上のスポット径の方が大きく、かつ受光面上での位置ずれ量が小さくなるためである。
【００４６】
すなわち、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂは同一構成の光検出器であるにもかかわらず、４分割受光器１０Ａの出力は、角度検出感度は低く検出範囲は広いという特性を備え、逆に４分割受光器１０Ｂの出力は、角度検出感度は高く検出範囲は狭いという特性を備えている。つまり、同一の被検物の角度変化を検出感度の異なる２つの光検出器で同時に二重に測定することができる。
したがって、例えば、前者を粗調整用の角度検出に用い、後者を微調整用の角度検出に用いるといった使い分けをすることができるという利点がある。
しかも、このように二重に角度検出できるにもかかわらず、レーザ光源１と途中の光路を共有して用いているので、コンパクトな装置とすることができるという利点がある。
【００４７】
また、例えば、精密移動可能なマイクロステージやアクチュエータなどによって４分割受光器１０Ｂを光軸に直交する方向に移動可能に保持する構成とすれば、４分割受光器１０Ａで検出した偏向角が、４分割受光器１０Ｂの検出範囲外であった場合でも、光束のスポットの位置が検出範囲に入るように４分割受光器１０Ｂを所定距離移動して、より精密な角度検出を行うことができる。
【００４８】
上記の実施形態において、光路分離面４ｂで反射される光量と透過される光量は、受光面の出力比をとる４分割受光器を用いる場合は、任意の割合でよい。ただし、より角度検出精度を向上するためには、反射光と透過光の割合を、略１：１にして、４分割受光器１０Ａ、１０ＢのＳ／Ｎ比を揃えることが好ましい。
【００４９】
次に、本実施形態に係る変形例について説明する。
第１〜３変形例は、上記の実施形態において、光路分離面４ｂと４分割受光器１０Ａ、１０Ｂとの間に、パワーを有する光学面を配置して、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂの受光面上の光束のスポットの移動量とスポット径とをそれぞれ独立に変えられる構成としたものである。以下、上記と異なる点について、簡単に説明する。
【００５０】
まず、第１変形例について説明する。
本実施形態の第１変形例に係る角度検出装置６０は、上記の測定光学系６０ａに代えて、測定光学系７０ａを備える。
図５は、第１変形例の測定光学系７０ａを説明するための概略光路図である。本変形例は、測定光学系６０ａにおいて、集光レンズ３に代えて、レーザ光源１から放射されたレーザ光２を平行光束とするコリメートレンズ１５を設け、ビームスプリッタ４と４分割受光器１０Ａとの間に正のパワーを有する集光レンズ１６を配置し、ビームスプリッタ４と４分割受光器１０Ｂとの間に正のパワーを有する集光レンズ１７を配置したものである。そして、４分割受光器１０Ａの受光面は光路分離面４ｂから光路長Ｌ３の位置に、４分割受光器１０Ｂの受光面は光路分離面４ｂから光路長Ｌ４の位置に、それぞれ配置される。
【００５１】
集光レンズ１６、１７は、例えば、平凸レンズを採用することができる。そして、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂの受光面上の光束のスポットの移動量が、検出用反射面５ｃの傾き角度の、所定の角度変化に対してそれぞれ異なるように、焦点距離や配置位置が設定されている。
例えば、集光レンズ１６の焦点距離を、検出用反射面５ｃから集光レンズ１６の主平面までの光路長よりも長く設定し、また同じくその主平面から４分割受光器１０Ａの受光面までの光路長がその焦点距離よりも短くなるように設定する。そして、集光レンズ１７の焦点距離を、検出用反射面５ｃから集光レンズ１７の主平面までの光路長よりも短く設定し、また同じくその主平面から４分割受光器１０Ａの受光面までの光路長がその焦点距離よりも短くなるように設定する。このとき、スポット径は適宜の検出範囲をとれるような大きさとしておく。
【００５２】
このような構成によれば、まず、レーザ光源１から放射されたレーザ光２は、コリメートレンズ１５により平行光束とされる。そして、検出用反射面５ｃで反射されて、入射面４ａからビームスプリッタ４に入射する。さらに、光路分離面４ｂで、一部が分離面反射光２ａとして反射され、残りは分離面透過光２ｂとして透過する。
分離面反射光２ａは、集光レンズ１６を透過して集光され、４分割受光器１０Ａの受光面上に所定のスポット径で照射される。一方、分離面透過光２ｂは、集光レンズ１７を透過して集光され、４分割受光器１０Ｂの受光面上に所定のスポット径で照射される。
【００５３】
それぞれの受光面上では、所定の傾き角度変化に対する光束のスポットの移動量が異なっているので、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂに同じものを用いても、傾き角度の角度検出感度を変えることができる。すなわち、図４のような検出信号特性を得ることができる。
【００５４】
さらに、本変形例によれば、集光レンズ１６、１７のパワーをそれぞれ変えることにより、角度検出感度や、受光面の配置位置を自由に、しかも独立に変えることができるから、部品レイアウトの自由度が増すという利点がある。
【００５５】
次に、第２変形例について説明する。
本実施形態の第２変形例に係る角度検出装置６０は、上記の測定光学系６０ａに代えて、測定光学系７１ａを備える。
図６は、第２変形例の測定光学系７１ａを説明するための概略光路図である。
