(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】被検物に接合光学素子６Ａを設け、レーザ光源部１から放射されるレーザ光２をプリズム面６ａに入射させ、光路分離面６ｂで分離面反射光２ａと分離面透過光２ｂとに分離する。分離面反射光２ａはプリズム面６ａを通して受光面１１ａ上に、分離面透過光２ｂは、パワーを有する反射面６ｃで反射して集光し、プリズム面６ａを経て、受光面１１ｂに、それぞれスポットを形成する。そして、それぞれの光路の光路長やパワーを変えて、角度の検出感度などを変更可能にする。【選択図】      図２
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【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、
光を放射する光源と、
該光源から入射された光を、複数の光束として出射するために、反射光束と透過光束とに分離する光路分離面と、該光路分離面で分離された前記いずれかの光束を反射する分離後反射面とを含む複数の光学面を有するとともに、前記被検物の傾き角度に連動して傾斜可能に設けられた光路分離偏向手段と、
該光路分離偏向手段から出射された前記複数の光束をそれぞれ受光し、前記被検物の傾き角度を独立して検出することが可能な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】
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を入射させて複数の光束として出射するために、反射光束と透過光束とに分離する光路分離面を含む複数の光学面を有するとともに、該光学面のいずれかがパワーを有する偏心して配置された偏心光学面とされた光路分離手段と、
該光路分離手段から出射された前記複数の光束をそれぞれ受光して、前記被検物の傾き角度を独立して検出することが可能な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３】
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の受光面上における光束径がそれぞれ異な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１〜４のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項６】
前記複数の光受光器の角度検出範囲がそれぞれ異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項７】
前記複数の光検出器の任意の受光面が他のいずれかの受光面と近接して配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項８】
前記複数の光検出器の受光面が略同一平面上に並設されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項９】
前記光路分離面で反射して前記光検出器に向かう光路における該光検出器の受光面と前記光路分離面との間の光路長と、前記光路分離面を透過して前記光検出器の他の光検出器に向かう光路における該光受光器の受光面と前記光路分離面との間の光路長とが、互いに異なることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１０】
前記複数の光学面の少なくとも１面が、パワーを有する光学面であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１１】
前記パワーを有する光学面が反射面である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】
前記パワーを有する光学面が偏心して配置された偏心光学面であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の角度検出装置。
【請求項１３】
前記光路分離面が、パワーを有する光学面が偏心して配置された偏心光学面からなる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１４】
前記パワーを有する光学面が正のパワーを有することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１５】
前記パワーを有する光学面が非球面からなることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１６】
前記パワーを有する光学面が自由曲面からなることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１７】
前記光源と前記光学分離面との間に、前記光源から放射される光を集光する正のパワーを有する光学素子を配置したことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１８】
前記パワーを有する光学面が、前記光源と前記光路分離面との間、前記反射光束の光路中、および前記透過光束の光路中にそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項１９】
前記複数の光学面の少なくとも２面が、光路をジグザグ状に折りたたむべく略対向して配置された反射面であることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項２０】
前記複数の光学面の少なくとも一つが反射面であって、該反射面への入射光を全反射するように構成されたことを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項２１】
前記複数の光学面の少なくとも１面が、プリズム部材により形成されたことを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項２２】
前記複数の光学面が、前記プリズム部材に一体化して形成されたことを特徴とする請求項２１に記載の角度検出装置。
【請求項２３】
前記光路分離面が、ビームスプリッタにより形成されたことを特徴とする請求項１〜２２のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項２４】
前記光路分離面が、偏光成分により光路を分離する偏光分離面からなることを特徴とする請求項１〜２２のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項２５】
前記偏光分離面が、偏光ビームスプリッタにより形成されたことを特徴とする請求項２４に記載の角度検出装置。
【請求項２６】
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１〜２５のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項２７】
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１〜２５のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項２８】
前記複数の光検出器の少なくとも一つが、２次元ＣＣＤであることを特徴とする請求項１〜２５のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項２９】
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１〜２５のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項３０】
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ＣＣＤを含むことを特徴とする請求項１〜２５のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項３１】
前記光源が、レーザ光源であることを特徴とする請求項１〜３０のいずれかに記載の角度検出装置。
【請求項３２】
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１〜３１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３３】
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１〜３１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。すなわち、スポット径を大きくすると精度が下がり、小さくすると狭い範囲しか測定できない。
【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り、コンパクトな光信号スイッチシステムや情報記録再生システムを構成することができない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、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、光を放射する光源と、該光源から入射された光を、複数の光束として出射するために、反射光束と透過光束とに分離する光路分離面と、該光路分離面で分離された前記いずれかの光束を反射する分離後反射面とを含む複数の光学面を有するとともに、前記被検物の傾き角度に連動して傾斜可能に設けられた光路分離偏向手段と、該光路分離偏向手段から出射された前記複数の光束をそれぞれ受光し、前記被検物の傾き角度を独立して検出することが可能な複数の光検出器とを備える。
この発明によれば、被検物に連動して傾斜可能な光路分離偏向手段により、光源から放射された光が、被検物の傾き角度に応じて複数の光束として出射され、それぞれが光検出器によって独立して傾き角度の検出が可能となっているので、多重に角度検出を行うことができる。また、光源から光路分離面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。さらに光路分離面で分離された反射光束と透過光束とのいずれかを分離後反射面において反射するので、光路を折り返して、適宜の位置に光検出器を配置することができる。
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、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を入射させて複数の光束として出射するために、反射光束と透過光束とに分離する光路分離面を含む複数の光学面を有するとともに、該光学面のいずれかがパワーを有する偏心して配置された偏心光学面とされた光路分離手段と、該光路分離手段から出射された前記複数の光束をそれぞれ受光して、前記被検物の傾き角度を独立して検出することが可能な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る反射光を光路分離手段により光路を分離して、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る。光路分離面もしくは他の光学面をパワーを有する偏心面とすることで、適宜の位置に光検出器を配置することができる。加えて、パワーを有する偏心光学面を有するので、光検出器の受光面上での光束の移動量や光束径を適宜調節して、角度検出感度や角度検出範囲を容易に変えることできる。
【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、各光検出器の角度検出感度や角度検出範囲を異なるようにすることができる。また、受光面の大きさの異なる光検出器であれば、それぞれの受光面を有効に利用できる。
【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の受光面上における光束径がそれぞれ異なる構成とする。
