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JP2005172704A - Photodetection device and optical system - Google Patents

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JP2005172704A
JP2005172704A JP2003415554A JP2003415554A JP2005172704A JP 2005172704 A JP2005172704 A JP 2005172704A JP 2003415554 A JP2003415554 A JP 2003415554A JP 2003415554 A JP2003415554 A JP 2003415554A JP 2005172704 A JP2005172704 A JP 2005172704A
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Japan
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light
optical path
incident
light beam
light detection
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JP2003415554A
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Japanese (ja)
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Yasuhiro Miyazaki
靖浩 宮崎
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a light flux having an incident angle of a wide range without a loss, in a photodetection device and an optical system of a compact type. <P>SOLUTION: This device is equipped with a position detection sensor 11 for detecting the light flux on a neutral position when an incident light flux enters a prescribed optical path along a main beam 15a on the axis, a cylindrical reflecting member 12 for deflecting the optical path along which the incident light flux advances to the outside of the position detection sensor 11 after deviating from the prescribed optical path, to the approaching side to the main beam 15a on the axis, and a position detection sensor 13 for receiving and detecting the light flux deflected by the cylindrical reflecting member 12. The amount of deviation of the incident light flux from the prescribed optical path is detected from detection outputs from the position detection sensors 11, 13. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光検出装置および光学システムに関する。特に、粗追尾と精追尾とが可能な光捕捉追尾を行う種々の光学システム、例えば空間光伝送装置などに好適に用いることができる光検出装置および光学システムに関する。   The present invention relates to a light detection device and an optical system. In particular, the present invention relates to various optical systems that perform light capturing and tracking capable of coarse tracking and fine tracking, for example, a light detection apparatus and an optical system that can be suitably used for a spatial light transmission apparatus.

従来、光検出装置として、光ビームの一部をビームスプリッタで分岐して、4分割ディテクタ等の光センサで受光し、受光された光スポットの位置により、光ビームの光軸傾きの方向を検出する方法を備えたものが知られている。例えば特許文献1では、受光した信号光を2つのハーフミラーにより分割し、微小な入射角変動に対する精追尾センサと大きな入射角変動に対応する粗追尾センサに導いている。   Conventionally, as a light detection device, a part of the light beam is branched by a beam splitter, received by a light sensor such as a quadrant detector, and the direction of the optical axis tilt of the light beam is detected by the position of the received light spot There is a known method with which to do this. For example, in Patent Document 1, the received signal light is divided by two half mirrors and led to a fine tracking sensor for a small incident angle variation and a coarse tracking sensor for a large incident angle variation.

また、4分割ディテクタ等の光センサを使用しない光検出方法が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。この特許文献2に記載の光検出方法に用いられている装置は、垂直方向にティルト駆動する垂直駆動ミラーと、水平方向にティルト駆動する水平駆動ミラーと、集光レンズと、受光素子とを備えている。この装置を用いて光軸の傾きを検出し、補正するには、まず、制御電圧による2次元制御により、垂直駆動ミラーと水平駆動ミラーとを駆動させる。これにより、受光素子に集光した光スポットは円の軌跡を描いて受光素子上を動くことになる。このとき、光スポットの受光素子からのはみ出しの程度に応じて、受光素子により検出された検出信号は、周期的に変動する。一方、受光素子から光スポットがはみ出していない場合は、検出信号が一定となる。したがって、検出信号のレベルの変化が生じないように各ミラーの角度を調整することにより、損失することなく光を検出できるようになっている。したがって、受光素子が光軸のずれの検出と光信号の検出とを兼ねるため、光量を落とす素子を必要としないので、受信光による損失がない。
特開2000−292541号公報(第3−5頁、図1) 特開平5−122155号公報(第3頁、図1−2)
In addition, a light detection method that does not use an optical sensor such as a quadrant detector has been proposed (see, for example, Patent Document 2). The apparatus used in the light detection method described in Patent Document 2 includes a vertical drive mirror that is tilt-driven in the vertical direction, a horizontal drive mirror that is tilt-driven in the horizontal direction, a condensing lens, and a light receiving element. ing. In order to detect and correct the inclination of the optical axis using this apparatus, first, the vertical drive mirror and the horizontal drive mirror are driven by two-dimensional control using a control voltage. Thereby, the light spot condensed on the light receiving element moves on the light receiving element while drawing a locus of a circle. At this time, the detection signal detected by the light receiving element fluctuates periodically according to the extent of the light spot protruding from the light receiving element. On the other hand, when the light spot does not protrude from the light receiving element, the detection signal is constant. Therefore, light can be detected without loss by adjusting the angle of each mirror so that the level of the detection signal does not change. Therefore, since the light receiving element serves as both detection of the optical axis shift and detection of the optical signal, an element for reducing the amount of light is not required, and there is no loss due to the received light.
JP 2000-292541 A (page 3-5, FIG. 1) Japanese Patent Laid-Open No. 5-122155 (Page 3, FIG. 1-2)

しかしながら、特許文献1の方法によると、光追尾機能を有する空間光通信に用いられたとき、受信される光の一部が常時光軸の傾き検出に使われてしまうため、受光素子に検出される受信光が弱くなってしまう不都合がある。特に長距離通信の場合、受信される光自体が弱いものである。この光から精追尾、粗追尾センサの光をハーフミラーにて分離すると、各センサに受信される光が常に精追尾、粗追尾のどちらかの光路で光量の損失が生じ、検出時のS/N比が低下するという問題があった。
また特許文献2では、信号検出のための受光素子は、高速応答を求められているので、受光素子の容量を低くする必要があり、一般的に受光エリアが小さい。また、光を損失することなく検出するためには、必ず光スポットの一部が受光エリア内に重なるという前提があるので、光軸のずれの検出範囲が極めて狭くなる。そのため、広い範囲の入射角度を有する場合に対応できないという課題があった。
However, according to the method of Patent Document 1, when used for spatial light communication having an optical tracking function, a part of the received light is always used for detecting the inclination of the optical axis, so that it is detected by the light receiving element. The received light becomes weak. Especially in the case of long-distance communication, the received light itself is weak. If the light of the fine tracking and coarse tracking sensors is separated from this light by a half mirror, the light received by each sensor always loses light quantity in either the fine tracking or coarse tracking optical path, and the S / There was a problem that the N ratio decreased.
In Patent Document 2, since a light receiving element for signal detection is required to have a high-speed response, it is necessary to reduce the capacity of the light receiving element, and the light receiving area is generally small. Further, in order to detect without losing light, there is a premise that a part of the light spot always overlaps the light receiving area, so that the detection range of the optical axis deviation becomes extremely narrow. Therefore, there has been a problem that it is impossible to cope with a case where the incident angle is in a wide range.

本発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、捕捉追尾用の光量を損失することなく、広い範囲の入射角度の光束を検出できる光検出装置および光学システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a photodetector and an optical system that can detect a light beam having a wide range of incident angles without losing the amount of light for capturing and tracking. And

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、入射光束の所定光路からのずれ量を検出する光検出装置であって、前記ずれ量が相対的に小さいとき、前記入射光束を受光して光検出を行う第1光検出手段と、前記ずれ量が相対的に大きいとき、前記入射光束のうち、前記第1光検出手段の受光範囲外に入射する光束を偏向する光路偏向手段と、該光路偏向手段で偏向された光束を受光して光検出を行う第2光検出手段とを備え、前記第1および第2光検出手段のうち少なくともいずれかにより、前記入射光束の所定光路からのずれ量を検出する構成とする。
この発明によれば、入射光束の所定光路からのずれ量が相対的に小さいときは、第1光検出手段により光検出して入射光束のずれ量を検出できる。ずれ量が相対的に大きく第1光検出手段の受光範囲外に入射光束が入射するときは、第2光検出手段により光検出して、入射光束のずれ量を検出できる。したがって、広範囲のずれ量に対応して、異なる光検出手段によりずれ量を検出できる。
そして、第2光検出手段に入射する光束は、光路偏向手段により偏向されているので、光路をおりたたんでコンパクトなものとすることができる。
また、入射光束は、ずれ量の大きさに応じて第1光検出手段または第2光検出手段、あるいはそれらにまたがって入射するから、入射光束の光量がいずれかの光検出手段に入射するので、光量損失することなく光検出することができる。
In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, there is provided a photodetector for detecting a deviation amount of an incident light beam from a predetermined optical path, wherein the incident light beam is relatively small when the deviation amount is relatively small. First light detecting means for detecting light by receiving light and optical path deflection for deflecting the incident light beam outside the light receiving range of the first light detecting means when the shift amount is relatively large And a second light detecting means for detecting light by receiving the light beam deflected by the optical path deflecting means, and at least one of the first light detecting means and the second light detecting means, The amount of deviation from the optical path is detected.
According to the present invention, when the amount of deviation of the incident light beam from the predetermined optical path is relatively small, it is possible to detect the amount of deviation of the incident light beam by detecting light with the first light detection means. When the amount of deviation is relatively large and the incident light beam enters outside the light receiving range of the first light detection means, the second light detection means can detect the light and detect the deviation amount of the incident light flux. Therefore, the shift amount can be detected by different light detection means corresponding to a wide range of shift amount.
Since the light beam incident on the second light detecting means is deflected by the optical path deflecting means, the optical path can be folded to be compact.
Further, since the incident light beam is incident on the first light detection means or the second light detection means or across them depending on the magnitude of the shift amount, the light quantity of the incident light beam is incident on any of the light detection means. The light can be detected without losing the light amount.