測定光学系７１ａは、上記に説明した測定光学系７０ａにおける４分割受光器１０Ｂの光軸方向の位置をずらして、光路分離面４ｂから光路長Ｌ５の位置に配置したものである。光路長Ｌ５は、集光レンズ１７の主平面から４分割受光器１０Ｂの受光面までの光路長が集光レンズ１７の焦点距離より長くなるようにしたものである。
【００５６】
このような構成によれば、分離面透過光２ｂは、集光レンズ１７を透過して集光され、焦点位置で結像し、それからスポット径が増大した状態で４分割受光器１０Ｂの受光面上に照射される。したがって、第１変形例と同様に、それぞれの受光面上で所定の傾き角度変化に対するそれぞれの受光面上でのスポットの移動量を変えることができるから、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂに同じものを用いても、傾き角度の角度検出感度を変えることができる。
その際、４分割受光器１０Ｂの受光面は、集光レンズ１７の焦点距離よりも離された位置にあり、レンズの屈折作用を受けるので、第１変形例の場合よりも所定の傾き角度変化に対する受光面上の移動量が少なくなるから、同じスポット径であれば、角度検出範囲をより広くすることができる。
【００５７】
次に、第３変形例について説明する。
本実施形態の第３変形例に係る角度検出装置６０は、上記の測定光学系６０ａに代えて、測定光学系７２ａを備える。
図７は、第３変形例の測定光学系７２ａを説明するための概略光路図である。
本変形例は、測定光学系７１ａの集光レンズ１６、１７に代えて、それぞれ正のパワーを有する集光レンズ１８、１９を設けたものである。そして、集光レンズ１８、１９は、それぞれ平凸レンズからなり、それぞれの平面が、平面透過面４ｃ、平面透過面４ｄに、例えば接着などにより固定されている。図７において、符号１８ａ、１９ａはそれぞれ凸レンズ面（正のパワーを有する光学面）を示す。
【００５８】
集光レンズ１８の焦点距離は、集光レンズ１９の焦点距離より長くして、受光面上でそれぞれ所定のスポット径となるように、それぞれの主平面から４分割受光器１０Ａ、１０Ｂまでの光路長をそれぞれの焦点距離より短い距離とし、かつ、光路分離面４ｂからの光路長が距離Ｌ６、Ｌ７（Ｌ６＞Ｌ７）とされている。
【００５９】
このような構成によれば、分離面反射光２ａは、集光レンズ１８を透過して集光され、４分割受光器１０Ａの受光面上に照射される。一方、分離面透過光２ｂは、集光レンズ１９を透過して集光され、４分割受光器１０Ｂの受光面上に照射される。
そして、集光レンズ１８、１９の焦点距離や、受光面の配置位置を変えることにより、所定の傾き角度変化に対するそれぞれの受光面上での光束のスポットの移動量を変えることができるから、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂに同じものを用いても、傾き角度の角度検出感度を変えることができる。
しかも、集光レンズ１８、１９が、ビームスプリッタ４に一体化されているので、コンパクトな光学系とすることができるという利点がある。
【００６０】
次に、第４変形例について説明する。
本実施形態の第４変形例に係る角度検出装置６０は、上記の測定光学系６０ａに代えて、測定光学系７３ａを備える。
図８は、第４変形例の測定光学系７３ａを説明するための概略光路図である。
本変形例は、測定光学系７２ａにおいて、ビームスプリッタ４に代えて、偏光ビームスプリッタ４０を設け、集光レンズ１９に代えて、１／４波長板２１と凹面反射素子２０を設けたものである。
そして、４分割受光器１０Ｂは、凹面反射素子２０で反射されて分離面透過光２ｂが、後述する偏光分離面４０ｂにより反射される光軸上に、４分割受光器１０Ａと対向するように配置されている。
【００６１】
偏光ビームスプリッタ４０は、ビームスプリッタ４の光路分離面４ｂに代えて、レーザ光２の偏光成分によって透過率を変えた偏光分離面４０ｂを設けたものである。そして、第３変形例と同様に、平面透過面４ｃには集光レンズ１８が接着されている。
偏光分離面４０ｂは、偏光成分によってレーザ光２を分離できれば、どのようなものでもよいが、Ｐ偏光成分またはＳ偏光成分を１００％透過させ、かつそれぞれＳ偏光成分またはＰ偏光成分を１００％反射させるように構成することが好ましい。そのような反射特性は、適宜の多層薄膜コート処理を施すことにより得られる。以下では、Ｐ偏光成分を１００％透過させ、Ｓ偏光成分を１００％反射させるものとして説明する。
【００６２】
平面透過面４ｄには、直線偏光と円偏光との間の変換を行う１／４波長板２１を配設されている。
凹面反射素子２０は、例えば、平凸レンズの凸面に反射膜コートを施して裏面反射素子を構成したものである。
そして、４分割受光器１０Ｂは、偏光分離面４０ｂから光路長Ｌ８の位置に配置されている。この位置は、凹面反射素子２０からの反射光が偏光分離面４０ｂで反射される光路において、凹面反射素子２０の主平面からの光路長が凹面反射素子２０の焦点距離より長くなる位置に配置されている。
【００６３】
このような構成では、検出用反射面５ｃで反射されたレーザ光２は、偏光分離面４０ｂでＳ偏光成分が１００％反射されて、偏光分離面反射光２ｃとなり、平面透過面４ｃ、集光レンズ１８を通って、４分割受光器１０Ａにスポットを形成する。
一方、偏光分離面４０ｂを透過するＰ偏光成分からなる偏光分離面透過光２ｄは、１／４波長板２１を透過することにより、円偏光となり、凹面反射素子２０内を進んで、凹面反射面２０ａで、集光作用を受けながら反射される。そして、１／４波長板２１に再入射する。
