JP2005321484A - 光偏向ミラー装置の周波数応答特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 広いダイナミックレンジに亘って測定分解能が高い高精度な測定を可能とする光偏向ミラー装置の周波数特性測定装置を提供する。
【解決手段】 レーザ光を異なる方向に反射させるために振動する光偏向ミラー６を有する光偏向ミラー装置２の周波数応答特性測定装置において、光偏向ミラー装置を着脱するための着脱ユニット２２と、レーザ光を出射する光源８と、光偏向ミラーを振動させるために駆動信号を形成する駆動信号発生部２３と、光偏向ミラーで反射された光を受光する光受光器１０と、受光信号の振幅を求める振幅演算部３０と、光偏向ミラーと光検出器との間の距離と、振幅演算部で求めた振幅とに基づいて光偏向ミラーの偏向角を求めることにより駆動信号の周波数に対する光偏向ミラー装置の偏向角の周波数応答特性を得る周波数応答特性演算部３２と、光検出器を光偏向ミラー装置に対して相対的に移動させる移動手段４２と、初期周波数応答特性に基づいて最適距離を求め、次に距離を最適距離に設定した状態で周波数応答特性を測定するように制御する制御部４４とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザスキャナミラー装置や光通信の光軸調整用ミラー装置等に用いられる光偏向ミラー装置の周波数応答特性を測定するための周波数応答特性測定装置に関するものである。

一般に、レーザ反射光をスキャンさせるのみであれば、多面体のミラーを回転モータに取り付けた構造のポリゴンミラーや、平面ミラーを回転モータの軸に取り付けたガルバノミラーが知られているが、レーザスキャナ、レーザ顕微鏡、レーザ描画装置、光交換器、光無線通信等の応用分野においては、入射した光ビームを任意の角度に向けて反射させる必要があり、このための装置として光偏向ミラー装置が用いられている（特許文献１）。この光偏向ミラー装置は、入射した光ビームを任意の角度に出射することができる装置であり、一般的には偏向ミラーを偏向駆動することにより実現している。
この光偏向ミラー装置単体で光偏向角を二次元的に任意の角度に制御する場合には、電磁力、静電力、圧電力などを駆動源とした１軸または２軸偏向ミラーが用いられる。この偏向ミラーは、角度制御だけではなく、共振特性を利用して大きな角度変位を実現する場合もある。これらの光偏向ミラー装置を駆動制御する場合には、装置固有の共振や光偏向角の振幅や位相の周波数応答特性を測定することにより、最適な制御系を設計することが必要となる。

この周波数応答特性の測定は、光偏向ミラー装置の駆動信号を特定の周波数範囲でスイープし、その時の光偏向角の振幅と、駆動信号と角度変位との位相差を測定することにより行われる。このような、周波数応答特性の測定方法は、光偏向ミラー装置に外力を与えないようにして、レーザ光を用いた非接触の測定方法が利用される。具体的には、光軸の角度変位を測定するオートコリメータやレーザ変位計などが利用される。これらの測定装置は、レーザ発光部と受光部とが一体となっており、受光部としてはＰＳＤ（光位置検出素子）やＣＣＤ（電荷結合素子）などが用いられ、受光スポットの位置により角度変位を測定している。

しかし、これらの装置は、高い計測分解能を持つが、受光部の面積が微小な為に、大きな角度変位では偏向ミラーの反射光が受光部から外れてしまうので、そのため、偏向角が数度程度の微小な角度範囲しか測定することができない。大きな角度変位を測定可能とする場合には、三角測距法の原理に基づき、レーザ発光部と受光部とを分離して配置し、受光部を偏向ミラーに近づけて固定的に設けるようになっている。

ここで周波数応答特性の測定原理について図６を用いて説明する。図６中において、被測定対象となる光偏向ミラー装置２は、駆動部４に取り付けた光偏向ミラー６を有しており、この光偏向ミラー６を所定の立体的な開き角の範囲内で振動できるようになっている。尚、図示例では説明の簡単化のために一方向に振動する場合を示している。この光偏向ミラー６に対して例えば直角方向となるようにレーザ光の光ビームＬＢを出射する光源としてレーザ光発生素子８と、反射するレーザ光を受けて入射位置を検出する光検出器としてＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：位置検出器）素子１０とをそれぞれ配置している。上記レーザ光発生素子８より出射された光ビームＬＢは、コリメータレンズ１２で平行光束となって振動する光偏向ミラー６に例えば略４５度の角度で入射し、ここで反射された偏向光ビームＤＢは、上記ＰＳＤ素子１０に入射して光スポットを形成する。ここで、光スポットは、図中において上下に往復振動し、光偏向ミラー６とＰＳＤ素子１０との間の距離ｄと、光スポットの変位量Ｌとに基づいて、三角測距法により下記の数式１のように光ビーム（偏向光ビームＤＢ）の偏向角θを求めることができる。
θ＝２×ｔａｎ^−１（Ｌ／（２ｄ））…（１）

