JPH11352387A

JPH11352387A - 光軸補正装置

Info

Publication number: JPH11352387A
Application number: JP10156523A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiko Miyahara; 清彦宮原; Kazuhiko Otsuka; 和彦大塚; Yujiro Ito; 雄二郎伊藤; Toshihisa Iriyama; 利久入山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-12-24
Also published as: US6155690A

Abstract

(57)【要約】【課題】光空間伝送装置内で光軸の補正を行うための
光軸補正装置において、焦点ぼけを防止でき、かつミラ
ーの回動の応答速度を早くできるようにする。【解決手段】入射光Ｌ１がミラー１２の反射面１２ａ
に反射して位置検出センサ７に照射されると、光軸補正
装置１０側では、位置検出センサ７上の入射した点Ｐ１
と、基準位置Ｐ０とのずれ量ΔＳを検出する。光軸補正
装置１０は、このずれ量ΔＳだけ光軸を補正するため、
Ｙ軸駆動機構部１８，１９を駆動して、ミラー１２の反
射面１２ａの角度を変更する。このとき、反射面１２ａ
上の反射部分のＺ軸方向の位置が変位しないようにす
る。たとえば、Ｙ軸駆動機構部１８に「−２」の駆動力
を与え、同時に、Ｙ軸駆動機構部１９には「±０」の状
態を保持させる。これにより、Ｚ軸方向へ変位させるこ
となく、かつＹ軸駆動機構部１８に「−１」、Ｙ軸駆動
機構部１９に「＋１」の駆動力を与えた場合と同じ方向
に同じ角度だけミラー１２を回動させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光空間伝送装置内で
光軸の補正を行うための光軸補正装置に関し、特にミラ
ーの反射角を制御することによって光軸の補正を行う光
軸補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電波資源の不足や、無線または有
線による通信回線設置のためには煩雑な手続きが必要な
ことから、光を用いた空間伝送による通信の実用化の研
究が盛んになっている。しかし、キロメートルにもおよ
ぶ長距離間の光空間伝送装置に関しては、未だ十分な性
能を有する装置が得られていないのが現状である。

【０００３】図１２は双方向の光通信が可能な光空間伝
送装置の光学系部分の概略構成を示す図である。この光
空間伝送装置では、送信信号に基づいて変調された半導
体レーザ３１のビームが、レンズ３２によって平行光に
され、ビームスプリッタ３３に入射される。入射したビ
ームは、ビームスプリッタ３３で光入出力側の凹型のレ
ンズ３４に入射され、レンズ３４で拡大されたビーム
は、レンズ３４とともに主レンズ部を構成するレンズ３
５で平行光に変換されて送信先の光空間伝送装置に向け
て出力される。

【０００４】これに対し、相手側から受信したビーム
は、レンズ３５が受ける。このビームは、レンズ３４で
平行光に変換された後、ビームスプリッタ３３を通過し
てビームスプリッタ３６に入射される。ビームスプリッ
タ３６は、入射したビームを位置検出側と受信側とに振
り分ける。このうち位置検出側に振り分けられたビーム
は、レンズ３７で集光され、位置検出センサ３８に入射
する。位置検出センサ３８は、入射した光の位置を検出
し、その検出信号を図示されていない制御回路に送信す
る。制御回路側では、検出信号に基づいて後述する角度
制御を行う。

【０００５】一方、受信側に振り分けられたビームは、
レンズ３９で集光され、受光素子４０に入射する。受光
素子４０は、入射したビームを電気信号に変換し、受信
信号として受信回路側に送る。受信回路側では、受信信
号を復調し、元のデータに復元する。

【０００６】ところで、このような光学系で正確なビー
ム送受信を行うためには、常に送信側と受信側の光軸が
一致していることが必要である。しかし、風などの外的
要因、装置内部で発生する振動、さらには温度変化など
により光学系が影響を受けて光軸のずれが生じる。長距
離通信においては微小な光軸のずれも通信に支障をきた
すため、常に光軸の補正を行うことが必要となる。

【０００７】そこで、従来から様々な光軸の補正方法が
提案されている。図１３は従来の光軸補正装置の第１の
例を示す図である。光軸補正装置５０は、鏡筒５１を有
している。鏡筒５１内には、図１２で示した光学系が一
体に収納されている。鏡筒５１は、Ｘ軸受け５４によっ
て、中間リング５２にＸ軸周りに回動自在に取り付けら
れている。中間リング５２には、Ｘ軸モータ５３が固定
されている。Ｘ軸モータ５３の回転は、駆動歯車５３
ａ、従動歯車５４ａを介してＸ軸受け５４に伝達され
る。これにより、鏡筒５１がＸ軸周りに回動制御され
る。

【０００８】中間リング５２は、Ｙ軸受け５６によっ
て、台座５５にＹ軸周りに回動自在に取り付けられてい
る。台座５５には、Ｙ軸モータ５７が固定されている。
Ｙ軸モータ５７の回転は、駆動歯車５７ａ、従動歯車５
６ａを介してＹ軸受け５６に伝達される。これにより、
鏡筒５１がＹ軸周りに回動制御される。Ｘ軸モータ５３
およびＹ軸モータ５７の回転は、図１２で示した光学系
の位置検出センサ３８の検出信号に基づいて、常に光軸
が一致するように制御される。