請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の光検出装置において、前記光路偏向手段が、前記所定光路からずれた入射光束を前記所定光路の進行方向側かつ前記所定光路の光軸に近づく方向に光路を偏向する構成とする。
この発明によれば、所定光路からずれて第1光検出手段の受光範囲外を進む入射光束を、光路偏向手段により、所定光路の進行方向側かつ所定光路の光軸(以下、単に光軸と略称する場合がある)に近づく方向に偏向するから、第2光検出手段を所定光路の光路上または光路の近傍に配置して光検知することができる。したがって、入射光束の入射角度が大きくなっても、所定光路の延長上またはその近傍の比較的狭い範囲で光検出を行うことができる。
According to a second aspect of the present invention, in the light detection device according to the first aspect, the optical path deflecting unit causes an incident light beam shifted from the predetermined optical path to be on the traveling direction side of the predetermined optical path and on the optical axis of the predetermined optical path. The optical path is deflected in the approaching direction.
According to the present invention, an incident light beam that deviates from a predetermined optical path and travels outside the light receiving range of the first light detection means is converted by the optical path deflecting means to the traveling direction side of the predetermined optical path and the optical axis of the predetermined optical path (hereinafter simply referred to as the optical axis). The second light detection means can be arranged on the optical path of the predetermined optical path or in the vicinity of the optical path for light detection. Therefore, even if the incident angle of the incident light beam increases, light detection can be performed in a relatively narrow range on or near the extension of the predetermined optical path.

請求項3に記載の発明では、請求項1または2に記載の光検出装置において、前記光路偏向手段が、前記所定光路の光軸を通る平面に対して対称に配置された反射面を備える構成とする。
この発明によれば、反射面が配置される対称面(所定光路の光軸を通る平面)に対して、入射光束が面対称に反射されるので、第2光検出手段として、一様な光検出感度を有する光学素子を用いることができる。したがって、光検出量と入射光束のずれ量との関係が簡素化され、ずれ量の検出が容易となる。
According to a third aspect of the present invention, in the light detection device according to the first or second aspect, the optical path deflecting unit includes a reflecting surface arranged symmetrically with respect to a plane passing through the optical axis of the predetermined optical path. And
According to the present invention, since the incident light beam is reflected symmetrically with respect to the symmetry plane (the plane passing through the optical axis of the predetermined optical path) on which the reflection surface is arranged, uniform light is used as the second light detection means. An optical element having detection sensitivity can be used. Therefore, the relationship between the light detection amount and the deviation amount of the incident light beam is simplified, and the deviation amount can be easily detected.

請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の光検出装置において、前記対称に配置された反射面が、2対の平面反射面からなり、該2対の平面反射面の各対向方向が互いに直交するよう配置された構成とする。
この発明によれば、光偏向手段による偏向方向が互いに直交するので第2光検出手段として直交する2軸方向の成分ごとに検出出力が得られる汎用的な光学素子、例えば4分割受光器、位置検出受光器などを用いた簡素な構成とすることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the photodetecting device according to the third aspect, the symmetrically disposed reflecting surfaces are composed of two pairs of plane reflecting surfaces, and each facing direction of the two pairs of plane reflecting surfaces. Are arranged so as to be orthogonal to each other.
According to the present invention, since the deflection directions by the light deflecting means are orthogonal to each other, a general-purpose optical element capable of obtaining a detection output for each of two orthogonal axial components as the second light detecting means, for example, a quadrant light receiver, a position A simple configuration using a detection light receiver or the like can be employed.

請求項5に記載の発明では、請求項3または4に記載の光検出装置において、前記対称に配置された反射面が、前記所定光路の光軸を通る平面に略平行に配置された構成とする。
この発明によれば、反射面を所定光路の光軸を通る平面に略平行に配置するので、反射面の配置が容易となる。そのため、光路偏向手段を安価かつ高精度に製作することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the photodetecting device according to the third or fourth aspect, the symmetrically disposed reflecting surfaces are disposed substantially parallel to a plane passing through the optical axis of the predetermined optical path. To do.
According to this invention, since the reflecting surface is arranged substantially parallel to the plane passing through the optical axis of the predetermined optical path, the arrangement of the reflecting surface is facilitated. Therefore, the optical path deflecting means can be manufactured at low cost and with high accuracy.

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光検出装置において、前記第1光検出手段と前記第2光検出手段とが、一体に設けられた構成とする。
この発明によれば、第1および第2光検出手段が一体に設けられるので、配置・組立が容易となり、安価に装置を製作することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the light detection device according to any one of the first to fifth aspects, the first light detection means and the second light detection means are integrally provided.
According to the present invention, since the first and second light detecting means are provided integrally, the arrangement and assembly are facilitated, and the apparatus can be manufactured at low cost.

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光検出装置において、前記第1光検出手段および前記第2光検出手段の検出面が、同一平面上に配置された構成とする。
この発明によれば、第1および第2光検出手段の検出面が同一平面上に配置されるので、配置・組立が容易となり、安価な装置を製作できる。また、光軸方向にコンパクトな構成とすることができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the light detection device according to any one of the first to sixth aspects, the detection surfaces of the first light detection means and the second light detection means are arranged on the same plane. The configuration.
According to this invention, since the detection surfaces of the first and second light detection means are arranged on the same plane, the arrangement and assembly are facilitated, and an inexpensive apparatus can be manufactured. Moreover, it can be set as a compact structure in an optical axis direction.

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光検出装置において、前記第2光検出手段の検出面の中心が、前記所定光路の光軸上に配置された構成とする。
この発明によれば、第2光検出手段の検出面の中心が光軸上に配置されるので、第2光検出手段として受光面中心に対して検出感度が対称な検出手段を採用することにより、ずれ量を容易に検出することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the light detection device according to any one of the first to seventh aspects, the center of the detection surface of the second light detection means is disposed on the optical axis of the predetermined optical path. And
According to this invention, since the center of the detection surface of the second light detection means is arranged on the optical axis, the detection means whose detection sensitivity is symmetrical with respect to the center of the light receiving surface is adopted as the second light detection means. The amount of deviation can be easily detected.

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光検出装置において、前記光路偏向手段が、内部に外部と屈折率の異なる光透過性の媒質が満たされ、外部との境界面に内部反射面が形成された光学素子からなる構成とする。
この発明によれば、光路偏向手段が外部との境界面に内部反射面が形成された光学素子からなるから、部品点数を低減でき、反射面の位置精度を高精度に保ちつつ容易に組み立てることができる。特に媒質の屈折率が1より大きい場合は、空気中などで用いる際、内部反射面を全反射面として構成することができるので反射膜コーティングを省略した安価な構成とすることができて好都合である。
According to a ninth aspect of the present invention, in the light detection device according to any one of the first to eighth aspects, the optical path deflecting unit is filled with a light-transmitting medium having a refractive index different from that of the outside. And an optical element having an internal reflection surface formed on the boundary surface.
According to the present invention, since the optical path deflecting means is composed of an optical element having an internal reflection surface formed on the boundary surface with the outside, the number of parts can be reduced, and the assembly can be easily performed while maintaining the positional accuracy of the reflection surface with high accuracy. Can do. In particular, when the refractive index of the medium is larger than 1, when used in air or the like, the internal reflection surface can be configured as a total reflection surface. is there.

請求項10に記載の発明では、光学システムにおいて、請求項1〜9のいずれかに記載の光検出装置と、少なくとも該光学検出装置を保持する保持部材と、該光検出装置により検出されたずれ量に基づいて、前記入射光束が前記所定光路に沿って入射するように前記保持部材の姿勢を制御する姿勢制御手段とを備える構成とする。
この発明によれば、請求項1〜9のいずれかに記載の光検出装置により、入射光束の光軸に対するずれ量を検出し、その結果に基づいて、入射光束が光軸に沿って入射するように保持部材の姿勢を制御することができる。したがって、入射光束の入射角度変化を追尾することができる。すなわち、保持部材上に入射光束を入射させるための他の光学系を配置すれば、入射光束に対して、その光学系の相対的な姿勢を一定に保つよう制御することができる。その結果、光捕捉追尾可能な光学システムとすることができる。例えば、粗追尾・精追尾を行うことが可能な空間光伝送システムなどに好適な光学システムを構築することができる。そして、請求項1〜9のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備えることができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the optical system, the light detection device according to any one of the first to ninth aspects, a holding member that holds at least the optical detection device, and a deviation detected by the light detection device And a posture control means for controlling the posture of the holding member so that the incident light beam is incident along the predetermined optical path based on the amount.
According to the present invention, the amount of deviation of the incident light beam from the optical axis is detected by the light detection device according to any one of claims 1 to 9, and based on the result, the incident light beam is incident along the optical axis. Thus, the posture of the holding member can be controlled. Therefore, the change in the incident angle of the incident light beam can be tracked. That is, if another optical system for making the incident light beam incident on the holding member is disposed, the relative posture of the optical system can be controlled to be constant with respect to the incident light beam. As a result, an optical system capable of capturing and tracking light can be obtained. For example, an optical system suitable for a spatial light transmission system that can perform rough tracking and fine tracking can be constructed. And the effect similar to the invention in any one of Claims 1-9 can be provided.

請求項11に記載の発明では、光学システムにおいて、請求項1〜9のいずれかに記載の光検出装置と、該光検出装置の入射側に前記入射光束の光路を偏向する入射光路偏向素子と、前記光検出装置により検出されたずれ量に基づいて、前記光路を偏向された入射光束が前記所定光路に沿って入射するように前記入射光路偏向素子を制御する構成とする。
この発明によれば、請求項1〜9のいずれかに記載の光検出装置により検出された入射光束のずれ量に基づいて入射光路偏向素子を制御することにより、入射光束の入射角度変化を追尾し、入射光束を光捕捉することができる。そして、入射光路偏向素子の偏向角を検出することにより、入射光束の入射角度を検出することができる。またそのような入射角度の検出情報に基づいて、光学システム全体を姿勢制御することが可能となる。例えば、粗追尾・精追尾を行うことが可能な空間光伝送システムなどに好適な光学システムを構築することができる。そして、請求項1〜9のいずれかに記載の発明と同様の作用効果を備えることができる。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the optical system, the photodetector according to any one of the first to ninth aspects, and an incident optical path deflecting element that deflects the optical path of the incident light beam on the incident side of the photodetector. The incident light path deflecting element is controlled so that the incident light beam deflected along the optical path is incident along the predetermined optical path based on the amount of deviation detected by the light detection device.
According to this invention, the incident angle change of the incident light beam is tracked by controlling the incident light path deflecting element based on the deviation amount of the incident light beam detected by the light detection device according to any one of claims 1 to 9. Thus, the incident light beam can be captured. Then, the incident angle of the incident light beam can be detected by detecting the deflection angle of the incident optical path deflecting element. Further, it becomes possible to control the attitude of the entire optical system based on such detection information of the incident angle. For example, an optical system suitable for a spatial light transmission system that can perform rough tracking and fine tracking can be constructed. And the effect similar to the invention in any one of Claims 1-9 can be provided.