ここで図７に示すように、上記ＰＳＤ素子１０としては、直線的な光スポットの移動を検出する一次元タイプの素子（図７（Ａ）参照）と、平面的な光スポットの移動を検出する二次元タイプの素子（図７（Ｂ）参照）とがある。すなわち、図７（Ａ）では受光面１０ａがＸ座標中心Ｏｘを中心として一定の幅で直線的に延びており、図７（Ｂ）では受光面１０ａがＸＹ座標中心Ｏｘｙを中心として四角形状に平面的に延びており、偏向光ビームＤＢの光スポットＳＰが受光面１０ａ上を移動して変位量に応じた電圧レベルを情報として出力できるようになっている。

また一般的な光偏向ミラー装置は、図８及び図９に示すように構成されている。図８は一般的な光偏向ミラー装置の光偏向ミラーを示す平面図、図９は一般的な光偏向ミラー装置を示す分解斜視図である。ここでは２軸の光偏向ミラーを示している。この光偏向ミラー装置２の光偏向ミラー６は、例えばポリイミド樹脂などの材料からなるベース１４ａを有している。このベース１４ａには、パターンエッチングなどの手段により二重の半円弧状の空隙部１４ｂ、１４ｃが形成されている。外側の空隙部１４ｂの外側と内側とは、２箇所の幅の狭いＹ軸ビーム部１４ｄ、１４ｄによって繋がっている。また、内側の空隙部１４ｃの外側と内側とは、２箇所の幅の狭いＸ軸ビーム部１４ｅ、１４ｅによって繋がっている。これらのＹ軸ビーム部１４ｄ、１４ｄ及びＸ軸ビーム部１４ｅ、１４ｅは、それぞれが空隙部１４ｂ、１４ｃが形成する円の中心回りに１８０°となる位置に形成されていると共に、互いにこの中心回りに９０°となる位置に形成されている。したがって、内側の空隙部１４ｃの内側の円盤状の部分は、Ｘ軸ビーム部１４ｅ、１４ｅが捻れることにより、図８中の矢印Ｘで示すＸ軸方向に傾くことが可能であり、また、Ｙ軸ビーム部１４ｄ、１４ｄが捻れることにより、図８中の矢印Ｙで示すＹ軸方向に傾くことが可能である。

このようにＸ軸方向及びＹ軸方向に傾くことが可能となされている内側の空隙部１４ｃの内側の円盤状の部分には、ミラー反射部１４ｆ（光偏向ミラー６）となされている。このミラー反射部１４ｆの表面部が、金、銀、アルミニウム等がコーティングされてミラー面（反射面）となり、この反射面で光ビームＬＢを反射する。尚、内側の空隙部１４ｃと外側の空隙部１４ｂとの間の円環状の部分は、Ｘ軸支持用ジンバル部１４ｇとなっている。
そして、図９にも示すように、上記ベース１４ａの背後側には、駆動部４としてＸ軸駆動磁気コア１４ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１４ｊがそれぞれ配置されている。これらのＸ軸駆動磁気コア１４ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１４ｊは、それぞれが一部が欠損した円環状（Ｃ字状）に形成されていると共に、この欠損部の反対側にそれぞれコイル１４ｋ、１４ｌが巻回されており、欠損部が磁気ギャップ部１４ｍ、１４ｍとなる。これらのＸ軸駆動磁気コア１４ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１４ｊの各磁気ギャップ部１４ｍ、１４ｍは、各コイル１４ｋ、１４ｌに給電されたときに、互いに同一の空間に磁場を形成するように配置され、且つ、形成する磁場の方向を互いに直交させている。

そして、ミラー反射部１４ｆの裏面部には、永久磁石ピン１４ｈの上端が接着されて設けられている。この永久磁石ピン１４ｈは、ミラー反射部１４ｆに対して、略垂直に取付けられている。この永久磁石ピン１４ｈの先端側部分は、Ｘ軸駆動磁気コア１４ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１４ｊの各磁気ギャップ部１４ｍ、１４ｍ内に挿入されている。これらのＸ軸駆動磁気コア１４ｉ及びＹ軸駆動磁気コア１４ｊと、ベース１４ａとは、永久磁石ピン１４ｈの先端側部分が各磁気ギャップ部１４ｍ、１４ｍの略中心に位置するように、互いに位置決めされて配置されている。