この発明によれば、複数の光検出器の受光面上におけるそれぞれの光束径を変えることで受光面の出力の相対比を変えることができ、光受光器の角度検出精度や検出範囲を異なったものにできる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜４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は異なった感度特性とするので、複数の光束の受光面上の移動量や光束径との組合せにより、角度検出感度の差が大きい検出出力を容易に得ることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれかに記載の角度検出装置において、前記複数の光受光器の角度検出範囲がそれぞれ異なる構成とする。
この発明によれば、複数の光受光器の角度検出範囲がそれぞれ異なるので、複数の光束の受光面上の移動量や光束径との組合せにより、角度検出範囲の差が大きい検出出力を容易に得ることができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜６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任意の受光面が他のいずれかの受光面と近接して配置されている。
この発明によれば、複数の光検出器の受光面が互いに近接して配置されているので、コンパクトな装置とすることができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明では、請求項１〜７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受光面が略同一平面上に並設されている。
この発明によれば、光受光器を略同一平面上に並設するので、コンパクトな装置とすることができる。また、配置が容易になるとともに、装置のレイアウトが簡素となるから製作が容易となる。
【００１８】
請求項９に記載の発明では、請求項１〜８のいずれかに記載の角度検出装置において、前記光路分離面で反射して前記光検出器に向かう光路における該光検出器の受光面と前記光路分離面との間の光路長と、前記光路分離面を透過して前記光検出器の他の光検出器に向かう光路における該光受光器の受光面と前記光路分離面との間の光路長とが、互いに異なる構成とする。
この発明によれば、出射される複数の光束の光路分離面からそれぞれの到達する受光面までの光路長がそれぞれ異なるので、被検物の傾き角度の変化に対応する受光面上での光束の移動量が互いに異なるようにすることができる。その結果、それぞれ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１〜９のいずれかに記載の角度検出装置において、前記複数の光学面の少なくとも１面が、パワーを有する光学面である構成とする。
この発明によれば、光路分離偏向手段または光路分離手段の複数の光学面のうち少なくとも１面がパワーを有するので、光路分離偏向手段または光路分離手段から出射される光束に集光作用を持たせると同時に、複数の受光面上のそれぞれの移動量や光束径を変えることができる。
【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、前記パワーを有する光学面が反射面である。
この発明によれば、光束を集光させるためのパワーを有する光学面は、凸レンズなどの透過面でなく反射面で構成することで、凸レンズよりも小さい曲率の面を設定することができ、像面湾曲の発生を抑えることができ、受光面での中心と端部でスポット径の大きさ変化が小さく高測定精度が可能となる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明では、請求項１０または１１に記載の角度検出装置において、前記パワーを有する光学面が偏心して配置された偏心光学面である。
この発明によれば、パワーを有する光学面が偏心して配置されるので、光束に集光作用を持たせると同時に、光路の自由な折りたたみが可能となり、光学面、受光面の設置の自由度が増え、コンパクト化が可能となる。またパワーを適宜に設定することで光束の受光面上の移動量や光束径を適切に設定することができ、角度検出精度を向上することができる。
【００２２】
請求項１３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、パワーを有する光学面が偏心して配置された偏心光学面からなる。
この発明によれば、光路分離面を偏心光学面とするので、光束に集光作用を持たせると同時に、光路を自由な方向に向けることが可能となり、光学面、受光面の設置の自由度が増え、コンパクト化が可能となる。またパワーを適宜に設定することで光束の受光面上の移動量や光束径を適切に設定することができ、角度検出精度を向上することができる。また主なパワーを光路分離面に持たせることで光学面を減らしたりパワーの分割したりすることが可能となり、コスト削減および収差の低減が可能となる。
【００２３】
請求項１４に記載の発明では、請求項１０〜１３のいずれかに記載の角度検出装置において、前記パワーを有する光学面が正のパワーを有する。
この発明によれば、正のパワーを適宜に設定することにより、複数の光束を集光させ、複数の光検出器の必要に応じた角度検出精度や検出範囲が得られる受光面上の移動量や光束径を得ることができる。
【００２４】
請求項１５に記載の発明では、請求項１０〜１４のいずれかに記載の角度検出装置において、前記パワーを有する光学面が非球面からなる。
この発明によれば、パワーを有する非球面の光学面を備えることにより、数少ない光学面でも球面収差やコマ収差を補正することが可能となり、複数の光束の受光面上での光束径や光学特性を向上させることができる。
【００２５】
請求項１６に記載の発明では、請求項１０〜１４のいずれかに記載の角度検出装置において、前記パワーを有する光学面が自由曲面からなる。
この発明によれば、パワーを有する自由曲面の光学面を備えることにより、収差を低減できるので光学特性を向上することができる。特に、偏心光学系特有の非対称な偏心収差に対して、非回転対称な自由曲面を設けて有効径内に光学面の曲率や傾きを変化させることにより、良好な収差補正が可能となる。また、反射面を自由曲面とする場合は、さらに効果的な収差補正が可能となる。さらに、偏心したパワーを有する光学面を自由曲面で構成する場合には、偏心収差の発生を抑えることが可能となる。
【００２６】
請求項１７に記載の発明では、請求項１〜１６のいずれかに記載の角度検出装置において、前記光源と前記光学分離面との間に、前記光源から放射される光を集光する正のパワーを有する光学素子を配置した構成とする。
この発明によれば、光源からの放射光を集光することができるので、光路分離偏向手段または光路分離手段に入射する光利用効率を高めることができる。また、光受光器の受光面上で光束径を適宜に設定することができる。さらに、他にパワーを有する光学面がある場合は、その光学面のパワー配分を低減することができる。
【００２７】
請求項１８に記載の発明では、請求項１４〜１６のいずれかに記載の角度検出装置において、前記パワーを有する光学面が、前記光源と前記光路分離面との間、前記反射光束の光路中、および前記透過光束の光路中にそれぞれ配置された構成とする。
この発明によれば、反射光束および透過光束の光路中に配置されたパワーを有する光学面によって、それぞれの光束に違うパワーを持たせることが可能となり、受光面上の移動量や光束径を異なるようにすることができる。また、光源と光路分離面との間にもパワーを有する光学面を配置するので、所望の受光面上の移動量や光束径を得るためのパワーを分散することができ、収差発生を抑えることができる。また、光源と光路分離面との間のパワーを有する光学面は、回転対称な面で構成することが好ましい。そうすれば、この回転対称な面でパワーを大きく分担することで、より偏心収差の発生を少なくすることができる。
【００２８】
請求項１９に記載の発明では、請求項１〜１８のいずれかに記載の角度検出装置において、前記複数の光学面の少なくとも２面が、光路をジグザグ状に折りたたむべく略対向して配置された反射面である。
この発明によれば、２面の反射面により光路をジグザグ状に折りたたむことができるので、コンパクトな装置とすることができる。ここで、ジグザグ状とは、Ｚ字状、Ｗ字状またはそれらが反復された幾何学的なパタンを意味する。
【００２９】
請求項２０に記載の発明では、請求項１〜１９のいずれかに記載の角度検出装置において、前記複数の光学面の少なくとも一つが反射面であって、該反射面への入射光を全反射するように構成されている。
この発明によれば、反射面が入射光を全反射するので、そこでの光量損失がないから、光利用効率を向上することができる。また、その反射面では透過光が生じないので、透過光によるフレアなどの迷光を防止することができる。
【００３０】
請求項２１に記載の発明では、請求項１〜２０のいずれかに記載の角度検出装置において、前記複数の光学面の少なくとも１面が、プリズム部材により形成されたことを特徴とする。
この発明によれば、光学面がプリズム部材により形成されるので、光学面が偏心していてもプリズム部材の他の面を取付基準面として、正確かつ容易に配置することができる。また、プリズム部材の屈折率を１以上とすることにより部材内の光路を全反射させる光学面を容易に形成することができる。
【００３１】
請求項２２に記載の発明では、請求項２１に記載の角度検出装置において、前記複数の光学面が、前記プリズム部材に一体化して形成された構成とする。
この発明によれば、光学面がプリズム部材に一体化して形成されているので、単一の硝材の外周部に光学面を形成することにより、それぞれの光学面の位置調整が不要となり、部品点数を削減することが可能となる。さらに光路分割偏向手段もしくは光路分離手段をプリズムに一体化して形成できるため、光学素子の接合作業が不要となり、製作性を向上することができる。
【００３２】
請求項２３に記載の発明では、請求項１〜２２のいずれかに記載の角度検出装置において、前記光路分離面が、ビームスプリッタにより形成された構成とする。
この発明によれば、ビームスプリッタを用いるので、光路を分離する場合、ビ−ムスプリッタ面は光学面として作用し、透過光と反射光とは偏光方向を自由に設定でき、光量もコーティングの設計により容易に最適な割合にすることが可能となる。最適な割合とは、例えば、複数の検出器の光量利用効率などに起因した要素が挙げられる。
【００３３】
請求項２４に記載の発明では、請求項１〜２２のいずれかに記載の角度検出装置において、前記光路分離面が、偏光成分により光路を分離する偏光分離面からなる。
この発明によれば、偏光成分により光路を分離するので、容易に偏光分離ができ、分離後は偏光成分が揃えられるから、分離後の光学面の反射率および透過率が、偏光成分に応じて最適となるように構成することができる。その結果、光量損失を少なくすることができる。
【００３４】
請求項２５に記載の発明では、請求項２４に記載の角度検出装置において、前記偏光分離面が、偏光ビームスプリッタにより形成された構成とする。
この発明によれば、偏光ビームスプリッタを用いるので、偏光分離面を容易に設けることができる。
【００３５】
請求項２６に記載の発明では、請求項１〜２５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ので、４分割された受光面上での光束スポットから算出される出力値の変化により２次元の相対変位を精度よく検出することができるので、２軸回りの角度検出が可能となり、２次元の傾き角度を検出することができる。
【００３６】
請求項２７に記載の発明では、請求項１〜２５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。
この発明によれば、２次元の位置検出受光器を用いるので、受光面上での光束のスポットの光量中心に応じた２次元の位置をアナログ的な簡素な信号で検出できるから、受光面の広さに応じた検出範囲において２軸回りの角度検出が可能となり、２次元の傾き角度度を幅広く検出することができる。
【００３７】
請求項２８に記載の発明では、請求項１〜２５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ＣＣＤである。
