(57)【要約】【課題】  光ビームの偏向制御が可能なミラー等の２軸光偏向手段を有する光検出装置であって、２軸光偏向手段における偏向周波数を高くすることなく、確実、かつ、迅速なサーチ動作を実現することができるようにする。【解決手段】  ＤＳＰ３により、互いに周波数の異なる２つの周期信号を発生し、２軸偏向ミラー１における各軸方向についての偏向動作を独立的に制御し、この２軸偏向ミラー１を経た光ビームの二次元ＰＳＤ素子２における入射位置の軌跡について、２軸偏向ミラー１に光ビームを入射させる発光素子の方向を検索するサーチ動作を実行する。【選択図】  図１
2005064898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光ビームを２軸方向に偏向させて出射することができる２軸光偏向手段と、
前記２軸光偏向手段を経た光ビームが入射した際にこの光ビームの入射位置を二次元的に検出することができる二次元光位置検出手段と、
サーチ制御信号を生成し、このサーチ制御信号に基づいて前記２軸光偏向手段を制御するサーチ制御手段と、
を備え、
前記サーチ制御手段は、
サーチ制御信号として互いに周波数の異なる２つの周期信号を発生して前記２軸光偏向手段に入力し、これら２つの周期信号により前記２軸光偏向手段における各軸方向の偏向動作を前記２軸光偏光手段を経た前記光ビームが前記二次元光位置検出手段に入射するように独立的に制御し、前記二次元光位置検出手段に入射した光ビームの入射位置を検出することによって、前記２軸光偏向手段に入射する前記光ビームの入射方向を検索するサーチ動作を実行することを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記サーチ制御手段は、サーチ制御信号として発生する互いに周波数の異なる２つの周期信号の周波数比を互いに素な整数の組で示したとき、これら整数の積に比例する分解能を、第１の分解能として前記サーチ動作を実行し、前記二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置が検出されない場合には、分解能を前記第１の分解能よりも高い第２の分解能として前記サーチ動作を実行することを特徴とする請求項１記載の光検出装置。
【請求項３】
前記二次元光位置検出手段からの出力に基づいて、この二次元光位置検出手段への光ビームの入射位置に対応したサーボエラー信号を生成するサーボエラー信号生成手段と、
前記サーボエラー信号に基づいて前記２軸光偏向手段を制御し、前記二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置を所定の位置とするサーボ制御手段と、
前記２軸光偏向手段へ入力される信号を、前記サーボ制御手段からの信号と前記サーチ制御手段からの信号とで切換える信号切換手段と、を備え、
前記信号切換手段は、前記サーボエラー信号生成手段が生成するサーボエラー信号のレベルに基づいて、前記２軸光偏向手段に前記サーチ制御手段からの信号が入力されるサーチ動作と、前記２軸光偏向手段に前記サーボ制御手段からの信号が入力されるサーボ動作とを切換えることを特徴とする請求項１、または、請求項２記載の光検出装置。
【請求項４】
前記２つの周期信号の周波数比は有理数であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の方向を検出し、検出された発光素子の方向に基づく光軸調整の自動化を可能とする光検出装置に関し、例えば、光無線通信の受発光モジュールにおいて使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報信号の伝送手段として、光を用いた光無線伝送技術が提案されている。このような光無線伝送技術としては、例えば、複数のコンピュータ間で通信を行ういわゆる「光無線ＬＡＮ」や、映像情報や音声情報をＡＶ（Audio-Visual）機器に伝送する技術などが提案されている。このような光無線伝送は、受発光装置により構成された機器間において、デジタル情報に応じて変調された光ビームを送受信することにより行われる。
【０００３】
このような光無線伝送により正確な情報通信を行うためには、受発光装置間において光軸を一致させることが必要であり、これら受発光装置における光軸調整機能が不可欠のものとなる。
【０００４】
ここで、送信側の発光素子の送出光ビームが指向性を有しない場合には、光軸調整は受信側の受光素子についてのみ行えばよいが、送信側の発光素子が指向性を有する場合には、送受信側の双方で光軸調整を行う必要がある。さらに、ギガヘルツ帯の高速通信を行う場合には、伝送ＳＮ比を確保するために通信に使用する光ビーム径を小さくする必要があり、光軸調整も高精度に行う必要が生ずる。
【０００５】
このような光軸調整機能を実現する光軸調整機構としては、特許文献１に記載されているように、受発光素子ユニットを２軸駆動機構によって支持し、この受発光素子ユニットの受発光方向を２軸方向に偏向させることができるようにした機構が提案されている。
【０００６】
さらに、通信システムの小型化及び光軸調整の高速化のために、二軸方向への偏向制御を可能としたミラーを用いて、このミラーを介して受信側の受光素子に光ビームを入射させるようにした角度制御機構を備えた光検出装置が提案されている。この光検出装置においては、ミラーを二軸方向に偏向させることにより送信側の発光素子の方向をサーチし、さらに、ミラーの角度を制御することによって、発光素子及び受光素子間の光軸を一致させる。
【０００７】
この光検出装置における送信側の発光素子の方向のサーチ動作においては、例えば、受信側の受光素子における受光量をモニターしつつ、予め設定された条件に従ってミラーを偏向させ、受光量が最大となったときのミラーの方向を記憶しておき、ミラーの偏向動作の終了後、記憶された方向にミラーの方向を設定する。
【０００８】
このような光検出装置において、さらに高精度の光軸制御を行うには、送信側の発光素子からの光ビームを、二軸方向への偏向制御が可能なミラーを介して、二次元光位置検出素子に入射させる。この光検出装置においては、二次元光位置検出素子における光ビームの入射位置の情報に基づいて、ミラーの偏向方向の制御にフィードバックして閉ループ制御することにより、発光素子及び受光素子間の光軸が高精度に調整される。
【特許文献１】特開２００３−８５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、前述のように、偏向制御が可能なミラー及び二次元光位置検出素子を用いた角度制御機構を備えた光検出装置における閉ループ制御は、光ビームが二次元光位置検出素子に入射されている場合にのみ可能であり、光軸が大きく外れ、光ビームが二次元光位置検出素子に入射していない状態においては行うことができない。したがって、このような光検出装置においても、光軸が大きく外れている場合には、まずサーチ動作を行い、光ビームが二次元光位置検出素子上に入射される状態とした後に、サーボロックすることが必要となる。
【００１０】
このような光検出装置におけるサーチ動作としては、送信側の発光素子の方向を確実に、かつ、迅速に検索するために、広範囲（広角度）で、かつ、高速（高周波数）の動作が要求される。すなわち、この光検出装置においては、偏向制御が可能なミラーの方向を、広角度に、かつ、高速（高周波数）で偏向させる必要がある。
【００１１】
しかしながら、ミラーを偏向させる速度（周波数）については、機械的な周波数特性の影響による限界がある。また、ミラーを高速（高周波数）で偏向させる場合には、機械的共振の影響により異常振動が発生し、正確なサーチ動作ができなくなる虞れがある。そして、このような周波数特性や共振による問題は、ミラーの偏向角度を広角化した場合に、より顕著に顕れる。
【００１２】