このように構成された２軸光偏向ミラー装置２においては、Ｘ軸駆動磁気コア１４ｉの磁気ギャップ部１４ｍ及びＹ軸駆動磁気コア１４ｊの磁気ギャップ部１４ｍに形成される磁界の強度及び方向（極性）に応じて、永久磁石ピン１４ｈの先端側が平面内で傾き、これによりミラー反射面１４ｆが２軸方向に傾けられる。
ここでは前述したように、Ｘ、Ｙ軸の内、一方のみの測定を行う例について述べる。この２軸光偏向ミラー装置２は、図６及び図１０の偏向方向ＤＡの矢印方向に一方の軸が駆動するように配置され、他方の軸には駆動信号を与えないようにしている。この１軸駆動による偏向光ビームＤＢが図７（Ａ）に示すＰＳＤ素子１０の受光面１０ａに入射して光スポットＳＰを形成し、その軌跡が受光面１０ａと並行となり、且つ、その中心がＸ座標中心Ｏｘとなるように位置調整する。ここで光偏向ミラー装置２の偏向角θ（図６参照）を正確に測定するためには、光ビームＬＢを光偏向ミラー６、すなわちミラー反射部１４ｆの回転中心に入射する必要がある。

次に上述のように形成された光偏向ミラー装置２の周波数応答特性を測定する従来の周波数応答特性測定装置について説明する。図１０は従来の周波数応答特性測定装置を示すブロック構成図である。
図１０に示すように、この周波数応答特性測定装置２０は、被測定対象である前述したような光偏向ミラー装置２を着脱する着脱ユニット２２を有しており、これに光偏向ミラー装置２を装着する。この光偏向ミラー装置２の光偏向ミラー６、すなわちミラー反射部１４ｆは、駆動信号発生部２３より発生した信号を駆動アンプ２４で増幅して駆動信号Ｓ１を形成し、この駆動信号Ｓ１を、上記着脱ユニット２２を介して駆動部４へ供給することにより振動駆動される。レーザ光発生素子８から出射された光ビームＬＢはコリメータレンズ１２を介して平行光束になされ、その後、振動駆動する光偏向ミラー６で反射されて偏向光ビームＤＢとなってＰＳＤ素子１０に入射する。このＰＳＤ素子１０で検出された信号はＰＳＤ信号処理部２６へ入力され、このＰＳＤ信号処理部２６は、Ｘ座標中心Ｏｘ（図７（Ａ）参照）からの変位量に比例した電圧レベルの情報信号Ｓ２として出力する。この情報信号Ｓ２はＡ／Ｄ変換器２８にてデジタル信号に変換された後に、振幅演算部３０に入力され、偏向光ビームＤＢの振幅が求められる。

ここで求められた振幅データＧＤは、例えばマイクロコンピュータ等よりなる周波数応答特性演算部３２に入力されて、この周波数応答特性演算部３２で上記振幅データＧＤと距離ｄとに基づいて先の数式１より偏向角θを算出して求める。ここでＰＳＤ素子１０と光偏向ミラー６との間の距離ｄは、先に図６を参照して説明したように固定されている。そして、駆動信号Ｓ１の周波数データと上記求めた偏向角θとを対応させて周波数応答特性が得られる。この得られた周波数応答特性は、記憶部３４に記憶されると同時に、表示部３６にも表示されてオペレータに知らせられる。上記駆動信号Ｓ１の周波数は、予め定められた最小値と最大値の間を、一定の間隔で少しずつステップ的に変化するように出力される。

