JP2005352224A - 光偏向装置及び光空間通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光空間通信装置に設けられた偏向ミラーを回転駆動する駆動ユニットの小型化
【解決手段】光束を偏向する偏向部材(３５)と、該偏向部材を互いに略直交する第１および第２の軸回りで回動可能に支持する回動機構(１７)と、該回転機構を駆動するアクチュエータ(１６)とを有する光偏向装置であって、前記回動機構は、前記偏向部材の光束入射側とは反対側に配置されており、かつ前記アクチュエータは、前記第１および第２の軸に沿う方向における前記回動機構よりも外側に配置されていることを特徴とする光偏向装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光空間通信装置などに用いられる光偏向装置、特に光偏向装置を構成する偏向ミラーの駆動機構に関する。

近年の情報化社会を背景として、相手装置と空間を伝送路として光通信を行う光空間通信装置が提案されている。
光空間通信装置には、可動ミラーが設けられており、この可動ミラーは、発光素子から発せられた光を反射して不図示の相手装置に向かわせるとともに、該相手装置から入射した光を反射して受光素子に向かわせる（例えば、特許文献１参照）。

次に、図４、図５に基づき、特許文献１に開示されたミラー１３５の駆動ユニットについて説明する。ここで、図４はミラー１３５の構成図、図５は図４の断面図である。

固定部材１２１の両側には軸部１２４、１２５がそれぞれ回転可能に取り付けられており、軸部１２４、１２５にはジンバル機構１２８がＹ軸方向に揺動可能に取り付けられている。ジンバル機構１２８には軸部１３１、１３２が回転可能に取り付けられており、軸部１３１、１３２は軸方向に移動しないように、ワッシャ１３３、１３４によりそれぞれ固定されている。

更に、軸部１３１、１３２には、ミラー１３５を保持するミラー保持部材１３６が、Ｘ軸方向に揺動可能に取り付けられている。

また、コイル１３７の一端は、ジンバル機構１２８に固定されており、他端は、固定部材１２１に形成された穴部１２１ｃから駆動ユニットの外側に突出している。そして、コイル１３７、固定部材１２１に固定された磁性体１３８、１３９及び磁性体１３８の内面に固定された磁石１４１、１４２により、ボイスコイルモータが構成され、コイル１３７に通電することにより、軸部１２４、１２５周りの回転駆動力が発生する。

更に、ミラー保持部材１３６に固定された接続部材１４３には、水平方向に配置されたコイル１４４の一端が取り付けられている。そして、コイル１４４、ジンバル機構１２８に固定された磁性体１４５、１４６及び磁性体１４５に固定された磁石１４８、１４９により、ボイスコイルモータが構成され、コイル１４４に通電することにより、軸部１３１、１３２を中心とした回転駆動力を発生する。

また、特許文献１には、上述の駆動ユニットとは異なる別の駆動ユニットが開示されている。この駆動ユニットの構成を、図６、図７を用いて説明する。図６は可動ミラー１０１の構成図、図７は図６の断面図である。

ミラー保持部材１３６の下面には、２個のコイル１５１、１５２の一端が連結されており、これらの他端には、固定部材１２１に固定された磁性体１５３、１５４が取り付けられている。

また、磁性体１５３内には、磁石１５５、１５６が設けられており、これらの磁石１５５、１５６は、コイル１５１を挟んで対向している。これによりボイスコイルモータが構成される。

また、磁性体１５４内にも、磁石１５７、１５８が設けられており、これらの磁石１５７、１５８は、コイル１５２を挟んで対向している。そして、駆動回路１１５及びコイル１５１、１５２は、電気的に接続されており、駆動回路１１５の出力がコイル１５１、１５２に入力されるようになっている。
特開平０７−１４３０６６号公報(図１参照)

図４、図５の従来例では、ミラー１３５の外側にジンバル１２８が配置され、さらにその外側に保持部材２１が配置された構造となっているため、ミラー１３５の面積に比べて駆動ユニットが大型化する。