そして、１／４波長板２１を透過すると、円偏光は、Ｓ偏光成分に変換される。そのため、偏光分離面４０ｂでは、１００％反射され、平面透過面４ｅを経て、４分割受光器１０Ｂにスポットを形成する。このとき、光路長の関係から、凹面反射素子２０の焦点距離は、４分割受光器１０Ｂの前側にあるので第２変形例と同様に角度検出範囲を広くすることができる。
【００６４】
本変形例によれば、集光レンズ１８、凹面反射素子２０の焦点距離と、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂの配置位置を変えることにより、検出用反射面５ｃの所定の傾き角度変化に対するそれぞれの受光面上でのスポットの移動量を変えることができるから、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂに同じものを用いても、傾き角度の角度検出感度を変えることができる。
しかも、集光レンズ１８、２０が、ビームスプリッタ４に一体化されているので、コンパクトな光学系とすることができるという利点がある。
【００６５】
さらに、凹面反射素子２０と偏光ビームスプリッタ４０により偏光分離面４０ｂ以降の光路を折りたたむことにより、コンパクトなスペースに収めることができるという利点がある。
また、偏光分離面４０ｂが、Ｐ偏光成分を１００％透過させ、Ｓ偏光成分を１００％反射させるから、１／４波長板２１を設けることにより、偏光分離面４０ｂでの光量損失がなくなるので、コンパクトに折りたたんでも、光量損失がなく、Ｓ／Ｎ比の高い角度検出を行うことができるという利点がある。
【００６６】
なお、上記の第３および第４変形例の説明では、ビームスプリッタ４、偏光ビームスプリッタ４０に一体化された正のパワーを有する光学面として、平凸レンズを接着する構成として説明したが、これらの光学面は、ビームスプリッタ４、偏光ビームスプリッタ４０に直接加工してもよい。そのように構成すれば、接着が不要となるから光量損失も少なくなり、接着の手間が省けるという利点がある。
また、これらの光学面は、正のパワーを有するならば、球面レンズとは限らず、フレネルレンズ面やホログラム素子面であってもよい。そのように構成すれば、レンズ厚を薄くすることができる。
【００６７】
なお、上記の第１の実施形態の説明では、角度検出の検出感度を異なったものとするため、いずれも、検出用反射面５ｃから４分割受光器１０Ａ、１０Ｂまでの光路長が異なる構成として説明した。しかし、例えば、角度検出装置の信頼性を向上するために、光検出器を二重に設けるといった用途などでは、それぞれの光路長を同じにして、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂには全く同一の光検出器を採用する構成としてもよい。
そのように構成すれば、検出用反射面５ｃで反射されたレーザ光２をまったく同じ条件で二重に位置検出することができるから、一方の光検出器が故障した場合、他方の光検出器をそのまま使用するだけでバックアップとなり、角度検出装置の信頼性を向上することができる。
その際、レーザ光源１と途中の光路を共有して用いているので、独立した２台の角度検出装置よりコンパクトに構成とすることができるという利点がある。
【００６８】
また、上記の第１の実施形態の説明では、光路分離素子として、ビームスプリッタ４、偏光ビームスプリッタ４０を用いる例で説明したが、光路分離素子として、例えば、入射光の略５０％を反射し、略５０％を透過させるようなコーティングが施されたハーフミラー面を光路分離面として備えた平板プレートを採用してもよい。
そのように構成すれば、ビームスプリッタなどに比べて、軽量で安価な光路分離素子とすることができる。
【００６９】
また、上記の第１の実施形態の説明では、光検出器として、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂを用いる例で説明したが、光束のスポットの中心位置を検出することができる光検出素子、センサなどであれば、これに限るものではない。
例えば、センサ受光面上にレーザ光束のスポットが照射されると、スポットの光強度中心の位置に対応した出力電圧を発生して、そのスポットの位置を検知する位置検出受光器（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、一般にＰＳＤと略称されている）を採用することができる。
図９は、２次元ＰＳＤによる光束のスポットの位置検出を説明するための光軸方向視の模式図である。符号８は、センサ受光面であり、符号９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、光束のスポットを表す。検出用反射面５ｃが２軸方向に傾斜することにより、スポットが移動すると、その光強度中心位置に対応した出力電圧を発生して、その位置が検出される。ｘ、ｙ方向の位置をそれぞれ検出することにより、検出用反射面５ｃの２軸回りの傾き角度（偏向角）の成分が検出される。
【００７０】
このようなＰＳＤによれば、光束のスポットが受光面上のどこに当たっても位置検出することができるから、４分割受光器とは異なり、スポット径を小さくしても受光面を有効に利用することができるという利点がある。
したがって、例えば、角度検出範囲を広くするためにＰＳＤを用い、角度検出精度を高くするために４分割受光器を用いるというように、両者を組み合わせて用いてもよい。
また、ＰＳＤ以外の例として、スポットの光強度分布をセンサ上の画素ごとに検出する２次元ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合デバイス）を採用することができる。２次元ＣＣＤによれば、強度分布に偏りがあっても、適宜画素信号を画像処理することにより、正確な光強度中心を算出できるので、角度検出精度を向上することができるという利点がある。