【０００９】図１４は従来の光軸補正装置の第２の例を
示す図である。この光軸補正装置は、図１２で示した光
学系に介在させたものであり、図１２と同一構成要素に
ついては同一符号を付して説明を省略する。ビームスプ
リッタ３３とレンズ３４との間には、補正機構部とし
て、Ｘ軸ミラー６１と、これを回動制御するＸ軸モータ
６２と、Ｙ軸ミラー６３と、これを回動制御するＹ軸モ
ータ６４とが設けられている。位置検出センサ３８の検
出信号に基づいてＸ軸モータ６２およびＹ軸モータ６４
を制御することにより、Ｘ軸ミラー６１およびＹ軸ミラ
ー６３の角度が制御される。これにより、光軸の補正が
なされる。

【００１０】しかし、図１３の構成では、鏡筒５１全体
を動かす構成のため、慣性質量が大きくなり、制御応答
性に劣る。また、軸受けやＸ軸モータ５３、Ｙ軸モータ
５７などには精度が高く高剛性のものを必要とした。さ
らには、光軸補正は微小な角度で行う必要があり、モー
タなどにはバックラッシュのないものが必要であった。

【００１１】また、図１４の構成も同様にミラーやモー
タが必要であり、構造が複雑になるとともに、バックラ
ッシュのない高精度のものが必要とされた。そこで、本
願出願人は、これらの問題を解決する光軸補正装置とし
て特願平１０−０１４５３３号を出願している。

【００１２】図１５は特願平１０−０１４５３３号の光
軸補正装置の構成を示す平面図である。光軸補正装置７
０は、後述する枠体７３の上面に２軸スプリング７１を
取り付けた構成となっている。２軸スプリング７１は、
薄型の弾性を有する円板状の部材であり、同軸の３つの
リング７１１，７１２，７１３を有している。最も外側
の外側リング７１１は、枠体７３に固定されている。こ
の外側リング７１１と中間リング７１２との間には、隙
間Ｄ１１が空けられている。中間リング７１２は、Ｙ軸
ブリッジ７１ａ，７１ｂによって、外側リング７１１と
ねじれ回転可能な状態で連結されている。これにより、
中間リング７１２は、外側リング７１１に対してＹ軸周
りに回動可能となっている。

【００１３】最も内側の内側リング７１３と中間リング
７１２との間には、隙間Ｄ１２が空けられている。内側
リング７１３は、Ｘ軸ブリッジ７１ｃ，７１ｄによっ
て、中間リング７１２とねじれ回転可能な状態で連結さ
れている。これにより、内側リング７１３は、中間リン
グ７１２に対してＸ軸周りに回動可能となっている。ま
た、この内側リング７１３には、円形のミラー７２が固
定されている。

【００１４】図１６は図１５のＸ１１−Ｘ１１線に沿う
断面図である。前述したように、２軸スプリング７１
は、枠体７３の上面に固定されている。内側リング７１
３の下面には、ミラーホルダ７４が固定されている。こ
のミラーホルダ７４は、ミラー７２を保持している。こ
のとき、ミラー７２は、その反射面７２ａが２軸スプリ
ング７１の板厚の中心面と一致するように取り付けられ
ている。

【００１５】枠体７３の下端面には、ベースプレート７
５が固定されている。さらに、環状のスペーサ７６を介
して基板７７が固定されている。ベースプレート７５上
には、ミラーホルダ７４をＸ軸周りに回動させるＸ軸駆
動機構部７８Ｘと、ミラーホルダ７４をＹ軸周りに回動
させるＹ軸駆動機構部７８Ｙとがそれぞれ２個ずつ設け
られている。Ｘ軸駆動機構部７８Ｘどうし、およびＹ軸
駆動機構部７８Ｙどうしは、それぞれＸ軸とＹ軸の好
転、すなわち原点をはさんで互いに対向する位置に設け
られている。ただし、ここでは、Ｘ軸駆動機構部７８Ｘ
の一方は図面手前側のため図示されていない。

【００１６】Ｙ軸駆動機構部７８Ｙは、いわゆるムービ
ングマグネット型のボイスコイルモータであり、主に、
ベースプレート７５に固定されるボビン７８Ｙａと、ボ
ビン７８Ｙａに巻かれたコイル７８Ｙｂと、ミラーホル
ダ７４側に固定されるヨーク７８Ｙｃと、ヨーク７８Ｙ
ｃの内側に固定されるマグネット７８Ｙｄとから構成さ
れている。光軸補正装置７０では、２つのＹ軸駆動機構
部７８Ｙの動作を制御することにより、ミラーホルダ７
４のＹ軸周りの回動角度を制御する。

【００１７】同様に、Ｘ軸駆動機構部７８Ｘもボビン７
８Ｘａと、コイル７８Ｘｂと、ヨーク７８Ｘｃと、図示
されていないマグネットとから構成されており、これに
より、ミラーホルダ７４のＸ軸周りの回動角度が制御さ
れる。

【００１８】ベースプレート７５上には、Ｙ軸角度セン
サ７９と、図示されていないＸ軸角度センサとが固定さ
れている。光軸補正装置７０では、これらＹ軸角度セン
サ７９などからの角度検出信号に基づいて、Ｘ軸駆動機
構部７８およびＹ軸駆動機構部７８を制御し、ミラー７
２の反射面７２ａの角度を制御する。これにより、光軸
の補正制御がなされる。