そのため、このような光検出装置においては、ミラーを偏向させる速度（周波数）を充分に高くすることができず、サーチ動作に要する時間を短縮することができず、光軸調整に要する時間の短縮化が困難となっている。特に、送信側の発光部からの光ビームの径が小さい場合には、高密度なサーチ動作が必要となるので、サーチ動作に要する時間がより長時間となるという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、入射される光ビームの偏向制御が可能なミラー等の２軸光偏向手段を有する光検出装置であって、２軸光偏向手段における偏向周波数を高くすることなく、確実、かつ、迅速なサーチ動作を実現することができる光検出装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決するため、本発明に係る光検出装置は、入射した光ビームを２軸方向に偏向させて出射することができる２軸光偏向手段と、前記２軸光偏向手段を経た光ビームが入射した際にこの光ビームの入射位置を二次元的に検出することができる二次元光位置検出手段と、サーチ制御信号を生成しこのサーチ制御信号に基づいて前記２軸光偏向手段を制御するサーチ制御手段とを備え、前記サーチ制御手段は、サーチ制御信号として互いに周波数の異なる２つの周期信号を発生して前記２軸光偏向手段に入力し、これら２つの周期信号により前記２軸光偏向手段における各軸方向の偏向動作を前記２軸光偏向手段を経た前記光ビームが前記二次元光位置検出手段に入射するように独立的に制御し、前記前記二次元光位置検出手段に入射した光ビームの入射位置を検出することによって、前記２軸光偏向手段に入射する前記光ビームの入射方向を検索するサーチ動作を実行する。
【００１５】
この光検出装置においては、サーチ制御手段が、２軸光偏向手段を経た光ビームの二次元光位置検出手段における入射位置の軌跡について、この二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置を検出することによって、２軸光偏向手段に光ビームを入射させる発光素子の方向を検索するサーチ動作を実行するので、発光素子の方向を確実、かつ、迅速に検索することができる。
【００１６】
前記周期信号は、正弦波又は三角波であることが好ましい。なお、この周期信号が正弦波であり、しかもその周波数の比が有理数（２個の整数の商で表わせる数）であるときに、前記軌跡はリサージュ図形になる。前記周期信号の周波数の比は、有理数に限らず、無理数であってもよい。
【００１７】
また、本発明は、前記光検出装置において、前記サーチ制御手段は、サーチ制御信号として発生する互いに周波数の異なる２つの周期信号の周波数比を互いに素な整数の組で示したとき、これら整数の積に比例する分解能を、第１の分解能として前記サーチ動作を実行し、前記二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置が検出されない場合には、分解能を前記第１の分解能よりも高い第２の分解能として前記サーチ動作を実行することが好ましい。
【００１８】
さらに、前記二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置が検出されるまで、順次分解能を高くして、前記サーチ動作を繰返し実行することが好ましい。
【００１９】
この光検出装置においては、サーチ制御手段は、二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置が検出されるまで、順次、分解能を高くして、サーチ動作を繰返し実行するので、発光素子の方向の検索を効率良く迅速化することができる。
【００２０】
さらに、本発明は、前記光検出装置において、前記二次元光位置検出手段からの出力に基づいてこの二次元光位置検出手段への光ビームの入射位置に対応したサーボエラー信号を生成するサーボエラー信号生成手段と、前記サーボエラー信号に基づいて前記２軸光偏向手段を制御し前記二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置を所定の位置とするサーボ制御手段と、前記２軸光偏向手段へ入力される信号を前記サーボ制御手段からの信号と前記サーチ制御手段からの信号とで切換える信号切換手段とを備え、前記信号切換手段は、前記サーボエラー信号生成手段が生成するサーボエラー信号のレベルに基づいて、前記２軸光偏向手段に前記サーチ制御手段からの信号が入力されるサーチ動作と、前記２軸光偏向手段に前記サーボ制御手段からの信号が入力されるサーボ動作とを切換えることが好ましい。
【００２１】
この光検出装置においては、信号切換手段が、サーボエラー信号生成手段が生成するサーボエラー信号のレベルに基づいて、サーチ動作からサーボ動作への切換えを行うので、サーチ動作における発光素子の方向の検索が完了した後には、この発光素子の方向に受光側の光軸を迅速に追従させることができる。
【００２２】
さらに、本発明は、互いに周波数の異なる２つの周期信号を発生して前記２軸光偏向手段に入力し、これら２つの周期信号により前記２軸光偏向手段における各軸方向についての偏向動作を独立的に制御する２軸偏光ミラーを有することが好ましい。
【００２３】
前記２軸偏光ミラーは、互いに周波数の異なる２つの周期信号の周波数比を互いに素な整数の組で示したとき、これら整数の積に比例する分解能を、第１の分解能として前記サーチ動作を実行し、光ビームの入射位置が検出されない場合には、分解能を前記第１の分解能よりも高い第２の分解能として前記サーチ動作を実行することが好ましい。さらに、光ビームの入射位置が検出されるまで、順次分解能を高くして、前記サーチ動作を繰返し実行することが好ましい。
【００２４】
また、前記２つの周期信号の周波数比は有理数であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、入射される光ビームの偏向制御が可能なミラー等の２軸光偏向手段を有する光検出装置であって、２軸光偏向手段における偏向周波数を高くすることなく、確実、かつ、迅速なサーチ動作を実現することができる光検出装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００２７】
本発明に係る光検出装置は、例えば、光無線通信の受発光モジュールに使用され、発光素子の方向を検索し、また、受光素子の光軸を発光素子の光軸に常に追従させるための光検出装置である。この実施形態における光検出装置は、光無線通信の送信側における構成であり、受信側のパイロット用発光素子からのパイロット参照光に基づいて送信用発光素子の光軸を調整することにより、安定な通信を実現する機能を有するものである。
【００２８】
〔光検出装置の構成〕
図１は、本発明に係る光検出装置の第１実施形態における構成を示すブロック図である。
【００２９】
本発明に係る光検出装置は、図１に示すように、入射した光ビームを２軸方向に偏向させて出射することができる２軸光偏向手段である２軸偏向ミラー１と、この２軸偏向ミラー１により反射された光ビームが入射され、この光ビームの入射位置を二次元的に検出することができる二次元光位置検出手段である二次元ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）素子２とを有している。
【００３０】
この光検出装置に入射される受信側のパイロット用発光素子からのパイロット参照光（ＰＬＤ）は、魚眼レンズ（凹レンズ）１４を介して、２軸偏向ミラー１に入射される。この魚眼レンズ１４は、２軸偏向ミラー１に対する光ビームの入射及び出射をより広角に行えるようにするためのものである。２軸偏向ミラー１に入射されたパイロット参照光は、この２軸偏向ミラー１において反射されて、ビームスプリッタ１３及びＰＳＤ用集光レンズ１０を透過して、二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａに入射される。ＰＳＤ用集光レンズ１０は、パイロット参照光を二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａ上に集光させる。