以上の動作を図１１に示すフローチャートを参照して具体的に説明する。図１１は従来の周波数応答特性測定装置の動作を示すフローチャートである。この動作全体はコンピュータによって制御される。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」とも称す）１で周波数応答特性測定ルーチンを起動して測定を開始する。
Ｓ２では、測定する駆動信号Ｓ１の周波数の範囲として、測定開始の周波数Ｆｍｉｎ（最小値）、測定終了の周波数Ｆｍａｘ（最大値）が設定され、周波数の変化ステップであるＳｔｅｐが設定される。
Ｓ３では、駆動信号発生部２３の駆動周波数ＦをＦｍｉｎに設定する。
Ｓ４では、駆動信号発生部２３の出力を開始して光偏向ミラー６を駆動する。
Ｓ５では、振幅演算部３０にて振幅の測定演算処理が行われる。
Ｓ６では、測定データの演算処理が終了したか否かが判断され、終了していなければＳ５を続け、終了していればＳ７に進む。
Ｓ７では、周波数応答特性演算部３２にて、振幅データＧＤから偏向角θが演算される。
Ｓ８では、記憶部３４に測定時の周波数データと測定された偏向角データとが保存される。
Ｓ９では、現在の周波数が測定終了の周波数Ｆｍａｘ未満の場合はＳ１０に進み、Ｆｍａｘ以上の場合はＳ１１に進み、駆動信号の発生を停止して測定を終了する。
Ｓ１０では、駆動周波数ＦにＳｔｅｐ（増加周波数）を加算し、次のステップの振幅の測定を行うためにＳ５に進む。ここでＳｔｅｐの増加方法は、測定する周波数帯域などによって任意に設定可能であり、リニア的な変化でも、指数的な変化でも良い。このようにして、所定の周波数範囲に亘って、周波数応答特性が得られる。

特開２００１−２１６７１７号公報

ところで、上記したような周波数応答特性測定装置２０においては、測定できる偏向角θの最大値は、ＰＳＤ素子１０の受光面１０ａの寸法および距離ｄにより決まる。従って、大きな角度変位（偏向角）を測定可能とするためにはＰＳＤ素子１０の受光面１０ａを大きくするか、或いは距離ｄを小さくする必要がある。
しかしながら、ＰＳＤ素子１０の大型化は高価となるため実現性に欠け、また距離ｄを小さくすると、測定分解能が低下してしまう問題が生じる。更には、光偏向ミラー装置２の共振周波数での偏向角θが大きな場合には（共振系の鋭さを表す量”Ｑ”が大きな場合）、距離ｄを小さくしなければならず、この結果、共振周波数以外の周波数領域においての測定分解能が低下してしまい、全体として測定ダイナミックレンジが低下する問題が生じる。
そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、本発明の目的は、広いダイナミックレンジに亘って測定分解能が高い高精度な測定を可能とする光偏向ミラー装置の周波数特性測定装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、可変周波数信号を印加することにより駆動され、入射するレーザ光を所定方向に反射させる光偏向ミラーを稼働させる際、前記光偏向ミラーの偏向角の制御を広い周波数帯域に亘って行う周波数応答特性測定装置において、前記向偏向ミラーで反射された前記レーザ光を受光する光受光部と、前記光受光部で光電変換された受光信号の振幅を求める振幅演算部と、前記光偏向ミラーと前記光検出器との間の距離と、前記受光信号の振幅とに基づいて、前記光偏向ミラーの偏向角を求めることにより、前記可変周波数信号に対する前記光偏向ミラーの偏向角の周波数応答特性を得る周波数応答特性演算部と、前記光偏向ミラーで反射されたレーザ光の光軸方向に沿って、前記光受光部を前記光偏向ミラーに対して相対的に移動させる移動手段と、前記光偏向ミラーと前記光検出器との間の距離を予め設定した値を初期値としたとき、前記初期値で前記光偏向ミラーの偏向角の初期周波数応答特性を測定し、前記初期周波数応答特性に基づいて、前記光偏向ミラーを相対的に移動させて最適距離を求め、そのときの周波数応答特性を前記周波数応答特性演算部に指示する制御部と、からなることを特徴とする周波数応答特性測定装置である。

本発明の光偏向ミラー装置の周波数応答特性測定装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
光偏向ミラーの偏向角に応じて、光偏向ミラーと光検出器との間の距離を最適に制御し、これにより、測定のダイナミックレンジが拡大できるので、広範囲の偏向角でもって測定分解能が高い状態で高精度に測定した周波数応答特性を提供することができる。

以下に、本発明に係る周波数応答特性測定装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る周波数応答特性測定装置を示すブロック図、図２は光偏向ミラーと光受光器（ＰＳＤ素子）との間の距離の測定方法を示す図である。尚、図６及び図１０に示す構成部分と同一部分については同一符号を付して、その説明を省略する。
図１に示すように、本発明の周波数応答特性測定装置４０では、図１０に示した従来の周波数応答特性測定装置２０に対して、新たな部材として、光偏向ミラー６で反射されたレーザ光である偏向光ビームＤＢの光軸方向に沿って光検出器であるＰＳＤ素子１０を、光偏向ミラー装置２に対して相対的に移動させる移動手段４２と、光偏向ミラー６とＰＳＤ素子１０との間の距離ｄを初期値に設定した状態で初期周波数応答特性を測定し、この初期周波数応答特性に基づいて最適距離を求め、次に前記距離を上記最適距離に設定した状態で周波数応答特性を測定するように制御する、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部４４とを加えている。