【００１９】このような光軸補正装置７０では、ミラー
７２の反射面７２ａが２軸スプリング７１の板厚の中心
面と一致するように取り付けられている。よって、ミラ
ー７２が回動しても、そのＺ軸方向の位置は変位がな
い。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光空間伝送
装置では、光学系の部品間の距離が変化すると、焦点距
離が変化してしまい、例えば相手装置からの受信光が位
置検出センサ３８の受光面で焦点を結ばなくなる。その
結果、相手装置からの受信光の光軸位置を正確に検知で
きなくなり、正確な光軸補正ができなくなってしまう。

【００２１】そこで、特願平１０−０１４５３３号の光
軸補正装置７０では、光学系における光軸補正装置７０
の前後の光を平行光にして、ミラー７２の反射面７２ａ
の位置が変化しても焦点距離に影響がでないようにして
いた。また、前述したように、ミラー７２の反射面７２
ａを２軸スプリング７１の板厚の中心面と一致するよう
に取り付けて、反射面７２ａのＺ軸方向への変位が生じ
ないようにしていた。これにより、図１２で示したレン
ズ３５と半導体レーザ３１、ビームスプリッタ３３、位
置検出センサ３８、受光素子４０などとの距離が変化し
ないので、焦点ぼけなどを防止でき、正確な補正が可能
となる。

【００２２】しかし、レンズ３５を通ってきた相手装置
からの受信光を、光軸補正装置７０の前で平行光にする
場合、レンズ３４，３５の組み立て調整によって受信光
を平行にする必要があるが、たとえ正確な組み立て調整
ができても、温度の変化によってレンズ３４，３５の特
性が変化し、受信光が平行でなくなるおそれがある。例
えば、室温２０℃のときに組み立て調整を行った装置
を、外気温度４０℃の場所に設置して使用する場合に
は、レンズ３４，３５などが温度変化の影響を受けて、
光軸補正装置７０の前で受信光が平行にならなくなるこ
とが考えられる。

【００２３】一方、ミラー７２の反射面７２ａを２軸ス
プリング７１の板厚の中心面と一致するように取り付け
た場合には、図１６から分かるように、回転中心の下側
にミラーホルダ７４やヨーク７８Ｘｃ，７８Ｙｃなどの
重量のあるものが集中しているので、回転軸（Ｘ軸、Ｙ
軸）に対する下側部分の慣性モーメントが大きくなり、
光軸ずれに対するミラー７２の回動の応答速度が悪くな
るという問題があった。

【００２４】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、焦点ぼけを防止でき、かつミラーの回動の応
答速度を速くすることのできる光軸補正装置提供するこ
とを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、光空間伝送装置内で光軸の補正を行うた
めの光軸補正装置において、レーザ光を反射するミラー
と、前記ミラーを保持するミラー保持部材と、前記ミラ
ー保持部材を、前記ミラーの反射面と平行な面上の第１
の軸および第２の軸周りに回動自在に、かつ前記各軸に
対して垂直な第３の軸方向に変位可能に支持する支持部
材と、前記ミラーを前記第１の軸および第２の軸周りに
それぞれ独立して回動させる回動機構部と、前記ミラー
の前記各軸周りの回動角度を検出する回動角度検出機構
部と、前記ミラーの前記第１の軸および第２の軸周りの
回動角度がそれぞれ所望の角度となるように、かつ前記
反射面上の前記レーザ光が直接反射する部分が前記第３
の軸方向に対して位置を保持するように前記回動機構部
を制御する回動制御手段と、を有することを特徴とする
光軸補正装置が提供される。

【００２６】このような光軸補正装置では、回動角度検
出機構部によりミラーの回動角度を検出し、これに応じ
て回動制御手段が回動機構部を制御する。このとき、回
動制御手段は、ミラーの第１の軸および第２の軸周りの
回動角度がそれぞれ所望の角度となるように制御する。
通常、ミラーの反射面と回動軸を含む平面とが一致して
いない場合には、ミラーを第１の軸および第２の軸周り
も回動させると、それに伴ってミラーのビームが反射す
る部分は第３の軸方向に変位する。ところが、本発明の
支持部材は、ミラー保持部材を第３の軸方向に変位調節
可能に支持する構成なので、回動に伴う第３の軸方向へ
変位する分を考慮して第１の軸および第２の軸周りへの
回動量を調整することにより、反射面上のレーザ光が直
接反射する部分が第３の軸方向に対して実質位置を保持
するように制御できる。

【００２７】よって、ミラーおよびミラー保持部材の回
転モーメントが偏らないように回動軸（第１の軸、第２
の軸）を設定しても、反射部分の変位を防ぐことができ
るので、焦点ぼけも防止できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図２は本形態の光軸補正装置を備
えた双方向の光通信が可能な光空間伝送装置の光学系部
分の概略構成を示す図である。この光空間伝送装置で
は、送信信号に基づいて変調されたビームが、発光素子
１（例えば半導体レーザダイオード）から出力される。
出力されたビームは、レンズ２によって平行光にされ、
光分離部３のビームスプリッタ３ａに入射される。入射
したビームは、ビームスプリッタ３ａで反射して光軸補
正装置１０に出射され、さらにこの光軸補正装置１０で
反射して凹型のレンズ４に入射され、拡大される。レン
ズ４で拡大されたビームは、レンズ４とともに主レンズ
部を構成するレンズ５で平行光に変換されて送信先の光
空間伝送装置に向けて出力される。