この発明によれば、２次元ＣＣＤを用いるので、受光面上のスポット径が小さい場合は、その位置により容易に２次元の傾き角度を検出でき、受光面出のスポット径が任意の面積をもっている場合は、スポットの光量分布データを出力として取り出せるから、それらを適宜信号処理することにより、光束のスポットの中心位置を検出できる。その結果、受光面の広さに応じた検出範囲において２軸回りの角度検出が可能となり、２次元の傾き角度を幅広く検出することができる。その際、フレア光など測定ノイズとなる迷光が重畳していても、適宜の信号処理によって除去することが容易なので、Ｓ／Ｎ比の高い角度検出を行うことができる。
【００３８】
請求項２９に記載の発明では、請求項１〜２５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、検出感度の高い４分割受光器を用いることで、位置検出受光器やＣＣＤなどの高価な検出器を使わなくても容易に正確な２次元の傾き角度を検出することができる。
【００３９】
請求項３０に記載の発明では、請求項１〜２５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ＣＣＤを含む。
この発明によれば、検出範囲は狭いが検出感度の高い４分割受光器と、広範囲の検出を可能とする２次元ＣＣＤを使用するので、仕様が精密で高価なＣＣＤではなく低価格のＣＣＤを用いて粗い角度検出を行い、正確な検出値は４分割受光器が担当することで、高価な光検出器を使わなくても容易に、正確な２次元の傾き角度を検出することができる。つまり、検出感度の高い角度検出と、検出範囲の広い角度検出とを多重に行うことができる。
【００４０】
請求項３１に記載の発明では、請求項１〜３０のいずれかに記載の角度検出装置において、前記光源が、レーザ光源であることを特徴とする。
この発明によれば、レーザ光源を光源とするので、色収差がなく良好な結像性能が得られるから、検出精度に優れた光束径を光受光器の受光面上に形成することができる。
【００４１】
請求項３２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１〜３１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１〜３１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。さらに、検出用反射面を光偏向素子に一体に設けるので、部品点数が削減され、組立性が向上し、コンパクトな装置となり、コスト低減が図れる。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独立に角度検出したりすることが可能となる。
【００４２】
請求項３３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１〜３１のいずれかに記載の角度検出装置とを備える。
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１〜３１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ていながら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にすることができる。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。
【００４３】
【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。
【００４４】
［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を説明するための概念図である。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。また、測定光学系６０ａの概略構成は、レーザ光源部１（光源）、光路分離偏向手段６および光検出部１０からなる。
そして、レーザ光源部１から放射されるレーザ光２を角度検出の対象物（被検物）に設けられた光路分離偏向手段６に照射し、その反射光を光検出部１０で受光して、複数の独立した傾き角度検出を行い、その受光信号を信号処理部６０ｂで信号処理し、光路分離偏向手段６の傾き角度の大きさに応じた検出レベル信号２０３を出力するものである。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
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が設けられている。支持部材５ｂの裏面側には、角度検出を行うために光路分離偏向手段６が取り付けられている。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。
【００４７】
なお、図１では、光路分離偏向手段６は、支持部材５ｂに埋め込まているように描かれているが、これは概念図のためであり、埋め込まれている必要はない。また偏向ミラー面５ａの傾き角度（偏向角）に連動して傾斜すれば、支持部材５ｂに固設されていてもよいし、着脱可能であってもよい。
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、測定光学系６０ａを設計する際の光路分離偏向手段６の回動中心の位置と、回動ミラー５の回動中心の位置とは一致されている。
【００４８】
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。
まず、測定光学系６０ａについて、図２を参照して、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。回転方向の正方向は、座標軸を正方向から見て反時計回りの方向とする。
図２（ａ）、（ｂ）は、光路分離偏向手段６が、中立位置からＸ軸回りにそれぞれ＋２°、−２°回転した場合の光路を示す。
【００４９】
レーザ光源部１は、半導体レーザ１ａ、カバーガラス１ｂおよび集光レンズ１ｃを備える。
半導体レーザ１ａは、光路分離偏向手段６に所定強度のレーザ光２を放射するための発光源である。半導体レーザ１ａの波長は、後述する光路分離偏向手段６の光学特性や後述する光検出部１０の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。
カバーガラス１ｂは、半導体レーザ１ａの劣化防止や素子保護のために半導体レーザ１ａの放射光の光路中に光軸に略直交するように配置された平行ガラス板である。これは、パッケージ化された素子には通常付属するものであるが、必ずしも必須の構成ではない。例えば、次に説明する集光レンズ１ｃなどでレーザの出射口を密閉するような構成であれば、特に設けなくてもよい。
【００５０】
集光レンズ１ｃは、半導体レーザ１ａからの発散光を所定角に広がる光束に整えるための光学素子である。このため、種々開口数を有する発光源も利用することが可能となっている。
本実施形態では、正のパワーを有する、例えば両凸レンズを採用し、透過後のレーザ光２がより収束するようにしている。
集光レンズ１ｃの後段の光軸上には、絞り３が配置されている。絞り３は、レーザ光２のスポット径を整形したり、光量分布を整えたりするためのもので、例えば、円形、楕円形など光量分布を適宜補正するための絞り形状を採用することができる。半導体レーザ１ａの発散角または集光レンズ１ｃの開口数によって決まる光束の広がりをそのまま利用する場合には、特に設けなくてもよい。
このようなレーザ光源部１は、偏向ミラー面５ａが中立位置にあるときに、光路分離偏向手段６の所定位置に向けてレーザ光２を放射する位置に固定されている。
【００５１】
光路分離偏向手段６は、レーザ光源部１から放射されたレーザ光２が入射したとき、レーザ光２の光路を分離面反射光２ａ（反射光束）および分離面透過光２ｂ（透過光束）に分離し、偏向ミラー面５ａの偏向角に応じて、複数の光束として出射するための手段である。
本実施形態では、屈折・反射・光路分離などの光学作用を有する複数の光学面を備える接合光学素子６Ａを採用している。
【００５２】
接合光学素子６Ａは、レーザ光源部１側から、プリズム面６ａ、光路分離面６ｂおよび反射面６ｃ（分離後反射面）の光学面を所定の面間隔と偏心を設けて配置した光学素子である。例えば、プリズム面６ａおよび光路分離面６ｂと同形状の面を有するプリズム７と、反射面６ｃおよび光路分離面６ｂと同形状の面を有するプリズム８とを光路分離面６ｂと同形状の面同士を密着させて接合した構成を採用することができる。プリズム７、８の材質は、適宜の屈折率を備えるガラス硝材、合成樹脂材料などを採用することができる。それらの材質は必要に応じて、同じ材質や異なる材質が採用できる。
【００５３】
プリズム面６ａは、レーザ光２の入射面と接合光学素子６Ａからの複数の光束の出射面を兼ねており、複数の光束が、後述する光検出部１０の受光面上に適宜のスポット径（光束径）を形成するため光学面である。
したがって、光検出部１０の配置位置や、その受光面上での光束のスポットの移動量やスポット径（以下、特に断らない限り、受光面上での光束のスポットおよびそのスポット径を、それぞれ単にスポット、スポット径と称する）に応じて、種々の構成が採用できる。
【００５４】
本実施形態では、プリズム面６ａは、レーザ光２を略平行光とし、分離面反射光２ａおよび分離面透過光２ｂが出射される際に適宜集光される正のパワーを有している。出射光を受光面に導くために、レーザ光源部１の光軸に対しては偏心して配置されている。そして、接合光学素子６Ａの傾斜して、光束が異なる位置で入出射しても略スポット径が均一に保たれるとともに、中立位置からの傾き角度に応じてスポットの移動が略対称となるようにする非回転対称な自由曲面とされている。また、この自由曲面は偏心した反射面で発生する特殊な偏心収差を補正するためにも用いられている。
【００５５】
光路分離面６ｂは、プリズム面６ａで略平行とされたレーザ光２を、分離面反射光２ａと分離面透過光２ｂとの２つの光路に分離するための光学面である。本実施形態では、プリズム７、８の間に、例えば、レーザ光２を約５０％透過させ、約５０％反射させるコーティング層を設けることにより構成されている。
そして、レーザ光源部１と光検出部１０とが近接して配置可能となるように、偏向ミラー面５ａの中立位置では、レーザ光２の入射角が所定角θとなるように配置されている。本実施形態では、θが、レーザ光源部１と光検出部１０を近接させて装置をコンパクトに構成するために４５°より小さくされている。
光路分離面６ｂの面形状は、スポットの移動量の対称性とスポット径の均一性を向上するために、反射側で正のパワーを備える非球面成分を含む自由曲面とすることが好ましい。
【００５６】
反射面６ｃは、分離面透過光２ｂを反射して、その反射光を光路分離面６ｂ、プリズム面６ａを経て接合光学素子６Ａの外部に出射するために、プリズム８に偏心配置された裏面反射面である。そして、分離面透過光２ｂを集光するための正のパワーを有している。このような偏心配置された反射面を設けることにより光路をコンパクトに折りたたむことができるという利点がある。
反射面６ｃの光軸に対する傾斜は、分離面透過光２ｂを分離面反射光２ａと横並びの位置に折り返すために、光路分離面６ｂと同程度かわずかに大きい傾斜を有するようにすることが好ましい。
また、面形状は、光路分離面６ｂと同様に非球面成分を含む自由曲面とすることが好ましい。そのような自由曲面とすることにより、偏心した反射面で発生する特殊な偏心収差を補正することができるという利点がある。
【００５７】
光検出部１０は、４分割された受光面を有する４分割受光器である光検出器１０ａ、１０ｂからなり、それぞれの受光面１１ａ、１１ｂが略同一平面上に並列するように隣接され、光軸方向は、レーザ光源部１および接合光学素子６Ａとで構成される光学系の焦点面とプリズム面６ａの中間位置に配置されている。
【００５８】
図３は、光検出器１０ａ（１０ｂ）を説明するための光軸視の模式図である。光検出器１０ａ（１０ｂ）は、受光面１１ａ（１１ｂ）が受光部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄに４分割され、それらが、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。受光部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ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光束の光量を検出し、検出信号を出力することが可能とされている。