【００３１】
この光検出装置は、信号送信用のＬＤ（Laser Diode）発光素子１２を備えている。このＬＤ発光素子１２からは、送信データに応じて光変調された送信用光ビーム（ＬＤＢ）が発せられる。このＬＤ発光素子１２から発せられた送信用光ビームは、コリメータレンズ１１を透過することにより平行光束となされ、ビームスプリッタ１３により反射されて偏向され、２軸偏向ミラー１に入射する。この２軸偏向ミラー１に入射した送信用光ビームは、２軸偏向ミラー１において反射され、魚眼レンズ１４を介して、パイロット参照光を発するパイロット用発光素子を有する受信側の器機に向けて出射される。
【００３２】
この光検出装置の光学系は、パイロット参照光が二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａの中心に入射する状態において、送信用光ビームとパイロット参照光とが同軸となるように調整されている。すなわち、この光学系において、二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａの中心と、ＬＤ発光素子１２の発光点とは、ビームスプリッタ１３の反射面について共役な位置となっている。このように送信用光ビームとパイロット参照光とが同軸となっいる状態においては、受信側の器機の信号受信用の受光素子に対して、送信用光ビームを正確に入射させることができる。
【００３３】
図２は、２軸偏向ミラー１の構成を示す平面図である。
【００３４】
２軸偏向ミラー１は、図２及び図３に示すように、例えば、ポリイミドなどの材料からなるベース１ａを有している。このベース１ａには、パターンエッチングなどの手段により、二重の円形状の空隙１ｂ，１ｃが形成されている。外側の空隙１ｂの外側と内側とは、２箇所の幅の狭いＹ軸ビーム部１ｄ，１ｄによって繋がっている。また、内側の空隙１ｃの外側と内側とは、２箇所の幅の狭いＸ軸ビーム部１ｅ，１ｅによって繋がっている。これらＹ軸ビーム部１ｄ，１ｄ及びＸ軸ビーム部１ｅ，１ｅは、それぞれが空隙１ｂ，１ｃが形成する円の中心回りに１８０°となる位置に形成されているとともに、互いに該中心回りに９０°となる位置に形成されている。したがって、内側の空隙１ｃの内側の円盤状の部分は、Ｘ軸ビーム部１ｅ，１ｅが捻れることにより、図２中矢印Ｘで示すＸ軸方向に傾くことが可能であり、また、Ｙ軸ビーム部１ｄ，１ｄが捻れることにより、図２中矢印Ｙで示すＹ軸方向に傾くことが可能である。
【００３５】
このようにＸ軸方向及びＹ軸方向に傾くことが可能となされている内側の空隙１ｃの内側の円盤状の部分は、ミラー反射部１ｆとなされている。このミラー反射部１ｆの表面部が、ミラー面（反射面）となる。なお、内側の空隙１ｃと外側の空隙１ｂとの間の円環状の部分は、Ｘ軸支持用ジンバル部１ｇとなっいる。
【００３６】
図３は、２軸偏向ミラー１の構成を示す分解斜視図である。
【００３７】
ベース１ａの背後側には、Ｘ軸駆動磁気コア１ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１ｊが配置されている。これらＸ軸駆動磁気コア１ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１ｊは、それぞれが一部が欠損した円環状（Ｃ字状）に形成されているとともに、この欠損部の反対側にそれぞれコイル１ｋ，１ｌが巻回されており、欠損部が磁気ギャップ部１ｍ，１ｍとなる。これらＸ軸駆動磁気コア１ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１ｊの各磁気ギャップ部１ｍ，１ｍは、各コイル１ｋ，１ｌに給電されたときに、互いに同一の空間に磁場を形成するように配置され、かつ、形成する磁場の方向を互いに直交させている。
【００３８】
そして、ミラー反射部１ｆの裏面部には、図３に示すように、永久磁石ピン１ｈが突設されている。この永久磁石ピン１ｈは、ミラー反射部１ｆに対して、略々垂直に取付けられている。この永久磁石ピン１ｈの先端側部分は、Ｘ軸駆動磁気コア１ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１ｊの各磁気ギャップ部１ｍ，１ｍ内に挿入されている。これらＸ軸駆動磁気コア１ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１ｊと、ベース１ａとは、永久磁石ピン１ｈの先端側部分が各磁気ギャップ部１ｍ，１ｍの略中心に位置するように、互いに位置決めされて配置されている。
【００３９】
このように構成された２軸偏向ミラー１においては、Ｘ軸駆動磁気コア１ｉの磁気ギャップ部１ｍ及びＹ軸駆動磁気コア１ｊの磁気ギャップ部１ｍに形成される磁界の強度及び方向（極性）に応じて、永久磁石ピン１ｈの先端側が移動され、ミラー反射面１ｆが２軸方向に傾けられる。
【００４０】
図４は、二次元ＰＳＤ素子２の構成を示す正面図である。
【００４１】
そして、この光検出装置において２軸偏向ミラー１を経た光ビームが入射される二次元ＰＳＤ素子２は、図４に示すように、光ビームの入射位置を二次元的に検出することが可能な素子である。なお、この二次元ＰＳＤ素子２は、光学的な位置計測において一般的に使用されている素子である。この二次元ＰＳＤ素子２は、受光面（位置検出部）２ａに入射した光ビーム２ｂのこの受光面２ａ内における入射位置に応じた４つのＰＳＤ出力信号を４本の出力端子２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆから出力する。これらＰＳＤ出力信号のそれぞれのレベルにより、受光面２ａ内における光ビーム２ｂの入射位置が表現される。
【００４２】
そして、このこの光検出装置は、図１に示すように、サーチ制御手段となるＤＳＰ（Digital Signal Processor）３と、このＤＳＰ３から出力されるＸ軸数値データＳＡＸ及びＹ軸数値データＳＡＹをアナログデータに変換して出力するＤ／Ａ変換器４とを備えている。ＤＳＰ３は、一定のサンプリング周期の間に離散時間信号処理のための算術演算処理を高速に行うことができるプロセッサであり、サーチ制御信号を生成し、このサーチ制御信号に基づいて２軸光偏向ミラー１を制御するものである。
【００４３】
すなわち、ＤＳＰ３は、サーチ制御信号として、互いに周波数の異なる２つの周期信号であるＸ軸数値データＳＡＸ及びＹ軸数値データＳＡＹを発生する。これらＸ軸数値データＳＡＸ及びＹ軸数値データＳＡＹは、Ｄ／Ａ変換器４によりアナログデータに変換されてＸ軸サーチ制御信号ＳＳＸ及びＹ軸サーチ制御信号ＳＳＹとなり、信号切換手段となる信号切換部５を経て、駆動アンプ６に送られる。駆動アンプ６は、Ｘ軸サーチ制御信号ＳＳＸ及びＹ軸サーチ制御信号ＳＳＹを供給され、これらＸ軸サーチ制御信号ＳＳＸ及びＹ軸サーチ制御信号ＳＳＹを増幅し、これらＸ軸サーチ制御信号ＳＳＸ及びＹ軸サーチ制御信号ＳＳＹに応じたＸ軸駆動電流ＳＤＸ及びＹ軸駆動電流ＳＤＹを、２軸光偏向ミラー１のＸ軸駆動磁気コア１ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１ｊの各コイル１ｋ，１ｌに給電する。
【００４４】
なお、ＤＳＰ３及びＤ／Ａ変換器４は、クロック発生器１５から供給されるクロック信号に基づいて動作する。すなわち、ＤＳＰ３における割り込み演算とＤ／Ａ変換器４における変換タイミングとを同期制御するサンプリング信号（ＳＣＬ）は、クロック発生器１５から供給されるクロック信号に基づいて発生される。このサンプリング信号（ＳＣＬ）の周期は、ＤＳＰ３において発生される周期信号の周波数に比べて十分に高いことが好ましい。