【００７１】
また、上記の第１の実施形態の説明では、２つの光受光器は同じ感度特性を有するとして説明したが、２つの光受光器の感度特性を変えてもよい。そうすれば、光束のスポット移動量などとの組合せによる相乗効果で、互いの角度検出感度の差を設けやすくなるという利点がある。
【００７２】
また、上記の第１の実施形態の説明では、光路分離素子と光検出器との間にパワーを有する光学素子として、正のパワーを有する集光レンズなどを配置する例で説明したが、パワーを有する光学素子であれば、フレネルレンズやホログラム素子であってもよい。これらの光学素子によれば、素子厚が薄くできるのでよりコンパクトな光学系とすることができるという利点がある。
【００７３】
また、上記の第１の実施形態において、パワーを有する光学面、光学素子のパワーは、必要に応じて負のパワーを有するものであってもよい。
【００７４】
また、上記の第１の実施形態の説明では、光源としてレーザ光源１を採用した例で説明した。レーザ光源１は単色光で集光性に優れるので、位置検出精度を向上できるという利点があるが、光検出器で検出できる光源であれば、レーザ光源１に限られないことは言うまでもない。例えば、ＬＥＤ素子であってもよい。
【００７５】
また、上記の第１の実施形態の説明では、光路を２つに分離して、角度検出を二重に行う例で説明したが、光路を２つ以上に分離し、それぞれに対応して光検出器を設け、２つ以上の多重に角度検出を行うようにしてもよい。
【００７６】
また、上記の第１の実施形態に係る角度検出装置は、検出用反射面を設けることができれば、いかなる被検物であっても角度検出を行うことができるのであって、回動ミラーの偏向角検出などに用途が限定されるものではない。
【００７７】
また、上記の第１の実施形態の説明では、光路分離素子は、光を反射光および透過光の光路にそれぞれ分離する光路分離面を備えるとして説明したが、例えば波長差や複屈折を利用して透過光の光路を分離するものであってもよい。
【００７８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る光信号スイッチシステムについて説明する。
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る光信号スイッチシステム１０６の概略構成を説明するための概略説明図である。図１１は、光信号スイッチシステム１０６に用いる角度制御の概略を説明するための制御ブロック図である。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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５（光偏向素子）…と、それらの中立位置からの傾き角度（偏向角）をそれぞれ検出する角度検出装置６０…と、角度検出装置６０からの出力により回動ミラー５…の偏向角を制御する偏向角制御手段６１とからなる。
角度検出装置６０は、本発明の第１の実施形態として説明したものである。
回動ミラー５…は、例えば、本発明の第１の実施形態で説明した図１の構成のものを採用することができる。
【００８３】
光スイッチングデバイス１０８、１０８は、それらの回動ミラー５…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５…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５、５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。
【００８４】
回動ミラー５は、レーザ光束１０３…が入射する方向に偏向ミラー面５ａ…が配され、背面側の検出用反射面５ｃ…には、偏向角を検出するための角度検出装置６０…が対向するように設けられている。
【００８５】
偏向角制御手段６１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５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、角度検出装置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６１ｂとからなる。
そして、回動ミラー５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５ｄと角度検出装置６０にそれぞれ電気的に接続され、アクチュエータ５ｄを駆動する駆動信号２０２を出力し、回動ミラー５の偏向角を検出する角度検出装置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。
【００８６】
次に光信号スイッチシステム１０６の動作について説明する。
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。
【００８７】
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５…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５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。
【００８８】