本発明の光検出装置およびそれを用いた光学システムによれば、第2光検出手段により広い範囲の入射角度の入射光束に対して光検出を行うことができるとともに、そのような入射光束を光路偏向手段により比較的狭い面積の範囲に偏向するのでコンパクトな光検出装置とすることができるという効果を奏する。また、その際、第1および第2光検出手段に入射する光束の光量損失をなくすことができるという効果を奏する。   According to the photodetector of the present invention and the optical system using the same, it is possible to detect light with respect to an incident light beam having a wide range of incident angles by the second light detection means, and to transmit such incident light beam to the optical path. Since the deflecting unit deflects the light to a relatively small area, there is an effect that a compact photodetector can be obtained. Further, at that time, there is an effect that it is possible to eliminate the light amount loss of the light beams incident on the first and second light detection means.

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。なおすべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[第1の実施形態]
本発明の第1の実施形態に係る光検出装置について説明する。
図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る光検出装置の概略構成および動作について説明するための概略光路図である。図1(b)は、その変形例の構成を説明するための概略光路図である。なお、いずれも後述するY−Z平面における断面図である。
本実施形態の入射角度検出装置10(光検出装置)の概略構成は、図1(a)に示したように、アパーチャ16、位置検出センサ11(第1光検出手段)、筒状反射部材12(光偏向手段)、および位置検出センサ13(第2光検出手段)からなる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, even if the embodiments are different, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[First Embodiment]
A photodetecting device according to a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1A is a schematic optical path diagram for explaining the schematic configuration and operation of the photodetector according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a schematic optical path diagram for explaining the configuration of the modification. In addition, all are sectional views in the YZ plane described later.
As shown in FIG. 1A, the schematic configuration of the incident angle detection device 10 (photodetection device) of the present embodiment includes an aperture 16, a position detection sensor 11 (first light detection means), and a cylindrical reflection member 12. (Light deflection means) and a position detection sensor 13 (second light detection means).

アパーチャ16は、例えば直径Dの円形などの開口を備え図示左側から入射する光束を略円形に整形する光規制部材である。符号15aは、アパーチャ16の開口の中心を通りアパーチャ16に垂直に進む軸上主光線を示す。   The aperture 16 is a light restricting member that has an opening such as a circle having a diameter D, for example, and shapes a light beam incident from the left side of the figure into a substantially circular shape. Reference numeral 15 a denotes an axial principal ray that passes through the center of the aperture of the aperture 16 and travels perpendicularly to the aperture 16.

位置検出センサ11は、そのセンサ面11a上に照射された光束の中心位置を検出する可能とする光学素子である。例えば、4分割受光器(4分割PD)、位置検出受光器(PSD)や、CCD、CMOSなどの撮像素子が採用できる。以下では、位置ずれ量を高精度に検出できるように、一辺が長さhの正方形の検出領域を有する4分割PDを用いた例で説明する。
位置検出センサ11の配置位置は、センサ面11aがアパーチャ16から距離Lの位置で、センサ面11aの中心が軸上主光線15a上に来るように設定される。すなわち、軸上主光線15aに沿って進む光束14aがセンサ面11aの中立位置で受光できるように配置される。そのため、位置検出センサ11は、軸上主光線15aに沿って進む光路(所定光路)からのずれ量を検出できるものである。
位置検出センサ11の一辺hは、図1(a)に示したように、光束14aの光束径Dよりも大きく、入射半画角がθ以上の光束が受光範囲外となるように設定する。すなわち、
=2・L・tanθ−D (1)
とする。
The position detection sensor 11 is an optical element capable of detecting the center position of the light beam irradiated on the sensor surface 11a. For example, an image sensor such as a quadrant photoreceiver (quadrature PD), a position detection photoreceiver (PSD), a CCD, or a CMOS can be employed. In the following description, an example using a quadrant PD having a square detection area having a length h 1 on one side so as to detect the displacement amount with high accuracy will be described.
Position of the position detection sensor 11, the sensor surface 11a is at a distance L 1 from the aperture 16, the center of the sensor surface 11a is set to come on the axial principal ray 15a. In other words, the light beam 14a traveling along the axial principal ray 15a is disposed so as to be received at the neutral position of the sensor surface 11a. Therefore, the position detection sensor 11 can detect the amount of deviation from the optical path (predetermined optical path) traveling along the axial principal ray 15a.
As shown in FIG. 1A, the side h 1 of the position detection sensor 11 is set so that a light beam having an incident half angle of view of θ 1 or more outside the light receiving range is larger than the light beam diameter D of the light beam 14a. To do. That is,
h 1 = 2 · L 1 · tan θ 1 −D (1)
And

筒状反射部材12は、距離Hだけ離れて平行に対向しあう平面の反射面12A、12Bと、同じく反射面12C、12D(不図示)とが内周面に形成された正方形断面の筒状部材である。例えば、ガラス、金属、合成樹脂などのブロック材に角穴を形成し、その内周面に反射膜コーティングを施したものや、4枚の表面反射鏡を筒状に貼り合わせたものなどが採用できる。また、筒状反射部材12の内周側に適宜の屈折率の媒質を満たして反射面12Aなどで全反射が起こるように構成してもよい。その場合には、反射膜コーティングを省略できるという利点がある。
このように、本実施形態では、対向する反射面12A、12B間を2等分する対称面と、対向する反射面12C、12D間を2等分する対称面とは互いに直交している。
そしてその交線が軸上主光線15aに重なるように配置される。すなわち、アパーチャ16の中心Oを原点とするXYZ直角座標系において、Z軸を軸上主光線15aに一致させ、反射面12A、12Bの対称面をX−Z平面とすると、Y−Z平面が反射面12C、12Dの対称面になっている。
そして、X、Y軸は位置検出センサ11の検出方向の2軸に一致させておく。
なお、筒状反射部材12の軸方向の位置は、図示のように位置検出センサ11の後段(図示右側)に配置してもよいが、後段の光路の妨げとならない場合には、位置検出センサ11を筒状反射部材12の内部側に含むように配置してもよい。
The cylindrical reflection member 12 is a cylindrical tube having a square cross-section in which planar reflection surfaces 12A and 12B facing each other in parallel by a distance H and reflection surfaces 12C and 12D (not shown) are formed on the inner peripheral surface. It is a member. For example, a block material such as glass, metal, or synthetic resin with a square hole and a reflective film coating on the inner peripheral surface, or one with four surface reflectors bonded in a cylindrical shape it can. Further, the cylindrical reflection member 12 may be configured such that the inner peripheral side is filled with a medium having an appropriate refractive index and total reflection occurs on the reflection surface 12A or the like. In that case, there is an advantage that the reflection film coating can be omitted.
Thus, in this embodiment, the symmetrical surface that bisects the opposing reflecting surfaces 12A and 12B and the symmetrical surface that bisects the opposing reflecting surfaces 12C and 12D are orthogonal to each other.
The intersecting line is arranged so as to overlap the axial principal ray 15a. That is, in the XYZ rectangular coordinate system with the center O of the aperture 16 as the origin, if the Z axis coincides with the axial principal ray 15a and the symmetry plane of the reflecting surfaces 12A and 12B is the XZ plane, the YZ plane is It is a plane of symmetry of the reflecting surfaces 12C and 12D.
The X and Y axes are made to coincide with the two axes in the detection direction of the position detection sensor 11.
Note that the axial position of the cylindrical reflecting member 12 may be arranged at the rear stage (right side in the figure) of the position detection sensor 11 as shown in the figure, but if it does not hinder the optical path of the rear stage, the position detection sensor 11 may be arranged so as to be included inside the cylindrical reflecting member 12.

位置検出センサ13は、そのセンサ面13a上に照射された光束の中心位置を検出可能とする光学素子である。位置検出センサ11と同様に、例えば、4分割受光器(4分割PD)、位置検出受光器(PSD)や、CCD、CMOSなどの撮像素子が採用できる。以下では、一辺の長さがhの正方形の検出領域を有する4分割PDを用いた例で説明する(ただし、h≦H)。
位置検出センサ13の配置位置は、筒状反射部材12の後段であって、センサ面13aがアパーチャ16から距離L(ただし、L<L)の位置となり、センサ面13aの中心が軸上主光線15a上に来るように設定される。
The position detection sensor 13 is an optical element that can detect the center position of the light beam irradiated on the sensor surface 13a. As with the position detection sensor 11, for example, a quadrant light receiver (four-part PD), a position detection light receiver (PSD), or an image sensor such as a CCD or CMOS can be employed. In the following, an example using a quadrant PD having a square detection region with a side length of h 2 will be described (however, h 2 ≦ H).
The arrangement position of the position detection sensor 13 is the rear stage of the cylindrical reflecting member 12, the sensor surface 13a is located at a distance L 2 (where L 1 <L 2 ) from the aperture 16, and the center of the sensor surface 13a is the axis. It is set to come on the upper principal ray 15a.

なお、図示しないが、本実施形態では、位置検出センサ11、13を動作させるために、適宜の電源や、センサ出力を波形処理したり演算処理したりして光束の中心位置を検出して光束の入射角度に換算する入射角度検出手段などは当然に備えるものである。入射角度検出手段は、例えば後述する演算処理がプログラムされたマイコンなどにより構成することができる。   Although not shown, in the present embodiment, in order to operate the position detection sensors 11 and 13, an appropriate power source and a sensor output are subjected to waveform processing or arithmetic processing to detect the center position of the light beam to detect the light beam. Naturally, an incident angle detecting means for converting the incident angle into the incident angle is provided. The incident angle detection means can be constituted by, for example, a microcomputer programmed with arithmetic processing described later.