すなわち、この周波数応答特性測定装置４０は、光偏向ミラー装置２を着脱する着脱ユニット２２を有しており、この着脱ユニット２２には可変的な周波数の駆動信号（可変周波数信号）Ｓ１を駆動アンプ２４を介して発生する駆動信号発生部２３が接続される。この駆動信号発生部２３は外部から周波数の設定が可能であり、ｓｉｎ演算処理により正確な周波数の正弦波信号を出力することができる。また光源であるレーザ発光素子８から出射されたレーザ光の光ビームＬＢは光偏向ミラー６で反射されるが、この反射された偏向光ビームＤＢを受けて光スポットの位置を検出する光検出器としてのＰＳＤ素子１０には、ＰＳＤ信号処理部２６、このＰＳＤ信号処理部２６より出力される情報信号Ｓ２をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２８、Ａ／Ｄ変換器２８の出力よりＰＳＤ素子１０の受光面１０ａ上で振動する光スポットの振幅を離散的にフーリエ変換演算によって求める振幅演算部３０及びここで求めた振幅データＧＤから周波数応答特性を演算して求める周波数応答特性演算部３２が順次接続されている。

またこの周波数応答特性演算部３２には、駆動信号Ｓ１の駆動周波数データや求めた演算結果を記憶する記憶部３４及びその内容を表示する表示部３６がそれぞれ接続される。そして、上記周波数応答特性演算部３２、駆動信号発生部３２及び前記移動手段４２を含んだこの装置全体は前述した制御部４４に制御される。
上記移動手段４２は、固定的なステージ４６を有しており、このステージ４６には、その長手方向に沿ってステッピングモータ４８に直結されたボールネジ５０が設けられている。そして、このボールネジ５０には、このボールネジ５０の回転によって移動する移動台５２が設けられており、この移動台５２上に上記ＰＳＤ素子１０が取り付け固定されている。ここで上記ボールネジ５０は、上記偏向光ビームＤＢの光軸に沿って延びており、従って、上記移動台５２が移動することにより、このＰＳＤ素子１０と光偏向ミラー６との間の距離ｄを任意に変えられるようになっている。

そして、このステッピングモータ４８の動作は、モータドライバ５４を介して上記制御部４４から制御されるようになっている。また上記ステージ４６の長手方向に沿ってリニアスケール５６が取り付けられており、上記移動台５２の移動量（位置）を上記周波数応答特性演算部３２へ入力するようになっている。
上述のように構成された装置４０において、光偏向ミラー６は単周波の正弦波信号よりなる駆動信号Ｓ１で駆動し、駆動信号発生部２３にて発生する信号の周波数をステップ的に変えて行き、各周波数における偏向光ビームＤＢの振幅を振幅演算部３０にて求める。そして、この求めた振幅（変位量）より先の数式１によって偏向光ビームＤＢの偏向角θを求める。この点は図６を参照して説明した場合と同じである。

次に、距離ｄの測定方法と制御方法について説明する。
前述したように、移動手段４２の移動台５２をボールネジ５０に沿って動かすことによってＰＳＤ素子１０が移動し、上記距離ｄは可変的になされている。ここで図２を用いて三角測距法の性質に基づいて距離ｄを求める場合について説明する。光偏向ミラー６を任意の単一正弦波の駆動信号Ｓ１によって駆動し、ＰＳＤ素子１０の位置を、偏向光ビームＤＢの偏向幅の中心線に対して直角に維持したまま平行移動することによって、位置Ｐ１から位置Ｐ２へ移動した場合、この時の偏向光ビームＤＢの振幅変化を読み取ることによって、位置Ｐ２での距離ｄを下記の数式２より求めることができる。
ｄ＝ｔ／（ａ−１）…（２）
ここで：ａ＝Ｎ／Ｌ
上記”ａ”は位置Ｐ１での振幅Ｎと位置Ｐ２での振幅Ｌの比である。この時の距離ｄをコンピュータよりなる周波数応答特性演算部３２に予め初期値として設定しておくことにより、リニアスケール５６から得られるＰＳＤ素子１０の移動量から、制御部４４は距離ｄを目的の値に設定すことができる。尚、リニアスケール５６に代えて、ステッピングモータ４８に与える駆動ステップ数を制御することによっても同様に距離ｄを目的の値に設定することができる。