【００２９】これに対し、相手側から受信したビーム
は、レンズ５で受ける。このビームは、レンズ４で平行
光に変換された後、光軸補正装置１０で反射して光分離
部３に入射する。入射したビームは、ビームスプリッタ
３ａを通過してビームスプリッタ３ｂに入射される。ビ
ームスプリッタ３ｂは、入射したビームを位置検出側と
受信側とに振り分ける。このうち位置検出側に振り分け
られた光は、レンズ６で集光され、位置検出センサ７に
入射する。位置検出センサ７は、入射した光の位置を検
出し、その検出信号を図示されていない制御回路に送信
する。制御回路側では、検出信号に基づいて、後述する
角度制御を行う。

【００３０】一方、受信側に振り分けられたビームは、
レンズ８で集光され、受光素子９に入射する。受光素子
９は、入射したビームを電気信号に変換し、受信信号と
して受信回路側に送る。受信回路側では、受信信号を復
調し、元のデータに復元する。

【００３１】このようなシステムにおいては、位置検出
センサ７の検出信号に基づいて、光軸補正装置１０のミ
ラー１２の２軸周りの回動角度、すなわちＸ軸周り、お
よびＹ軸周りの回動角度を調整する。これにより、常に
光軸が一定の経路を通過するように補正される。

【００３２】次に、光軸補正装置１０の具体的な構成に
ついて説明する。図３は光軸補正装置１０の平面図であ
る。光軸補正装置１０は、後述する枠体１３の上面に２
軸スプリング１１を取り付けた構成となっている。２軸
スプリング１１は、薄型で弾性を有する円板状の部材で
あり、同軸の３つのリング１１１，１１２，１１３を有
している。最も外側の外側リング１１１は、枠体１３に
固定されている。この外側リング１１１と中間リング１
１２との間には、隙間Ｄ１が空けられている。中間リン
グ１１２は、Ｘ軸とＹ軸の交点Ｔ１を挟んでＹ軸上で互
いに対向するように形成されたＹ軸ブリッジ１１ａ，１
１ｂによって、外側リング１１１とねじれ回転可能な状
態で連結されている。これにより、中間リング１１２
は、外側リング１１１に対してＹ軸周りに回動可能とな
っている。

【００３３】最も内側の内側リング１１３と中間リング
１１２との間には、隙間Ｄ２が空けられている。内側リ
ング１１３は、Ｘ軸上で交点Ｔ１を挟んで互いに対向す
るように形成されたＸ軸ブリッジ１１ｃ，１１ｄによっ
て、中間リング１１２とねじれ回転可能な状態で連結さ
れている。これにより、内側リング１１３は、中間リン
グ１１２に対してＸ軸周りに回動可能となっている。ま
た、この内側リング１１３には、円形のミラー１２がミ
ラーホルダ１４を介して固定されている。

【００３４】図４は図３のＸ１−Ｘ１線に沿う断面図で
ある。また、図５は図４のＸ２−Ｘ２線に沿う断面図で
ある。２軸スプリング１１は、前述したように、枠体１
３の上面１３ａに固定されている。内側リング１１３に
は、ミラーホルダ１４が固定されている。このミラーホ
ルダ１４は、２軸スプリング１１の上面よりも上方に突
き出る筒状の保持部１４ａを有しており、この保持部１
４ａの内側部分でミラー１２を保持、固定している。ミ
ラー１２は、表側の反射面１２ａだけでなく、その裏面
１２ｂも光が反射できるように加工されている。ミラー
１２の具体的な固定構造については後述する。

【００３５】枠体１３の下面１３ｂには、ベースプレー
ト１５が固定されている。さらに、環状のスペーサ１６
を介して基板１７が固定されている。ベースプレート１
５上には、ミラーホルダ１４をＹ軸周りに回動させるＹ
軸駆動機構部１８，１９が、Ｚ軸を挟んで互いに対向す
るように設けられている。また、ベースプレート１５上
には、Ｘ軸周りに回動させるＸ軸駆動機構部２０，２１
（図５参照）が、Ｚ軸を挟んで互いに対向するように、
かつ、Ｙ軸駆動機構部１８，１９と９０°ずれた位置に
設けられている。

【００３６】Ｙ軸駆動機構部１８は、いわゆるムービン
グマグネット型のボイスコイルモータであり、主に、ベ
ースプレート１５に固定されるボビン１８ａと、ボビン
１８ａに巻かれたコイル１８ｂと、ミラーホルダ１４側
に固定されるヨーク１８ｃと、ヨーク１８ｃの内側に固
定されるマグネット１８ｄとから構成されている。ボビ
ン１８ａに巻かれたコイル１８ｂに電流を流すことによ
り、マグネット１８ｄが電流の方向に応じた向きに力を
受け、これによりミラーホルダ１４がＹ軸周りに回動す
る。同様に、Ｙ軸駆動機構部１９も、ボビン１９ａ、コ
イル１９ｂ、ヨーク１９ｃ、およびマグネット１９ｄか
ら構成されている。光軸補正装置１０では、このＹ軸駆
動機構部１８およびＹ軸駆動機構部１９の動作を制御す
ることにより、ミラーホルダ１４のＹ軸周りの回動角度
を制御する。