【００４５】
２軸光偏向ミラー１のミラー反射部１ｆは、Ｘ軸駆動磁気コア１ｉのコイル１ｋに給電されたＸ軸駆動電流ＳＤＸに応じてＸ軸方向に傾けられ、Ｙ軸駆動磁気コア１ｊのコイル１ｌに給電されたＹ軸駆動電流ＳＤＹに応じてＹ軸方向に傾けられる。これらＸ軸方向への傾きと、Ｙ軸方向への傾きとは、互いに独立的に行われる。
【００４６】
ここで、Ｘ軸数値データＳＡＸ及びＹ軸数値データＳＡＹが互いに周波数の異なる２つの周期信号であり、２軸偏向ミラー１のミラー反射面の傾き方向は、これらの周期信号によって制御される。
【００４７】
ここで、前記周期信号が正弦波であり、周期信号の周波数の比が有理数の場合、ミラー反射面の傾き方向はリサージュ図形を描く。すなわち、２軸偏向ミラー１に入射されこの２軸偏向ミラー１のミラー反射部１ａにより反射された光ビームの二次元ＰＳＤ素子２における入射位置の軌跡は、リサージュ図形となる。
【００４８】
ここで、リサージュ図形とは、 平面上を運動する粒子が二つの直交する軸方向におのおの調和運動を行ない、しかもその周波数の比が有理数（２個の整数の商で表わせる数）であるときに、その粒子によって描かれる図形をいう。
【００４９】
この光検出装置においては、このように２軸偏向ミラー１がＤＳＰ３が生成するサーチ制御信号に基づいて制御されることにより、二次元ＰＳＤ素子２における光ビームの入射位置を検出することで、２軸偏向ミラー１に光ビームを入射させる発光素子の方向を検索するサーチ動作が実行される。
【００５０】
一方、二次元ＰＳＤ素子２から出力される４つのＰＳＤ出力信号は、サーボエラー信号生成手段となるＰＳＤ信号処理回路７に送られる。このＰＳＤ信号処理回路７は、二次元ＰＳＤ素子２からの出力に基づいて、この二次元ＰＳＤ素子２への光ビームの入射位置に対応したサーボエラー信号となるＸ軸位置信号ＳＸ及びＸ軸位置信号ＳＹを生成し、サーボ制御手段となるサーボ制御回路８に供給する。
【００５１】
このＰＳＤ信号処理部７が生成するＸ軸位置信号ＳＸ及びＹ軸位置信号ＳＹは、図４中Ｏで示す座標中心ＯをゼロとしたＸ軸、Ｙ軸方向の位置に比例したレベルを有する信号である。これらＸ軸位置信号ＳＸ及びＹ軸位置信号ＳＹのレベルは、座標中心Ｏからの変位量に比例するので、サーボ的な見地からサーボエラー信号と呼ばれる。
【００５２】
そして、サーボ制御回路８は、図１に示すように、Ｘ軸位置信号ＳＸ及びＸ軸位置信号ＳＹに基づいて２軸偏向ミラー１を制御し、二次元ＰＳＤ素子２における光ビームの入射位置を所定の位置とするものである。
【００５３】
すなわち、サーボ制御回路８は、ＰＳＤ信号処理部７からのＸ軸位置信号ＳＸ及びＹ軸位置信号ＳＹに基づいてＸ軸サーボ制御信号ＳＣＸ及びＹ軸サーボ制御信号ＳＣＹを生成し、これらＸ軸サーボ制御信号ＳＣＸ及びＹ軸サーボ制御信号ＳＣＹを信号切換部５及び駆動アンプ６を介して２軸偏向ミラー１に送り、この２軸偏向ミラー１の閉ループ制御を行うことにより、二次元ＰＳＤ素子２に対する光ビームの入射位置をこの二次元ＰＳＤ素子２における座標中心Ｏとする。
【００５４】
このサーボ制御回路８は、２軸偏向ミラー１の動特性に対する位相補償回路により構成される。
【００５５】
また、ＰＳＤ信号処理回路７は、サーボエラー信号のレベルとして入射光量をモニタするための入射光量信号ＳＢを生成する機能を有している。このＰＳＤ信号処理回路７は、生成した入射光量信号ＳＢを、サーボエラー信号レベル検出回路９に供給する。
【００５６】
サーボエラー信号レベル検出回路９は、コンパレータ回路とロジック回路により構成され、ＰＳＤ信号処理部７から送られる入射光量信号ＳＢに基づいて、切換制御信号ＳＥを生成して信号切換部５に送る。このサーボエラー信号レベル検出回路９は、入射光量信号ＳＢが所定のレベルに対応するときに、切換制御信号ＳＥにより、信号切換部５の状態を切換える。
【００５７】
信号切換部５は、２軸偏向ミラー１へ入力される信号を、サーボ制御回路８からのＸ軸サーボ制御信号ＳＣＸ及びＹ軸サーボ制御信号ＳＣＹと、ＤＳＰ３からのＸ軸サーチ制御信号ＳＳＸ及びＹ軸サーチ制御信号ＳＳＹとで切換えるものである。
【００５８】
すなわち、この信号切換部５は、ＰＳＤ信号処理部７が生成する入射光量信号ＳＢのレベルに基づいて検出回路９が生成する切換制御信号ＳＥにより、２軸偏向ミラー１にＤＳＰ３からのＸ軸サーチ制御信号ＳＳＸ及びＹ軸サーチ制御信号ＳＳＹを駆動アンプ６を介して入力させるサーチ動作と、２軸偏向ミラー１にサーボ制御回路８からのＸ軸サーボ制御信号ＳＣＸ及びＹ軸サーボ制御信号ＳＣＹを駆動アンプ６を介して入力させるサーボ動作とを切換える。
【００５９】
〔光検出装置の動作〕
以下、この光検出装置の動作について説明する。
【００６０】
この光検出装置においては、図１に示すように、受信側の器機からのパイロット参照光が二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａの座標中心（Ｏ）に入射するように、２軸偏向ミラー１が制御されている状態、すなわちサーボ動作状態において、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが一致し、安定した信号送信が可能となる。
【００６１】
そして、パイロット参照光が二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａの受光エリア内に入射していれば、サーボ制御回路８の動作により、このパイロット参照光が受光面２ａの座標中心（Ｏ）に入射されるように２軸偏向ミラー１が制御され、光軸調整が行われる。
【００６２】
図５は、本発明に係る光検出装置において、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれている状態を示すブロック図である。
【００６３】
しかしながら、図５に示すように、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれている状態においては、パイロット参照光が二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａに入射しないので、サーボ制御回路８の動作による光軸調整を行うことができない。このような状態は、送受信器を設置して初めて信号通信を開始するときや、何らかの原因で送受信器が移動してしまった場合等に生じる。
【００６４】
この光検出装置においては、このように送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれてしまっている場合には、ＤＳＰ３の動作により、２軸偏向ミラー１を広角度の範囲で走査駆動させてパイロット参照光の方向を検索するサーチ動作を行う。
【００６５】
そして、サーチ動作をしているときに、受光面２ａの受光エリア内にパイロット参照光が入射した場合には、サーボエラー信号レベル検出回路９が入射光量信号ＳＢに基づいてサーボエラー信号のレベルを検出し、信号切換部５の動作により、サーチ動作から、サーボ制御回路８によるサーボ動作（閉ループ制御動作）に切換えられ、光軸調整が行われる。
【００６６】
サーチ動作において、ＤＳＰ３は、サンプリング周期にしたがって一定の割合で増加する変数φをＳｉｎ演算し、その結果をサンプリング周期に同期して動作するＤ／Ａ変換器４に連続的に出力することにより、正弦波信号を発生させる。
【００６７】
以下、ＤＳＰ３による正弦波信号の生成方法について、ＤＳＰ３の内部プログラム動作を述べる。
【００６８】
図６は、正弦波を演算するためのＤＳＰ３の構成を示すブロック図である。
【００６９】
この図６は、ＤＳＰ３の内部における演算機能を離散的信号処理として表現したものである。このＤＳＰ３において、Ｓｉｎ演算ブロック２０は、入力変数φのＳｉｎ（φ）を演算するブロックである。具体的演算方法は、コンパイラで提供されるＳｉｎ関数をそのまま利用することが可能であるが、演算精度と演算速度のバランスを考慮して、近似多項式を利用してもよい。
