JP2006020092A - Photodetector - Google Patents

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Takashi Sugawara
孝 菅原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a reliable and rapid search operation without increasing a deflection frequency in a biaxial light deflection means concerning a photodetector including the biaxial light deflection means such as a mirror to be able to control the deflection of a light beam, etc. <P>SOLUTION: Two periodical signals which are mutually different in frequency are generated by a DSP (digital signal processor) 3. A deflection operation in each axial direction is independently controlled in the biaxial deflection mirror 1. The search operation to retrieve the direction of a light emitting element for allowing the light beam to be made incident to the biaxial deflection mirror 1 is performed with the locus of an incident position in the two-dimensional PSD (position sensitive detector) element 2 of the light beam after passing the biaxial deflection mirror 1 as a Lissajous figure. The amplitude of a control signal is limited, and a direct current component is superimposed upon the control signal to thereby perform a search operation about a portion of an area where a search operation can be performed. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発光素子の方向を検出し、検出された発光素子の方向に基づく光軸調整の自動化を可能とする光検出装置に関し、例えば、光無線通信の受発光モジュールにおいて使用されるものである。   The present invention relates to a photodetection device that detects the direction of a light-emitting element and enables automatic optical axis adjustment based on the detected direction of the light-emitting element, and is used, for example, in a light receiving and emitting module for optical wireless communication. is there.

近年、情報信号の伝送手段として、光を用いた光無線伝送技術が提案されている。このような光無線伝送技術としては、例えば、複数のコンピュータ間で通信を行ういわゆる「光無線LAN」や、映像情報や音声情報をAV(Audio-Visual)機器に伝送する技術などが提案されている。このような光無線伝送は、受発光装置により構成された機器間において、ディジタル情報に応じて変調された光ビームを送受信することにより行われる。   In recent years, optical wireless transmission technology using light has been proposed as a means for transmitting information signals. As such an optical wireless transmission technology, for example, a so-called “optical wireless LAN” for performing communication between a plurality of computers, a technology for transmitting video information and audio information to an AV (Audio-Visual) device, and the like have been proposed. Yes. Such optical wireless transmission is performed by transmitting and receiving a light beam modulated in accordance with digital information between devices configured by a light receiving and emitting device.

このような光無線伝送により正確な情報通信を行うためには、受発光装置間において光軸を一致させることが必要であり、これら受発光装置における光軸調整機能が不可欠のものとなる。   In order to perform accurate information communication by such optical wireless transmission, it is necessary to match the optical axes between the light receiving and emitting devices, and the optical axis adjusting function in these light receiving and emitting devices is indispensable.

ここで、送信側の発光素子の送出光ビームが指向性を有しない場合には、光軸調整は受信側の受光素子についてのみ行えばよいが、送信側の発光素子が指向性を有する場合には、送受信側の双方で光軸調整を行う必要がある。さらに、ギガヘルツ帯の高速通信を行う場合には、伝送S−N比を確保するために通信に使用する光ビーム径を小さくする必要があり、光軸調整も高精度に行う必要が生ずる。   Here, when the transmitted light beam of the light emitting element on the transmitting side does not have directivity, the optical axis adjustment may be performed only on the light receiving element on the receiving side, but when the light emitting element on the transmitting side has directivity. Needs to adjust the optical axis on both the transmitting and receiving sides. Further, when performing high-speed communication in the gigahertz band, it is necessary to reduce the diameter of the light beam used for communication in order to ensure the transmission SN ratio, and it is necessary to adjust the optical axis with high accuracy.

このような光軸調整機能を実現する光軸調整機構としては、特許文献1に記載されているように、受発光素子ユニットを2軸駆動機構によって支持し、この受発光素子ユニットの受発光方向を2軸方向に偏向させることができるようにした機構が提案されている。   As an optical axis adjustment mechanism for realizing such an optical axis adjustment function, as described in Patent Document 1, a light receiving / emitting element unit is supported by a biaxial drive mechanism, and the light receiving / emitting direction of the light receiving / emitting element unit is as follows. A mechanism has been proposed that can be deflected in two axial directions.

さらに、通信システムの小型化及び光軸調整の高速化のために、二軸方向への偏向制御を可能としたミラーを用いて、このミラーを介して受信側の受光素子に光ビームを入射させるようにした角度制御機構を備えた光検出装置が提案されている。この光検出装置においては、ミラーを二軸方向に偏向させることにより送信側の発光素子の方向をサーチし、さらに、ミラーの角度を制御することによって、発光素子及び受光素子間の光軸を一致させる。   Furthermore, in order to reduce the size of the communication system and increase the speed of optical axis adjustment, a mirror capable of biaxial deflection control is used, and a light beam is incident on the receiving light receiving element via this mirror. There has been proposed a photodetecting device including the angle control mechanism. In this photodetection device, the direction of the light emitting element on the transmitting side is searched by deflecting the mirror in two axes, and the optical axis between the light emitting element and the light receiving element is matched by controlling the angle of the mirror. Let

この光検出装置における送信側の発光素子の方向のサーチ動作においては、例えば、受信側の受光素子における受光量をモニターしつつ、プリセットされた条件に従ってミラーを偏向させ、受光量が最大となったときのミラーの方向を記憶しておき、ミラーの偏向動作の終了後、記憶された方向にミラーの方向を設定する。   In the search operation in the direction of the light emitting element on the transmission side in this photodetector, for example, while monitoring the amount of light received at the light receiving element on the reception side, the mirror is deflected according to preset conditions, and the amount of received light is maximized. The current mirror direction is stored, and after the mirror deflection operation, the mirror direction is set to the stored direction.

このような光検出装置において、さらに高精度の光軸制御を行うには、送信側の発光素子からの光ビームを、二軸方向への偏向制御が可能なミラーを介して、二次元光位置検出素子に入射させる。この光検出装置においては、二次元光位置検出素子における光ビームの入射位置の情報に基づいて、ミラーの偏向方向の制御にフィードバックして閉ループ制御することにより、発光素子及び受光素子間の光軸が高精度に調整される。   In such a light detection device, in order to perform the optical axis control with higher accuracy, the light beam from the light emitting element on the transmission side passes through a mirror capable of controlling the deflection in the biaxial direction, and the two-dimensional optical position is controlled. The light is incident on the detection element. In this light detection device, the optical axis between the light emitting element and the light receiving element is controlled by feedback to the control of the deflection direction of the mirror based on the information on the incident position of the light beam in the two-dimensional light position detecting element. Is adjusted with high accuracy.