【００５９】
各受光部は、位置検出方向を図示のようにｘ、ｙ方向としたとき、ｘ方向に受光部１１Ａ、１１Ｂが隣接して配置され、かつ受光部１１Ｃ、１１Ｄが隣接して配置されている。さらに、ｙ方向には、受光部１１Ａ、１１Ｃが隣接して配置され、かつ受光面１１Ｂ、１１Ｄが隣接して配置される構成とされている。そして、受光部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは、接合光学素子６Ａ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。
【００６０】
信号処理部６０ｂ（図１参照）は、半導体レーザ１ａを駆動して発光させ、光検出器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。
【００６１】
次に本実施形態に係る角度検出装置６０の作用について説明する。
まず、図２（ａ）を参照して、接合光学素子６Ａが中立位置からＸ軸回りの正方向に２°回転した場合について説明する。
レーザ光源部１では、半導体レーザ１ａから放射され、カバーガラス１ｂを透過したレーザ光２は、集光レンズ１ｃを透過し、その集光作用を受けて所定角に広がる光束に整えられる。さらに、絞り３により、光束径が適宜に整形されて、接合光学素子６Ａに向けて放射される。
レーザ光２は、プリズム面６ａにより集光され、略平行光とされて、プリズム面６ａの偏心量に応じてレーザ光源部１の光軸からずれながらプリズム７内を進む。そして、光路分離面６ｂに到ると、約５０％が分離面反射光２ａとして反射され、一方、約５０％が分離面透過光２ｂとして透過し、２つの光路に分離される。
【００６２】
分離面反射光２ａの進む光路（以下、第１の光路と称する）では、分離面反射光２ａは光路分離面６ｂの正のパワーにより集光されて、プリズム面６ａに向けて反射される。そしてプリズム面６ａの正のパワーにより集光されて所定方向に屈折され、接合光学素子６Ａの外部に出射される。そして、受光面１１ａ上で、図３におけるスポット３０ａとスポット３０ｃとの中間の位置にスポットを形成する。
【００６３】
分離面透過光２ｂの進む光路（以下、第２の光路と称する）では、分離面透過光２ｂはプリズム８内部を進んで、反射面６ｃにより、分離面反射光２ａと同方向またはわずかに遠ざかる方向に反射される。そして反射面６ｃの正のパワーにより、さらに集光されて、光路分離面６ｂを通過し、プリズム７内部を進む。そして、プリズム面６ａを透過してその正のパワーの作用を受けてさらに集光されながら接合光学素子６Ａの外部に出射される。
そして、受光面１１ｂ上で、図３におけるスポット３０ａとスポット３０ｃとの中間の位置にスポットを形成する。
なお、光路分離面６ｂを通過するとき、プリズム７、８との屈折率に差がなければ、そのまま直進するが、必要に応じて、屈折率に差を設けて光路分離面６ｂのパワーの作用を受けるようにしてもよい。
【００６４】
次に、接合光学素子６Ａが中立位置からＸ軸回りの負方向に２°回転した場合（図２（ｂ）参照）は、接合光学素子６Ａが上記の説明とは逆方向の傾斜となり、光路分離面６ｂ、反射面６ｃがともに傾斜方向を変えるため、受光面１１ａ、１１ｂ上でのスポットが上記の説明とは異なる位置に照射される点が異なる。すなわち、図３において、それぞれのスポットは、スポット３０ａ、３０ｂの中間の位置に照射される。
【００６５】
このような構成によれば、分離面透過光２ｂが反射面６ｃで折りたたまれて、分離面反射光２ａと略平行して出射されるので、第２の光路の光路長を第１の光路の光路長よりも長くしつつ、光検出器１０ａ、１０ｂを同一平面に並設することができるものである。
そして、それぞれの受光面１１ａ、１１ｂ上で、分離面透過光２ｂのスポット径が分離面反射光２ａのスポット径よりも小さくなるように構成されている。そのため、光検出器１０ａに対する分離面反射光２ａのスポット径が比較的大きくなる結果、４分割受光器で検出できる範囲が広くなる。一方、光検出器１０ｂに対する分離面透過光２ｂのスポット径は比較的小さくなる結果、４分割受光器で検出できる範囲が狭くなり、精密測定に好適となる。
【００６６】
次に、４分割ＰＤの位置検出の原理を説明する。
受光面１１ａ（１１ｂ）にスポットが照射されたときの受光部１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ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、接合光学素子６Ａから受光面１１ａ（１１ｂ）までの所定の光路長とに基づいて、接合光学素子６Ａ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、接合光学素子６Ａ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。
なお、４分割受光器で位置ずれ量が計測可能なのは、スポットが４分割受光器の十字状の交差点を含むように照射される範囲内に限られる。したがって、スポット径の範囲の移動に限られる。したがって、４分割受光器では、スポット径が大きいほど検出範囲が広くなる。
【００６７】
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（光路分離偏向手段６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、それぞれ光検出器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。すなわち、応答曲線１２の検出感度は低い。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、受光面１１ａ、１１ｂ上でそれぞれのスポット径に差があるためである。したがって、光検出器１０ａでは、広範囲測定が可能となり、光検出器１０ｂでは、検出範囲は狭いが、検出感度は比較的高いので、精密測定が可能となっている。
図５に示したのは、本実施形態で、接合光学素子６Ａを中立位置から±５°回転させたときの概略光路図である。図５において、実線は＋５°、二点鎖線は−５°、回転させた場合の各光学面の位置および光路を示す。このように、光検出器１０ａでは、±５°という広範囲の角度検出が可能となっている。なお、第２の光路は、図示を省略している。
【００６８】
なお、広範囲測定が可能となるか、精密測定が可能となるかは、４分割受光器の受光面積に対するスポット径の大きさによる。スポット径が大きいと、図４の応答曲線１２のように検出範囲は大きいが、一定の傾き角に対して電圧出力値変化が小さくなり、検出感度が低く検出精度が下がる。反対にスポット径が小さいと一定の傾き角に対して、電圧出力値の変化が大きくなり、検出感度が高くなり、検出精度が高くなる。したがって、スポット径の大きさと受光面の大きさは適宜に組み合わせるようにすることが好ましい。
【００６９】
このように、本実施形態に係る角度検出装置６０によれば、同一の構成により同一の検出感度を有する光検出器１０ａ、１０ｂを用いる場合でも、スポット径を独立に変えることができ、その結果、光検出器１０ａ、１０ｂの角度検出感度、検出範囲および検出精度を変えることができる。すなわち、光検出器１０ａ出力は、角度検出感度は低く、検出範囲は広く、検出精度は低いという特性を備え、逆に光検出器１０ｂの出力は、角度検出感度は高く、検出範囲は狭く、検出精度は高いという特性となる。つまり、同一の被検物の角度変化を検出感度、検出範囲、検出精度の異なる２つの光検出器で同時に二重に測定することができる。
【００７０】
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。例えば、偏向ミラー面５ａの偏向角制御をする場合などにおいて、制御初期に偏向角のばらつきが大きい段階では、粗調整用の角度検出で制御し、微調整用の角度検出範囲に入ったら、微調整用で高精度に角度制御を行う、というように使用することができる。
【００７１】
さらに、このように二重に角度検出できるにもかかわらず、レーザ光源部１と、光路分離面６ｂまで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。
また、光検出器１０ａ、１０ｂを略同一平面に並設しているので、例えば信号処理部６０ｂをその裏面側にまとめて配置して、コンパクトに構成することが可能であり、また組付けも容易となるという利点がある。また、例えば、同一基板上に８分割受光器が並設することにより、２つの光検出器を一体化したり、チップ状部品としたりすることができ、部品点数を削減することが可能である。
【００７２】
また、本実施形態では、光路をコンパクトに構成するために、非回転対称な自由曲面からなる光学面を偏心させて配置している。偏心光学面は、一般には特殊な収差を発生させる。例えば、軸上において非点収差、コマ収差が発生したり、ディストーション（像歪み）が偏心収差独特の台形や弓形になったりする。これらが顕著になれば、角度検出精度に影響するが、本実施形態では、自由曲面を採用しているので、有効径内の上下で曲率や傾きに違いを出すことで、偏心収差を良好に補正することが可能となっている。
また、非回転対称な自由曲面を反射面に用いることにより、収差補正効果をさらに高めることが可能となっている。
【００７３】
また、光路分離偏向手段６をプリズム状の部材として構成することにより、プリズム状部材の外周面を利用して位置決め面や配置基準面を容易に形成することができるので、製作や組付けが容易となるという利点がある。
【００７４】
次に、本実施形態の角度検出装置６０に係る第１変形例について説明する。
本変形例は、測定光学系６０ａにおいて、接合光学素子６Ａに代えて接合光学素子６Ｂ（光路分離偏向手段）を用い、光検出器１０ｂに代えて光検出器１０ｃを用いた例である。以下では、上記の説明と異なる点のみ簡単に説明する。なお、スポット径を適宜に調整するために、絞り３に代えて開口の大きさの異なる絞り９を用いているが、絞り３と同様に必須の構成ではない。
図６は、本実施形態の第１変形例に係る測定光学系６０ａの概略構成を説明するための概略光路図である。図６（ａ）、（ｂ）は、接合光学素子６Ｂが、中立位置からＸ軸回りにそれぞれ＋５°、−５°回転した場合の光路を示している。
【００７５】
本実施形態の第１変形例に係る接合光学素子６Ｂは、接合光学素子６Ａのプリズム７、８をプリズム１５、１６に代え、プリズム面６ａ、光路分離面６ｂ、反射面６ｃを、プリズム面６ｄ、光路分離面６ｅ、反射面６ｆ（分離後反射面）に代えたものである。これらの光学面の作用、曲面の種類、配置位置は、それぞれ略同様である。
したがって、レーザ光源部１から放射されたレーザ光２は、正のパワーを有するプリズム面６ｄにより略平行光とされ、光路分離面６ｅにより、分離面反射光２ａと分離面透過光２ｂに光路が分離される。
【００７６】
第１の光路では、光路分離面６ｅのパワーにより集光状態を変えながら、プリズム面６ｄを透過して受光面１１ａに向けて出射される。プリズム面６ｄの正のパワーにより集光されるが、プリズム面６ａと同様に受光面１１ａ上で比較的大きなスポットが形成される。
第２の光路では、光路分離面６ｅを透過した分離面透過光２ｂが、正のパワーを有する反射面６ｆにより反射され、集光されつつ、プリズム面６ｄを透過し、さらに集光されて受光面１１ｂに向けて出射される。
ここで、それぞれ正のパワーを有するプリズム面６ｄと反射面６ｆとの組合せにより、受光面１１ｃが略焦点面となるように構成されている。したがって、受光面１１ｃ上では、スポットは点スポットとなっている。
【００７７】
光検出器１０ｃは、小径のスポット径であっても、受光面上の位置が検出可能なセンサ、例えば、２次元の位置検出受光器（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、一般にＰＳＤと略称されている）を採用する。
図７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。