【００７０】
サンプリング遅延手段２１は、１サンプリング周期前の入力変数φの数値を保持する機能を有する。また、加算器２２は、入力変数φと、サンプリング遅延手段２１により保持された１サンプリング周期前の入力変数φとの加算演算を行い、Ｓｉｎ演算ブロック２０及びサンプリング遅延手段２１に送る。
【００７１】
このＤＳＰ３における正弦波の周波数を決める定数Ｃは、以下の式（１）により求められる。
【００７２】
Ｃ＝２・π・Ｆ０・Ｔ（Ｆ０は正弦波の周波数、Ｔはサンプリング周期である）・・（１）
Ｓｉｎ演算ブロック２０以外の部分は、以下の式（２）に示す演算を行う。
【００７３】
φ〔ｎ〕＝φ〔ｎ−１〕＋Ｃ（∵ｎは現在のサンプリング回数である）・・（２）
この式（２）は、サンプリング周期ごとに、一定の割合Ｃでφ〔ｎ〕を増加させることを意味している。このように、サンプリング周期ごとに、Ｓｉｎ演算ブロック２０でＳｉｎ（φ〔ｎ〕）を演算することにより、サンプリング周期ごとに変化するＳｉｎ演算が行われる。φ〔ｎ〕はサンプリング周期と共に順次増加するので、（φ〔ｎ〕＞２π）の条件となった場合には、以下の式（３）の演算を行うことにより、演算の発散を防止する。
【００７４】
φ〔ｎ〕＝φ〔ｎ−１〕−２π・・・（３）
図７は、ＤＳＰ３における正弦波の演算処理を示すフローチャートである。
【００７５】
次に、図７に示す正弦波演算のフローチャートを用いて、ＤＳＰ３におけるプログラムの流れを説明する。
【００７６】
Ｓ１においては、入力変数φを初期化し（φ＝０とする）、Ｓ２に進む。
【００７７】
Ｓ２においては、前記式（１）により、定数Ｃを計算し、Ｓ３に進む。
【００７８】
Ｓ３では、クロック発生器１５からのサンプリング（割り込み）信号を待ち、割込みがあったならば、Ｓ４に進む。
【００７９】
Ｓ４では、入力変数φに定数Ｃを加え、一定の割合で増加させ、Ｓ５に進む。
【００８０】
Ｓ５では、入力変数φが２π以上の場合にはＳ６に進み、入力変数φが２π未満の場合にはＳ７に進む。
【００８１】
Ｓ６では、入力変数φの発散を防ぐために、入力変数φから２πを減算し、Ｓ７に進む。
【００８２】
Ｓ７では、Ｓｉｎ（φ）を演算し、これをＤとし、Ｓ８に進む。
【００８３】
Ｓ８では、−１〜１の間で変化するＤについて、Ｄ／Ａ変換器４のビット数に対応した定数Ａを掛けることにより、これをＳＤとし、Ｓ３に戻る。
【００８４】
また、このような演算処理により、周波数の異なる２つの正弦波信号を発生するには、ＤＳＰ３において、前記式（１）に示したＳｉｎ演算を、異なる２つの定数Ｃを用いて行えばよい。
【００８５】
図８は、ＤＳＰ３において、周波数の異なる２つの正弦波信号を発生する場合の演算処理を示すフローチャートである。
【００８６】
すなわち、この図８においては、２軸偏向ミラー１におけるＸ軸及びＹ軸についての周波数をそれぞれＦｘ、Ｆｙとし、Ｘ軸Ｓｉｎ数値データＳＡＸを演算するための式（１）に対応する定数をＣｘ、Ｙ軸Ｓｉｎ数値データＳＡＹを演算するための式（１）に対応する定数をＣｙとした場合について示している。
【００８７】
Ｓ１では、入力変数φｘ、φｙを初期化し（φｘ＝０、φｙ＝０）、Ｓ２に進む。
【００８８】
Ｓ２では、前記式（１）により、定数Ｃｘ、Ｃｙを計算し、Ｓ３に進む。
【００８９】
Ｓ３では、クロック発生器１５からのサンプリング（割込み）信号を待ち、割込みがあったならば、Ｓ４に進む。
【００９０】
Ｓ４では、入力変数φｘに定数Ｃｘ、入力変数φｙに定数Ｃｙを加え、それぞれ一定の割合で増加させ、Ｓ５に進む。
【００９１】
Ｓ５では、入力変数φｘが２π以上の場合にはＳ６に進み、入力変数φｘが２π未満の場合にはＳ７に進む。
【００９２】
Ｓ６では、入力変数φｘの発散を防ぐために、φｘから２πを減算し、Ｓ７に進む。
【００９３】
Ｓ７では、入力変数φｙが２π以上の場合にはＳ８に進み、入力変数φｙが２π未満の場合にはＳ９に進む。
【００９４】
Ｓ８では、入力変数φｙの発散を防ぐために、φｙから２πを減算し、Ｓ９に進む。
【００９５】
Ｓ９では、Ｓｉｎ（φｘ）、Ｓｉｎ（φｙ）をそれぞれ演算し、それぞれをＤｘ、Ｄｙとして、Ｓ１０に進む。
【００９６】
Ｓ１０では、−１〜１の間で変化するＤｘ、Ｄｙについて、Ｄ／Ａ変換器４のビット数に対応した定数Ａを掛けることにより、これをＳＤｘ、ＳＤｙとし、Ｓ３に戻る。
【００９７】
ここで、ＤｘがＸ軸Ｓｉｎ数値データＳＡＸに、ＤｙがＹ軸Ｓｉｎ数値データＳＡＹとなる。
【００９８】
このように演算されたＸ軸Ｓｉｎ数値データＳＡＸ及びＹ軸Ｓｉｎ数値データＳＡＹを、Ｄ／Ａ変換器４でＤ／Ａ変換し、駆動アンプ６で電流増幅してＸ軸駆動磁気コア１ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１ｊの各コイル１ｋ，１ｌに給電することにより、２軸偏向ミラー１の各軸が正弦波駆動される。
【００９９】
２軸偏向ミラー１がＸ軸及びＹ軸について異なる周波数で駆動されると、ステップごとにＸ軸及びＹ軸の正弦波の位相差が変化する。この２軸偏向ミラー１を経た光ビームの二次元ＰＳＤ素子２に対する入射位置について、光ビームの入射位置を検索するサーチ動作が行われる。
【０１００】
このような２軸偏向ミラー１の動作を説明するために、ＬＤ発光素子１２からの送信用光ビームが２軸偏向ミラー１の駆動により偏向されて描く軌跡を用いて考える。すなわち、この送信用光ビームが描く軌跡は、２軸偏向ミラー１のサーチ動作における傾き方向の軌跡と一致する。
【０１０１】
ここで、Ｘ軸及びＹ軸についての周波数Ｆｘ、Ｆｙの比を、以下の式（４）に示すように、ｍとする。
【０１０２】
ｍ＝Ｆｙ／Ｆｘ  ・・・（４）
図９は、Ｘ軸についての周波数Ｆｘを５０〔Ｈｚ〕とした場合における１秒間に２軸偏向ミラー１が描く軌跡を示すグラフである。
【０１０３】
図９中の（ａ）は、周波数比ｍ＝１（両者の周波数が同じ）とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、Ｘ軸及びＹ軸の正弦波の位相差がゼロであるので、軌跡は一直線となり、サーチ動作とならない。
【０１０４】
図９中の（ｂ）は、周波数比ｍ＝１．５０（整数比２：３）とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、正弦波２周期でサーチ軌跡が収束し、４０ｍsecごとに同じ軌跡を描く。また、Ｙ軸を４回、Ｘ軸を６回横切る軌跡となり、非常に分解能の低い軌跡となる。
【０１０５】
なお、Ｘ軸についての周波数ＦｘとＹ軸についての周波数Ｆｙとの比を互いに素な整数の組（ｘ：ｙ）とした場合、その軌跡は、ｘ軸及びｙ軸をそれぞれ２ｘ回及び２ｙ回横切る図形となる。ここでは、この図形について、光ビームの入射位置をサーチする分解能を、ｘ軸及びｙ軸をそれぞれ横切る回数の積として、４ｘｙと考えることとする。すなわち、図９中の（ｂ）に示した図形における分解能は、２４と示すことができる。
【０１０６】
図９中の（ｃ）は、周波数比ｍ＝１．１０（整数比１０：１１）とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、正弦波１０周期でサーチ軌跡が収束し、２００ｍsecごとに同じ軌跡を描く。また、Ｙ軸を２０回、Ｘ軸を２２回横切る軌跡となり、図９中の（ｂ）よりも分解能が改善されるとともに、全方位に亘るサーチ動作が行われる。この場合には、分解能は、４４０ということになる。
【０１０７】
図９中の（ｄ）は、周波数比ｍ＝１．００３（整数比１０００：１００３）とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、１秒間では軌跡は未だ収束せず、全方位をサーチし、収束するためには２０秒も要するので、高速サーチの点では不利となる。この場合には、分解能は、４０１２０００ということになる。