また、本発明者らは、サーチ動作を高速に行うための構成として、二次元撮像素子の画像データに基づいて、送信側の発光素子からの入射光のスポット成分を抽出し、この二次元撮像素子上のスポット位置から、相手側の方向を検出する装置を提案している。この装置においては、二次元撮像素子の画像データから、概略的に相手側発光素子の方向を検出し、この検出結果に基づいて、2軸偏向ミラーを駆動制御することができる。
特開2003−8515公報
In addition, as a configuration for performing a search operation at high speed, the present inventors extract a spot component of incident light from the light emitting element on the transmission side based on image data of the two-dimensional imaging element, and perform this two-dimensional imaging. A device for detecting the direction of the other party from the spot position on the element has been proposed. In this apparatus, it is possible to roughly detect the direction of the counterpart light emitting element from the image data of the two-dimensional image sensor, and to drive and control the biaxial deflection mirror based on the detection result.
JP 2003-8515 A

ところで、前述のように、偏向制御が可能なミラー及び二次元光位置検出素子を用いた角度制御機構を備えた光検出装置における閉ループ制御は、光ビームが二次元光位置検出素子に入射されている場合にのみ可能であり、光軸が大きく外れ、光ビームが二次元光位置検出素子に入射していない状態においては行うことができない。したがって、このような光検出装置においても、光軸が大きく外れている場合には、まずサーチ動作を行い、光ビームが二次元光位置検出素子上に入射される状態とした後に、サーボロックすることが必要となる。   By the way, as described above, the closed loop control in the photodetecting device having the angle control mechanism using the mirror capable of deflection control and the two-dimensional optical position detecting element is performed by the light beam being incident on the two-dimensional optical position detecting element. This is possible only when the optical axis is off and the optical axis is greatly deviated and the light beam is not incident on the two-dimensional optical position detection element. Therefore, even in such a photodetection device, when the optical axis is greatly deviated, the search operation is first performed, and the light beam is incident on the two-dimensional optical position detection element, and then the servo lock is performed. It will be necessary.

このような光検出装置におけるサーチ動作としては、送信側の発光素子の方向を確実に、かつ、迅速に検出するために、広範囲(広角度)で、かつ、高速(高周波数)の動作が要求される。すなわち、この光検出装置においては、偏向制御が可能なミラーの方向を、広角度に、かつ、高速(高周波数)で偏向させる必要がある。   As a search operation in such a light detection device, a wide-range (wide angle) and high-speed (high-frequency) operation is required in order to reliably and promptly detect the direction of the light-emitting element on the transmission side. Is done. In other words, in this photodetection device, it is necessary to deflect the direction of the mirror capable of deflection control at a wide angle and at a high speed (high frequency).

しかしながら、ミラーを偏向させる速度(周波数)については、機械的な周波数特性の影響による限界がある。また、ミラーを高速(高周波数)で偏向させる場合には、機械的共振の影響により異常振動が発生し、正確なサーチ動作ができなくなる虞れがある。そして、このような周波数特性や共振による問題は、ミラーの偏向角度を広角化した場合に、より顕著に顕れる。   However, the speed (frequency) for deflecting the mirror is limited by the influence of mechanical frequency characteristics. Further, when the mirror is deflected at a high speed (high frequency), abnormal vibration may occur due to the influence of mechanical resonance, and an accurate search operation may not be performed. Such problems due to frequency characteristics and resonance become more prominent when the mirror deflection angle is widened.

そのため、このような光検出装置においては、ミラーを偏向させる速度(周波数)を充分に高くすることができず、サーチ動作に要する時間を短縮することができず、光軸調整に要する時間の短縮化が困難となっている。特に、送信側の発光部からの光ビームの径が小さい場合には、高密度なサーチ動作が必要となるので、サーチ動作に要する時間がより長時間となるという問題がある。   Therefore, in such a light detection device, the speed (frequency) for deflecting the mirror cannot be increased sufficiently, the time required for the search operation cannot be shortened, and the time required for optical axis adjustment is shortened. It has become difficult. In particular, when the diameter of the light beam from the light emitting unit on the transmission side is small, a high-density search operation is required, and there is a problem that the time required for the search operation becomes longer.

なお、前述したような、二次元撮像素子を用いて概略的に相手側発光素子の方向を検出するようにした装置においては、2軸偏向ミラーの制御精度によっては、2軸偏向ミラーの制御後に直ちにサーボロックができない場合が生ずる虞れがある。すなわち、二次元撮像素子を用いて概略的に相手側発光素子の方向を検出した場合においても、サーチ動作が必要となる場合があると考えられる。   Note that, in the apparatus that detects the direction of the counterpart light-emitting element roughly using the two-dimensional imaging element as described above, depending on the control accuracy of the biaxial deflecting mirror, after the control of the biaxial deflecting mirror, There is a possibility that the servo cannot be locked immediately. That is, it is considered that a search operation may be required even when the direction of the counterpart light emitting element is roughly detected using the two-dimensional imaging element.

そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、入射される光ビームの偏向制御が可能なミラー等の2軸光偏向手段を有する光検出装置であって、2軸光偏向手段における偏向周波数を高くすることなく、確実、かつ、迅速なサーチ動作を実現することができる光検出装置を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and is a photodetecting device having a biaxial light deflecting unit such as a mirror capable of controlling the deflection of an incident light beam. It is an object of the present invention to provide a photodetector that can realize a reliable and quick search operation without increasing the deflection frequency of the optical deflection means.

上述の課題を解決するため、本発明に係る光検出装置は、外部から入射する光ビームを2軸方向に偏向させて出射する2軸光偏向手段と、制御信号を生成しこの制御信号に基づいて2軸光偏向手段を制御するサーチ制御手段と、2軸光偏向手段を経た光ビームが入射されこの光ビームの入射位置を二次元的に検出することができる二次元光位置検出手段とを備え、2軸光偏向手段の偏向によるサーチ動作を実行して二次元光位置検出手段で検出された光ビームの入射位置に基づき光ビームの外部からの入射方向を検出する光検出装置であって、サーチ制御手段は、制御信号として互いに周波数の異なる2つの周期信号を発生し、該2つの周期信号により、入射位置の軌跡がリサージュ図形となるよう2軸光偏向手段の偏向を各軸毎に独立的に制御する一方、制御信号の振幅を制限するとともに、この制御信号に直流成分を重畳して、偏向を、それが可能な領域の一部について行うよう制御することを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problems, a photodetector according to the present invention generates biaxial light deflecting means for deflecting a light beam incident from the outside in the biaxial direction, and generates a control signal, based on the control signal. Search control means for controlling the two-axis light deflection means, and two-dimensional light position detection means capable of two-dimensionally detecting the incident position of the light beam that has entered the two-axis light deflection means. A light detection device for detecting a direction of incidence of a light beam from the outside based on an incident position of the light beam detected by the two-dimensional light position detection means by performing a search operation by deflection of the biaxial light deflection means. The search control means generates two periodic signals having different frequencies as control signals, and the two periodic signals deflect the biaxial light deflecting means for each axis so that the locus of the incident position becomes a Lissajous figure. Independently Gosuru one, as well as limiting the amplitude of the control signal, by superimposing a DC component on the control signal, the deflection, is characterized in that control to perform for some it available space.