また、コイル１３７を含むボイスコイルモータは、ミラー１３５、ミラー保持部材１３６のみならず、その外側にあるジンバル１２８、さらにはジンバル１２８に固定されたボイスコイルモータをも駆動する構成となっているため、大きな駆動力が必要とされる。このため、ボイスコイルモータが大型化し、消費電力も大きくなり、コスト的にも不利となる。

また、ジンバルにはボイスコイルモータが取り付けられており、これらは一緒に移動するため、ボイスコイルモータに電流を流すための配線もジンバルと一緒に動くことになる。そのため、配線や、配線の取り付け部の耐久性を低下させたり、配線状態によっては、配線材を被覆した絶縁材を痛めるおそれがある。

また、図６、図７の従来例の場合は、ミラーの回転動作に応じて円筒形のボイスコイルモータが傾くため、コイルと磁石の間隔を広くして移動スペースを確保する必要がある。そのため、ボイスコイルモータの駆動力が弱くなるおそれがある。

さらに、上述の構成では、回転軸とボイスコイルモータの距離を大きく出来ないため、ボイスコイルモータの駆動力を大きくしないと、必要な回転トルクを得ることができない。これらの理由から大型で大電力のボイスコイルモータを使う必要があり、消費電力及びサイズ、コストなどの問題が生じる。

上記課題を解決するために、本願発明の光偏向装置の第１の構成は、光束を偏向する偏向部材と、該偏向部材を互いに略直交する第１および第２の軸回りで回動可能に支持する回動機構と、該回転機構を駆動するアクチュエータとを有し、前記回動機構は、前記偏向部材の光束入射側とは反対側に配置されており、かつ前記アクチュエータは、前記第１および第２の軸に沿う方向における前記回動機構よりも外側に配置されていることを特徴とする。

本願発明の光偏向装置の第１の構成によれば、回転機構を偏向部材の光束入射側とは反対側に配置しているため、偏向部材の外側に回転機構を配置していた従来技術よりも、光偏向装置を小型化することができる。

ここで、前記回動機構は、前記第１および第２の軸に沿う方向における内側から外側に順に、ベース部材と、該ベース部材により前記第１の軸回りで回動可能に支持された第１の回動部材と、前記光偏向部材を保持し、前記第１の回動部材により前記第２の軸回りで回動可能に支持され、かつ前記アクチュエータにより前記第１および第２の軸回りで駆動される第２の回動部材とを有するように構成することができる。

そして、前記アクチュエータを、例えば、永久磁石とコイルとが相対移動するボイスコイルモータとして、固定の前記コイルに対して前記永久磁石を移動させて前記第２の回動部材を駆動するように構成することにより、コイルを固定した状態で第２の回転部材を駆動することができる。これにより、例えば、コイルに電流を流すための配線がある場合に、この配線が第２の回転部材の駆動に伴って移動するのを防止できるため、配線の損傷を防止して、ボイスコイルモータの耐久性を高めることができる。

まず、図１を用いて、本発明の実施例の光空間通信装置について説明する。ここで、図１は、本実施例の光空間通信装置の概略図であり、空間を通信路として不図示の相手装置と光通信する。

相手装置から射出された光ビームは、レンズ１及び２を通って、偏向ミラー３５に入射する。この偏向ミラー３５は、直交するＸ軸及びＹ軸に対して回転可能となっている。偏向ミラー３５の駆動機構の詳細は、後述する。
偏向ミラー３５の反射方向には、偏向ミラー３５側から順に、偏光ビームスプリッタ４、ハーフミラー５、レンズ６及び受光素子７が配置されている。

また、偏光ビームスプリッタ４の反射方向には、レンズ１０が設けられており、偏光ビームスプリッタ４で反射され光は、レンズ１０を透過して、発光素子１１の受光面に集光される。

また、ハーフミラー５の反射方向には、レンズ１２が設けられており、ハーフミラー５で反射された光は、レンズ１２を透過して、光電変換素子（例えば、ＣＣＤ、４分割素子）としての位置検出素子１３の受光面にスポットを形成する。この位置検出素子１３からは、スポットの光の強度分布に応じた信号が出力され、演算処理回路１４は、この出力信号に基づき、光軸ズレ補正情報を生成する。駆動回路１５は、光軸ズレ補正情報に基づき、後述するアクチュエータ１６を駆動し、回転機構１７を回転させる。これにより、送信用の光ビームが相手装置に向くように偏向ミラー３５が移動し、相手装置との送受信が可能となる。