【０１０８】
図９中の（ｅ）は、周波数比ｍ＝１．１８（整数比５０：５９）とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、正弦波５０周期でサーチ軌跡が収束し、１秒ごとに同じ軌跡を描く。また、Ｙ軸を１００回、Ｘ軸を１１８回横切る軌跡となり、分解能が高い全方位サーチが可能となる。この場合には、分解能は、１１８００ということになる。
【０１０９】
図９中の（ｆ）は、周波数比ｍ＝√２（非整数比、無理数）とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、サーチ軌跡は収束することなく、時間とともにほぼ無限大の分解能となる。
【０１１０】
サーチ動作の速度を上げるためには、正弦波の周波数（Ｆｘ、Ｆｙ）を高くすればよいのであるが、２軸偏向ミラー１の機械的振動により、むやみに高くすることはできない。また、周波数比ｍの値も、なるべく小さいほうが安定した動作となる。
【０１１１】
したがって、例えば、図９中の（ｅ）のような周波数比ｍの値（１．１８）を採ると、周波数自体は低くとも、短い時間内に分解能の高い全方位サーチが可能となる動作を行うことができる。
【０１１２】
また、図９中の（ｆ）のように周波数比ｍを整数比以外の値にすることにより、時間とともにほぼ無限大の分解能とすることができるので、パイロット参照光のビーム径が極めて小さい場合であっても、確実なサーチを行うことができる。
【０１１３】
各正弦波の周波数及び周波数比ｍは、目標とするサーチ時間や検出分解能が達成されるように、最適化することができる。
【０１１４】
ここで、各正弦波の周波数は、１０〜１０００Ｈｚの範囲が好ましい。また、各正弦波の周波数比ｍは、１〜１．５の範囲が好ましい。
【０１１５】
図１０は、Ｘ軸及びＹ軸についての周波数比に誤差が生じた場合の軌跡を示すグラフである。
【０１１６】
ところで、図９中の（ｅ）に示したように、周波数比ｍ＝１．１８である場合、Ｆｘ＝５０〔Ｈｚ〕とすると、Ｆｙ＝５９〔Ｈｚ〕となるが、ここで、Ｆｙについて、±１〔Ｈｚ〕の誤差が発生すると、図１０中の（ｂ）に示すように、周波数比ｍは２５：２９となり、または、図１０中の（ｃ）に示すように、周波数比ｍが５：６となってしまい、まったく異なった動作となってしまう。なお、図１０中の（ａ）は、誤差がない場合に描かれる軌跡である。
【０１１７】
したがって、このような動作を行うには、少なくとも誤差が０．１〔Ｈｚ〕程度よりも小さい高い精度において周波数を制御することが要求される。
【０１１８】
この光検出装置においては、ＤＳＰ３における演算処理により生成した２つの正弦波信号を用いているため、各正弦波信号の周波数比ｍを高精度に制御することが可能であり、これら正弦波信号によって２軸偏向ミラー１における各軸方向についての傾きを制御することにより、安定した軌跡を描くサーチ動作を行わせることができる。
【０１１９】
アナログ回路により正弦波信号を発生させた場合には、高精度な設定が困難であり、また、温度ドリフト等の影響により周波数及び周波数比が変化してしまうため、安定な動作を行うことができない。
【０１２０】
図１１は、サーチ動作中におけるＰＳＤ信号処理回路７及びサーボエラー信号レベル検出回路９からの出力信号波形を示す波形図である。
【０１２１】
前述したようなサーチ動作中においては、二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａの受光エリア内にパイロット参照光が照射されると、図１１中の（ｂ）に示すように、ＰＳＤ信号処理回路７からの入射光量信号（ＳＢ）のレベルが増大するとともに、図１１中の（ａ）に示すように、ＰＳＤ信号処理回路７からのパイロット参照光のスポット位置に応じたサーボエラー信号（Ｘ軸位置信号（ＳＸ）、Ｙ軸位置信号（ＳＹ））が変化する。
【０１２２】
サーボエラー信号レベル検出回路９は、例えば、入射光量信号（ＳＢ）が規定レベルＡ以上であって、かつ、Ｘ軸位置信号（ＳＸ）、Ｙ軸位置信号（ＳＹ）のいずれかのレベルが０となったときに、図１１中の（ｃ）に示すように、切換制御信号（ＳＥ）を変化させて信号切換部５を制御し、サーチ動作からサーボ動作（閉ループ制御動作）への切換えを行い、光軸調整が行われるようにする。
【０１２３】
サーボ動作中においては、二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａの受光エリア内にパイロット参照光が入射されている限り、２軸偏向ミラー１によって、パイロット参照光の方向に追従して光軸が調整される。
【０１２４】
なお、前述したようなサーチ動作を制御するためのサーチ制御信号として、三角波などの高周波成分の含まれる周期信号を使用すると、２軸偏向ミラー１の振動特性により、共振が発生し易くなり、安定な動作を行うことができなくなる虞れがある。特に、２軸偏向ミラー１を広角度の範囲において、かつ、高速で駆動しようとしたときにその影響が顕著となる。
【０１２５】
そのため、サーチ制御信号の波形は、高周波成分の最も少ない正弦波形が望ましい。
【０１２６】
しかしながら、三角波を用いることも可能である。
【０１２７】
図１２は、サーチ制御信号として、三角波を使用した場合に２軸偏向ミラーによって描かれる軌跡を示すグラフである。
【０１２８】
サーチ動作において、サーチ制御信号として、Ｘ軸及びＹ軸ともに三角波を使用した場合には、図１２中の（ａ）に示すように、２軸偏向ミラー１の偏向方向が描く図形は、Ｘ軸及びＹ軸平行な直線及び傾斜した直線からなる格子図形となる。
【０１２９】
また、サーチ制御信号として、Ｘ軸に三角波を使用し、Ｙ軸に正弦波を使用した場合には、図１２中の（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向について非対称な軌跡が描かれる。なお、これら図１２中の（ａ）（ｂ）に示した例は、図９中の（ｃ）に示したものと同じく、Ｘ軸及びＹ軸についての周波数比ｍを１．１０としたものである。
【０１３０】
このように、三角波のような周期信号を用いる場合には、周期信号に高周波成分が多く含まれるため、ローパスフィルタ等を用いることにより、２軸偏向ミラー１の異常振動を抑える必要がある。
【０１３１】
〔第２実施形態〕
図１３は、本発明に係る光検出装置の第２実施形態におけるＤＳＰ３の演算処理の第１例を示すフローチャートである。
【０１３２】
この第２実施形態においては、ＤＳＰ３は、図１３に示すように、Ｓ１でサーチ動作を開始し、Ｓ２で、分解能を、比較的低い分解能である第１の分解能（例えば、図９中の（ｃ）に示す分解能が４４０となる周波数比ｍ＝１．１０）としてサーチ動作を実行する。
【０１３３】
次に、Ｓ３で、所定時間内に二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａに対するパイロット参照光の入射が検出されたか否かを判別する。所定時間内に二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａにパイロット参照光が入射した場合には、Ｓ５に進んでサーチ動作を終了し、入射しなかった場合には、Ｓ４に進む。
【０１３４】
Ｓ４では、ＤＳＰ３は、分解能を、第１の分解能よりも高い第２の分解能（例えば、図９中の（ｄ）に示す分解能が４０１２０００となる周波数比ｍ＝１．００３）として、二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａに対するパイロット参照光の入射が検出されるまでサーチ動作を実行した後、Ｓ５に進んでサーチ動作を終了する。
【０１３５】