本実施形態による光信号スイッチシステム１０６では、回動ミラー５、５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１０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５Ａの偏向角を変えてレーザ光束１０３Ａを回動ミラー５Ｂに向けて偏向する。回動ミラー５Ｂ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５Ｂの偏向角が変更される。
【００８９】
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５、５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５、５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。
【００９０】
すなわち、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６１ａに入力される。
デコード手段６１ａにより回動ミラー５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、積分などして、回動ミラー５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５ｄへフィードバックして出力する。
【００９１】
このように、角度検出装置６０を検出手段としてフィードバック制御が行われるので、回動ミラー５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、角度検出装置６０とを備えた光スイッチングデバイス１０８により、リアルタイムのフィードバック制御が実現されている。
【００９２】
本実施形態の光信号スイッチシステム１０６では、本発明の第１の実施形態に係る角度検出装置６０を用いるので、多重に角度検出を行うことができるから、例えば、複数の角度検出の角度検出感度を同一にして、多重にバックアップされた角度検出を行うことができ、コンパクトでありながら、信頼性に優れた光信号スイッチシステムとすることができる。
また、複数の角度検出の角度検出感度を異なるようにして、一方を粗調整用、他方を微調整用として、偏向角制御を粗調整制御と微調整制御に分けて行うことができる。その結果、コンパクトな構成でありながら、角度検出範囲と角度検出精度をともに向上することができるという利点がある。
【００９３】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る情報記録再生システムについて説明する。
図１２は、本発明の第３の実施形態に係る情報記録再生システム１１０の概略構成を説明するための平面説明図である。
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５と、角度検出装置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５は、図１に示した構成を採用することができる。角度検出装置６０も本発明の第１の実施形態で説明したものである。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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５が角度検出装置６０とともに配置されている。
【００９９】
次に、本システムの作用を、本発明に係るトラッキング制御を中心に説明する。
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。
【０１００】
さらに、より厳密なトラッキングを行うため、回動ミラー５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、角度検出装置６０により回動ミラー５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１１を用いて説明した本発明の第２の実施形態に係る光信号スイッチングシステムと同様の偏向角制御方法を採用することができる。
【０１０１】
このように、本発明の第１の実施形態に係る角度検出装置６０を用いて情報記録再生システムを構成することにより、角度検出装置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。
また、多重に角度検出を行うことができるから、例えば、複数の角度検出の角度検出感度を同一にして、多重にバックアップされた角度検出を行うことができるから、コンパクトでありながら、信頼性に優れた情報記録再生システムとすることができる。
あるいは、複数の角度検出の角度検出感度を異なるようにして、一方を粗調整用、他方を微調整用として、偏向角制御を粗調整制御と微調整制御に分けて行うことができる。その結果、コンパクトな構成でありながら、角度検出範囲と角度検出精度をともに向上することができるという利点がある。
【０１０２】
［実施例］
次に、上記に説明した第１の実施形態に係る角度検出装置６０の実施例として、第２変形例の数値実施例を、図５を参照して説明する。
図５は、下記に示す光学系の構成パラメータにおける光路を、検出用反射面５ｃをＸ軸回りにΔθ回転させた場合について示した光路図である。ここで、光源の波長は、７８５ｎｍとした。座標系、符号などは上記に説明しているので説明は省略する。