次に入射角度検出装置10の動作について、光路ごとに説明する。
図2(1a)、(1b)は、本実施形態の位置検出センサ11、13の動作を説明するための模式図である。図2(2a)、(2b)は、それぞれに対応するセンサ出力の一例を模式的に示したグラフである。各グラフにおいて、横軸は入射角度で、縦軸は4分割センサの各センサ面の出力の演算値であり、各センサ面の出力を図2(1a)、(1b)のようにa、b、c、dと表すとき、Y軸方向の位置(ずれ量)を算出する演算値{(a+b)−(c+d)}を示す。入射角度の符号は、図1の座標系において、X軸、Y軸の正方向に対して反時計回りを正とする。
Next, operation | movement of the incident angle detection apparatus 10 is demonstrated for every optical path.
2A and 2B are schematic diagrams for explaining the operation of the position detection sensors 11 and 13 of the present embodiment. 2 (2a) and (2b) are graphs schematically showing an example of sensor outputs corresponding to each. In each graph, the horizontal axis is the incident angle, the vertical axis is the calculated value of the output of each sensor surface of the quadrant sensor, and the output of each sensor surface is represented by a, b as shown in FIGS. 2 (1a) and (1b). , C, and d, calculated values {(a + b) − (c + d)} for calculating the position (deviation amount) in the Y-axis direction are shown. The sign of the incident angle is positive in the counterclockwise direction with respect to the positive directions of the X axis and Y axis in the coordinate system of FIG.

図1(a)に示したように、入射光束の入射角度が比較的小さい場合は、例えば、光束14aのように、光束の全部がセンサ面11aに到達し、位置検出センサ11に受光される(以下、この場合の光路を中心部光路と称する)。
一方、入射角度が比較的大きくなり、例えば角度θに近づくと、光束の一部がセンサ面11a外を通り、筒状反射部材12側に進む(以下、境界部光路と称する)。そして、光束14bのように、入射角度が角度θ以上になると、光束の全部がセンサ面11aの検出領域外を通り、筒状反射部材12に入射する(以下、周辺部光路と称する)。
例えば、光束14bの主光線15bは、点Qにおいて入射角(90°−θ)で反射面12Aに入射し光束14cとして反射される。そして、センサ面13aに到達し、位置検出センサ13により受光される。
As shown in FIG. 1A, when the incident angle of the incident light beam is relatively small, for example, all of the light beam reaches the sensor surface 11a and is received by the position detection sensor 11 like the light beam 14a. (Hereinafter, the optical path in this case is referred to as a central optical path).
On the other hand, the angle of incidence is relatively large, for example, approaches the angle theta 1, part of the light flux passes through the outside sensor surface 11a, the process proceeds to the tubular reflective member 12 side (hereinafter, referred to as boundary light path). Then, like the light beam 14b, the incident angle is the angle theta 1 or more, all of the light beam passes through the detection area outside of the sensor surface 11a, is incident on the cylindrical reflective member 12 (hereinafter, referred to as periphery optical path).
For example, the principal ray 15b of the light beam 14b is incident on the reflecting surface 12A at the incident angle (90 ° −θ 1 ) at the point Q and reflected as the light beam 14c. Then, the light reaches the sensor surface 13 a and is received by the position detection sensor 13.

反射面12Aは、軸上主光線15aと平行なので、出射角が(90°−θ)となり、光束14cは、軸上主光線15aに接近しつつZ軸正方向側に進む。すなわち、図1(a)に示したように、主光線15cは、反射面12Aがなければ、線分QRとなるところ、線分QSのように折り返される。その結果、入射光束の入射角度が大きくなるにつれ、センサ面13a上の光束中心が点Tに近づくように構成することができる。したがって、センサ面13aの大きさは、筒状反射部材12の内周の断面積を越えることがないので検出可能な入射角度の範囲に比べて小さな位置検出センサ13で検出することができるという利点がある。 Since the reflecting surface 12A is parallel to the axial principal ray 15a, the emission angle is (90 ° −θ 1 ), and the light beam 14c advances toward the Z-axis positive direction while approaching the axial principal ray 15a. That is, as shown in FIG. 1A, the principal ray 15c is folded back like a line segment QS where it becomes a line segment QR without the reflecting surface 12A. As a result, it can be configured such that the center of the light beam on the sensor surface 13a approaches the point T as the incident angle of the incident light beam increases. Therefore, since the size of the sensor surface 13a does not exceed the cross-sectional area of the inner periphery of the cylindrical reflection member 12, it can be detected by the position detection sensor 13 that is smaller than the range of incident angles that can be detected. There is.

中心部光路および境界部光路を通る光束の入射角度検出は、位置検出センサ11により行うことができる。例えば、図2(1a)に示したように、X軸回りに入射角度が0°から(−θ)に変化して、光束14aから光束14bに傾斜した場合、センサ出力の演算値は、図2(2a)に示したように、曲線Oijのように変化する。
曲線Oiは、中心部光路での変化を示す。この光路では、光束の全部がセンサ面a、b、c、dで受光される。この場合、入射角度の変化と演算値とが略比例するので、入射角度が微小変化しても高精度かつ容易に検出することができる。
曲線ijは、境界部光路での変化を示す。この光路では、光束の一部がセンサ面11aの外部を通過するのでセンサ出力の絶対値が減衰する結果、演算値が0に向かう。そして、入射角度が(−θ)以下では、センサ出力が0となる。
The position detection sensor 11 can detect the incident angle of the light beam passing through the central optical path and the boundary optical path. For example, as shown in FIG. 2 (1 a), when the incident angle changes from 0 ° to (−θ 1 ) around the X axis and tilts from the light beam 14 a to the light beam 14 b, the calculated value of the sensor output is As shown in FIG. 2 (2a), the curve changes like a curve Oij.
A curve Oi indicates a change in the central optical path. In this optical path, the entire luminous flux is received by the sensor surfaces a, b, c, d. In this case, since the change in the incident angle is approximately proportional to the calculated value, even if the incident angle changes minutely, it can be easily detected with high accuracy.
A curve ij shows a change in the boundary optical path. In this optical path, since a part of the light beam passes outside the sensor surface 11a, the absolute value of the sensor output is attenuated, and as a result, the calculated value becomes zero. When the incident angle is (−θ 1 ) or less, the sensor output is zero.

境界部光路および周辺部光路を通る光束の入射角度検出は、位置検出センサ13により行うことができる。例えば、図2(1b)に示したように、X軸回りに入射角度が(−θ)以下となるように光束14bが傾斜した場合、センサ出力の演算値は、図2(2b)に示したように、曲線kmnのように変化する。曲線Okは、中心部光路を通る光束が位置検出センサ11に遮られて位置検出センサ13に到達しないためにセンサ出力が0となる様子を示す。
曲線kmは、境界部光路での変化を示す。この光路では、光束の一部がセンサ面11aの外部を通過して位置検出センサ13のセンサ面c、d上に入射するので演算値が負方向に増大する。そして、入射角度が(−θ)では、光束14bのように光束の全部がセンサ面c、d上に受光されるので演算値が最小となる。さらに入射角度が負方向に増大すると、光束がセンサ面a、bでも受光され、演算値が0に向かって増大する。点nは、光束が位置検出センサ13の中立位置に入射したことを示す。
なお、入射角度がX軸回りの正方向に変化する場合、およびY軸回りの変化を伴う場合は、上記の説明から容易に理解されるので説明を省略する。例えば、Y軸回りの角度を検出するための演算値は{(a+d)−(b+c)}を用いればよい。
The position detection sensor 13 can detect the incident angle of the light beam passing through the boundary optical path and the peripheral optical path. For example, as shown in FIG. 2 (1b), when the light beam 14b is tilted around the X axis so that the incident angle is (−θ 1 ) or less, the calculated value of the sensor output is shown in FIG. 2 (2b). As shown, it changes like a curve kmn. A curve Ok shows a state in which the sensor output becomes 0 because the light beam passing through the central optical path is blocked by the position detection sensor 11 and does not reach the position detection sensor 13.
A curve km indicates a change in the boundary optical path. In this optical path, a part of the light beam passes outside the sensor surface 11a and enters the sensor surfaces c and d of the position detection sensor 13, so that the calculated value increases in the negative direction. When the incident angle is (−θ 1 ), all of the light beam is received on the sensor surfaces c and d like the light beam 14b, so that the calculated value is minimized. When the incident angle further increases in the negative direction, the light flux is also received by the sensor surfaces a and b, and the calculated value increases toward 0. Point n indicates that the light beam has entered the neutral position of the position detection sensor 13.
It should be noted that the case where the incident angle changes in the positive direction around the X axis and the case where there is a change around the Y axis are easily understood from the above description, and will not be described. For example, {(a + d) − (b + c)} may be used as the calculation value for detecting the angle around the Y axis.

入射光束の入射角度は、図2(2a)、(2b)のグラフより一意的に決定することができる。位置検出センサ11、13の換算値出力に対して、それぞれ2つの入射角度が対応するが、中心部光路および周辺部光路では一方の換算値出力が0であり、境界部光路では位置検出センサ11、13の換算値出力がいずれも0ではないことを用いて、入射角度を一つに決定できる。
すなわち、周辺部光路(中心部光路)を検出する位置検出センサ13(11)の換算値出力が0である場合、中心部光路(周辺部光路)を検出する位置検出センサ11(13)の換算値出力に対応する入射角度の絶対値が小さい(大きい)角度が入射光束の入射角度となる。
The incident angle of the incident light beam can be uniquely determined from the graphs of FIGS. 2 (2a) and (2b). Two incident angles correspond to the converted value outputs of the position detection sensors 11 and 13, respectively, but one converted value output is 0 in the central optical path and the peripheral optical path, and the position detection sensor 11 in the boundary optical path. , 13 can be determined as one incident angle by using the fact that none of the converted value outputs of 13 is zero.
That is, when the converted value output of the position detection sensor 13 (11) that detects the peripheral optical path (center optical path) is 0, the conversion of the position detection sensor 11 (13) that detects the central optical path (peripheral optical path). The angle at which the absolute value of the incident angle corresponding to the value output is small (large) is the incident angle of the incident light beam.