接合光学素子６Ｂが２軸方向に傾斜することにより、中立位置にあるスポット３１ａが、破線のように移動すると、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。例えば、図６（ａ）のようにＸ軸回りの負方向に５°回転した場合は、スポット３１ｃの位置に、同様に、正方向に５°回転した場合（図６（ｂ）参照）は、スポット３１ｂの位置にスポットが照射され、それに応じて出力電圧が発生する。
光検出器１０ｃでは、２次元ＰＳＤを用いるために、点スポットであっても広範囲の角度検出が可能になっている。
【００７８】
したがって、ｘ、ｙ方向の位置をそれぞれ検出することにより、接合光学素子６Ｂの２軸回りの傾き角度（偏向角）の成分が検出される。
このような２次元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することにより、受光面すべてを検出範囲として利用することができるという利点がある。
【００７９】
このような第１変形例の作用として、コンパクトな構成でありながら角度検出範囲を向上することができることが挙げられる。
図８に示したのは、本変形例で、接合光学素子６Ｂを中立位置から±１２°回転させたときの概略光路図である。図８において、実線は＋１２°、二点鎖線は−１２°、回転させた場合の各光学面の位置および光路を示す。第１の光路の図示は省略している。
接合光学素子６Ａを用いた実施形態では、光検出器１０ａ、１０ｂのいずれも４分割受光器を用いたので、スポットの移動量が大きい光検出器１０ｂにおける角度検出範囲が±２°に制約されていた。本変形例では、光検出器１０ａにおける角度検出範囲は±５°と変わらないが、スポット径を小さくするとともに、接合光学素子６Ｂの傾き角度に対するスポットの移動量を受光面１１ａ上よりも小さくしたことにより、受光面１１ｂと同じ大きさであっても、角度検出範囲を拡大することが可能となっている。
本変形例は、角度検出範囲を広くするために２次元ＰＳＤを、角度検出精度を高くするために４分割受光器を、それぞれ組み合わせて用いた例となっている。
【００８０】
次に、本実施形態の角度検出装置６０に係る第２変形例について説明する。
本変形例は、測定光学系６０ａにおいて、集光レンズ１ｃに代えて集光レンズ１ｄを用い、接合光学素子６Ａに代えてプリズム型光学素子１７（光路分離偏向手段）を用い、光検出器１０ｂに代えて光検出器１０ｃを用いた例である。以下では、上記の説明と異なる点のみ簡単に説明する。なお、絞り３に代えて開口の大きさの異なる絞り１８を用いているが、絞り３と同様に必須の構成ではない。図９は、本実施形態の第２変形例に係る測定光学系６０ａの概略構成を説明するための概略光路図である。図９（ａ）、（ｂ）は、プリズム型光学素子１７が、中立位置からＸ軸回りにそれぞれ＋５°、−５°回転した場合の光路を示している。図１０は、同じく±１２°回転したときの概略光路図である。図１０において、実線は＋１２°、二点鎖線は−１２°回転した場合の各光学面の位置および光路を示す。第１の光路は、図示を省略している。
【００８１】
集光レンズ１ｄは、半導体レーザ１ａ、カバーガラス１ｂを透過したレーザ光２の発散角を収束するために設けられた正のパワー有するレンズである。
プリズム型光学素子１７は、屈折率が１より大きい適宜硝材の外周部に、光路分離面１７ａ、反射面１７ｂ（分離後反射面）、プリズム面１７ｃが形成された光学素子である。接合光学素子６Ａとの対応では、第１の光路においては、プリズム面６ａに相当する光学面が省略され、光路分離面６ｂに対応して光路分離面１７ａが設けられている。第２の光路においては、反射面６ｃに対応して反射面１７ｂが設けられ、プリズム面６ａに対応してプリズム面１７ｃが設けられている。いずれの光学面もパワーを有する非回転対称な自由曲面から構成され、それぞれ偏心して配置されている。
【００８２】
第１の光路では、光路分離面１７ａにおいて反射された分離面反射光２ａが、光路分離面１７ａの有するパワーに応じて集光状態を変えつつ、受光面１１ａに向かう。光路分離面１７ａのパワーは、受光面１１ａで、適宜の検出精度が得られる程度に大きいスポット径が形成されれば、正負いずれでもよい。光路分離面１７ａは、レーザ光２が４５°前後の入射角を持つように傾斜されている。このため、光検出部１０の受光面とレーザ光源部１の光軸とを略平行に配置することが可能となっている。
第２の光路では、第１変形例の反射面６ｆと同様に比較的強い正のパワーを備える反射面１７ｂが、光路分離面１７ａと略同様の傾斜を有するように配置され、分離面透過光２ｂを集光しつつ、プリズム面１７ｃに向けて反射し、正のパワーを有するプリズム面１７ｃにより、さらに集光しつつ、受光面１１ｃに向けて出射する。受光面１１ｃは、略焦点面に配置され、第１変形例と同様に、その上に点スポットが形成され、広範囲の角度検出が可能となっている。
なお、反射面１７ｂは、全反射する光学面として形成されている。
【００８３】
このような第２変形例によれば、光検出器１０ａ、１０ｃを用いて、検出感度と検出範囲の異なる二重の角度検出が行えるという第１変形例と同様の作用効果を有するものである。
さらに、本変形例によれば、スポット径の大きい第１の光路を光路分離面１７ａのみで構成したので、プリズム型光学素子１７の光学面を３面とすることができる。そのため、複数の光学素子を接合しないで、１つの硝材の外周部にそれらの光学面を構成することが可能となり、プリズム型光学素子１７の製作が容易となるという利点がある。また、その結果、製作コストを低減することができるという利点がある。
【００８４】
次に、本実施形態の角度検出装置６０に係る第３変形例について説明する。
本変形例は、測定光学系６０ａにおいて、集光レンズ１ｃに代えて集光レンズ１ｅを用い、接合光学素子６Ａに代えてプリズム型光学素子１９（光路分離偏向手段）を用い、光検出器１０ｂに代えて光検出器１０ｃを用いた例である。以下では、上記の説明と異なる点のみ簡単に説明する。なお、絞り３に代えて開口の大きさの異なる絞り２０を用いているが、絞り３と同様に必須の構成ではない。図１１は、本実施形態の第３変形例に係る測定光学系６０ａの概略構成を説明するための概略光路図である。図１１（ａ）、（ｂ）は、プリズム型光学素子１９が、中立位置からＸ軸回りにそれぞれ＋３°、−３°回転した場合の光路を示している。図１０は、同じく±８°回転したときの概略光路図である。図１０において、実線は＋８°、二点鎖線は−８°回転した場合の各光学面の位置および光路を示す。第１の光路は、図示を省略している。
【００８５】
集光レンズ１ｅは、半導体レーザ１ａ、カバーガラス１ｂを透過したレーザ光２の発散角を収束するために設けられた正のパワー有するレンズである。
プリズム型光学素子１９は、屈折率が１より大きい硝材の外周部に、光路分離面１９ａ、反射面１９ｂ（分離後反射面）が形成された光学素子である。接合光学素子６Ａとの対応では、第１の光路においては、プリズム面６ａに相当する光学面が省略され、光路分離面６ｂに対応して光路分離面１９ａが設けられている。第２の光路においては、反射面６ｃに対応して反射面１９ｂが設けられ、プリズム面６ａに対応して光路分離面１９ａが設けられている。光路分離面１９ａと反射面１９ｂとは、略平行の位置関係に設けられている。また、いずれの光学面もパワーを有する非回転対称な自由曲面から構成され、それぞれ偏心して配置されている。そして、光路分離面１９ａは、第２の光路における分離面透過光２ｂが出射される際に集光されるパワーを備えている。
【００８６】
第１の光路では、光路分離面１９ａにおいて反射された分離面反射光２ａが、光路分離面１９ａの有するパワーに応じて集光状態を変えつつ、受光面１１ａに向かう。光路分離面１９ａは、レーザ光２が４５°前後の入射角を持つように傾斜されている。このため、光検出部１０の受光面とレーザ光源部１の光軸が略平行に配置することが可能となっている。
第２の光路では、第２変形例の反射面１７ｂと同様に比較的強い正のパワーを備える反射面１９ｂが、光路分離面１９ａと略同様の傾斜を有するように配置され、分離面透過光２ｂを集光しつつ、分離面透過光２ｂをレーザ光２の入射位置に並列する光路分離面１９ａ上に向けて反射する。そして、正のパワーを有する光路分離面１９ａの作用により、その透過光がさらに集光されて、受光面１１ｃに向けて出射される。受光面１１ｃは、略焦点面とされ、第１、２変形例と同様に、その上に点スポットが形成され、広範囲の角度検出が可能となっている。
なお、反射面１９ｂは、全反射する光学面として形成されている。
【００８７】
この第３変形例によれば、光検出器１０ａ、１０ｃを用いて、検出感度と検出範囲の異なる二重の角度検出が行えるという第１、２変形例と同様の作用効果を有するものである。
さらに、本変形例によれば、光路分離面１９ａを透過時に正のパワーを有する自由曲面とすることにより、分離面透過光２ｂを受光面１１ｃ上に集光するようにしたので、プリズム型光学素子１９の光学面を２面に減らすことができる。しかも、光路分離面１９ａと反射面１９ｂとは、略平行なので、第２変形例のプリズム型光学素子１７に比べても、プリズム型光学素子１９の製作が一層容易となるという利点がある。
【００８８】
次に、本実施形態の角度検出装置６０に係る第４変形例について説明する。
本変形例は、上記の例と異なり、受光面上のスポット径がともに小さくなるように分離面反射光２ａ、分離面透過光２ｂを集光する例となっている。すなわち、測定光学系６０ａにおいて、集光レンズ１ｃに代えて集光レンズ１ｄを用い、接合光学素子６Ａに代えてプリズム型光学素子２１（光路分離偏向手段）を用い、光検出器１０ａ、１０ｂに代えて光検出器１０ｃ、１０ｄを用いた例である。光検出器１０ｄは、光検出器１０ｃの受光面１１ｃと同一の受光面１１ｄを有するセンサを採用することができる。
以下では、上記の説明と異なる点のみ簡単に説明する。なお、絞り３に代えて開口の大きさの異なる絞り２２を用いているが、絞り３と同様に必須の構成ではない。
図１３は、本実施形態の第４変形例に係る測定光学系６０ａの概略構成を説明するための概略光路図である。図１３（ａ）、（ｂ）は、プリズム型光学素子２１が、中立位置からＸ軸回りにそれぞれ＋５°、−５°回転した場合の光路を示している。図１４は、同じく±１１°回転したときの概略光路図である。図１４において、実線は＋１１°、二点鎖線は−１１°回転した場合の各光学面の位置および光路を示す。第１の光路は、図示を省略している。
【００８９】
プリズム型光学素子２１は、屈折率が１より大きい適宜硝材の外周部に、光路分離面２１ａ、反射面２１ｂ（分離後反射面）、プリズム面２１ｃが形成された光学素子である。接合光学素子６Ａとの対応では、第１の光路においては、プリズム面６ａに相当する光学面が省略され、光路分離面６ｂに対応して光路分離面２１ａが設けられている。第２の光路においては、反射面６ｃに対応して反射面２１ｂが設けられ、プリズム面６ａに対応してプリズム面２１ｃが設けられている。また、いずれの光学面もパワーを有する非回転対称な自由曲面から構成され、それぞれ偏心して配置されている。
【００９０】
第１の光路では、反射面として正のパワーを有する光路分離面２１ａにおいて反射された分離面反射光２ａが、集光されつつ受光面１１ｃに向かう。光路分離面２１ａのパワーは、受光面１１ｃが略焦点面となるように設定され、分離面反射光２ａが受光面１１ｃ上で小径のスポット径となるように構成されている。
第２の光路では、第２変形例の反射面１７ｂと同様に比較的強い正のパワーを備える反射面２１ｂが配置され、分離面透過光２ｂを集光しつつ、分離面透過光２ｂをプリズム面２１ｃに向けて反射する。そして、正のパワーを有するプリズム面２１ｃの作用により、その透過光がさらに集光されて、受光面１１ｄに向けて出射される。受光面１１ｄは、略焦点面とされ、第１、２および３変形例と同様に、その上に点スポットが形成され、広範囲の角度検出が可能となっている。なお、反射面２１ｂは、全反射する光学面として形成されている。
ここで、一定傾き角度に対する受光面１１ｃ上と受光面１１ｄ上の点スポット移動量に差が出るように光路長や光学面のパワーを設定しているので、広範囲測定と精密測定を行うことができる。一定傾き角度に対する移動量が大きい受光面１１ｃは分解能がよく精密測定が可能となり、移動量の小さい受光面１１ｄでは±１１°という広範囲の測定が可能となっている。
【００９１】