このように、比較的低い分解能においてサーチ動作を開始することにより、この段階で二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａに対するパイロット参照光の入射が検出されれば、サーチ動作を迅速に完了することができる。また、比較的低い分解能におけるサーチ動作によりパイロット参照光の入射が検出されなくとも、次に高い分解能におけるサーチ動作を実行するので、パイロット参照光の入射を確実に検出することができる。
【０１３６】
なお、ここではＳ４においてＳ２より分解能を高くしたが、分解能を維持したまま位相を変化させることもできる。これによって、軌跡の位置を変位させることができ、分解能を高くするのと同様の効果を得ることができる。以下でも同様である。
【０１３７】
図１４は、本発明に係る光検出装置の第２実施形態におけるＤＳＰ３の演算処理の第２例を示すフローチャートである。
【０１３８】
さらに、ＤＳＰ３は、図１４に示すように、分解能を順次高くしてゆきながら、サーチ動作を繰り返し実行するようにしてもよい。
【０１３９】
すなわち、この場合には、ＤＳＰ３は、図１４に示すように、Ｓ１でサーチ動作を開始し、Ｓ２で、分解能を、比較的低い分解能である第１の分解能（例えば、図９中の（ｃ）に示す分解能が４４０となる周波数比ｍ＝１．１０）としてサーチ動作を実行する。
【０１４０】
次に、Ｓ３で、所定時間内に二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａに対するパイロット参照光の入射が検出されたか否かを判別する。所定時間内に二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａにパイロット参照光が入射した場合には、Ｓ７に進んでサーチ動作を終了し、入射しなかった場合には、Ｓ４に進む。
【０１４１】
Ｓ４では、ＤＳＰ３は、分解能を、第１の分解能よりも高い第２の分解能（例えば、図９中の（ｅ）に示す分解能が１１８００となる周波数比ｍ＝１．１８）として、サーチ動作を実行する。
【０１４２】
次に、Ｓ５で、所定時間内に二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａに対するパイロット参照光の入射が検出されたか否かを判別する。所定時間内に二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａにパイロット参照光が入射した場合には、Ｓ７に進んでサーチ動作を終了し、入射しなかった場合には、Ｓ６に進む。
【０１４３】
Ｓ６では、ＤＳＰ３は、分解能を、第２の分解能よりも高い第３の分解能（例えば、図９中の（ｄ）に示す分解能が４０１２０００となる周波数比ｍ＝１．００３）として、二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａに対するパイロット参照光の入射が検出されるまでサーチ動作を実行した後、Ｓ７に進んでサーチ動作を終了する。
【０１４４】
なお、この図１４においては、第１乃至第３の分解能によるサーチ動作までを示しているが、さらに、第４、第５・・・の分解能というように、順次分解能を高くしてゆきながらサーチ動作を繰返し実行するようにしてもよい。
【０１４５】
このように、比較的低い分解能においてサーチ動作を開始することにより、この段階で二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａに対するパイロット参照光の入射が検出されれば、サーチ動作を迅速に完了することができる。また、比較的低い分解能におけるサーチ動作によりパイロット参照光の入射が検出されなくとも、次に、順次分解能を高くしていってサーチ動作を繰返し実行するので、パイロット参照光の入射を確実に検出することができる。
【０１４６】
〔第３実施形態〕
図１５は、本発明に係る光検出装置の第３実施形態における構成を示すブロック図である。
【０１４７】
本発明に係る光検出装置の第３実施形態は、図１５に示すように、前述の第１実施形態におけるサーチ制御手段となるＤＳＰ３と、サーボ制御手段となるサーボ制御回路８と、信号切換手段となる信号切換部５とを、全て１つのＤＳＰ３として構成したものである。
【０１４８】
この光検出装置においては、光学系部分は、前述した第１実施形態と同様の構成となっている。すなわち、この光検出装置に入射される受信側のパイロット用発光素子からのパイロット参照光（ＰＬＤ）は、魚眼レンズ（凹レンズ）１４を介して、２軸偏向ミラー１に入射される。２軸偏向ミラー１に入射されたパイロット参照光は、この２軸偏向ミラー１において反射されて、ビームスプリッタ１３及びＰＳＤ用集光レンズ１０を透過して、二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａに入射される。
【０１４９】
この光検出装置のＬＤ発光素子１２からは、送信データに応じて光変調された送信用光ビーム（ＬＤＢ）が発せられ、コリメータレンズ１１、ビームスプリッタ１３及び２軸偏向ミラー１を経て、魚眼レンズ１４を介して、受信側の器機に向けて出射される。
【０１５０】
この光検出装置の光学系においては、二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａの中心と、ＬＤ発光素子１２の発光点とは、ビームスプリッタ１３の反射面について共役な位置となっている。
【０１５１】
２軸偏向ミラー１及び二次元ＰＳＤ素子２の構成は、前述した第１実施形態におけるものと同様である。
【０１５２】
そして、このこの光検出装置は、サーチ制御手段、サーボ制御手段及び信号切換手段となるＤＳＰ（Digital Signal Processor）３と、このＤＳＰ３から出力されるデータをアナログデータに変換して出力するＤ／Ａ変換器４とを備えている。
【０１５３】
ＤＳＰ３は、サーチ動作においては、サーチ制御信号として、互いに周波数の異なる２つの周期信号であるＸ軸数値データＳＡＸ及びＹ軸数値データＳＡＹを発生する。これらＸ軸数値データＳＡＸ及びＹ軸数値データＳＡＹは、Ｄ／Ａ変換器４によりアナログデータに変換されてＸ軸サーチ制御信号ＳＳＸ及びＹ軸サーチ制御信号ＳＳＹとなり、信号切換手段となる信号切換部５を経て、駆動アンプ６に送られる。駆動アンプ６は、Ｘ軸サーチ制御信号ＳＳＸ及びＹ軸サーチ制御信号ＳＳＹを供給され、これらＸ軸サーチ制御信号ＳＳＸ及びＹ軸サーチ制御信号ＳＳＹを増幅し、これらＸ軸サーチ制御信号ＳＳＸ及びＹ軸サーチ制御信号ＳＳＹに応じたＸ軸駆動電流ＳＤＸ及びＹ軸駆動電流ＳＤＹを、２軸光偏向ミラー１に給電する。
【０１５４】
なお、ＤＳＰ３及びＤ／Ａ変換器４は、クロック発生器１５から供給されるクロック信号に基づいて動作する。
【０１５５】
２軸光偏向ミラー１は、Ｘ軸駆動電流ＳＤＸに応じてミラー反射部をＸ軸方向に傾けるとともに、Ｙ軸駆動電流ＳＤＹに応じてミラー反射部をＹ軸方向に傾ける。これらＸ軸方向への傾きと、Ｙ軸方向への傾きとは、互いに独立的に行われる。
【０１５６】
このサーチ動作においては、Ｘ軸数値データＳＡＸ及びＹ軸数値データＳＡＹが互いに周波数の異なる２つの周期信号であることにより、２軸偏向ミラー１のミラー反射面の傾き方向が軌跡描く方向に変化する。
【０１５７】
二次元ＰＳＤ素子２から出力される４つのＰＳＤ出力信号は、サーボエラー信号生成手段となるＰＳＤ信号処理回路７に送られる。このＰＳＤ信号処理回路７は、二次元ＰＳＤ素子２からの出力に基づいて、この二次元ＰＳＤ素子２への光ビームの入射位置に対応したサーボエラー信号となるＸ軸位置信号ＳＸ及びＸ軸位置信号ＳＹを生成し、Ａ／Ｄ変換器１６を介して、ＤＳＰ３に供給する。
【０１５８】
Ａ／Ｄ変換器１６は、ＰＳＤ信号処理回路７からのＸ軸位置信号（ＳＸ）、Ｙ軸位置信号（ＳＹ）及び入射光量信号（ＳＢ）をデジタル信号に変換し、ＤＳＰ３に入力する。
【０１５９】
ＰＳＤ信号処理部７が生成するＸ軸位置信号ＳＸ及びＹ軸位置信号ＳＹは、二次元ＰＳＤ素子２の受光面２ａの座標中心ＯをゼロとしたＸ軸、Ｙ軸方向の位置に比例したレベルを有する信号である。これらＸ軸位置信号ＳＸ及びＹ軸位置信号ＳＹのレベルは、座標中心Ｏからの変位量に比例するので、サーボ的な見地からサーボエラー信号と呼ばれる。