この光検出装置においては、サーチ制御手段が、2軸光偏向手段を経た光ビームの二次元光位置検出手段における入射位置の軌跡をリサージュ図形とし、この二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置を検出することによって、2軸光偏向手段に光ビームを入射させる発光素子の方向を検出するサーチ動作を実行するにあたり、制御信号の振幅を制限するとともに、この制御信号に直流成分を重畳することによって、サーチ動作が可能な領域の一部についてサーチ動作を行うので、発光素子の方向を確実、かつ、迅速に検出することができる。   In this light detection apparatus, the search control means uses a Lissajous figure as the locus of the incident position of the light beam that has passed through the biaxial light deflection means in the two-dimensional light position detection means, and the light beam is incident on the two-dimensional light position detection means. In performing a search operation for detecting the direction of the light emitting element that causes the light beam to enter the biaxial light deflecting means by detecting the position, the amplitude of the control signal is limited and a DC component is superimposed on the control signal. As a result, the search operation is performed on a part of the region where the search operation is possible, so that the direction of the light emitting element can be detected reliably and promptly.

ここで、リサージュ図形(Lissajous figure, Bowditch curve)とは、 平面上を運動する粒子が二つの直交する軸方向におのおの調和運動を行ない、しかもその振動数の比が有理数(2個の整数の商で表わせる数)であるときに、その粒子によって描かれる図形をいう。なお、本発明においては、二つの直交する軸方向についての振動数の比が無理数である場合も含めてリサージュ図形ということとする。   Here, a Lissajous figure (bowditch curve) means that particles moving on a plane perform harmonic motion in two orthogonal axes, and the ratio of their frequencies is a rational number (the quotient of two integers). This is a figure drawn by the particle. In the present invention, the Lissajous figure includes a case where the ratio of the frequencies in two orthogonal axial directions is an irrational number.

また、本発明に係る光検出装置は、外部から入射する光ビームを2軸方向に偏向させて出射することができる2軸光偏向手段と、制御信号を生成しこの制御信号に基づいて2軸光偏向手段を制御するサーチ制御手段と、2軸光偏向手段を経た光ビームが入射されこの光ビームの入射位置を二次元的に検出することができる第1の二次元光位置検出手段とを備え、2軸光偏向手段の偏向によるサーチ動作を実行して第1の二次元光位置検出手段で検出された光ビームの入射位置に基づき光ビームの外部からの入射方向を検出する光検出装置であって、外部から入射する光ビームを2軸光偏向手段を経ずに受光しこの光ビームの入射方向を概略的に検出する第2の二次元光位置検出手段を設け、サーチ制御手段は、制御信号として互いに周波数の異なる2つの周期信号を発生し、該2つの周期信号により、入射位置の軌跡がリサージュ図形となるよう2軸光偏向手段の偏向を各軸毎に独立的に制御する一方、制御信号の振幅を制限するとともに、この制御信号に第2の二次元光位置検出手段で検出された光ビームの概略的な入射方向に基づく直流成分を重畳して、偏向を、それが可能な領域の一部について行うよう制御することを特徴とするものである。   In addition, the light detection device according to the present invention includes a biaxial light deflecting unit capable of deflecting and emitting a light beam incident from the outside in the biaxial direction, a control signal is generated, and the biaxial light is generated based on the control signal. A search control means for controlling the light deflection means, and a first two-dimensional light position detection means capable of two-dimensionally detecting the incident position of the light beam incident on the light beam having passed through the biaxial light deflection means. A light detecting device for detecting a direction of incidence of the light beam from outside based on an incident position of the light beam detected by the first two-dimensional light position detecting means by executing a search operation by deflection of the biaxial light deflecting means A second two-dimensional light position detecting means for receiving a light beam incident from the outside without passing through the biaxial light deflecting means and roughly detecting the incident direction of the light beam; , The frequency of each other as the control signal The two periodic signals are generated, and the two periodic signals are used to independently control the deflection of the biaxial light deflecting means for each axis so that the locus of the incident position becomes a Lissajous figure. The control signal is superposed with a direct current component based on the approximate incident direction of the light beam detected by the second two-dimensional optical position detection means, so that deflection can be applied to a part of the region where it is possible. It is characterized by controlling to perform.

この光検出装置においては、サーチ制御手段が、2軸光偏向手段を経た光ビームの二次元光位置検出手段における入射位置の軌跡をリサージュ図形とし、この二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置を検出することによって、2軸光偏向手段に光ビームを入射させる発光素子の方向を検出するサーチ動作を実行するにあたり、制御信号の振幅を制限するとともに、この制御信号に光ビームの概略的な入射方向に基づく直流成分を重畳することによって、サーチ動作が可能な領域の一部についてサーチ動作を行うので、発光素子の方向を確実、かつ、迅速に検出することができる。   In this light detection apparatus, the search control means uses a Lissajous figure as the locus of the incident position of the light beam that has passed through the biaxial light deflection means in the two-dimensional light position detection means, and the light beam is incident on the two-dimensional light position detection means. In performing the search operation for detecting the direction of the light emitting element that makes the light beam incident on the biaxial light deflecting means by detecting the position, the amplitude of the control signal is limited, and the control signal is roughly By superimposing a direct current component based on the correct incident direction, the search operation is performed for a part of the region where the search operation is possible, so that the direction of the light emitting element can be detected reliably and rapidly.

さらに、本発明は、前記光検出装置において、サーチ制御手段は、直流成分を、偏向を行う領域の一部における中心位置が概略的な入射方向に対応する位置となるよう制御信号に重畳することを特徴とするものである。   Further, according to the present invention, in the photodetection device, the search control unit superimposes the direct current component on the control signal so that the center position in a part of the region to be deflected is a position corresponding to the approximate incident direction. It is characterized by.

この光検出装置においては、サーチ動作において、光ビームの概略的な入射方向に基づく直流成分を制御信号に重畳するので、光ビームの入射方向を中心位置としたサーチ動作が行われ、発光素子の方向を確実、かつ、迅速に検出することができる。   In this photodetection device, in the search operation, a direct current component based on the approximate incident direction of the light beam is superimposed on the control signal. Therefore, the search operation is performed with the incident direction of the light beam as the center position, and the light emitting element The direction can be detected reliably and quickly.