このような第４変形例によれば、光検出器１０ｃ、１０ｄは、同様のセンサを用いているが、プリズム型光学素子２１の傾斜に対する受光面上の移動量が、光路分離面２１ａおよび反射面２１ｂからの光路長の相違により異なっているので、角度検出感度と角度検出範囲が異なる構成が可能となっている。したがって、検出感度と検出範囲の異なる二重の角度検出が行えるという第１〜３変形例と同様の作用効果を有するものである。
また、第２変形例のプリズム型光学素子１７と同様に、硝材の外周部に３面の光学面を設けた例となっているので、製作が容易となるという利点がある。
【００９２】
次に、本実施形態の角度検出装置６０に係る第５変形例について説明する。
本変形例は、測定光学系６０ａにおいて、集光レンズ１ｃに代えて集光レンズ１ｆを用い、接合光学素子６Ａに代えてプリズム型光学素子２３（光路分離偏向手段）を用い、光検出器１０ａ、１０ｂに代えて光検出器１０ｃ、１０ｄを用いた例である。そして、受光面１１ｄ上にフレア光などを除去するための偏光板２４が配置されている。
プリズム型光学素子２３は、第４変形例におけるプリズム型光学素子２１をさらに変形した例となっている。
以下では、上記の説明と異なる点のみ簡単に説明する。なお、絞り３に代えて開口の大きさの異なる絞り２８を用いているが、絞り３と同様に必須の構成ではない。
図１５は、本実施形態の第５変形例に係る測定光学系６０ａの概略構成を説明するための概略光路図である。図１５（ａ）、（ｂ）は、プリズム型光学素子２１が、中立位置からＸ軸回りにそれぞれ＋５°、−５°回転した場合の光路を示している。図１６は、同じく±１０°回転したときの概略光路図である。図１６において、実線は＋１０°、二点鎖線は−１０°回転した場合の各光学面の位置および光路を示す。
【００９３】
プリズム型光学素子２３は、屈折率が１より大きい硝材の外周部に、光路分離面２３ａ、反射面２３ｂ、２３ｃ、２３ｄおよび透過面２３ｅが形成された光学素子である。プリズム型光学素子２１との対応では、第１の光路においては、光路分離面２１ａに対応して光路分離面２３ａが設けられている。第２の光路においては、反射面２１ｂに対応して反射面２３ｂ（分離後反射面）が設けられ、プリズム面２１ｃに対応して、全体として正のパワーを有する反射面２３ｃ、反射面２３ｄ、透過面２３ｅが設けられている。
【００９４】
集光レンズ１ｆは、半導体レーザ１ａ、カバーガラス１ｂを透過したレーザ光２の発散角を収束するために設けられた正のパワー有するレンズである。
反射面２３ｃは、正のパワーを有する非回転対称な自由曲面である。
反射面２３ｄは、平面である。
屈折面２３ｅは、平面であり、反射面２３ｄにおいて反射された分離面透過光２ｂを適宜方向に屈折して透過させる光学面である。
【００９５】
第１の光路では、反射面として正のパワーを有する光路分離面２３ａにおいて反射された分離面反射光２ａが、集光されつつ受光面１１ｃに向けて反射される。光路分離面２３ａのパワーは、受光面１１ｃが略焦点面となるように設定され、分離面反射光２ａが受光面１１ｃ上で小径のスポット径となるように構成されている。
第２の光路では、正のパワーを備える反射面２３ｂが配置され、分離面透過光２ｂを集光しつつ、分離面透過光２ｂを反射面２３ｃに向けて反射する。そして、反射面２３ｃの作用により、さらに集光されつつ、反射面２３ｄに向けて反射される。そして、反射面２３ｄにおいて、屈折面２３ｅに向けて反射され、屈折面２３ｅから、受光面１１ｄに向けて出射される。
分離面反射光２ａ、分離面透過光２ｂの受光面１１ｃ、１１ｄ上のスポットは、いずれも点スポットとなっている。
【００９６】
本変形例では、図１６に示したように、プリズム型光学素子２３が−１０°回転する場合、分離面透過光２ｂが受光面１１ｃ上に入射するようになっている。
【００９７】
したがって、広範囲測定を行うときには、受光面１１ｃ上に分離面透過光２ｂが重なるという場合があるが、偏光板２４を配置し、光路分離面２３ａを偏光ビームスプリッタとすることで、受光面１１ｃ上に分離面反射光２ａのみが受光されるようにすることができる。
なお、他にも機械的な遮光板やルーバー部材を配置したり、光検出器１０ｃの種類に応じて適宜の信号処理もしくは画像処理を施したりすることにより、分離面透過光２ｂが入射する影響を除くことができる。これは、上記の実施形態のすべてについても当てはまる。
【００９８】
このような第５変形例によれば、第２の光路が反射面２３ｂ、２３ｃ、２３ｄにより、Ｚ字状に折りたたんでいるので、コンパクトな構成でありながら、光路分離面２３ａから受光面１１ｃまでの第１の光路の光路長に比べて、反射面２３ｂから受光面１１ｄまでの第２の光路の光路長を長くすることができる。すなわち、スポット径が同程度に小さくても、プリズム型光学素子２３の傾き角度に応じたスポットの移動量を異なるようにすることができる。その結果、検出感度および検出範囲の異なる二重の角度検出が可能な装置を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。
【００９９】
なお、本変形例は、反射面２３ｃがパワーを有する例について説明したが、反射面２３ｄ、屈折面２３ｅがパワーを有していてもよい。これらに適宜パワーを配分すれば、受光面１１ｄ上のスポット径や受光面１１ｄの配置位置を容易に調整することができるという利点がある。
また、本変形例では、Ｚ字状に折りたたんだが、Ｗ字状でもよいし、それらが複数連続するジグザグ状であってもよい。
【０１００】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る角度検出装置について説明する。
図１７は、本発明の第２の実施形態に係る角度検出装置６２の概念図である。図１８は、角度検出装置６２に用いる測定光学系６２ａ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２の実施形態に係る角度検出装置６２は、測定光学系６２ａおよび信号処理部６０ｂからなる。また、測定光学系６２ａの概略構成は、レーザ光源部１、接合光学素子２５（光路分離手段）および光検出部１０からなる。
そして、レーザ光源部１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５ｃに照射し、その反射光を光検出部１０で受光して、複数の独立した傾き角度検出を行い、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５ｃの傾き角度の大きさに応じた検出レベル信号２０３を出力するものである。
【０１０１】
図１７の例では、角度検出装置６２の被検物は、図示しないが、回動ミラー５に一体化したものである。
回動ミラー５は、図１に示した第１の実施形態において、光路分離偏向手段６に代えて検出用反射面５ｃを設けたものである。検出用反射面５ｃは、支持部材５ｂの裏面側に固定されている。
【０１０２】
次に、本実施形態に係る角度検出装置６２について詳細に説明する。
まず、測定光学系６２ａについて、図１８を参照して、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、第１の実施形態で用いたのと同様の座標系である。図１８（ａ）、（ｂ）は、検出用反射面５ｃが、中立位置からＸ軸回りにそれぞれ＋７°、−７°回転した場合の光路を示している。
【０１０３】
レーザ光源部１は、半導体レーザ１ａ、カバーガラス１ｂおよび集光レンズ１ｇを備える。
半導体レーザ１ａは、検出用反射面５ｃに所定強度のレーザ光２を放射するための発光源である。半導体レーザ１ａの波長は、検出用反射面５ｃの光学特性や光検出部１０の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１ｇは、半導体レーザ１ａからの発散光を所定角に広がる光束に整えるための光学素子である。本実施形態では、正のパワーを有する、例えば両凸レンズを採用し、透過後のレーザ光２がより収束するようにしている。
集光レンズ１ｇの後段の光軸上には、絞り２９が配置されている。絞り２９は、第１の実施形態の絞り３などの開口径や開口形状を変えたもので、絞り３同様に必ずしも設けなくてもよい。
レーザ光源部１は、偏向ミラー面５ａが中立位置にあるときに、検出用反射面５ｃ所定位置に向けてレーザ光２を放射する位置に固定されている。
【０１０４】
接合光学素子２５は、検出用反射面５ｃにおいて反射されたレーザ光２が入射したとき、レーザ光２の光路を分離面反射光２ａおよび分離面透過光２ｂに分離し、偏向ミラー面５ｃの偏向角に応じて、複数の光束として出射するための手段である。
接合光学素子２５は、検出用反射面５ｃ側から、入射面２５ａ、光路分離面２５ｂ、透過側出射面２５ｃを適宜の面間隔だけ離して配置し、入射面２５ａと光路分離面２５ｂとで挟まれる位置に反射側出射面２５ｄを配置した光学素子である。例えば、三角プリズムのプリズム面に、光路分離面２５ｂと同形状の面、入射面２５ａおよび反射側出射面２５ｄを形成したプリズム２６と、光路分離面２５ｂと同形状の面および透過側出射面２５ｃを形成したプリズム２７とを、光路分離面６ｂと同形状の面同士を密着させて接合した構成を採用することができる。
プリズム２６、プリズム２７の材質は、適宜屈折率を備えるガラス硝材、合成樹脂材料などを採用することができる。そして、それらの材質は必要に応じて、同じ材質や異なる材質が採用できる。本実施形態では、同一材質としている。
【０１０５】
入射面２５ａは、レーザ光２を透過させるとともに、分離面透過光２ｂを反射して第２の光路を折りたたむための平面からなる光学面である。
光路分離面２５ｂは、入射面２５ａから入射したレーザ光２を、分離面反射光２ａと分離面透過光２ｂとの２つの光路（第１の実施形態と同様にそれぞれ第１の光路、第２の光路と称する）に分離するための光学面である。本実施形態では、プリズム２６とプリズム２７との間に、例えば、レーザ光２を約５０％透過させ、約５０％反射させるコーティング層を設けることにより構成されている。
光路分離面２５ｂの面形状は、スポットの移動量の対称性とスポット径の均一性を向上するために、分離面反射光２ａを集光する正のパワーを備える非回転対称な自由曲面とされている。
そして、レーザ光２の光軸に対して、光路分離面２５ｂにおいて反射された分離面反射光２ａが、入射面２５ａで全反射されるように、臨界角以上の入射角で入射面２５ａに入射する角度だけ偏心されている。
【０１０６】
透過側出射面２５ｃは、分離面透過光２ｂを集光し、後述する受光面１１ａ上に適宜のスポット径で、検出用反射面５ｃの傾き角度に応じて適宜の移動量とする正のパワーを有している。プリズム２６、２７の屈折率が同一であるため、偏心している光路分離面２５ｂは分離面透過光２ｂに対しては集光作用を持たない。そこで、透過側出射面２５ｃとしては、軸対称光学面を好適に用いることがきる。本実施形態では、凸球面を採用している。
反射側出射面２５ｄは、入射面２５ａで全反射された分離面反射光２ａが、所定方向に屈折されて出射されるように偏心して配置された平面透過面である。
【０１０７】
光検出部１０は、光検出器１０ｃ、１０ａからなり、反射側出射面２５ｄから出射される分離面反射光２ａ、透過側出射面２５ｃから出射される分離面透過光２ｂがそれぞれ受光可能となるように配置されている。ここで、光検出器１０ｃ、１０ａは第１の実施形態で説明した２次元ＰＳＤおよび４分割受光器である。光検出器１０ａは、受光面１１ａ上で比較的大きいスポット径となるように、透過側出射面２５ｃの後段に、集光レンズ１ｇと透過側出射面２５ｃとで形成される第１の光路の光軸上で、焦点面よりも物体側の位置に配置されている。
光検出器１０ｃは、第２の光路の略焦点面の位置に配置されている。
したがって、本実施形態では、図１８に示したように、受光面１１ｃ、１１ａは、それぞれ反射側出射面２５ｄ、透過側出射面２５ｃに近接して対向する位置に、隣接して配置されている。
【０１０８】
次に本実施形態に係る角度検出装置６０の作用について説明する。
まず、図１８（ａ）を参照して、検出用反射面５ｃが中立位置からＸ軸回りの正方向に７°回転した場合について説明する。
レーザ光源部１から放射されたレーザ光２は、絞り２８により適宜の光束径に整形され、発散しながら、検出用反射面５ｃに入射して、入射面２５ａに向けて反射される。
レーザ光２は、入射面２５ａからプリズム２６内へ進み、光路分離面２５ｂに到ると、約５０％が分離面反射光２ａとして反射され、一方、約５０％が分離面透過光２ｂとして透過し、２つの光路に分離される。
【０１０９】