これに対して、位置検出センサ11、13の換算値出力がいずれも0でない場合、位置検出センサ11(13)の換算値出力に対応する入射角度の絶対値が大きい(小さい)角度が入射光束の入射角度となる。この場合、それぞれから算出される入射角度が同一となることは言うまでもない。
ただし、この場合、それぞれのセンサ面に入射する光量によって、検出精度は異なる。そこで、入射光束が位置検出センサ11、13に半分ずつ入射する角度をθとして、位置検出センサ11からは|θ|≦|θ|の範囲の入射角度θを、位置検出センサ13からは|θ|>|θ|の範囲の入射角度θを出力するようにしておけば、境界部光路の入射角度を受光量の多い方のセンサにより決定できるのでより高精度となるという利点がある。また、位置検出センサ11、13のいずれか一方により入射角度を検出できるので検出出力の処理が容易となるという利点がある。
On the other hand, when neither of the converted value outputs of the position detection sensors 11 and 13 is 0, an angle with a large (small) incident angle corresponding to the converted value output of the position detection sensor 11 (13) is an incident light beam. Of the incident angle. In this case, it goes without saying that the incident angles calculated from each are the same.
However, in this case, the detection accuracy differs depending on the amount of light incident on each sensor surface. Therefore, the angle at which the incident light beam is incident on the position detection sensors 11 and 13 by half is θ B , and the incident angle θ in the range of | θ | ≦ | θ B | If the incident angle θ in the range of | θ |> | θ B | is output, the incident angle of the boundary optical path can be determined by the sensor having the larger amount of received light, which has the advantage of higher accuracy. . In addition, since the incident angle can be detected by either one of the position detection sensors 11 and 13, there is an advantage that detection output processing becomes easy.

このように本実施形態では、位置検出センサ11、13をそれぞれ用いて比較的小さい角度から比較的大きい角度まで入射角度を連続的に検出することができる。
ただし、入射角度検出の目的によっては、境界部光路での厳密な入射角度検出を必要としない場合もある。例えば、光捕捉追尾制御において、位置検出センサ13は目標光路からの大きくずれた場合に入射光束を位置検出センサ11内に入射させるための角度制御量を検出し(粗追尾)、位置検出センサ11が目標光路への精追尾を行う、といった用途である。この場合には、位置検出センサ13として検出精度の粗いセンサを採用することができる。
Thus, in this embodiment, the incident angle can be continuously detected from a relatively small angle to a relatively large angle using the position detection sensors 11 and 13 respectively.
However, depending on the purpose of the incident angle detection, it may not be necessary to strictly detect the incident angle in the boundary optical path. For example, in the light capturing and tracking control, the position detection sensor 13 detects an angle control amount for making the incident light beam enter the position detection sensor 11 when the position detection sensor 13 is largely deviated from the target optical path (rough tracking). Is used for precise tracking to the target optical path. In this case, a sensor with coarse detection accuracy can be adopted as the position detection sensor 13.

また、より高精度のずれ量を検出するためには、位置検出センサ13に代えて、より分割数を増やしたセンサを用いることができる。例えば、図2(1c)に示したような16分割PDからなる位置検出センサ18など、センサ面の分割数の大きい光学素子を採用することができる。
位置検出センサ18は、光束が少なくとも4つのセンサ面で同時に受光されるようにする。例えば、図示の光束14bは、センサ面Ab、Ac、Bb、Bcの4面により受光される。このとき、X軸方向の4つのセンサ面Aa、Ab、Ac、AdをA部、同じくセンサ面Ba、Bb、Bc、BdをB部としてセンサ出力を合計して、出力A、Bと表記すると、光束14bがY軸方向に移動する際の入射角度と演算値(A−B)との関係は図2(2c)のようなグラフとなる。
すなわち、光束14bの光束中心がA部、B部内にある限り、演算値は入射角度に対して略直線的な変化を示す(曲線qs参照)。したがって、このような複数のセンサ面の出力をエリア単位で加減して演算値を切り換えることにより、入射角度を、位置検出センサ13に比べてより高精度に検出することが可能となる。
Further, in order to detect a shift amount with higher accuracy, a sensor with a larger number of divisions can be used in place of the position detection sensor 13. For example, an optical element having a large number of divisions on the sensor surface, such as a position detection sensor 18 composed of a 16-division PD as shown in FIG.
The position detection sensor 18 causes the light beam to be simultaneously received by at least four sensor surfaces. For example, the illustrated light beam 14b is received by four surfaces of the sensor surfaces Ab, Ac, Bb, and Bc. At this time, if the four sensor surfaces Aa, Ab, Ac, Ad in the X-axis direction are the A portion, and the sensor surfaces Ba, Bb, Bc, Bd are the B portion, the sensor outputs are summed and expressed as outputs A, B. The relationship between the incident angle and the calculated value (AB) when the light beam 14b moves in the Y-axis direction is a graph as shown in FIG. 2 (2c).
That is, as long as the light beam center of the light beam 14b is within the A part and the B part, the calculated value shows a substantially linear change with respect to the incident angle (see the curve qs). Therefore, the incident angle can be detected with higher accuracy than the position detection sensor 13 by switching the calculation values by adjusting the outputs of the plurality of sensor surfaces in units of areas.

次に本実施形態の第1変形例について説明する。
図1(b)は、本発明の実施形態に係る光検出装置の第1変形例について説明するための概略光路図である。
本実施形態の入射角度検出装置17は、入射角度検出装置10において位置検出センサ11に入射する光路中に反射光学素子29を設け、位置検出センサ11を軸上主光線15aの軸外に配置した点が異なる。
反射光学素子29は、例えば平面ミラーなどからなり、軸上主光線15aを適宜の位置Uで適宜角度で折り曲げるものである。そして、反射後の軸上主光線15d上に沿って光束14dが進むようにする。そして、センサ面11aの中立位置が軸上主光線15d上に位置するように位置検出センサ11を配置する。
Next, a first modification of the present embodiment will be described.
FIG. 1B is a schematic optical path diagram for explaining a first modification of the light detection device according to the embodiment of the present invention.
In the incident angle detection device 17 of the present embodiment, the reflection optical element 29 is provided in the optical path incident on the position detection sensor 11 in the incident angle detection device 10, and the position detection sensor 11 is disposed off the axis of the axial principal ray 15a. The point is different.
The reflective optical element 29 is made of, for example, a plane mirror and the like, and bends the axial principal ray 15a at an appropriate position U at an appropriate angle. Then, the light beam 14d travels along the axial principal ray 15d after reflection. And the position detection sensor 11 is arrange | positioned so that the neutral position of the sensor surface 11a may be located on the axial principal ray 15d.

このような構成により、軸上主光線15a方向の寸法を広げることなく位置検出センサ11までの光路長を調整できるのでコンパクトな装置とすることができる。また位置検出センサ11を適宜の位置に配置できるので装置のレイアウトが容易となる利点がある。
また、このようにすれば、位置検出センサ11が、センサ面11aの外周に非検知領域を有していても、非検知領域により位置検出センサ13へ向かう光束がけられることがないから、光量損失がなく、高精度の入射角度検出を行うことができる利点がある。
また例えば、反射光学素子29を光束のけられが少ない形状に形成することにより、位置検出センサ13へ入射する入射角度θをより浅くすることができる(図1(b)参照)。
また、反射光学素子29はパワーを有する反射素子として、光束14dを収斂光としたり拡散光としたりして、位置検出センサ11上のスポット径を変えたり、光路長を変えたりしてもよい。
With such a configuration, the optical path length to the position detection sensor 11 can be adjusted without increasing the dimension in the axial principal ray 15a direction, so that a compact device can be obtained. Further, since the position detection sensor 11 can be arranged at an appropriate position, there is an advantage that the layout of the apparatus is easy.
In this way, even if the position detection sensor 11 has a non-detection area on the outer periphery of the sensor surface 11a, the light flux toward the position detection sensor 13 is not scattered by the non-detection area. There is an advantage that the incident angle can be detected with high accuracy.
Further, for example, by forming the reflective optical element 29 in a shape with less flux fluctuation, the incident angle θ 2 incident on the position detection sensor 13 can be made shallower (see FIG. 1B).
The reflective optical element 29 may be a reflective element having power, and the light beam 14d may be converged light or diffused light to change the spot diameter on the position detection sensor 11 or the optical path length.

次に本実施形態の第2変形例について説明する。
図3は、本発明の実施形態に係る光検出装置の第2変形例について説明するための概略斜視図である。
本実施形態の入射角度検出装置19は、入射角度検出装置10の筒状反射部材12に代えて透明光学ブロック20(光路偏向手段)を、位置検出センサ11、13に代えて位置検出センサ23を設け、透明光学ブロック20と位置検出センサ23との間に、集光レンズ21を設けた点が異なる。
以下、異なる点を中心に簡単に説明する。
Next, a second modification of the present embodiment will be described.
FIG. 3 is a schematic perspective view for explaining a second modification of the photodetecting device according to the embodiment of the present invention.
The incident angle detection device 19 of this embodiment includes a transparent optical block 20 (optical path deflecting means) instead of the cylindrical reflecting member 12 of the incident angle detection device 10, and a position detection sensor 23 instead of the position detection sensors 11 and 13. The difference is that a condenser lens 21 is provided between the transparent optical block 20 and the position detection sensor 23.
The following briefly describes the differences.