本発明の実施形態に係る光検出装置においては、サーチ制御手段が、2軸光偏向手段を経た光ビームの二次元光位置検出手段における入射位置の軌跡をリサージュ図形とし、この二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置を検出することによって、2軸光偏向手段に光ビームを入射させる発光素子の方向を検出するサーチ動作を実行するにあたり、制御信号の振幅を制限するとともに、この制御信号に直流成分を重畳することによって、サーチ動作が可能な領域の一部についてサーチ動作を行うので、発光素子の方向を確実、かつ、迅速に検出することができる。   In the light detection apparatus according to the embodiment of the present invention, the search control means uses the Lissajous figure as the locus of the incident position of the light beam that has passed through the biaxial light deflection means in the two-dimensional light position detection means. In executing the search operation for detecting the direction of the light emitting element that makes the light beam incident on the biaxial light deflecting means by detecting the incident position of the light beam in the means, the amplitude of the control signal is limited, and the control signal By superimposing the direct current component on the part, the search operation is performed for a part of the region where the search operation is possible, so that the direction of the light emitting element can be detected reliably and rapidly.

また、この光検出装置においては、サーチ制御手段が、2軸光偏向手段を経た光ビームの二次元光位置検出手段における入射位置の軌跡をリサージュ図形とし、この二次元光位置検出手段における光ビームの入射位置を検出することによって、2軸光偏向手段に光ビームを入射させる発光素子の方向を検出するサーチ動作を実行するにあたり、制御信号の振幅を制限するとともに、この制御信号に光ビームの概略的な入射方向に基づく直流成分を重畳することによって、サーチ動作が可能な領域の一部についてサーチ動作を行うので、発光素子の方向を確実、かつ、迅速に検出することができる。   Further, in this light detection apparatus, the search control means uses the Lissajous figure as the locus of the incident position of the light beam that has passed through the biaxial light deflection means in the two-dimensional light position detection means, and the light beam in the two-dimensional light position detection means. In performing the search operation for detecting the direction of the light emitting element that makes the light beam incident on the biaxial light deflecting means by limiting the incident position of the light beam, the amplitude of the control signal is limited, and By superimposing a direct current component based on the approximate incident direction, the search operation is performed on a part of the region where the search operation is possible, so that the direction of the light emitting element can be detected reliably and rapidly.

さらに、この光検出装置においては、サーチ動作において、光ビームの概略的な入射方向に基づく直流成分を制御信号に重畳するので、光ビームの概略的な入射方向を中心位置としたサーチ動作が行われ、発光素子の方向を確実、かつ、迅速に検出することができる。   Further, in this optical detection device, in the search operation, a direct current component based on the approximate incident direction of the light beam is superimposed on the control signal, so that the search operation is performed with the approximate incident direction of the light beam as the central position. In other words, the direction of the light emitting element can be detected reliably and rapidly.

すなわち、本発明は、入射される光ビームの偏向制御が可能なミラー等の2軸光偏向手段を有する光検出装置であって、サーチ動作が可能な領域の一部についてサーチ動作を行うことにより、2軸光偏向手段における偏向周波数を高くすることなく、確実、かつ、迅速なサーチ動作を実現することができる光検出装置を提供することができるものである。   That is, the present invention is a photodetection device having a biaxial light deflecting means such as a mirror capable of controlling the deflection of an incident light beam, and performing a search operation on a part of the searchable region. It is possible to provide a photodetector that can realize a reliable and quick search operation without increasing the deflection frequency in the biaxial light deflection means.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明に係る光検出装置は、例えば、光無線通信の受発光モジュールに使用され、発光素子の方向、換言するならば、光ビームの入射方向を検出し、また、受光素子の光軸を発光素子の光軸に常に追従させるための光検出装置である。   The light detection device according to the present invention is used, for example, in a light receiving and emitting module for optical wireless communication, detects the direction of the light emitting element, in other words, the incident direction of the light beam, and emits the optical axis of the light receiving element. This is a light detection device for always following the optical axis of the element.

この実施形態における光検出装置は、光無線通信の送信側における構成であり、受信側のパイロット用発光素子からのパイロット参照光に基づいて送信用発光素子の光軸を調整することにより、安定な通信を実現する機能を有するものである。   The photodetector in this embodiment is configured on the transmitting side of optical wireless communication, and is stable by adjusting the optical axis of the transmitting light emitting element based on the pilot reference light from the pilot emitting light element on the receiving side. It has a function for realizing communication.

〔第1の実施の形態の構成〕
(光検出装置の構成)
図1は、本発明に係る光検出装置の第1実施形態における構成を示すブロック図である。
[Configuration of First Embodiment]
(Configuration of photodetection device)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the photodetection device according to the first embodiment of the present invention.

本発明に係る光検出装置は、図1に示すように、入射した光ビームを2軸方向に偏向させて出射することができる2軸光偏向手段である2軸偏向ミラー1と、この2軸偏向ミラー1により反射された光ビームが入射され、この光ビームの入射位置を二次元的に検出することができる二次元光位置検出手段である二次元PSD(Position Sensitive Detector)素子2とを有している。   As shown in FIG. 1, a light detection apparatus according to the present invention includes a biaxial deflecting mirror 1 that is a biaxial light deflecting means capable of deflecting and emitting an incident light beam in two axial directions, and the biaxial beam. It has a two-dimensional PSD (Position Sensitive Detector) element 2 which is a two-dimensional light position detecting means capable of two-dimensionally detecting the incident position of the light beam reflected by the deflection mirror 1. is doing.

この光検出装置に入射される受信側のパイロット用発光素子からのパイロット参照光(PLB)は、魚眼レンズ(凹レンズ)14を介して、2軸偏向ミラー1に入射される。この魚眼レンズ14は、2軸偏向ミラー1に対する光ビームの入射及び出射をより広角に行えるようにするためのものである。2軸偏向ミラー1に入射されたパイロット参照光は、この2軸偏向ミラー1において反射されて、ビームスプリッタ13及びPSD用集光レンズ10を透過して、二次元PSD素子2の受光面2aに入射される。PSD用集光レンズ10は、パイロット参照光を二次元PSD素子2の受光面2a上に集光させる。   Pilot reference light (PLB) from the pilot light emitting element on the receiving side, which is incident on the light detection device, is incident on the biaxial deflecting mirror 1 via a fisheye lens (concave lens) 14. The fish-eye lens 14 is for allowing the light beam to enter and exit the biaxial deflecting mirror 1 at a wider angle. The pilot reference light incident on the biaxial deflecting mirror 1 is reflected by the biaxial deflecting mirror 1, passes through the beam splitter 13 and the PSD condensing lens 10, and reaches the light receiving surface 2 a of the two-dimensional PSD element 2. Incident. The PSD condensing lens 10 condenses pilot reference light on the light receiving surface 2 a of the two-dimensional PSD element 2.