第１の光路では、分離面反射光２ａは光路分離面２５ｂの正のパワーにより集光されつつ、入射面２５ａに向けて反射される。そして、入射面２５ａにより全反射されて、反射側出射面２５ｄに光路が変更され、光路を折りたたまれる。そして、反射側出射面２５ｄにより受光面１１ｃに向けて出射され、受光面１１ｃ上に小径のスポット径が形成される。そして、光検出器１０ｃによりスポットの位置が検出され、検出用反射面５ｃの傾き角度が検出される。
【０１１０】
第２の光路では、分離面透過光２ｂは、そのまま直進して透過側出射面２５ｃに到り、透過側出射面２５ｃの正のパワーによりさらに集光されながら出射され、受光面１１ａ上に受光面１１ｃに比べて大きいスポットを形成する。また、検出用反射面５ｃからの光路長が短いため、スポットの移動量は受光面１１ｃに比べて小さくなっている。
なお、上記は、図１８（ａ）の場合について説明したが、図１８（ｂ）の場合は、各受光面上でのスポットの移動方向だけが異なる。
【０１１１】
図１９に示したのは、本実施形態で、検出用反射面５ｃを中立位置から±１２°回転させたときの概略光路図である。図１９において、実線は＋１２°、二点鎖線は−１２°、回転させた場合の各光学面の位置および光路を示す。第２の光路では、スポットが受光面１１ａの範囲外に照射されているため図示していない。
図１９に示したように、分離面反射光２ａは分離面透過光２ｂより広い検出範囲を有している。分離面透過光２ａ側では、光検出器としてＰＳＤとしているため、４分割受光器のように受光面の分割線を跨ぐ必要がないため、広い範囲の角度検出が可能となっている。
【０１１２】
このように本実施形態によれば、受光面１１ａでは４分割受光器が、受光面１１ｃでは２次元ＰＳＤなどが好適に利用できるような検出感度と検出範囲の異なるスポットが形成されている。
そして、接合光学素子２５と光検出部１０とが、レーザ光源部１の光軸と略並列してコンパクトにレイアウトできるという利点がある。
また、光路分離手段を被検物に固定しなくともよいので、幅広い範囲の被検物の角度検出に用いることができるという利点がある。
【０１１３】
また、本実施形態の測定光学系６２ａによれば、接合光学素子２５が、入射面２５ａをレーザ光源部１の光軸と平行に配置した平面とすることができるから、接合光学素子２５の組付けを含めて、測定光学系６２ａの保持、例えばその保持のための鏡枠などの部材が簡素に構成できる。その結果、製作や組付けが容易となるという利点がある。
また、接合光学素子２５は、パワーを有する光学面は、光路分離面２５ｂと球面プリズム面からなる入射面２５ａとの２面だけなので、簡素に構成することができるという利点がある。しかも、光路分離面２５ｂは反射面としてパワーを有するので、スポットの光学特性を向上でき、ひいては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。
また、接合光学素子２５は、全反射を用いて光路を折りたたむので、光量損失を低減でき、フレア光などの迷光を低減できるから、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。
【０１１４】
なお、上記の第１、２の実施形態の説明を通じて、光検出器１０ｃ、１０ｄは、２次元ＰＳＤの例で説明したが、同様に受光面上での位置が検出できるものであればこれに限るものではない。
例えば、２次元のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ、電荷結合デバイス）などが採用できる。その場合、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ことができるから、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、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。また、迷光などが受光面に入射しても、画像処理により、信号成分から除去することが可能なので、偏光板などのフィルタや、遮光板などのノイズ除去手段がなくてもＳ／Ｎ比の高い角度検出ができるという利点がある。
【０１１５】
また、上記の第１、２の実施形態の説明を通じて、光受光器は、同一平面上、または隣接して並列した例で説明したが、必要に応じて、その位置をずらして構成してもよいことは言うまでもない。例えば、光受光器の位置を移動可能として置き、被検物の傾き角度の可変範囲に応じて、光軸方向や光軸と直交する方向に移動させ、検出感度や検出範囲を可変できるように構成してもよい。
【０１１６】
また、上記の第１、２の実施形態の説明を通じて、光路分離面は、光束の約５０％を反射させ、約５０％を透過させる例で説明したが、この分離の割合は、適宜変えてもよい。例えば、第１の光路と第２の光路との間の反射率の差に応じてそれを補正するような割合に変えてもよい。そうすれば、受光面でのスポットの光量を等しくすることができるから、検出精度の差を無くすことができるという利点がある。
【０１１７】
また、上記の第１、２の実施形態の説明を通じて、光路分離面は、プリズム部材の接合面やプリズム部材の外周部に設けた例で説明したが、ビームスプリッタであれば、どのようなもので設けてもよい。
また、光路分離面は、ビームスプリッタに限るものではない。例えば、光源を例えば複数波長光源として、ダイクロイックミラーなどの波長選択ミラーにより分離するものでもよい。また、波長選択性を有するホログラフィック素子なども好適に用いることができる。
【０１１８】
また、例えば、第１の実施形態の第１、２変形例のように、光路分離面の別の位置に光束が再入射する場合、その位置には光路分離処理を施さず、１００％透過または反射させて、光束の再分離が起こらないようにしておいてもよい。そうすれば、光量損失や、迷光などのノイズの発生を防止することができる。
【０１１９】
また、上記の第１、２の実施形態の説明を通じて、光路分離面は、光束の約５０％を反射させ、約５０％を透過させる例で説明したが、光束を偏光成分に応じて分離する偏光分離面としてもよい。例えば、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とに分離すれば、分離後の光学面を偏光成分に応じた薄膜コート処理を施すことにより、偏光成分に最適な反射率または透過率とすることが容易となる。したがって、光量損失を低減または防止することができるから、受光面の光量が確保され、検出精度を高めることができるという利点がある。
このような偏光分離面は、偏光ビームスプリッタを採用することができる。
【０１２０】
また、上記の第１、２の実施形態の説明を通じて、光分離偏向手段または光分離手段から出射される複数の光束は、２本の場合で説明したが、３本以上の光束に分離するものであってもよい。
また、上記の第１、２の実施形態の光学面の配置は、可能な例の一部であって、上記以外に光学面を追加して、装置を構成してもよいことは言うまでもない。
【０１２１】
また、上記の第１、２の実施形態の説明を通じて、光路分離偏向手段または光路分離手段の複数の光学面は、プリズム部材などに一体に形成する例で説明したが、光路分離面、それ以外のプリズム面、反射面などの光学面を別個の光学素子として製作して所定位置に配置したり、鏡枠に納めたりしてもよい。
また、複数の光学面は、必要に応じて、上記の他にも、例えば、回折格子面、フレネルレンズ面、ホログラム面、フィルタ面などの種々の光学面が採用できる。
【０１２２】
また、上記の第１、２の実施形態の説明を通じて、角度検出装置の被検物は、光偏向素子の例で説明したが、光路分離偏向手段または検出用反射面が取り付けられる部材であれば、どのような部材でも被検物とすることができるのは言うまでもない。また、角度は、動的な回転の角度であってもよいし、静的な傾斜の角度でもよい。
【０１２３】
また、上記の第１、２の実施形態の説明を通じて、光源は、半導体レーザの例で説明したが、ガスレーザなどの他のレーザ光源であってもよい。さらに、レーザ光源に限らず、あらゆる光源を採用できる。例えば、ＬＥＤ光源やその他の波長の光源、種々偏光された光源などを適宜用いることができる。
【０１２４】
また、上記の第１、２の実施形態の説明を通じて、角度検出感度や検出範囲の異なる多重の角度検出を行う例で説明したが、それらを同一にして、被検物の傾き角度に対して、同一の検出感度や検出範囲を有する角度検出を行うようにしてもよい。そのようにすれば、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、角度検出装置の信頼性を向上することができるという利点がある。
【０１２５】
なお、上記の第２の実施形態の説明では、光路分離手段は接合光学素子２５の例で説明したが、第１の実施形態で説明した光路偏向分離手段の複数の光学面の構成は、すべて採用することができる。
【０１２６】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３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２０は、本発明の第３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２１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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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、第２の実施形態で説明した図１、１７の構成のものを採用することができる。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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、背面側の光路分離偏向手段６…または検出用反射面５ｃ…には、偏向角を検出するための角度検出装置６０…または角度検出装置６２…が対向するように設けられている。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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２０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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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、または本発明の第２の実施形態に係る角度検出装置６２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。
【０１４１】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４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２２は、本発明の第４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、本発明の第１の実施形態に係る角度検出装置６０または第２の実施形態に係る角度検出装置６２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、１７に示した構成を採用することができる。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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２１を用いて説明した本発明の第３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。
【０１４９】
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または第２の実施形態に係る角度検出装置６２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、６２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。