透明光学ブロック20は、例えばガラス、合成樹脂などの屈折率1以上の媒質で構成され、両端面から光束が入出射可能とされた正四角柱状部材である。正四角柱の側面20Aおよび20B、側面20Cおよび20Dは、それぞれ、筒状反射部材12の反射面12Aおよび12B、反射面12Cおよび12Dに対応し、部材内部を透過する光束を全反射可能な互いに対向する内部反射面を構成する。
そして、正四角柱の対称軸が軸上主光線15aに沿って配置される。
なお、透明光学ブロック20の入射側には、透明光学ブロック20によりけられるような大きな入射角度を有する光束が入射角度検出のノイズとなるのを防止する遮光用アパーチャ20aが設けられる。ただし透明光学ブロック20の入射端面は、入射角度検出が必要な角度範囲の入射光束がけられることなく入射できる大きさを備える。
The transparent optical block 20 is a regular quadrangular columnar member made of a medium having a refractive index of 1 or more, such as glass or synthetic resin, in which a light beam can enter and exit from both end faces. The side surfaces 20A and 20B and the side surfaces 20C and 20D of the regular quadrangular prism correspond to the reflecting surfaces 12A and 12B and the reflecting surfaces 12C and 12D of the cylindrical reflecting member 12, respectively, and are opposed to each other so that the light beam transmitted through the member can be totally reflected. The internal reflection surface is configured.
The symmetry axis of the regular quadrangular prism is arranged along the axial principal ray 15a.
On the incident side of the transparent optical block 20, a light-shielding aperture 20a is provided to prevent a light beam having a large incident angle as caused by the transparent optical block 20 from becoming noise in detecting the incident angle. However, the incident end face of the transparent optical block 20 has such a size that an incident light beam in an angle range that needs to detect an incident angle can be incident without being scattered.

集光レンズ21は、透明光学ブロック20から出射される光束が、位置検出センサ23上で適宜のスポット径とするための集光光学素子である。集光光学素子としては、どのようなものでもよいが、例えば、球面レンズ、フレネルレンズなどを採用することができる。
遮光用アパーチャ22は、集光レンズ21から出射されるフレア光などを遮光するものである。
The condensing lens 21 is a condensing optical element for allowing the light beam emitted from the transparent optical block 20 to have an appropriate spot diameter on the position detection sensor 23. Any condensing optical element may be used. For example, a spherical lens, a Fresnel lens, or the like may be employed.
The light blocking aperture 22 blocks flare light emitted from the condenser lens 21.

位置検出センサ23は、中心部位置検出センサ24(第1光検出手段)と周辺部位置検出センサ25(第2光検出手段)とをそれぞれの受光面を同一平面に配置して一体化したものである。
中心部位置検出センサ24は、センサ面24a、24b、24c、24dを備える4分割PDからなり、その中立位置が軸上主光線15a上に配置される。
周辺部位置検出センサ25は、中心部位置検出センサ24の外周の四辺を取り囲むように配置されたセンサ面25A、25B、25C、25D、25E、25F、25G、25Hを備える。これらセンサ面は、それぞれが受光する光束の中心位置を検出可能とするもので、必要に応じて隣接するセンサ面の検出出力との間で演算を行うことにより、各センサ面にまたがった光束の中心位置を検出できるようにしている。したがって、個々のセンサ面は、4分割PD、PSD、CCDなどの適宜の光学素子を採用することができる。
そして、透明光学ブロック20、集光レンズ21および位置検出センサ23は、透明光学ブロック20で内部反射されない光束が中心部位置検出センサ24で受光され、透明光学ブロック20で内部反射された光束が周辺部位置検出センサ25で受光されるような位置関係に配置される。
The position detection sensor 23 is formed by integrating a central position detection sensor 24 (first light detection means) and a peripheral position detection sensor 25 (second light detection means) with their light receiving surfaces arranged on the same plane. It is.
The center position detection sensor 24 is composed of a quadrant PD having sensor surfaces 24a, 24b, 24c, and 24d, and the neutral position thereof is disposed on the axial principal ray 15a.
The peripheral position detection sensor 25 includes sensor surfaces 25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F, 25G, and 25H arranged so as to surround the four sides on the outer periphery of the central position detection sensor 24. Each of these sensor surfaces can detect the center position of the light beam received by each sensor surface. The center position can be detected. Therefore, an appropriate optical element such as a quadrant PD, PSD, or CCD can be adopted for each sensor surface.
The transparent optical block 20, the condensing lens 21, and the position detection sensor 23 receive the light beam that is not internally reflected by the transparent optical block 20 by the center position detection sensor 24, and the light beam that is internally reflected by the transparent optical block 20 is peripheral. They are arranged in such a positional relationship that they are received by the part position detection sensor 25.

また、位置検出センサ11の代わりに光通信用のファイバー端面やPDなどの受光面としてもよい。この場合、受光面の大きさを入射光束と略同径とする。ただし第1の実施形態の変形例の場合は、反射光学素子29の大きさを入射光束と略同径とする。
このようにすれば、入射光束の入射角が変わることにより、位置検出センサ13に受光面を外れた光束が入射し、位置検出される。これにより通信光の光量損失なしに光捕捉追尾することができる光検出装置とすることができる。
Further, instead of the position detection sensor 11, a fiber end surface for optical communication or a light receiving surface such as a PD may be used. In this case, the size of the light receiving surface is approximately the same diameter as the incident light beam. However, in the case of the modification of the first embodiment, the size of the reflective optical element 29 is approximately the same diameter as the incident light beam.
By doing so, the incident angle of the incident light beam changes, so that the light beam outside the light receiving surface is incident on the position detection sensor 13 and the position is detected. Thereby, it can be set as the optical detection apparatus which can carry out light capture tracking without the light quantity loss of communication light.

このような構成によれば、軸上主光線15aからのずれ量が比較的小さい透明光学ブロック20を透過する光束26は、集光レンズ21により中心部位置検出センサ24上に集光され、精度よく位置検出される。その結果、光束26の入射角度が検出される。
一方、軸上主光線15aからのずれ量が比較的大きい光束27は、透明光学ブロック20で内部反射面により偏向されてから集光レンズ21を透過し、周辺部位置検出センサ25上に集光され、周辺部位置検出センサ25により位置検出されて入射角度が検出される。
したがって、比較的広範囲の入射角度を有する入射光束の入射角度を検出できる。その際、透明光学ブロック20によりずれ量の大きな光束を折り畳んでいるので、広範囲な入射角度検出範囲を備えながら比較的狭いスペースに配置することができる。そして集光レンズ21の有効径を小さくすることができる。その結果、コンパクトな光検出装置を構成することができるという利点がある。
また、中心部位置検出センサ24および周辺部位置検出センサ25が一体化されているので、高精度かつ容易に配置することができ、組立性のよい安価な装置を構成することができるという利点がある。
According to such a configuration, the light beam 26 transmitted through the transparent optical block 20 having a relatively small deviation from the axial principal ray 15a is condensed on the center position detection sensor 24 by the condenser lens 21, and the accuracy is increased. The position is well detected. As a result, the incident angle of the light beam 26 is detected.
On the other hand, the light beam 27 having a relatively large deviation from the axial principal ray 15 a is deflected by the internal reflection surface in the transparent optical block 20, passes through the condenser lens 21, and is condensed on the peripheral position detection sensor 25. The position is detected by the peripheral position detection sensor 25 and the incident angle is detected.
Therefore, the incident angle of an incident light beam having a relatively wide range of incident angles can be detected. At this time, since the light beam having a large deviation amount is folded by the transparent optical block 20, it can be arranged in a relatively narrow space while having a wide range of incident angle detection. And the effective diameter of the condensing lens 21 can be made small. As a result, there is an advantage that a compact photodetection device can be configured.
Further, since the central position detection sensor 24 and the peripheral position detection sensor 25 are integrated, there is an advantage that an inexpensive apparatus with good assembling can be configured with high accuracy and ease. is there.

[第2の実施形態]
本発明の第2の実施形態に係る光学システムについて説明する。
図4は、本発明の第2の実施形態に係る光学システムの概略構成について説明するための概略構成図である。
本実施形態に係る送受光システム30は、本発明の第1の実施形態に係る入射角度検出装置10を備えることにより光捕捉追尾制御を可能とした光学システムである。
送受光システム30の概略構成は、ジンバルステージ44(姿勢制御手段)に保持された筐体32(保持部材)内に、送受光光学系33、可動ミラー34(入射光路偏向素子)、送光部38、ビームスプリッタ35、36、通信光検出器37、および入射角度検出装置10が設けられてなる。
[Second Embodiment]
An optical system according to a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram for explaining a schematic configuration of an optical system according to the second embodiment of the present invention.
The light transmission / reception system 30 according to the present embodiment is an optical system that enables light capture and tracking control by including the incident angle detection device 10 according to the first embodiment of the present invention.
The schematic configuration of the light transmission / reception system 30 includes a light transmission / reception optical system 33, a movable mirror 34 (incident optical path deflection element), and a light transmission unit in a housing 32 (holding member) held by a gimbal stage 44 (attitude control means). 38, beam splitters 35 and 36, a communication light detector 37, and an incident angle detector 10 are provided.

送受光光学系33は、横倍率βを有する実質的なアフォーカル光学系からなる。そして、筐体32に設けられたアパーチャ31から入射する略平行光束である入射光束51を適宜結像するなどして光束径の異なる略平行光束として出射するとともに、略平行光束を逆向きに入射させることにより、アパーチャ31から所定径の略平行光束として出射できるようになっている。ここで符号50は、送受光システム30の光学系の軸上主光線を示す。
入射光束51は、通信情報により強度などが変調されている。そして光電変換を行う通信光検出器37によって受光されると、通信情報が取り出され、電気信号に変換されるようになっている。
可動ミラー34は、可動ミラー制御手段34aにより2軸の回動を制御することにより、入射光束51の微小な入射角度変化に応じて入射光束51を偏向し、通信光検出器37への入射位置を略一定に制御するための機構である。例えば、ガルバノミラー、光MEMSなどの光偏向素子が採用できる。
The light transmitting / receiving optical system 33 includes a substantial afocal optical system having a lateral magnification β. The incident light beam 51, which is a substantially parallel light beam incident from the aperture 31 provided in the housing 32, is appropriately imaged to be emitted as a substantially parallel light beam having a different light beam diameter, and the substantially parallel light beam is incident in the opposite direction. By doing so, it can be emitted from the aperture 31 as a substantially parallel light beam having a predetermined diameter. Here, reference numeral 50 denotes an axial principal ray of the optical system of the light transmission / reception system 30.
The intensity of the incident light beam 51 is modulated by communication information. When the communication light detector 37 that performs photoelectric conversion receives the light, the communication information is taken out and converted into an electric signal.
The movable mirror 34 controls the biaxial rotation by the movable mirror control means 34 a, thereby deflecting the incident light beam 51 according to a minute change in the incident angle of the incident light beam 51, and the incident position on the communication light detector 37. Is a mechanism for controlling the pressure substantially constant. For example, an optical deflection element such as a galvanometer mirror or optical MEMS can be employed.