この光検出装置は、信号送信用のLD(Laser Diode)発光素子12を備えている。このLD発光素子12からは、送信データに応じて光変調された送信用光ビーム(LDB)が発せられる。このLD発光素子12から発せられた送信用光ビームは、コリメータレンズ11を透過することにより平行光束となされ、ビームスプリッタ13により反射されて偏向され、2軸偏向ミラー1に入射する。この2軸偏向ミラー1に入射した送信用光ビームは、2軸偏向ミラー1において反射され、魚眼レンズ14を介して、パイロット参照光を発するパイロット用発光素子を有する受信側の器機に向けて出射される。   This photodetecting device includes an LD (Laser Diode) light emitting element 12 for signal transmission. The LD light emitting element 12 emits a transmission light beam (LDB) that is optically modulated according to transmission data. The transmission light beam emitted from the LD light emitting element 12 is transmitted through the collimator lens 11 to become a parallel light beam, reflected by the beam splitter 13, deflected, and incident on the biaxial deflection mirror 1. The transmitting light beam incident on the biaxial deflecting mirror 1 is reflected by the biaxial deflecting mirror 1 and is emitted through a fisheye lens 14 toward a receiving side device having a pilot light emitting element that emits pilot reference light. The

この光検出装置の光学系は、パイロット参照光(PLB)が二次元PSD素子2の受光面2aの中心に入射する状態において、送信用光ビーム(LDB)とパイロット参照光(PLB)とが同軸となるように調整されている。すなわち、この光学系において、二次元PSD素子2の受光面2aの中心と、LD発光素子12の発光点とは、ビームスプリッタ13の反射面について共役な位置となっている。このように送信用光ビーム(LDB)とパイロット参照光(PLB)とが同軸となっている状態においては、受信側の器機の信号受信用の受光素子に対して、送信用光ビーム(LDB)を正確に入射させることができる。   In the optical system of this photodetecting device, the pilot light beam (LDB) and the pilot reference light beam (PLB) are coaxial when the pilot reference light beam (PLB) is incident on the center of the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2. It has been adjusted to be. That is, in this optical system, the center of the light receiving surface 2 a of the two-dimensional PSD element 2 and the light emitting point of the LD light emitting element 12 are in a conjugate position with respect to the reflecting surface of the beam splitter 13. Thus, in the state where the transmission light beam (LDB) and the pilot reference light (PLB) are coaxial, the transmission light beam (LDB) is applied to the light receiving element for signal reception of the device on the reception side. Can be accurately incident.

図2は、2軸偏向ミラー1の構成を示す平面図である。   FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the biaxial deflection mirror 1.

2軸偏向ミラー1は、図2に示すように、例えば、ポリイミドなどの材料からなるベース1aを有している。このベース1aには、パターンエッチングなどの手段により、二重の円形状の空隙1b,1cが形成されている。外側の空隙1bの外側と内側とは、2箇所の幅の狭いY軸ビーム部1d,1dによって繋がっている。また、内側の空隙1cの外側と内側とは、2箇所の幅の狭いX軸ビーム部1e,1eによって繋がっている。これらY軸ビーム部1d,1d及びX軸ビーム部1e,1eは、それぞれが空隙1b,1cが形成する円の中心回りに180°となる位置に形成されているとともに、互いに該中心回りに90°となる位置に形成されている。したがって、内側の空隙1cの内側の円盤状の部分は、X軸ビーム部1e,1eが捻れることにより、図2中矢印Xで示すX軸方向に傾くことが可能であり、また、Y軸ビーム部1d,1dが捻れることにより、図2中矢印Yで示すY軸方向に傾くことが可能である。   As shown in FIG. 2, the biaxial deflecting mirror 1 has a base 1a made of a material such as polyimide. Double circular voids 1b and 1c are formed in the base 1a by means such as pattern etching. The outer side and the inner side of the outer gap 1b are connected by two narrow Y-axis beam portions 1d and 1d. Further, the outer side and the inner side of the inner gap 1c are connected by two narrow X-axis beam portions 1e and 1e. The Y-axis beam portions 1d and 1d and the X-axis beam portions 1e and 1e are formed at positions of 180 ° around the center of the circle formed by the air gaps 1b and 1c, respectively, and 90 around each other. It is formed at the position where it becomes °. Therefore, the inner disk-shaped portion of the inner space 1c can be tilted in the X-axis direction indicated by the arrow X in FIG. 2 by twisting the X-axis beam portions 1e and 1e, and the Y-axis By twisting the beam portions 1d and 1d, it is possible to incline in the Y-axis direction indicated by the arrow Y in FIG.

このようにX軸方向及びY軸方向に傾くことが可能となされている内側の空隙1cの内側の円盤状の部分は、ミラー反射部1fとなされている。このミラー反射部1fの表面部が、ミラー面(反射面)となる。なお、内側の空隙1cと外側の空隙1bとの間の円環状の部分は、X軸支持用ジンバル部1gとなっている。   Thus, the disk-shaped part inside the inner space 1c that can be inclined in the X-axis direction and the Y-axis direction is a mirror reflecting portion 1f. The surface portion of the mirror reflection portion 1f becomes a mirror surface (reflection surface). An annular portion between the inner space 1c and the outer space 1b is an X-axis supporting gimbal portion 1g.

図3は、2軸偏向ミラー1の構成を示す分解斜視図である。   FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the biaxial deflecting mirror 1.

ベース1aの背後側には、図3に示すように、X軸駆動磁気コア1i及びY軸駆動磁気コア1jが配置されている。これらX軸駆動磁気コア1i及びY軸駆動磁気コア1jは、それぞれが一部が欠損した円環状(C字状)に形成されているとともに、この欠損部の反対側にそれぞれコイル1k,1lが巻回されており、欠損部が磁気ギャップ部1m,1mとなる。これらX軸駆動磁気コア1i及びY軸駆動磁気コア1jの各磁気ギャップ部1m,1mは、各コイル1k,1lに給電されたときに、互いに同一の空間に磁場を形成するように配置され、かつ、形成する磁場の方向を互いに直交させている。   As shown in FIG. 3, an X-axis drive magnetic core 1i and a Y-axis drive magnetic core 1j are disposed behind the base 1a. These X-axis drive magnetic core 1i and Y-axis drive magnetic core 1j are each formed in an annular shape (C-shape) with a part missing, and coils 1k and 1l are respectively provided on the opposite side of the lack part. It is wound and the missing part becomes the magnetic gap part 1m, 1m. The magnetic gap portions 1m and 1m of the X-axis driving magnetic core 1i and the Y-axis driving magnetic core 1j are arranged so as to form a magnetic field in the same space when fed to the coils 1k and 1l, In addition, the directions of the magnetic fields to be formed are orthogonal to each other.