【００３７】ベースプレート１５には、Ｙ軸駆動機構部
１８およびＹ軸駆動機構部１９のそれぞれに対応してス
トッパ１８ｅおよびストッパ１９ｅが設けられている。
これらストッパ１８ｅ，１９ｅは、それぞれヨーク１８
ｃ、１９ｃの移動量を制限するために設けられている。
ストッパ１８ｅ，１９ｅは、ベースプレート１５に対し
て上下に調節可能となっており、ヨーク１８ｃ、１９ｃ
の移動量を調節することができる。

【００３８】一方、Ｘ軸駆動機構部２０も、ボビン２０
ａ、コイル２０ｂ、ヨーク２０ｃ、および図示されてい
ないマグネットとから構成されており、これと対向する
Ｘ軸駆動機構部２１もボビン２１ａ、および図示されて
いないコイル、ヨーク、マグネットから構成されてい
る。Ｘ軸駆動機構部２０，２１にも同様に図示されてい
ないストッパが設けられている。光軸補正装置１０で
は、このＸ軸駆動機構部２０およびＸ軸駆動機構部２１
の動作を制御することにより、ミラーホルダ１４のＸ軸
周りの回動角度を制御する。なお、回動角度の具体的な
制御方法については後述する。

【００３９】ベースプレート１５上には、Ｙ軸角度セン
サ２２と、Ｘ軸角度センサ２３（図５参照）とが固定さ
れている。Ｙ軸角度センサ２２およびＸ軸角度センサ２
３は、光学式のセンサであり、発光素子と受光素子が一
体に設けられている。そして、発光素子からの光がミラ
ー１２の裏面１２ｂで反射して、その反射光を受光素子
が検出することにより、それぞれミラー１２のＹ軸周り
の回動角度、Ｘ軸周りの回動角度を検出する。光軸補正
装置１０では、これらＹ軸角度センサ２２，２３からの
角度検出信号に基づいて、Ｘ軸駆動機構部２０，２１お
よびＹ軸駆動機構部１８，１９を制御し、ミラー１２の
反射面１２ａの角度を制御する。これにより、光軸の補
正制御が行われる。

【００４０】図６はＹ軸角度センサ２２およびＸ軸角度
センサ２３の取り付け構造を示すためのベースプレート
１５部分の平面図である。また、図７は図６のＸ３−Ｘ
３線に沿う断面図である。ベースプレート１５は、塑性
変形可能な材料が用いられており、センサ取り付け部分
に鉤型の切り欠き部１５１が形成されている。切り欠き
部１５１には、センサ取り付け片１５２が形成されてい
る。センサ取り付け片１５２は、ブリッジ１５２ａ，１
５２ｂを介してベースプレート１５に接続されている。
このセンサ取り付け片１５２上には、Ｙ軸角度センサ２
２が固定されている。また、切り欠き部１５１には、セ
ンサ取り付け片１５３が形成されている。センサ取り付
け片１５３は、ブリッジ１５３ａ，１５３ｂを介してベ
ースプレート１５に接続されている。このセンサ取り付
け片１５３上には、Ｘ軸角度センサ２３が固定されてい
る。

【００４１】Ｙ軸角度センサ２２は、図７に示すよう
に、端子２２ａ，２２ｂが基板１７の裏側まで貫通して
おり、フレキシブル基板２４を介して、基板１７に電気
的に取り付けられている。フレキシブル基板２４を介し
ていることにより、Ｙ軸角度センサ２２は、ベースプレ
ート１５に対して自由度を持っている。ミラー１２の原
点位置とＹ軸角度センサ２２の角度を一致させる作業を
行うときには、Ｙ軸角度センサ２２の出力をモニタしな
がら角度を調節し、センサ取り付け片１５２のブリッジ
１５２ａ、１５２ｂを適度な力でねじることにより、Ｙ
軸角度センサ２２の向きをその所望の角度で固定するこ
とができる。これにより、簡単に調整ができ、作業効率
が向上する。

【００４２】Ｘ軸角度センサ２３もＹ軸角度センサ２２
と同様の構成により基板１７と接続され、その角度を調
節、固定することができる。このようにＹ軸角度センサ
２２およびＸ軸角度センサ２３として非接触式のセンサ
を用いることにより、ミラー１２の動作に影響を与える
ことがない。よって、高精度の光軸補正が可能となる。
また、ミラー１２の角度検出をミラー１２の裏面１２ｂ
に光を照射することにより行うようにしたので、構造が
簡単であり、小型化、軽量化が図れる。

【００４３】また、本形態では、Ｙ軸駆動機構部１８，
１９などを制御するための基板１７を光軸補正装置１０
と一体化したので、Ｙ軸駆動機構部１８，１９などを直
接実装することができ、配線を簡素化できる。それによ
り、装置全体の小型化が図れ、また、配線の削除による
品質信頼性の向上およびコストの削減が図れる。