ビームスプリッタ35、36は、可動ミラー34で偏向された光路上に配置され、光路を分岐するための分岐光学素子である。例えば、ハーフミラー面、偏光方向により光分岐する偏光面、波長差により光分岐する波長選択面などを備えることにより光路分岐可能なプリズムや平行平面板などを採用することができる。
送光部38は、ビームスプリッタ35の分岐光路側に設けられたレーザ光源38a、コリメートレンズ38bなどからなる。そして、レーザ光源38aから所定の情報信号に基づいて変調された発散光が放射され、コリメートレンズ38bにより平行光とされて、ビームスプリッタ35で反射された後の軸上主光線50上に入射させることができるようになっている。
The beam splitters 35 and 36 are branch optical elements that are arranged on the optical path deflected by the movable mirror 34 and branch the optical path. For example, it is possible to employ a prism or a plane parallel plate that can split an optical path by providing a half mirror surface, a polarization surface that branches light depending on the polarization direction, a wavelength selection surface that branches light depending on a wavelength difference, and the like.
The light transmitting unit 38 includes a laser light source 38 a and a collimating lens 38 b provided on the branch optical path side of the beam splitter 35. Then, divergent light modulated based on a predetermined information signal is emitted from the laser light source 38 a, converted into parallel light by the collimator lens 38 b, and incident on the axial principal ray 50 after being reflected by the beam splitter 35. Be able to.

ビームスプリッタ36は、ビームスプリッタ35を透過した入射光束51を通信光検出器37に入射する光路と入射角度検出装置10に向かう光路に分岐するものである。
入射角度検出装置10については説明を省略する。位置検出センサ11、13からの各センサ出力は入射角度検出手段41に入力され、入射角度に換算されるようになっている。
The beam splitter 36 branches the incident light beam 51 that has passed through the beam splitter 35 into an optical path that is incident on the communication light detector 37 and an optical path that is directed toward the incident angle detector 10.
The description of the incident angle detection device 10 is omitted. Each sensor output from the position detection sensors 11 and 13 is input to the incident angle detection means 41 and converted into an incident angle.

ジンバルステージ44は、筐体32を2軸方向に姿勢制御可能に保持する移動機構であり、ティルト駆動部44aおよび水平回転駆動部44bが支持台44c上に保持され、ティルト駆動部44aと水平回転駆動部44bとの移動量を制御するための駆動制御手段44dを備えてなる。
水平回転駆動部44bとティルト駆動部44aは、それぞれ鉛直軸回りの回転と水平軸回りの所定角の回転とが可能とされ、それぞれの回転角制御可能な制御モータ(不図示)などによる機構により、駆動可能とされる。
駆動制御手段44dは、制御装置41が生成した制御信号に基づき、ティルト駆動部44a、水平回転駆動部44bの回転駆動量を算出して、所定の回転駆動を行うための手段である。
The gimbal stage 44 is a moving mechanism that holds the casing 32 in a biaxial direction so that the posture can be controlled. The tilt drive unit 44a and the horizontal rotation drive unit 44b are held on the support base 44c, and rotate horizontally with the tilt drive unit 44a. Drive control means 44d for controlling the amount of movement with respect to the drive unit 44b is provided.
The horizontal rotation drive unit 44b and the tilt drive unit 44a can rotate around a vertical axis and rotate at a predetermined angle around the horizontal axis, respectively, by a mechanism such as a control motor (not shown) capable of controlling each rotation angle. It can be driven.
The drive control unit 44d is a unit for calculating a rotation drive amount of the tilt drive unit 44a and the horizontal rotation drive unit 44b based on a control signal generated by the control device 41 and performing a predetermined rotation drive.

送受光システム30の動作について簡単に説明する。
入射光束51が軸上主光線50上を進んで入射する場合、可動ミラー34は中立位置に制御され、送受光光学系33を出射された光束は可動ミラー34により軸上主光線50に沿って偏向され、ビームスプリッタ35、36を透過して通信光検出器37に最適の状態で入射する。そして、ビームスプリッタ36で分岐された入射光束51は位置検出センサ11の中心に入射される。
また、この状態で、送光部38からビームスプリッタ35に入射された光束は、可動ミラー34で反射され、送受光光学系33を入射光束51と逆方向に進んで、アパーチャ31より外部に出射される。したがって、離れた位置にある他の送光システムと安定した状態で通信を行うことができる。
The operation of the light transmission / reception system 30 will be briefly described.
When the incident light beam 51 travels and enters the axial principal ray 50, the movable mirror 34 is controlled to the neutral position, and the light beam emitted from the light transmission / reception optical system 33 is moved along the axial principal ray 50 by the movable mirror 34. The light is deflected, passes through the beam splitters 35 and 36, and enters the communication light detector 37 in an optimum state. Then, the incident light beam 51 branched by the beam splitter 36 is incident on the center of the position detection sensor 11.
In this state, the light beam incident on the beam splitter 35 from the light transmitting unit 38 is reflected by the movable mirror 34, travels in the direction opposite to the incident light beam 51 through the light transmitting / receiving optical system 33, and is emitted to the outside from the aperture 31. Is done. Therefore, communication can be performed in a stable state with another light transmission system at a remote position.

入射光束51が軸上主光線50に対して入射角度θだけずれた場合、通信光検出器37上では(β・θ)の偏差が生じるが、入射角度検出装置10により入射角度θが検出される。入射角検出手段41では、入射角度θの大きさ、または入射光束51が位置検出センサ11、13のどちらに入射されたのかを判断する。
入射角度θの絶対値が所定値より大きい場合、または入射光束51が位置検出センサ13で検知された場合、入射角検出手段41は、駆動制御手段44dに2軸の移動量を制御する駆動制御信号100を出力する。それにより、ジンバルステージ44を駆動して筐体32の姿勢を制御することにより入射光束51のずれ量を低減させる。すなわち粗追尾動作を行う。
一方、入射角度θの絶対値が所定値より小さい場合、または入射光束51が位置検出センサ11で検知された場合、入射角検出手段41は、可動ミラー制御手段34aに可動ミラー34の2軸の姿勢制御信号101を出力する。それにより、可動ミラー34を回動して、可動ミラー34後の光路を偏向する。すなわち筐体32の姿勢を変えることなく、可動ミラー34で偏向後の入射光束51が軸上主光線50上を進むように精追尾動作を行う。そして精追尾のフィードバックが繰り返されることにより入射光束51はリアルタイムで通信光検出器37により安定して受光される。
なお外乱などにより、入射角度θが大きくなるなどした場合は、可動ミラー34が中立位置に制御されるとともに、上記粗追尾動作が開始される。
When the incident light beam 51 deviates from the axial principal ray 50 by the incident angle θ, a deviation of (β · θ) occurs on the communication light detector 37, but the incident angle detection device 10 detects the incident angle θ. The The incident angle detecting means 41 determines the magnitude of the incident angle θ or which of the position detection sensors 11 and 13 the incident light beam 51 is incident on.
When the absolute value of the incident angle θ is larger than a predetermined value, or when the incident light beam 51 is detected by the position detection sensor 13, the incident angle detection unit 41 controls the drive control unit 44d to control the biaxial movement amount. The signal 100 is output. Thereby, the shift amount of the incident light beam 51 is reduced by driving the gimbal stage 44 and controlling the posture of the housing 32. That is, a rough tracking operation is performed.
On the other hand, when the absolute value of the incident angle θ is smaller than the predetermined value, or when the incident light beam 51 is detected by the position detection sensor 11, the incident angle detecting means 41 is connected to the movable mirror control means 34a by the two axes of the movable mirror 34. The attitude control signal 101 is output. Thereby, the movable mirror 34 is rotated to deflect the optical path after the movable mirror 34. That is, the fine tracking operation is performed so that the incident light beam 51 deflected by the movable mirror 34 travels on the axial principal ray 50 without changing the attitude of the housing 32. Then, by repeating the fine tracking feedback, the incident light beam 51 is stably received by the communication light detector 37 in real time.
When the incident angle θ increases due to disturbance or the like, the movable mirror 34 is controlled to the neutral position, and the coarse tracking operation is started.

このように、本実施形態の送受光システム30によれば、入射光束51の入射角度のずれ量に応じて粗追尾と精追尾とを選択的に行うので、通信光検出器37の受光状態を安定させることができる。その結果、高精度な空間光通信を行うことができるものである。
その際、本発明の第1の実施形態に係る光検出装置を用いるので第1の実施形態に係る光検出装置と同様の作用効果を備えた光学システムとすることができる。
すなわち、ビームスプリッタ36で分岐した光束により、精追尾と粗追尾とを行うので、精追尾用、粗追尾用にそれぞれ入射角度検出装置を備えて、通信光検出器37に向かう光束を分岐する従来の光学システムに比べて、光量損失の少ない光学システムとすることができ、高精度かつコンパクトな光学システムとすることができる。
As described above, according to the light transmission / reception system 30 of the present embodiment, since the rough tracking and the fine tracking are selectively performed according to the amount of deviation of the incident angle of the incident light beam 51, the light receiving state of the communication light detector 37 is changed. It can be stabilized. As a result, highly accurate spatial light communication can be performed.
In that case, since the photodetection device according to the first embodiment of the present invention is used, an optical system having the same functions and effects as those of the photodetection device according to the first embodiment can be obtained.
That is, since fine tracking and rough tracking are performed by the light beam branched by the beam splitter 36, an incident angle detection device is provided for fine tracking and rough tracking, respectively, and the light beam directed to the communication light detector 37 is branched. Compared with this optical system, an optical system with less light loss can be obtained, and a highly accurate and compact optical system can be obtained.