次に、距離ｄを最適距離に設定する本発明の特徴的方法について説明する。
前述のように本発明の周波数応答特性測定装置４０は、距離ｄを調整することによって、測定のダイナミックレンジと分解能を改善するようにしている。
まず、光偏向ミラー６とＰＳＤ素子１０との間の距離ｄと、図７（Ａ）に示すＰＳＤ素子１０の受光面１０ａの長さＰＬにより、測定可能な偏向光ビームＤＢの最大偏向角θｍａｘが先の数式１によって次式のように求まる。
θｍａｘ＝２×ｔａｎ^−１（ＰＬ／（２ｄ））
ここで距離ｄを小さくすれば最大偏向角θｍａｘは大きくなるが、必要以上に距離ｄが小さくなると測定の分解能が低下し、この結果、高い周波数領域などで偏向角θが小さくなってくるとＰＳＤ素子１０の固有の分解能の限界とノイズの影響で正確な測定が行えなくなる。

そして、測定時には、偏向光ビームＤＢの偏向角が常に上記最大偏向角θｍａｘを超えないように、距離ｄを最適に設定する必要がある。従って、距離ｄの最適距離の求め方は、測定された偏向角θのピーク値をθｐとすると、このピーク偏向角θｐによる偏向光ビームの軌跡が受光面１０ａの長さＰＬの、例えば９０％となるように距離ｄを設定することにより求まる。この時の最適距離ｄｏｐは下記の数式３によって求まる。
ｄｏｐ＝０．９×ＰＬ／（２×ｔａｎ（θｐ／２））…（３）
上記の受光面１０ａの長さＰＬに対する比率は、光偏向ミラー６の動作精度を鑑みて１０％をマージンとして９０％としたが、特にこの９０％に限定されるものではなく、偏向光ビームＤＢの軌跡が受光面１０ａの長さＰＬを超えない範囲で可能な限り大きな値であることが望ましい。

次に図３に示すフローチャートも参照して本発明装置の第１実施例の動作について説明する。
この第１の実施例は、光偏向ミラー６の偏向角の測定分解能を最適化する例であり、最初に小さな距離ｄにおいて周波数応答特性を測定し、ここで測定された偏向角θのピーク値θｍａｘを検出することにより、距離ｄを最適化した後、再度測定を行うものである。図３に示すフローチャートの制御はコンピュータよりなる制御部４４からの指令によってなされる。

まず、測定を開始すると、Ｓ２１ではＰＳＤ素子１０の位置を距離ｄが十分小さな値である初期位置に移動する。尚、この初期位置は予め制御部４４に記憶させておく。次にＳ２２では、先に図１１を参照して説明した周波数応答特性測定ルーチンを実行する。すなわち、図１１を参照して、まず、Ｓ１で周波数応答特性測定ルーチンを起動して測定を開始する。
Ｓ２では、測定する駆動信号Ｓ１の周波数の範囲として、測定開始の周波数Ｆｍｉｎ（最小値）、測定終了の周波数Ｆｍａｘ（最大値）が設定され、周波数の変化ステップであるＳｔｅｐが設定される。
Ｓ３では、駆動信号発生部２３の駆動周波数ＦをＦｍｉｎに設定する。
Ｓ４では、駆動信号発生部２３の出力を開始して光偏向ミラー６を駆動する。
Ｓ５では、振幅演算部３０にて振幅の測定演算処理が行われる。
Ｓ６では、測定データの演算処理が終了したか否かが判断され、終了していなければＳ５を続け、終了していればＳ７に進む。
Ｓ７では、周波数応答特性演算部３２にて、振幅データＧＤから偏向角θが演算される。
Ｓ８では、記憶部３４に測定時の周波数データと測定された偏向角データとが保存される。
Ｓ９では、現在の周波数が測定終了の周波数Ｆｍａｘ未満の場合はＳ１０に進み、Ｆｍａｘ以上の場合はＳ１１に進み、駆動信号の発生を停止して測定を終了する。
Ｓ１０では、駆動周波数ＦにＳｔｅｐ（増加周波数）を加算し、次のステップの振幅の測定を行うためにＳ５に進む。ここでＳｔｅｐの増加方法は、測定する周波数帯域などによって任意に設定可能であり、リニア的な変化でも、指数的な変化でも良い。