【００４４】次に、ミラー１２の具体的な取り付け構造
とその機能について説明する。図８はミラー１２のミラ
ーホルダ１４への取り付け構造を示す図である。ミラー
１２は、その側面１２ｃがミラーホルダ１４の保持部１
４ａの内側面１４ｂに密着するように、また、載置面１
４ｃ上に載置される状態で装着されている。このとき、
ミラー１２の反射面１２ａおよび裏面１２ｂは、２軸ス
プリング１１と平行となっている。

【００４５】保持部１４ａの内側上端部には、環状の切
り欠き１４ｃが形成されている。また、載置面１４ｃの
内側面１４ｂ側には、環状の溝１４ｅが形成されてい
る。切り欠き１４ｃには、ミラー１２が装着された状態
で接着剤が注入される。これにより、ミラー１２はミラ
ーホルダ１４に確実に固定される。また、万一切り欠き
１４ｃ内の接着剤がミラー１２と内側面１４ｂとの隙間
から流れ落ちても、溝１４ｅに溜まるので、接着剤が載
置面１４ｃ側に流れることが防止できる。これにより、
ミラー１２の裏面１２ｂが載置面に接着されることがな
いので、ミラー１２の反りや歪みを防止することができ
る。

【００４６】ところで、ミラー１２は、図４および図８
からわかるように、２軸スプリング１１のねじれの回動
軸よりも上方に突き出た状態でミラーホルダ１４に取り
付けられている。この突き出る量は、２軸スプリング１
１の回動軸周りの慣性モーメントが一方に偏らないよう
に調整されている。すなわち、２軸スプリング１１の上
側部分の重量と下側部分の重量の釣り合いがとれるよう
に調整されている。これにより、ミラー１２を回動させ
るときの応答速度が速くなる。

【００４７】次に、このような構成を有する本形態の光
軸補正装置１０の動作について説明する。図１はミラー
１２をＹ軸周りに回動させた場合の状態を示す側断面図
である。ここでは、Ｘ軸に沿った断面を示している。入
射光Ｌ１がミラー１２の反射面１２ａに反射して位置検
出センサ７に照射されると、光軸補正装置１０側では、
位置検出センサ７上の入射した点Ｐ１と、基準位置Ｐ０
とのずれ量を検出する。ここでは、Ｙ軸周りのずれ量が
ΔＳであるとする。

【００４８】光軸補正装置１０は、このずれ量ΔＳだけ
光軸を補正するため、Ｙ軸駆動機構部１８，１９を駆動
して、ミラー１２の反射面１２ａの角度を変更する。具
体的には、図のように左周りにミラー１２を回動させる
場合、左側のＹ軸駆動機構部１８のコイル１８ｂに例え
ばマイナス方向の電流を流して、ヨーク１８ｃを下方に
引き下げる力を与える。一方、右側のＹ軸駆動機構部１
９のコイル１９ｂにプラス方向の電流を流して、ヨーク
１９ｃを上方に押し上げる力を与える。これにより、図
３で示したブリッジ１１ａ，１１ｂを中心に中間リング
１１２が図１の左周りに回動し、これと一体に、内側リ
ング１１３、ミラーホルダ１４、およびミラー１２が回
動する。そして、位置検出センサ７上での点Ｐ１と基準
位置Ｐ０とが一致するところでミラー１２の回動を停止
する。こうして、光軸の補正がなされる。

【００４９】ただし、本形態の構成では、ミラー１２の
反射面１２ａが回動軸と一致していないので、単純にミ
ラー１２を回動させただけでは、反射面１２ａのＺ軸方
向の位置が移動して、光学系の部品間の距離が変化して
しまう。

【００５０】図９は反射面１２ａと回動軸のずれによる
反射面１２ａの移動の原理を説明する図であり、（Ａ）
は反射面１２ａと回動軸が一致しているときの反射面１
２ａの変化を示す図、（Ｂ）は反射面１２ａと回動軸が
異なっているときの反射面１２ａの変化を示す図であ
る。まず、図（Ａ）に示すように、反射面１２ａと回動
軸Ｏ１が一致しているときは、ミラー１２が平行なとき
と図の２点鎖線回動した状態とで、それぞれ入射光Ｌ１
の反射光がＬ１ａ，Ｌ１ｂのように回動角度と同じだけ
向きが変化する。このとき、反射点のＺ軸方向への移動
はないので、光学系の部品間の距離に変化はない。

【００５１】ところが、図（Ｂ）のように反射面１２ａ
と回動軸Ｏ２が異なっているときには、入射光Ｌ２の反
射位置が異なるだけでなく、そのＺ軸の上方向にΔＺの
ずれが生じる。このため、回動前と回動後では、光学系
の部品間の距離が異なることになり、回動前の反射光Ｌ
２ａと、回動後の反射光Ｌ２ｂとの光路長が異なる。こ
れでは、正確な光軸補正ができない。

【００５２】そこで、本形態では、位置検出センサ７で
検出した光軸のずれ量に基づいてミラー１２を回動制御
する際に、２軸スプリング１１の中間リング１１２のた
わみを利用して、Ｚ軸方向へも補正するものである。通
常、ミラー１２をＹ軸周りに左回りに回動させる場合
に、図１などで示した左側のＹ軸駆動機構部１８に例え
ば「−１」の駆動力を与え、同時に、右側のＹ軸駆動機
構部１９に「＋１」の駆動力を与える。なお、ここで
は、下方の向きをマイナス、上方の向きをプラスとす
る。このように左右均等に駆動力を与えると、図９
（Ｂ）のようにＺ軸方向に変位してしまう。