そして、ミラー反射部1fの裏面部には、永久磁石ピン1hが突設されている。この永久磁石ピン1hは、ミラー反射部1fに対して、略々垂直に取付けられている。この永久磁石ピン1hの先端側部分は、X軸駆動磁気コア1i及びY軸駆動磁気コア1jの各磁気ギャップ部1m,1m内に挿入されている。これらX軸駆動磁気コア1i及びY軸駆動磁気コア1jと、ベース1aとは、永久磁石ピン1hの先端側部分が各磁気ギャップ部1m,1mの略中心に位置するように、互いに位置決めされて配置されている。   And the permanent magnet pin 1h is protrudingly provided in the back surface part of the mirror reflection part 1f. The permanent magnet pin 1h is attached substantially perpendicular to the mirror reflecting portion 1f. The tip side portion of the permanent magnet pin 1h is inserted into the magnetic gap portions 1m and 1m of the X-axis drive magnetic core 1i and the Y-axis drive magnetic core 1j. The X-axis drive magnetic core 1i, the Y-axis drive magnetic core 1j, and the base 1a are positioned with respect to each other such that the tip side portion of the permanent magnet pin 1h is located at the approximate center of each magnetic gap portion 1m, 1m. Has been placed.

このように構成された2軸偏向ミラー1においては、X軸駆動磁気コア1iの磁気ギャップ部1m及びY軸駆動磁気コア1jの磁気ギャップ部1mに形成される磁界の強度及び方向(極性)に応じて、永久磁石ピン1hの先端側が移動され、ミラー反射面1fが2軸方向に傾けられる。   In the biaxial deflecting mirror 1 configured in this way, the magnetic field strength and direction (polarity) formed in the magnetic gap portion 1m of the X-axis driving magnetic core 1i and the magnetic gap portion 1m of the Y-axis driving magnetic core 1j. Accordingly, the tip side of the permanent magnet pin 1h is moved, and the mirror reflecting surface 1f is tilted in the biaxial direction.

図4は、二次元PSD素子2の構成を示す正面図である。   FIG. 4 is a front view showing the configuration of the two-dimensional PSD element 2.

この光検出装置において2軸偏向ミラー1を経た光ビームが入射される二次元PSD素子2は、図4に示すように、光ビームの入射位置を二次元的に検出することが可能な素子である。なお、この二次元PSD素子2は、光学的な位置計測において一般的に使用されている素子である。この二次元PSD素子2は、受光面(位置検出部)2aに入射した光ビーム2bのこの受光面2a内における入射位置に応じた4つのPSD出力信号を4本の出力端子2c,2d,2e,2fから出力する。これらPSD出力信号のそれぞれのレベルにより、受光面2a内における光ビーム2bの入射位置が表現される。   As shown in FIG. 4, the two-dimensional PSD element 2 on which the light beam that has passed through the biaxial deflecting mirror 1 is incident is an element that can detect the incident position of the light beam two-dimensionally. is there. The two-dimensional PSD element 2 is an element generally used in optical position measurement. The two-dimensional PSD element 2 outputs four PSD output signals corresponding to the incident positions in the light receiving surface 2a of the light beam 2b incident on the light receiving surface (position detecting unit) 2a, to four output terminals 2c, 2d, 2e. , 2f. The incident position of the light beam 2b in the light receiving surface 2a is expressed by the level of each PSD output signal.

なお、この二次元光位置検出手段は、二次元PSD素子2に限定されるものではなく、4分割PD(Photo Ditecter)、または、C−MOSSセンサなどに代えることができる。   The two-dimensional light position detection means is not limited to the two-dimensional PSD element 2 and can be replaced with a four-division PD (Photo Ditecter), a C-MOSS sensor, or the like.

そして、この光検出装置は、図1に示すように、サーチ制御手段となるDSP(Digital Signal Processor)3と、このDSP3から出力されるX軸数値データSAX及びY軸数値データSAYをアナログデータに変換して出力するD/A変換器4とを備えている。DSP3は、一定のサンプリング周期の間に離散時間信号処理のための算術演算処理を高速に行うことができるプロセッサであり、制御信号を生成し、この制御信号に基づいて2軸偏向ミラー1を制御するものである。   As shown in FIG. 1, this photodetection device converts a DSP (Digital Signal Processor) 3 serving as search control means and X-axis numerical data SAX and Y-axis numerical data SAY output from the DSP 3 into analog data. And a D / A converter 4 for conversion and output. The DSP 3 is a processor capable of performing arithmetic processing for discrete-time signal processing at a high speed during a fixed sampling period, generates a control signal, and controls the biaxial deflection mirror 1 based on the control signal. To do.

すなわち、DSP3は、制御信号として、互いに周波数の異なる2つの周期信号であるX軸数値データSAX及びY軸数値データSAYを発生する。これらX軸数値データSAX及びY軸数値データSAYは、D/A変換器4によりアナログデータに変換されてX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYとなり、信号切換手段である信号切換部5を経て、駆動アンプ6に送られる。駆動アンプ6は、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYを供給され、これらX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYを増幅し、これらX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYに応じたX軸駆動電流SDX及びY軸駆動電流SDYを、2軸偏向ミラー1のX軸駆動磁気コア1i及びY軸駆動磁気コア1jの各コイル1k,1lに給電する。   That is, the DSP 3 generates X-axis numerical data SAX and Y-axis numerical data SAY, which are two periodic signals having different frequencies as control signals. These X-axis numerical data SAX and Y-axis numerical data SAY are converted into analog data by the D / A converter 4 to become an X-axis control signal SSX and a Y-axis control signal SSY. Then, it is sent to the drive amplifier 6. The drive amplifier 6 is supplied with the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY, amplifies the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY, and responds to the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY. The X-axis drive current SDX and the Y-axis drive current SDY are supplied to the coils 1k and 1l of the X-axis drive magnetic core 1i and the Y-axis drive magnetic core 1j of the biaxial deflection mirror 1, respectively.