このように周波数応答特性測定ルーチンを実行したならば、次にＳ２３では記憶部３４に保存された測定データを比較演算することによって偏向角θのピーク値であるθｐを求める。
次にＳ２４では先の数式３によって最適距離ｄｏｐを演算して求める。
次にＳ２５では上記ＰＳＤ素子１０を移動させてこれを最適距離ｄｏｐになるような位置で停止させる。
次にＳ２６では、先にＳ２２で説明したように図１１に示した周波数応答特性測定ルーチンを再度実行する。
次にＳ２７では、Ｓ２６での測定結果を記憶部３４へ記憶すると共に表示部３６に表示し、処理を終了する。
このように、ＰＳＤ素子（光検出器）１０と光偏向ミラー６との間の距離ｄを最適距離に設定することにより、ＰＳＤ素子１０の受光面の範囲を有効に利用して測定のダイナミックレンジを拡大できるので、広範囲の偏向角でもって測定分解能が高い状態で、且つ高精度に周波数応答特性を測定することができる。図５（Ａ）は上記第１実施例で得られた周波数応答特性を示す図であり、１０Ｈｚ〜３０００Ｈｚの広い周波数範囲において比較的良好な特性が得られることが確認できた。

次に本発明の第２実施例について説明する。
上記第１実施例の場合には、図５（Ａ）に示すように、１０〜８００Ｈｚ程度の低い周波数の領域Ｉにおいては滑らかな良好な特性が得られているが、８００〜３０００Ｈｚの高い周波数の領域ＩＩではノイズが僅かに入ってしまって精度が少し劣っている。
この第２実施例は、上記した点を改良するものであり、全周波数範囲を複数の領域に分割し、その領域毎に最適距離をそれぞれ求めて、それに対応する周波数応答特性を求めるようにしている。

図５（Ａ）に示すように、偏向角が約０．０１〜１０度の範囲（ダイナミックレンジ１０００倍、６０ｄＢ）、すなわち周波数が１０〜８００ＫＨｚの範囲においては滑らかな特性を示しているが、０．０１度以下（周波数が８００Ｈｚ以上）の偏向角においては周辺からのノイズ等の影響で正確なデータが得られていないことがわかる。
そのために、全周波数領域を偏向角が０．０１度以下の周波数領域である領域ＩＩと０．０１度以上の周波数領域である領域Ｉとに分割し、領域ＩＩの範囲の周波数特性を測定する場合に、領域Ｉよりも距離ｄを大きくすることにより測定ダイナミックレンジをより拡大することができる。
この周波数を分割する基準としては、ＰＳＤ素子１０の測定分解能と受光面１０ａの長さＰＬによって求められる測定ダイナミックレンジを基準とし、偏向角のピークに対して測定ダイナミックレンジの分、小さくなる偏向角となる周波数範囲を抽出すればよい。

例えば、図５（Ａ）に示すように、測定ダイナミックレンジが６０ｄＢの場合において、偏向角のピークを１０度とすると、周波数を分割する基準は０．０１度以下となるので、領域Ｉを１０〜８００Ｈｚ、領域ＩＩを８００〜３０００Ｈｚとすることができる。尚、”ｄＢ”とは最小分解能の大きさを示す。
この測定結果を分析して自動的に測定範囲を分割する作業は、コンピュータよりなる制御部４４の演算処理によって実現可能である。前述のように測定されたデータは、それぞれ記憶部３４に保存された後、制御部４４内で合成され、１０〜３０００Ｈｚを測定範囲とした周波数応答特性の測定結果が表示される。

この第２実施例の動作を図４に示すフローチャートも参照して説明する。
まず測定を開始すると、Ｓ３１では、ＰＳＤ素子１０の位置を距離ｄが十分小さな値である初期位置に移動する。
Ｓ３２では、周波数１０〜３０００Ｈｚを測定範囲として図１１に示した周波数応答特性測定ルーチンを行う。
Ｓ３３では、上記測定データを分析して、周波数測定範囲を周波数領域Ｉ（１０〜８００Ｈｚ）、周波数領域ＩＩ（８００〜３０００Ｈｚ）に分割する。
Ｓ３４では、周波数領域Ｉ、周波数領域ＩＩのそれぞれの範囲において、偏向角θのピーク値を検出し、数式３によって最適な距離ｄＩ、ｄ１１を演算する。
Ｓ３５では、まず周波数領域Ｉの範囲を測定するために、ＰＳＤ素子１０の位置を距離ｄＩに移動する。
Ｓ３６では、図１１に示した周波数応答特性測定ルーチンを周波数領域Ｉの範囲（１０〜８００Ｈｚ）で行う。
Ｓ３７では、周波数領域ＩＩの範囲を測定するために、ＰＳＤ素子１０の位置を距離ｄＩＩに移動する。
Ｓ３８では、図１１に示した周波数応答特性測定ルーチンを周波数領域ＩＩの範囲（８００〜３０００Ｈｚ）で行う。
Ｓ３９では、周波数領域Ｉ、ＩＩの測定データを合成する。
Ｓ４０では、測定結果を表示部３６に表示すると共に、記憶部３４に記憶して測定を終了する。