【００５３】そこで、本形態では、Ｙ軸駆動機構部１８
に「−２」の駆動力を与え、同時に、Ｙ軸駆動機構部１
９には「±０」の状態を保持させる。これにより、図９
（Ａ）のようにＺ軸方向へ変位させることなく、かつＹ
軸駆動機構部１８に「−１」、Ｙ軸駆動機構部１９に
「＋１」の駆動力を与えた場合と同じ方向に同じ角度だ
けミラー１２を回動させることができる。さらに他のパ
ターン例として、Ｙ軸駆動機構部１８に「−３」の駆動
力を与え、同時に、Ｙ軸駆動機構部１９に「−１」の駆
動力を与える。これにより、前述のパターンと同じ角度
で回動させ、かつ、Ｚ軸のマイナス方向の移動量を大き
くできる。

【００５４】また、ミラー１２を右回りに回動させたい
場合には、これと反対のパターン、すなわち、例えば右
側のＹ軸駆動機構部１９に「−３」の駆動力を与え、同
時に、左側のＹ軸駆動機構部１８には「−１」の駆動
力を与える。これにより、Ｚ軸方向へ変位させることな
く、所望の角度だけ右回りに回動させることができる。

【００５５】なお、ここでは、説明を簡単にするために
「−１」の駆動力、「−３」の駆動力という表現を用い
たが、実際には、コイルへの供給電流の大きさなどで制
御される。また、その値も、ミラー１２の反射部分と回
動中心との距離や、ミラー１２の回動角度などのパラメ
ータによって適宜調整される。

【００５６】このように、左右の駆動力の絶対値を異な
る値にすることでＺ軸方向の変位を防止できる理由は、
２軸スプリング１１の中間リング１１２がＺ軸方向へた
わむ能力をもっているからである。

【００５７】図１０は２軸スプリング１１のたわみ機能
を説明する断面図である。図では、Ｘ軸に沿った断面を
示している。また、ここでは、中間リング１１２がＺ軸
のマイナス方向にたわんでいる状態を示している。２軸
スプリング１１は、全体が弾性を有する部材で形成され
ているとともに、外側リング１１１は図１などで示した
枠体１３に固定されているので、Ｙ軸駆動機構部１８，
１９を有する内側リング１１３が下方に引っ張られるこ
とにより、中間リング１１２は、ブリッジ１１ａ，１１
ｂ（図３参照）部分で下方にたわむことができる。これ
により、反射部分がＺ軸上方向へΔＺ変位するのを阻止
することが可能となる。よって、正確な光軸補正が可能
となる。

【００５８】なお、図１０ではＹ軸周りの回動時におけ
る２軸スプリング１１の状態を示したが、Ｘ軸周りの回
動のときには、内側リング１１３がブリッジ１１ｃ，１
１ｄ部分でたわむことになる。それ以外の作用は、Ｙ軸
周りのときとほぼ同じである。

【００５９】本形態によれば、ミラー１２の反射面１２
ａを回動軸と一致させる必要がないので、設計の自由度
が高くなり、装置全体の小型、軽量化も図れる。さら
に、図２で示したレンズ５と発光素子１などの他の光学
部品との間の焦点距離を、従来は部品の加工精度と組み
立て精度によって調整していたが、本形態の構成とする
ことにより、ミラー１２の反射面１２ａをＺ軸方向に移
動させることで、すなわち、反射面１２ａのＺ軸方向の
原点をオフセットすることで、焦点距離を設計値通りに
することができ、従来の組み立て調整の手間を削減する
ことができる。また、部品の加工精度も低くできるの
で、コストが低減できる。

【００６０】さらには、温度変化などのために光学系の
特性が変化した場合でも、ミラー１２の反射面１２ａを
Ｚ軸方向に移動させることで、焦点距離のずれを調整す
ることができ、送受信光を平行に維持できる。よって、
焦点ぼけが防止できる。

【００６１】なお、本形態では、Ｙ軸駆動機構部１８，
１９の構成として、ムービングマグネット型のボイスコ
イルモータを用いる例を示したが、ミラーホルダ１４側
にコイルを取り付けて動作させるいわゆるムービングコ
イル型を用いることもできる。ムービングマグネット型
もムービングコイル型も、ともにバックラッシュのない
アクチュエータなので、正確な制御が可能となる。ま
た、応答速度も速くなる。