次に、図２及び図３を参照して、光空間通信装置を構成する光偏向装置について説明する。ここで、図２（Ａ）は光偏向装置の正面図、（Ｂ）は（Ａ）のａ−ａ線に沿った断面図、（Ｃ）は光偏向装置の背面図である。また、図３は、アクチュエータとしてのボイスコイルモータの構造図である。本実施例の光偏向装置は、アクチュエータ１６、回転機構１７及び偏向ミラー３５によって構成されている。
偏向ミラー３５を保持するミラー保持部材３６（第２の回転部材）には、Ｘ軸周りに回転可能な回転軸３１，３２（第２の軸）が取り付けられており、これらの回転軸３１、３２には、ジンバル２８（第１の回転部材）が取り付けられている。
ミラー保持部材３６は、ジンバル２８に対してＸ軸周りに回転できるようになっている。

また、ジンバル２８の内側にはＹ軸周りに回転可能な回転軸２４（第１の軸）が取り付けられており、この回転軸２４は、固定部材２１（ベース部材）に接続されている。ジンバル２８は、固定部材２１に対してＹ軸周りに回転できるようになっている。これを、図４の従来例と比較すると、図４の構造では、ミラー保持部材１３６の外周に、それよりも大きなジンバル２８があり、さらにその外周により大きな固定部材１２１が配置されている。

本実施例では、ミラー保持部材３６の内側に、ジンバル２８を配置し、さらにその内側に固定部材２１を配置しているため、ジンバル２８及び固定部材２１は、偏向ミラー３５よりもコンパクトに構成されている。これにより、光偏向装置を小型化できるため、結果として光空間通信装置の小型化および低コスト化を実現することができる。

ミラー保持部材３６の外周面のうちＹ軸に直交する面には、固定部材２１と共通の部材に固定されたコイル６１を挟んで対向するようにマグネット６２，６３が取り付けられており、コイル６１及びマグネット６２，６３によってボイスコイルモータが構成される。コイル６１に通電すると、ミラー保持部材３６及びマグネット６２、６３は、Ｘ軸周りに回転するが、コイル６１は、固定部材２１とともに固定されているため、回転しない。

ミラー保持部材３６の外周面のうちＸ軸に直交する面には、固定部材２１と共通の部材に固定されたコイル６４を挟んで対向するようにマグネット６５，６６が取り付けられており、コイル６４及びマグネット６５、６６によってボイスコイルモータが構成される。コイル６４に通電すると、ミラー保持部材３６及びマグネット６５、６６は、Ｙ軸周りに回転するが、コイル６４は、固定部材２１とともに固定されているため、回転しない。

すなわち、コイル６１に通電することにより、駆動力が発生して、コイル６１は、マグネット６２，６３に対して矢印方向に相対移動する(図３(Ａ)参照)。このように、単純な構造のアクチュエータを用いて偏向ミラー３５を駆動できるため、コストを削減することができる。そして、偏向ミラー３５を駆動する回転機構を小型化及び軽量化でき、小電力で小さな駆動力であっても、偏向ミラー３５を高い速度で駆動することができる。

また、図２（Ａ）および（Ｃ）に図示するように、コイル６１を構成要素とするボイスコイルモータを正面または背面から見たときの中心(コイル６１の中心)は、回転軸２４の延長線上に配置されており、コイル６４を構成要素とするボイスコイルモータを正面または背面から見たときの中心(コイル６４の中心)は、回転軸３１，３２の延長線上に配置されている。

さらに、図２（Ｂ）の断面図において、コイル６４は、マグネット６５，６６に対して、Ｙ軸の法線（回転軸からコイル中心を結ぶ線）に直交する方向、すなわち矢印Ｔ方向に相対移動するように配置されている。