なお、上記第1の実施形態の説明では、光偏向手段の反射面が平行かつ軸上主光線を通る平面に対して対称な場合を例にして説明したが、必要なら非平行に対向させてもよいし、非対称に対向させてもよい。例えば、入射光束の入射角度の変化範囲に偏りがある場合は、光検出手段の検出感度に偏りがある場合には、その方が高精度の光検出を行うことができる場合がある。
また上記第1の実施形態の説明では、中心部光路において、4分割センサの検出出力がずれ量に対して直線的に変化する場合で説明したが、単調な曲線であれば入射角度検出および制御に支障はないので、直線に限るものではない。
In the description of the first embodiment, the case where the reflecting surface of the light deflecting means is parallel and symmetric with respect to a plane passing through the axial principal ray has been described as an example. Alternatively, they may be asymmetrically opposed. For example, when the change range of the incident angle of the incident light beam is biased, if the detection sensitivity of the light detection means is biased, it may be possible to perform light detection with higher accuracy.
In the description of the first embodiment, the case where the detection output of the quadrant sensor changes linearly with respect to the shift amount in the central optical path has been described. However, if the curve is a monotonous curve, the incident angle detection and control is performed. Is not limited to a straight line.

また、上記第2の実施形態の説明では、光学システムとして光捕捉追尾機能を備えた空間光通信システムを例にして説明したが、これは一例であって、この用途に限定される物ではない。例えば、光捕捉追尾機能を備えた望遠鏡などの他の光学システムでもよい。また、本発明の第1の実施形態に係る光検出装置は、光検出手段上の受光位置を比較的小さい角度から比較的大きい角度まで連続的に検出できるから、例えば角度計測システムなどであってもよい。   In the description of the second embodiment, the spatial optical communication system provided with the light capturing and tracking function is described as an example of the optical system. However, this is an example and is not limited to this application. . For example, another optical system such as a telescope having a light capturing and tracking function may be used. Further, since the light detection device according to the first embodiment of the present invention can continuously detect the light receiving position on the light detection means from a relatively small angle to a relatively large angle, for example, an angle measurement system or the like. Also good.

また、上記の第2の実施形態の説明では、入射光路偏向素子34を制御することにより精追尾を行う光学システムとして説明したが、例えば入射光路偏向素子34を省略し、姿勢制御手段を粗追尾用、精追尾用に分けて設け、精追尾動作は精追尾用姿勢制御手段によって行ってもよい。   In the above description of the second embodiment, an optical system that performs fine tracking by controlling the incident optical path deflecting element 34 has been described. However, for example, the incident optical path deflecting element 34 is omitted, and the attitude control unit is configured to perform coarse tracking. The fine tracking operation may be performed separately by the fine tracking posture control means.

本発明の第1の実施形態に係る光検出装置の一例とその変形例の概略構成および動作について説明するための概略光路図である。It is a schematic optical path diagram for demonstrating schematic structure and operation | movement of an example of the photodetector which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and its modification. 本発明の第1の実施形態に係る第1および第2光検出手段の一例およびその変形例の構成および動作を説明するための模式図およびグラフである。It is the schematic diagram and graph for demonstrating the structure and operation | movement of an example of the 1st and 2nd light detection means which concern on the 1st Embodiment of this invention, and its modification. 本発明の第1の実施形態に係る光検出装置の第2変形例について説明するための概略斜視図である。It is a schematic perspective view for demonstrating the 2nd modification of the photon detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る光学システムの概略構成について説明するための概略構成図である。It is a schematic block diagram for demonstrating schematic structure of the optical system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、17、19 入射角度検出装置(光検出装置)
11 位置検出センサ(第1光検出手段)
12 筒状反射部材(光偏向手段)
12A、12B、12C、12D 反射面
13、18 位置検出センサ(第2光検出手段)
14a 光束(入射光束)
15a、15d、50 軸上主光線
20 透明光学ブロック(光偏向手段)
20A、20B、20C、20D 側面(内部反射面)
21 集光レンズ
23 位置検出センサ
24 中心部位置検出センサ(第1光検出手段)
25 周辺部位置検出センサ(第2光検出手段)
29 反射光学素子
30 送受光システム(光学システム)
32 筐体(保持部材)
33 送受光光学系
34 可動ミラー(入射光路偏向素子)
35、36 ビームスプリッタ
37 通信光検出器
38 送光部
44 ジンバルステージ(姿勢制御手段)
10, 17, 19 Incident angle detector (photodetector)
11 Position detection sensor (first light detection means)
12 cylindrical reflection member (light deflection means)
12A, 12B, 12C, 12D Reflective surfaces 13, 18 Position detection sensor (second light detection means)
14a Luminous flux (incident luminous flux)
15a, 15d, 50 axial principal ray 20 transparent optical block (light deflecting means)
20A, 20B, 20C, 20D Side surface (internal reflection surface)
21 Condensing lens 23 Position detection sensor 24 Center part position detection sensor (first light detection means)
25 Peripheral position detection sensor (second light detection means)
29 reflective optical element 30 light transmission / reception system (optical system)
32 Housing (holding member)
33 Transmitting / receiving optical system 34 Movable mirror (incident optical path deflecting element)
35, 36 Beam splitter 37 Communication light detector 38 Light transmitter 44 Gimbal stage (Attitude control means)

Claims (11)

入射光束の所定光路からのずれ量を検出する光検出装置であって、
前記ずれ量が相対的に小さいとき、前記入射光束を受光して光検出を行う第1光検出手段と、
前記ずれ量が相対的に大きいとき、前記入射光束のうち、前記第1光検出手段の受光範囲外に入射する光束を偏向する光路偏向手段と、
該光路偏向手段で偏向された光束を受光して光検出を行う第2光検出手段とを備え、
前記第1および第2光検出手段のうち少なくともいずれかにより、前記入射光束の所定光路からのずれ量を検出することを特徴とする光検出装置。
A light detection device that detects a deviation amount of an incident light beam from a predetermined optical path,
First light detection means for detecting light by receiving the incident light beam when the amount of deviation is relatively small;
An optical path deflecting means for deflecting the incident light flux outside the light receiving range of the first light detecting means when the shift amount is relatively large;
Second light detecting means for detecting light by receiving the light beam deflected by the optical path deflecting means,
An optical detection apparatus, wherein the amount of deviation of the incident light beam from a predetermined optical path is detected by at least one of the first and second light detection means.
前記光路偏向手段が、前記所定光路からずれた入射光束を前記所定光路の進行方向側かつ前記所定光路の光軸に近づく方向に光路を偏向することを特徴とする請求項1に記載の光検出装置。   2. The light detection according to claim 1, wherein the optical path deflecting unit deflects an incident light beam deviating from the predetermined optical path in a direction in which the predetermined optical path travels and approaches the optical axis of the predetermined optical path. apparatus. 前記光路偏向手段が、前記所定光路の光軸を通る平面に対して対称に配置された反射面を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の光検出装置。   The optical detection device according to claim 1, wherein the optical path deflecting unit includes a reflecting surface arranged symmetrically with respect to a plane passing through the optical axis of the predetermined optical path. 前記対称に配置された反射面が、2対の平面反射面からなり、
該2対の平面反射面の各対向方向が互いに直交するよう配置されたことを特徴とする請求項3に記載の光検出装置。
The symmetrically arranged reflecting surfaces consist of two pairs of plane reflecting surfaces,
The light detection device according to claim 3, wherein the opposing directions of the two pairs of planar reflection surfaces are arranged to be orthogonal to each other.
前記対称に配置された反射面が、前記所定光路の光軸を通る平面に略平行に配置されたことを特徴とする請求項3または4に記載の光検出装置。   5. The photodetecting device according to claim 3, wherein the symmetrically arranged reflecting surfaces are arranged substantially parallel to a plane passing through an optical axis of the predetermined optical path. 前記第1光検出手段と前記第2光検出手段とが、一体に設けられたことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光検出装置。   6. The light detection device according to claim 1, wherein the first light detection means and the second light detection means are provided integrally. 前記第1光検出手段および前記第2光検出手段の検出面が、同一平面上に配置されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光検出装置。   The light detection apparatus according to claim 1, wherein detection surfaces of the first light detection unit and the second light detection unit are arranged on the same plane. 前記第2光検出手段の検出面の中心が、前記所定光路の光軸上に配置されたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の光検出装置。   The light detection device according to claim 1, wherein a center of a detection surface of the second light detection means is disposed on an optical axis of the predetermined optical path. 前記光路偏向手段が、内部に外部と屈折率の異なる光透過性の媒質が満たされ、外部との境界面に内部反射面が形成された光学素子からなることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の光検出装置。   9. The optical path deflecting unit comprises an optical element filled with a light-transmitting medium having a refractive index different from that of the outside and having an internal reflection surface at a boundary surface with the outside. The light detection device according to any one of the above. 請求項1〜9のいずれかに記載の光検出装置と、
少なくとも該光学検出装置を保持する保持部材と、
該光検出装置により検出されたずれ量に基づいて、前記入射光束が前記所定光路に沿って入射するように前記保持部材の姿勢を制御する姿勢制御手段とを備えることを特徴とする光学システム。
The light detection device according to any one of claims 1 to 9,
A holding member for holding at least the optical detection device;
An optical system comprising: an attitude control unit configured to control an attitude of the holding member so that the incident light beam is incident along the predetermined optical path based on a deviation amount detected by the light detection device.
請求項1〜9のいずれかに記載の光検出装置と、
該光検出装置の入射側に前記入射光束の光路を偏向する入射光路偏向素子と、
前記光検出装置により検出されたずれ量に基づいて、前記光路を偏向された入射光束が前記所定光路に沿って入射するように前記入射光路偏向素子を制御することを特徴とする光学システム。
The light detection device according to any one of claims 1 to 9,
An incident optical path deflecting element that deflects the optical path of the incident light beam on the incident side of the photodetecting device;
An optical system that controls the incident optical path deflecting element so that an incident light beam deflected along the optical path is incident along the predetermined optical path based on a deviation amount detected by the light detection device.
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