なお、DSP3及びD/A変換器4は、クロック発生器15から供給されるクロック信号に基づいて動作する。すなわち、DSP3における割り込み演算とD/A変換器4における変換タイミングとを同期制御するサンプリング信号(SCL)は、クロック発生器15から供給されるクロック信号に基づいて発生される。このサンプリング信号(SCL)の周期は、DSP3において発生される周期信号の周波数に比べて十分に高いことが好ましい。   The DSP 3 and the D / A converter 4 operate based on the clock signal supplied from the clock generator 15. That is, the sampling signal (SCL) for synchronously controlling the interrupt operation in the DSP 3 and the conversion timing in the D / A converter 4 is generated based on the clock signal supplied from the clock generator 15. The period of the sampling signal (SCL) is preferably sufficiently higher than the frequency of the periodic signal generated in the DSP 3.

2軸偏向ミラー1のミラー反射部1fは、X軸駆動磁気コア1iのコイル1kに給電されたX軸駆動電流SDXに応じてX軸方向に傾けられ、Y軸駆動磁気コア1jのコイル1lに給電されたY軸駆動電流SDYに応じてY軸方向に傾けられる。これらX軸方向への傾きと、Y軸方向への傾きとは、互いに独立的に行われる。   The mirror reflecting portion 1f of the biaxial deflection mirror 1 is tilted in the X-axis direction according to the X-axis drive current SDX fed to the coil 1k of the X-axis drive magnetic core 1i, and is applied to the coil 11 of the Y-axis drive magnetic core 1j. It is tilted in the Y-axis direction according to the fed Y-axis drive current SDY. The inclination in the X-axis direction and the inclination in the Y-axis direction are performed independently of each other.

ここで、X軸数値データSAX及びY軸数値データSAYが互いに周波数の異なる2つの周期信号であることにより、2軸偏向ミラー1のミラー反射面の傾き方向は、リサージュ図形(Lissajous figure, Bowditch curve)を描く方向に変化することとなる。すなわち、2軸偏向ミラー1に入射されこの2軸偏向ミラー1のミラー反射部1aにより反射された光ビームの二次元PSD素子2における入射位置の軌跡は、リサージュ図形となる。   Here, since the X-axis numerical data SAX and the Y-axis numerical data SAY are two periodic signals having different frequencies, the tilt direction of the mirror reflecting surface of the biaxial deflecting mirror 1 is determined as a Lissajous figure, Bowditch curve. ) Will change in the direction of drawing. That is, the locus of the incident position on the two-dimensional PSD element 2 of the light beam incident on the biaxial deflecting mirror 1 and reflected by the mirror reflecting portion 1a of the biaxial deflecting mirror 1 is a Lissajous figure.

ここで、リサージュ図形とは、 平面上を運動する粒子が二つの直交する軸方向におのおの調和運動を行ない、しかもその振動数の比が有理数(2個の整数の商で表わせる数)であるときに、その粒子によって描かれる図形をいう。   Here, a Lissajous figure is a particle that moves on a plane that performs harmonic motion in two orthogonal axial directions, and the ratio of its frequencies is a rational number (a number that can be expressed by the quotient of two integers). Sometimes a figure drawn by the particles.

この光検出装置においては、このように2軸偏向ミラー1がDSP3が生成する制御信号に基づいて制御されることにより、二次元PSD素子2における光ビームの入射位置を検出することで、2軸偏向ミラー1に光ビームを入射させる発光素子の方向を検出するサーチ動作が実行される。   In this photodetection device, the biaxial deflection mirror 1 is controlled based on the control signal generated by the DSP 3 in this way, so that the incident position of the light beam in the two-dimensional PSD element 2 is detected. A search operation for detecting the direction of the light emitting element that causes the light beam to enter the deflection mirror 1 is executed.

一方、二次元PSD素子2から出力される4つのPSD出力信号は、サーボエラー信号生成手段となるPSD信号処理回路7に送られる。このPSD信号処理回路7は、二次元PSD素子2からの出力に基づいて、この二次元PSD素子2への光ビームの入射位置に対応したサーボエラー信号となるX軸位置信号SX及びX軸位置信号SYを生成し、サーボ制御手段となるサーボ制御回路8に供給する。   On the other hand, the four PSD output signals output from the two-dimensional PSD element 2 are sent to a PSD signal processing circuit 7 serving as servo error signal generation means. This PSD signal processing circuit 7 is based on the output from the two-dimensional PSD element 2 and generates an X-axis position signal SX and an X-axis position that are servo error signals corresponding to the light beam incident position on the two-dimensional PSD element 2. A signal SY is generated and supplied to a servo control circuit 8 serving as servo control means.

このPSD信号処理部7が生成するX軸位置信号SX及びY軸位置信号SYは、図4中Oで示す座標中心OをゼロとしたX軸、Y軸方向の位置に比例したレベルを有する信号である。これらX軸位置信号SX及びY軸位置信号SYのレベルは、座標中心Oからの変位量に比例するので、サーボ的な見地からサーボエラー信号と呼ばれる。   The X-axis position signal SX and the Y-axis position signal SY generated by the PSD signal processing unit 7 are signals having levels proportional to the positions in the X-axis and Y-axis directions where the coordinate center O indicated by O in FIG. 4 is zero. It is. Since the levels of the X-axis position signal SX and the Y-axis position signal SY are proportional to the amount of displacement from the coordinate center O, they are called servo error signals from a servo standpoint.

そして、サーボ制御回路8は、図1に示すように、X軸位置信号SX及びX軸位置信号SYに基づいて2軸偏向ミラー1を制御し、二次元PSD素子2における光ビームの入射位置を所定の位置とするものである。   As shown in FIG. 1, the servo control circuit 8 controls the biaxial deflection mirror 1 based on the X axis position signal SX and the X axis position signal SY, and determines the incident position of the light beam on the two-dimensional PSD element 2. It is a predetermined position.

すなわち、サーボ制御回路8は、PSD信号処理部7からのX軸位置信号SX及びY軸位置信号SYに基づいてX軸サーボ制御信号SCX及びY軸サーボ制御信号SCYを生成し、これらX軸サーボ制御信号SCX及びY軸サーボ制御信号SCYを信号切換部5及び駆動アンプ6を介して2軸偏向ミラー1に送り、この2軸偏向ミラー1の閉ループ制御を行うことにより、二次元PSD素子2に対する光ビームの入射位置をこの二次元PSD素子2における座標中心Oとする。   That is, the servo control circuit 8 generates the X-axis servo control signal SCX and the Y-axis servo control signal SCY based on the X-axis position signal SX and the Y-axis position signal SY from the PSD signal processing unit 7, and these X-axis servos The control signal SCX and the Y-axis servo control signal SCY are sent to the two-axis deflection mirror 1 via the signal switching unit 5 and the drive amplifier 6, and the two-axis deflection mirror 1 is controlled in a closed loop, whereby the two-dimensional PSD element 2 is controlled. The incident position of the light beam is a coordinate center O in the two-dimensional PSD element 2.