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。
【０１５０】
［実施例１］
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の第１の数値実施例を、図２（ａ）を参照して説明する。
下記に第１の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。図２（ａ）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（不図示）は物体面であり、受光面１１ａ、１１ｂ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。光源の波長は、７８５ｎｍとした。
光路１は、レーザ光２が分離面反射光２ａとなって進む光路であり、光路２は、レーザ光２が分離面透過光２ｂとなって進む光路である。なお、自由曲面および偏心のデータのうち、光路１、２に共通するものは、［］内に共通の番号を付して重複を避けた。
座標系などは上記に説明しているので説明は省略する。偏心の表示におけるα、β、γは、それぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸の正方向から見て、それぞれの軸を中心として反時計回りに取った角度を示す。長さの単位は（ｍｍ）、角度の単位は（°）である。
また、偏心の原点および回転中心は、データ中に適宜注記している。
【０１５１】
また自由曲面（ＦＦＳ面）は、以下の定義式で与えられる。この定義式の、Ｚ軸が自由曲面の軸となる。
【数１】
2004212209.tif 000003
ただし、上式の第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）である。自由曲面項は、以下に示すように展開することができる。ただし、Ｃｊ（ｊは２以上の整数）は係数である。
【数２】
2004212209.tif 000004
なお、以下では、便宜上、ＣｊをＣｊと記載する。またデータの記載されていない係数ｃ、Ｃｊは０である。
【０１５２】
2004212209.tif 000005
2004212209.tif 000006
【０１５３】
2004212209.tif 000007
【０１５４】
以上に示したように、本実施例では、プリズム面６ａを偏心した非回転対称の自由曲面とし、光路分離面６ｂおよび反射面６ｃを偏心した軸対称非球面として接合光学素子６Ａを構成することができた。
【０１５５】
［実施例２］
次に、上記に説明した第１の実施形態の第１変形例に係る角度検出装置６０の第２の数値実施例を、図６（ａ）を参照して説明する。
下記に第２の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、光源の波長、ｒｉ、ｄｉ、ｎｉの意味、座標系、単位、屈折率表記、自由曲面式は、上記第１の数値実施例と同様である。
【０１５６】
2004212209.tif 000008
2004212209.tif 000009
【０１５７】
2004212209.tif 000010
【０１５８】
以上に示したように、本実施例では、プリズム面６ａを偏心した非回転対称の自由曲面とし、光路分離面６ｂおよび反射面６ｃを偏心した軸対称非球面として接合光学素子６Ｂを構成することができた。
【０１５９】
［実施例３］
次に、上記に説明した第１の実施形態の第２変形例に係る角度検出装置６０の第３の数値実施例を、図９（ａ）を参照して説明する。
下記に第３の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、光源の波長、ｒｉ、ｄｉ、ｎｉの意味、座標系、単位、屈折率表記、自由曲面式は、上記第１の数値実施例と同様である。
【０１６０】
（光路１）
2004212209.tif 000011
【０１６１】
2004212209.tif 000012
【０１６２】
以上に示したように、本実施例では、光路分離面１７ａ、反射面１７ｂ、プリズム面１７ｃを偏心した非回転対称の自由曲面としてプリズム型光学素子１７を構成することができた。
【０１６３】
［実施例４］
次に、上記に説明した第１の実施形態の第３変形例に係る角度検出装置６０の第４の数値実施例を、図１１（ａ）を参照して説明する。
下記に第４の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、光源の波長、ｒｉ、ｄｉ、ｎｉの意味、座標系、単位、屈折率表記、自由曲面式は、上記第１の数値実施例と同様である。
【０１６４】
2004212209.tif 000013
【０１６５】
2004212209.tif 000014
【０１６６】
以上に示したように、本実施例では、光路分離面１９ａ、反射面１９ｂ偏心した非回転対称の自由曲面としてプリズム型光学素子１９を構成することができた。
【０１６７】
［実施例５］
次に、上記に説明した第１の実施形態の第４変形例に係る角度検出装置６０の第５の数値実施例を、図１３（ａ）を参照して説明する。
下記に第５の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、光源の波長、ｒｉ、ｄｉ、ｎｉの意味、座標系、単位、屈折率表記、自由曲面式は、上記第１の数値実施例と同様である。
【０１６８】
2004212209.tif 000015
【０１６９】
2004212209.tif 000016
【０１７０】
以上に示したように、本実施例では、光路分離面２１ａ、反射面２１ｂ、プリズム面２１ｃを偏心した非回転対称の自由曲面としてプリズム型光学素子２１を構成することができた。
【０１７１】
［実施例６］
次に、上記に説明した第１の実施形態の第５変形例に係る角度検出装置６０の第６の数値実施例を、図１５（ａ）を参照して説明する。
下記に第６の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、光源の波長、ｒｉ、ｄｉ、ｎｉの意味、座標系、単位、屈折率表記、自由曲面式は、上記第１の数値実施例と同様である。
【０１７２】
2004212209.tif 000017
【０１７３】
2004212209.tif 000018
2004212209.tif 000019
【０１７４】
以上に示したように、本実施例では、光路分離面２３ａ、反射面２３ｂおよび反射面２３ｃを、偏心した非回転対称の自由曲面としてプリズム型光学素子２３を構成することができた。
【０１７５】
［実施例７］
次に、上記に説明した第２の実施形態に係る角度検出装置６２の第７の数値実施例を、図１８（ａ）を参照して説明する。
下記に第７の数値実施例の、光学系の構成パラメータを示す。ここで、光源の波長、ｒｉ、ｄｉ、ｎｉの意味、座標系、単位、屈折率表記、自由曲面式は、上記第１の数値実施例と同様である。
【０１７６】
2004212209.tif 000020
2004212209.tif 000021
【０１７７】
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【０１７８】
以上に示したように、本実施例では、光路分離面２５ｂを、偏心した非回転対称の自由曲面として、分離面反射光２ａの光路を全反射面である入射面２５ａで折りたたみ、受光面１１ａの前段には正のパワーを有する透過側出射面２５ｃを配置して接合光学素子２５を構成することができた。
【０１７９】
なお、本発明の第３、第４の実施形態では、本発明の第１および第２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。
【０１８０】
【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】本発明に用いる光受光器（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】本発明に用いる光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の実施形態に係る角度検出装置に用いる測定光学系の光路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７】本発明に用いる別の光受光器を説明するための光軸方向視の模式図である。
【図８】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の光路を説明するための概略光路図である。
【図９】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１０】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る測定光学系の光路を説明するための概略光路図である。
【図１１】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１２】本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る測定光学系の光路を説明するための概略光路図である。
【図１３】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１４】本発明の第１の実施形態の第４変形例に係る測定光学系の光路を説明するための概略光路図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態の第５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１６】本発明の第１の実施形態の第５変形例に係る測定光学系の光路を説明するための概略光路図である。
【図１７】本発明の第２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１８】本発明の第２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１９】本発明の第２の実施形態の測定光学系の光路を説明するための概略光路図である。
【図２０】本発明の第３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２１】本発明の第３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２２】本発明の第４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  レーザ光源部（光源）
１ａ  半導体レーザ
１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ  集光レンズ
２  レーザ光（光束）
２ａ  分離面反射光（反射光束）
２ｂ  分離面透過光（透過光束）
５  回動ミラー（光偏向素子、被検物）
５ｃ  検出用反射面
６  光路分離偏向手段
６Ａ、６Ｂ、２５  接合光学素子（光路分離偏向手段）
６ａ、６ｄ、２１ｃ  プリズム面
６ｂ、６ｅ、１７ａ、１９ａ、２１ａ、２３ａ、２５ｂ  光路分離面
６ｃ、６ｆ、１７ｂ、１９ｂ、２１ｂ、２３ｂ  反射面（分離後反射面）
１０  光検出部
１０ａ、１０ｂ  光検出器（４分割受光器）
１０ｃ、１０ｄ  光検出器（２次元位置検出受光器）
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  受光面
１７、１９、２１、２３  プリズム型光学素子（光路偏向分離手段）
２３ｃ、２３ｄ  反射面
２３ｅ  屈折面
２４  偏光板
２５ａ  入射面
２５ｃ  透過側出射面
２５ｄ  反射側出射面
６０、６２  角度検出装置
６０ａ、６２  測定光学系
６０ｂ  信号処理部
６１  偏向角制御手段
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
２０３  検出レベル信号
【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】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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