図５に表記されたｒｉ、ｄｉ、ｎｉ（ｉは整数）は、下記に示す光学系の構成パラメータのｒｉ、ｄｉ、ｎｉに対応する。レーザ発光点１ａは物体面であり、４分割受光器１０Ａ、１０Ｂの受光面は像面である。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いる。
光路１は、分離面反射光２ａの光路であり、光路２は、分離面透過光２ｂの光路である。
【０１０３】
2004212205.tif 000003
【０１０４】
以上に示したように、本実施例では、光路２が空気間隔で約１２ｍｍ、その光軸から直交する方向に折り曲げられた光路１の長さが空気間隔で５．２ｍｍという非常に小さな光学系を構成することができた。
上記は、第１の実施形態の第２変形例に係る数値実施例であるが、他の実施形態であっても、同様にして、具体例を挙げることができる。
【０１０５】
なお、本発明の第２、第３の実施形態では、本発明の第１の実施形態に係る角度検出装置を、光信号スイッチシステムと情報記録再生システムとについて適用した場合の説明をしたが、本発明に係る角度検出装置は他の角度検出にも適用可能である。例えば、光無線通信やレーザーレーダなどにも有効である。
【０１０６】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の角度検出装置によれば、コンパクトな構成により被検物の傾き角度を多重に検出することができ、そのような多重化により、例えば、装置の信頼性や、傾き角度の検出精度および検出範囲などの諸性能を向上することができるという効果を奏する。
また、本発明の光信号スイッチシステムおよび情報記録再生システムによれば、システムの信頼性や、例えばスイッチング特性やトラッキング特性などの諸性能を向上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】本発明の第１の実施形態に係る角度検出装置について説明するための概念図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る角度検出装置に用いる測定光学系の概略構成を説明するための概略光路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に用いる４分割受光器を説明するための光軸方向視の模式図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に用いる４分割受光器の検出信号の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る測定光学系を説明するための概略光路図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る角度検出装置の測定光学系を説明するための概略光路図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る角度検出装置の測定光学系を説明するための概略光路図である。
【図８】本発明の第１の実施形態の第４変形例に係る角度検出装置の測定光学系を説明するための概略光路図である。
【図９】２次元ＰＳＤによる光束のスポットの位置検出を説明するための光軸方向視の模式図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る光信号スイッチシステムの概略構成を説明するための概略説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る光信号スイッチシステムに用いられる角度制御の概略を説明するための制御ブロック図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る情報記録再生システムの概略構成を説明するための平面説明図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源（光源）
２  レーザ光（光束）
３、１６、１７、１８、１９  集光レンズ
４  ビームスプリッタ（光路分離素子）
４ｂ  光路分離面
５  回動ミラー（光偏光素子、被検物）
１０Ａ、１０Ｂ  ４分割受光器
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  受光面
１５  コリメートレンズ
１７ａ、１８ａ、１９ａ  凸レンズ面
２０  凹面反射素子
２０ａ  凹面反射面
２１  １／４波長板
６０  角度検出装置
６０ａ、７０ａ、７１ａ、７２ａ、７３ａ  測定光学系
６０ｂ  信号処理部
６１  偏向角制御手段
４０  偏光ビームスプリッタ（光路分離素子）
４０ｂ  偏光分離面（光路分離面）
１０３、１１５  レーザ光束
１０６    光信号スイッチシステム
１０８  光スイッチングデバイス
１１０  情報記録再生システム
１１２  記録ディスク（記録媒体）
２０１  偏向角制御信号
【図１】
2004212205.tif 000004
【図２】
2004212205.tif 000005
【図３】
2004212205.tif 000006
【図４】
2004212205.tif 000007
【図５】
2004212205.tif 000008
【図６】
2004212205.tif 000009
【図７】
2004212205.tif 000010
【図８】
2004212205.tif 000011
【図９】
2004212205.tif 000012
【図１０】
2004212205.tif 000013
【図１１】
2004212205.tif 000014
【図１２】
2004212205.tif 000015