【００６２】また、本形態では、ミラー１２の形状を円
形にしたが、反射する光の断面形状に応じて、楕円形な
ど適宜変更することができる。さらに、本形態では、図
２で示したように、受信光をレンズ４によって平行光と
する構成としたが、図１１に示すように、レンズ４を除
いた構成としてもよい。こうすることにより、主レンズ
部の簡素化が図れる。また、レンズ４以降の光の径を小
さくできるので、光軸補正装置１０のミラー１２の径
や、ビームスプリッタ３ａ，３ｂなどの他の光学部品を
小型化することができる。よって、光空間伝送装置全体
の小型化、および製造コストの低減が図れる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、ミラー
保持部材を、ミラーの反射面と平行な面上の第１の軸お
よび第２の軸周りに回動自在に、かつ各軸に対して垂直
な第３の軸方向に変位可能に支持する支持部材を設け、
ミラーの第１の軸および第２の軸周りの回動角度がそれ
ぞれ所望の角度となるように制御するとともに、反射面
上のレーザ光が直接反射する部分が第３の軸方向に対し
て位置を保持するように制御したので、ミラーおよびミ
ラー保持部材の回転モーメントが偏らないように回動軸
（第１の軸、第２の軸）を設定しても、反射部分の第３
の軸方向への変位を防ぐことができる。

【００６４】よって、補正動作の応答速度を速くするこ
とができるとともに、光学部品間の焦点距離が変動する
ことがないので、焦点ぼけも防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ミラーをＹ軸周りに回動させた場合の状態を示
す側断面図である。

【図２】本形態の光軸補正装置を備えた双方向の光通信
が可能な光空間伝送装置の光学系部分の概略構成を示す
図である。

【図３】光軸補正装置の平面図である。

【図４】図３のＸ１−Ｘ１線に沿う断面図である。

【図５】図４のＸ２−Ｘ２線に沿う断面図である。

【図６】Ｙ軸角度センサおよびＸ軸角度センサの取り付
け構造を示すためのベースプレート部分の平面図であ
る。

【図７】図６のＸ３−Ｘ３線に沿う断面図である。

【図８】ミラーのミラーホルダへの取り付け構造を示す
図である。

【図９】反射面と回動軸のずれによる反射面の移動の原
理を説明する図であり、（Ａ）は反射面と回動軸が一致
しているときの反射面の変化を示す図、（Ｂ）は反射面
と回動軸が異なっているときの反射面の変化を示す図で
ある。

【図１０】２軸スプリングのたわみ機能を説明する断面
図である。

【図１１】光空間伝送装置の光学系部分の他の構成例を
示す図である。

【図１２】双方向の光通信が可能な光空間伝送装置の光
学系部分の概略構成を示す図である。

【図１３】従来の光軸補正装置の第１の例を示す図であ
る。

【図１４】従来の光軸補正装置の第２の例を示す図であ
る。

【図１５】特願平１０−０１４５３３号の光軸補正装置
の構成を示す平面図である。

【図１６】図１５のＸ１１−Ｘ１１線に沿う断面図であ
る。

【符号の説明】

１……発光素子、３……光分離部、５……レンズ、７…
…位置検出センサ、９……受光素子、１０……光軸補正
装置、１１……２軸スプリング、１２……ミラー、１２
ａ……反射面、１２ｂ……裏面、１３……枠体、１４…
…ミラーホルダ、１８，１９……Ｙ軸駆動機構部、２
０，２１……Ｘ軸駆動機構部、１１１……外側リング、
１１２……中間リング、１１３……内側リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者入山利久東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光空間伝送装置内で光軸の補正を行うた
めの光軸補正装置において、レーザ光を反射するミラーと、前記ミラーを保持するミラー保持部材と、前記ミラー保持部材を、前記ミラーの反射面と平行な面
上の第１の軸および第２の軸周りに回動自在に、かつ前
記各軸に対して垂直な第３の軸方向に変位可能に支持す
る支持部材と、前記ミラーを前記第１の軸および第２の軸周りにそれぞ
れ独立して回動させる回動機構部と、前記ミラーの前記各軸周りの回動角度を検出する回動角
度検出機構部と、前記ミラーの前記第１の軸および第２の軸周りの回動角
度がそれぞれ所望の角度となるように、かつ前記反射面
上の前記レーザ光が直接反射する部分が前記第３の軸方
向に対して位置を保持するように前記回動機構部を制御
する回動制御手段と、を有することを特徴とする光軸補正装置。
【請求項２】前記回動機構部は、軸毎に、前記反射部
分を中心に互いに対向するように２個ずつ設けられ、前
記回動制御手段は、前記２個の回動角度検出機構部の動
作量が非対称となるように制御することを特徴とする請
求項１記載の光軸補正装置。
【請求項３】前記支持部材は同心円の３つのリング部
からなり、最も外側のリング部はケースに固定され、前
記最も外側のリング部と中間のリング部は、前記第１の
軸周りにねじれ回動可能な状態で連結され、一方、前記
中間のリングと最も内側のリング部は、前記第２の軸周
りにねじれ回動可能な状態で連結されていることを特徴
とする請求項１記載の光軸補正装置。
【請求項４】前記ミラーは、側面部が前記保持部材に
固着されていることを特徴とする請求項１記載の光軸補
正装置。
【請求項５】前記回動機構部は、ボイスコイルモータ
で構成されていることを特徴とする請求項１記載の光軸
補正装置。
【請求項６】前記ミラーの裏面を光が反射できる構成
とし、かつ、前記裏面に光を反射することで前記ミラー
の回動角度を検出する回動角度検出装置を有することを
特徴とする請求項１記載の光軸補正装置。
【請求項７】前記回動角度検出装置は、前記ミラーに
対する角度が調整可能に取り付けられていることを特徴
とする請求項６記載の光軸補正装置。