上述の構成によれば、例えば、Ｙ軸周りに偏向ミラー３５を回転駆動したときに、マグネット６２は、Ｘ軸直交面内において、コイル６１に対して図３（Ｂ）に示すように相対回転する。すなわち、マグネット６２は、コイル６１に対して傾斜を生じることがないので、マグネット６２のコイル６１に対する接触を防止して、速やかなミラー駆動を可能とした光偏向装置を提供することができる。

また、偏向ミラー３５のＹ軸周りの回転動作に伴い、マグネット６５、６６は、図３(Ｃ)に示すように、コイル６４に対して傾斜する。このとき、マグネット６５、６６は、図２(Ｂ)に示すように、Ｙ軸の法線（回転軸からコイル中心を結ぶ線）に直交する方向、すなわち矢印Ｔ方向に相対移動するように配置されているため、回転による傾斜を小さくすることができる。その結果、コイル６４とマグネット６５、６６との間隔を狭めても、これらは接触しないため、コイル６４とマグネット６５、６６の間隔が広がることによる駆動力の低下をも防止することができる。

また、本実施例では、コイルが固定されているため、コイルを構成する配線が偏向ミラーとともに動くことにより、配線材や配線材の取り付け部が破損したり、配線材の絶縁被覆の摩擦による絶縁不良等の恐れを軽減することができ、長期間の連続駆動にも高い信頼性を有する光空間通信装置を提供することができる。

上述の実施例によれば、光偏向装置は、小型で軽量であるため、小電力で小さな駆動力でも偏向ミラーを高速で駆動することができる。また、ボイスコイルモータの単純な構成により低コスト化が可能であり、さらにコイルの配線材の損傷が少なく耐久性の高い光偏向装置を提供することができる。

本発明の実施例の光空間通信装置の概略図 偏向ミラーの駆動ユニットの断面図 ボイスコイルモータの挙動を説明した図 従来の偏向ミラー駆動ユニットの断面図 図４とは別の断面図 従来の偏向ミラー駆動ユニットの断面図 図６とは別の断面図

符号の説明

３５：偏向ミラー
３６：ミラー保持部材
３１，３２，２４：回転軸
２８：ジンバル
６１，６４：コイル
６２，６３，６５，６６：マグネット

Claims (6)

1. 光束を偏向する偏向部材と、該偏向部材を互いに略直交する第１および第２の軸回りで回動可能に支持する回動機構と、該回転機構を駆動するアクチュエータとを有する光偏向装置であって、
   前記回動機構は、前記偏向部材の光束入射側とは反対側に配置されており、
   かつ前記アクチュエータは、前記第１および第２の軸に沿う方向における前記回動機構よりも外側に配置されていることを特徴とする光偏向装置。
2. 前記回動機構は、前記第１および第２の軸に沿う方向における内側から外側に順に、
   ベース部材と、
   該ベース部材により前記第１の軸回りで回動可能に支持された第１の回動部材と、
   前記光偏向部材を保持し、前記第１の回動部材により前記第２の軸回りで回動可能に支持され、かつ前記アクチュエータにより前記第１および第２の軸回りで駆動される第２の回動部材と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の光偏向装置。
3. 前記アクチュエータは、永久磁石とコイルとが相対移動するボイスコイルモータであり、固定の前記コイルに対して前記永久磁石を移動させて前記第２の回動部材を駆動することを特徴とする請求項２に記載の光偏向装置。
4. 前記アクチュエータは、永久磁石とコイルとが相対移動するボイスコイルモータであり、かつ前記第２の回動部材を前記第１および第２の軸回りでそれぞれ駆動する第１および第２のボイスコイルモータを有し、
   前記第１および第２のボイスコイルモータにおける前記コイルの中心がそれぞれ、前記第１および第２の軸の延長線上に配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光偏向装置。
5. 光電変換素子と、
   相手装置から入射した信号光を前記偏向部材を介して前記光電変換素子に導く請求項１から４のいずれか１つに記載の光偏向装置とを有することを特徴とする光空間通信装置。
6. 発光素子と、
   該発光素子からの信号光を前記偏向部材を介して相手装置に向かわせる請求項１から４のいずれか１つに記載の光偏向装置とを有することを特徴とする光空間通信装置。

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