図５（Ｂ）は上記第２実施例で得られた周波数応答特性を示すグラフであり、この第２実施例によれば、領域ＩＩにおける特性がノイズに乱されることなく円滑に求められており、偏向角０．００１度以下（ダイナミックレンジ１００００倍以上、８０ｄＢ以上）までノイズの少ない滑らかな測定結果を得らえることが確認できた。
このように本発明の第２実施例によれば、複数に分割された特定の周波数領域毎に距離ｄを最適に設定することにより、測定のダイナミックレンジが大幅に拡大できるので、広範囲の偏向角に亘って、より高精度に周波数応答特性を測定することができる。
尚、周波数領域の分割数は、光偏向ミラー６の特性によって３以上に設定可能である。例えば光偏向ミラー６の共振時のピークが特に大きな場合は、共振周波数周辺とその他の周波数領域とで分割することができる。

また上記第１及び第２実施例では説明したなかったが、実際の装置では駆動信号Ｓ１と情報信号Ｓ２との位相差を示す位相差データがとられ、そして上記両信号Ｓ１、Ｓ２の比であるゲインが求められている。

本発明に係る周波数応答特性測定装置を示すブロック図である。 光偏向ミラーと光受光器との間の距離の測定方法を示す図である。 本発明装置の第１実施例の動作を示すフローチャートである。 本発明装置の第２実施例の動作を示すフローチャートである。 第１及び第２実施例で得られた周波数応答特性を示す図である。 周波数応答特性の測定原理の説明図である。 一次元タイプ及び二次元タイプの素子の受光面を示す図である。 一般的な光偏向ミラー装置の光偏向ミラーを示す平面図である。 一般的な光偏向ミラー装置を示す分解斜視図である。 従来の周波数応答特性測定装置を示すブロック構成図である。 従来の周波数応答特性測定装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

２…光偏向ミラー装置（被測定対象）、６…光偏向ミラー、８…レーザ光発生素子（光源）、１０…ＰＳＤ素子（光検出器）、２２…着脱ユニット、２３…駆動信号発生部、２６…ＰＳＤ信号処理部、３０…振幅演算部、３２…周波数応答特性演算部、４０…周波数応答特性測定装置、４２…移動手段、４４…制御部、５０…ボールネジ、５２…移動台、ＤＢ…偏向光ビーム、ＬＢ…光ビーム（レーザ光）、Ｓ１…駆動信号。

Claims (1)

1. 可変周波数信号を印加することにより駆動され、入射するレーザ光を所定方向に反射させる光偏向ミラーを稼働させる際、前記光偏向ミラーの偏向角の制御を広い周波数帯域に亘って行う周波数応答特性測定装置において、
   前記向偏向ミラーで反射された前記レーザ光を受光する光受光部と、
   前記光受光部で光電変換された受光信号の振幅を求める振幅演算部と、
   前記光偏向ミラーと前記光検出器との間の距離と、前記受光信号の振幅とに基づいて、前記光偏向ミラーの偏向角を求めることにより、前記可変周波数信号に対する前記光偏向ミラーの偏向角の周波数応答特性を得る周波数応答特性演算部と、
   前記光偏向ミラーで反射されたレーザ光の光軸方向に沿って、前記光受光部を前記光偏向ミラーに対して相対的に移動させる移動手段と、
   前記光偏向ミラーと前記光検出器との間の距離を予め設定した値を初期値としたとき、前記初期値で前記光偏向ミラーの偏向角の初期周波数応答特性を測定し、前記初期周波数応答特性に基づいて、前記光偏向ミラーを相対的に移動させて最適距離を求め、そのときの周波数応答特性を前記周波数応答特性演算部に指示する制御部と、
   からなることを特徴とする周波数応答特性測定装置。
   
   

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