【０１６０】
そして、ＤＳＰ３は、サーボ動作においては、Ｘ軸位置信号ＳＸ及びＸ軸位置信号ＳＹに基づいて２軸偏向ミラー１を制御し、二次元ＰＳＤ素子２における光ビームの入射位置を所定の位置とする。すなわち、ＤＳＰ３は、ＰＳＤ信号処理部７からのＸ軸位置信号ＳＸ及びＹ軸位置信号ＳＹに基づいてＸ軸サーボ制御信号ＳＣＸ及びＹ軸サーボ制御信号ＳＣＹを生成し、これらＸ軸サーボ制御信号ＳＣＸ及びＹ軸サーボ制御信号ＳＣＹをＤ／Ａ変換器４及び駆動アンプ６を介して２軸偏向ミラー１に送り、この２軸偏向ミラー１の閉ループ制御を行うことにより、二次元ＰＳＤ素子２に対する光ビームの入射位置をこの二次元ＰＳＤ素子２における座標中心Ｏとする。
【０１６１】
また、ＰＳＤ信号処理回路７は、サーボエラー信号のレベルとして入射光量をモニタするための入射光量信号ＳＢを生成する機能を有している。このＰＳＤ信号処理回路７は、生成した入射光量信号ＳＢを、ＤＳＰ３に供給する。
【０１６２】
ＤＳＰ３は、ＰＳＤ信号処理部７から送られる入射光量信号ＳＢが所定のレベルに対応するときに、サーチ動作とサーボ動作との切換えを行う。
【０１６３】
図１６は、本発明に係る光検出装置の第３実施形態におけるＤＳＰの動作を示すフローチャートである。
【０１６４】
次に、図１６を用いて、ＤＳＰ３におけるプログラムの流れを説明する。
【０１６５】
Ｓ１では、図８に示した正弦波演算を行い、Ｄ／Ａ変換器４に出力することにより、サーチ動作を開始する。
【０１６６】
Ｓ２では、図１１に示したように、入射光量信号ＳＢの数値データが規定値Ａ以上で、かつ、Ｘ軸位置信号ＳＸ及びＹ軸位置信号ＳＹのいずれかの数値データの絶対値が規定値Ｂ以下となっていれば、Ｓ３へ進み（ＴＲＵＥ）、これらの条件のうちのいずれかが満足しない場合には、Ｓ２に戻る（ＦＡＬＳＥ）。
【０１６７】
Ｓ３では、サーボ動作を開始し、Ｓ４に進む。このサーボ動作においては、サーボエラー信号、すなわち、Ｘ軸位置信号ＳＸ及びＹ軸位置信号ＳＹの数値データをデジタル演算処理することによりフィルタ特性を実現し、位相補償等を行い、Ｄ／Ａ変換器４に出力する。
【０１６８】
Ｓ４では、サーチ動作のための正弦波出力ルーチンを終了し、Ｓ５に進む。
【０１６９】
Ｓ５では、入射光量信号ＳＢの数値データを監視し、入射光量信号ＳＢが規定値ＡＬ以上であれば、Ｓ５に留まり（ＴＲＵＥ）、入射光量信号ＳＢが規定値ＡＬ以下となった場合には、Ｓ６に進む（ＦＡＬＳＥ）。
【０１７０】
Ｓ６では、サーボ動作を停止し、Ｓ１に戻ってサーチ動作を行う。
【０１７１】
ＤＳＰ３が以上のように動作することにより、送信用光ビームの光軸がパイロット参照光の光軸に一致していない場合には、サーチ動作が開始され、サーチ動作の完了後（パイロット参照光の検出後）には、パイロット参照光の方向に送信用光ビームの光軸が追従させられる。
【０１７２】
なお、ＤＳＰの機能は、処理速度に応じて、マイクロコンピュータ等のＣＰＵで置き換えることができる。また、二次元ＰＳＤ素子は、４分割ＰＤ（Photo Ditecter）、または、Ｃ−ＭＯＳセンサなどに置き換え可能である。
【０１７３】
前述のように、本実施の形態の光検出装置においては、サーチ制御手段が、２軸光偏向手段を経た光ビームの二次元光位置検出手段における入射位置の軌跡について、この二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置を検出することによって、２軸光偏向手段に光ビームを入射させる発光素子の方向を検索するサーチ動作を実行するので、２軸光偏向手段における偏向の周波数が低い場合であっても、広範囲に亘って高速なサーチ動作を行うことができ、発光素子の方向を確実、かつ、迅速に検索することができる。
【０１７４】
なお、サーチ制御手段は、ＤＳＰなどによる演算処理により、例えば、正弦波信号や三角波信号である２つの周期信号をサーチ制御信号として生成し、また、これら２つの周期信号の周波数比を高精度に制御することが可能であり、二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置を安定した軌跡とすることができる。
【０１７５】
また、この光検出装置においては、サーチ制御手段は、二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置が検出されるまで、順次、分解能を高くして、サーチ動作を繰返し実行するので、発光素子の方向の検索を効率良く迅速化することができる。
【０１７６】
さらに、この光検出装置においては、信号切換手段が、サーボエラー信号生成手段が生成するサーボエラー信号のレベルに基づいて、サーチ動作からサーボ動作への切換えを行うので、サーチ動作における発光素子の方向の検索が完了した後には、この発光素子の方向に受光側の光軸を迅速に追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】前記光検出装置の２軸偏向ミラーの構成を示す平面図である。
【図３】前記光検出装置の２軸偏向ミラーの構成を示す分解斜視図である。
【図４】前記光検出装置の二次元ＰＳＤ素子の構成を示す正面図である。
【図５】前記光検出装置において、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれている状態を示すブロック図である。
【図６】前記光検出装置において正弦波を演算するためのＤＳＰの構成を示すブロック図である。
【図７】前記ＤＳＰにおける正弦波の演算処理を示すフローチャートである。
【図８】前記ＤＳＰにおいて、周波数の異なる２つの正弦波信号を発生する場合の演算処理を示すフローチャートである。
【図９】前記光検出装置の２軸偏向ミラーにおいてＸ軸についての周波数を５０〔Ｈｚ〕とした場合における１秒間に描かれる軌跡を示すグラフである。
【図１０】前記光検出装置の２軸偏向ミラーにおいてＸ軸及びＹ軸についての周波数比に誤差が生じた場合の軌跡を示すグラフである。
【図１１】前記光検出装置のサーチ動作中におけるＰＳＤ信号処理回路及びサーボエラー信号レベル検出回路からの出力信号波形を示す波形図である。
【図１２】前記光検出装置において、サーチ制御信号として三角波を使用した場合に２軸偏向ミラーによって描かれる図形を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る光検出装置におけるＤＳＰの演算処理の第１例を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る光検出装置におけるＤＳＰの演算処理の第２例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る光検出装置におけるＤＳＰの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１７８】
１      ２軸偏向ミラー
２      二次元ＰＳＤ素子
２ａ    受光面
３      ＤＳＰ（Digital Signal Processor）
４      Ｄ／Ａ変換器
５      信号切換部
６      駆動アンプ
７      ＰＳＤ信号処理回路
８      サーボ制御回路
９      サーボエラー信号レベル検出回路
１０    ＰＳＤ用集光レンズ
１１    コリメータレンズ
１２    ＬＤ発光素子
１３    ビームスプリッタ
１４    魚眼レンズ
１５    クロック発生器
１６    Ａ／Ｄ変換器
【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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