このサーボ制御回路8は、2軸偏向ミラー1の動特性に対する位相補償回路により構成される。   The servo control circuit 8 includes a phase compensation circuit for the dynamic characteristics of the biaxial deflection mirror 1.

また、PSD信号処理回路7は、サーボエラー信号のレベルとして入射光量をモニタするための入射光量信号SBを生成する機能を有している。このPSD信号処理回路7は、生成した入射光量信号SBを、サーボエラー信号レベル検出回路9に供給する。   The PSD signal processing circuit 7 has a function of generating an incident light amount signal SB for monitoring the incident light amount as the servo error signal level. The PSD signal processing circuit 7 supplies the generated incident light amount signal SB to the servo error signal level detection circuit 9.

サーボエラー信号レベル検出回路9は、コンパレータ回路とロジック回路により構成され、PSD信号処理部7から送られる入射光量信号SBに基づいて、切換制御信号SEを生成して信号切換部5に送る。このサーボエラー信号レベル検出回路9は、入射光量信号SBが所定のレベルに対応するときに、切換制御信号SEにより、信号切換部5の状態を切換える。   The servo error signal level detection circuit 9 includes a comparator circuit and a logic circuit, generates a switching control signal SE based on the incident light amount signal SB sent from the PSD signal processing unit 7, and sends it to the signal switching unit 5. The servo error signal level detection circuit 9 switches the state of the signal switching unit 5 by the switching control signal SE when the incident light amount signal SB corresponds to a predetermined level.

信号切換部5は、2軸偏向ミラー1へ入力される信号を、サーボ制御回路8からのX軸サーボ制御信号SCX及びY軸サーボ制御信号SCYと、DSP3からのX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYとで切換えるものである。   The signal switching unit 5 converts the signals input to the two-axis deflection mirror 1 into the X-axis servo control signal SCX and Y-axis servo control signal SCY from the servo control circuit 8, and the X-axis control signal SSX and Y-axis from the DSP 3. It is switched by the control signal SSY.

すなわち、この信号切換部5は、PSD信号処理部7が生成する入射光量信号SBのレベルに基づいて検出回路9が生成する切換制御信号SEにより、2軸偏向ミラー1にDSP3からのX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYを駆動アンプ6を介して入力させるサーチ動作と、2軸偏向ミラー1にサーボ制御回路8からのX軸サーボ制御信号SCX及びY軸サーボ制御信号SCYを駆動アンプ6を介して入力させるサーボ動作とを切換える。   That is, the signal switching unit 5 controls the X-axis control from the DSP 3 to the biaxial deflection mirror 1 by the switching control signal SE generated by the detection circuit 9 based on the level of the incident light quantity signal SB generated by the PSD signal processing unit 7. A search operation in which the signal SSX and the Y-axis control signal SSY are input via the drive amplifier 6, and the X-axis servo control signal SCX and the Y-axis servo control signal SCY from the servo control circuit 8 to the two-axis deflection mirror 1 are driven by the drive amplifier 6. The servo operation to be input via is switched.

〔第1の実施の形態における動作〕
(光検出装置の動作)
以下、この光検出装置の動作について説明する。
[Operation in the First Embodiment]
(Operation of photodetection device)
Hereinafter, the operation of the photodetecting device will be described.

この光検出装置においては、図1に示すように、受信側の器機からのパイロット参照光が二次元PSD素子2の受光面2aの座標中心(O)に入射するように、2軸偏向ミラー1が制御されている状態において、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが一致し、安定した信号送信が可能となる。   In this photodetection device, as shown in FIG. 1, the biaxial deflection mirror 1 is arranged so that pilot reference light from the receiving device enters the coordinate center (O) of the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2. Is controlled, the optical axis of the transmission light beam coincides with the optical axis of the pilot reference light, and stable signal transmission is possible.

そして、パイロット参照光が二次元PSD素子2の受光面2aの受光エリア内に入射していれば、サーボ制御回路8の動作により、このパイロット参照光が受光面2aの座標中心(O)に入射されるように2軸偏向ミラー1が制御され、光軸調整が行われる。   If the pilot reference light is incident on the light receiving area of the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2, the pilot reference light is incident on the coordinate center (O) of the light receiving surface 2a by the operation of the servo control circuit 8. Thus, the biaxial deflection mirror 1 is controlled to adjust the optical axis.

図5は、本発明に係る光検出装置において、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれている状態を示すブロック図である。   FIG. 5 is a block diagram showing a state in which the optical axis of the transmission light beam and the optical axis of the pilot reference light are greatly shifted in the photodetector according to the present invention.

しかしながら、図5に示すように、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれている状態においては、パイロット参照光が二次元PSD素子2の受光面2aに入射しないので、サーボ制御回路8の動作による光軸調整を行うことができない。このような状態は、送受信器を設置して初めて信号通信を開始するときや、何らかの原因で送受信器が移動してしまった場合等に生じる。   However, as shown in FIG. 5, in a state where the optical axis of the transmission light beam and the optical axis of the pilot reference light are greatly deviated, the pilot reference light does not enter the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2. The optical axis cannot be adjusted by the operation of the servo control circuit 8. Such a state occurs when signal communication is started for the first time after installing the transceiver, or when the transceiver has moved for some reason.

この光検出装置においては、このように送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれてしまっている場合には、DSP3の動作により、2軸偏向ミラー1を広角度の範囲で走査駆動させてパイロット参照光の方向を検出するサーチ動作を行う。   In this light detection apparatus, when the optical axis of the transmission light beam and the optical axis of the pilot reference light are greatly deviated as described above, the DSP 3 operates the biaxial deflection mirror 1 with a wide angle. A search operation for detecting the direction of the pilot reference light is performed by scanning within the range.

この光検出装置におけるサーチ動作時には、2軸偏向ミラー1のX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYを、互いに周波数の異なる正弦波信号とすることにより、この2軸偏向ミラー1のミラー反射部1aにより反射された光ビームの二次元PSD素子2における入射位置の軌跡がリサージュ図形を描く。   At the time of a search operation in this photodetection device, the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY of the biaxial deflection mirror 1 are converted into sine wave signals having different frequencies so that the mirror reflector of the biaxial deflection mirror 1 The locus of the incident position on the two-dimensional PSD element 2 of the light beam reflected by 1a draws a Lissajous figure.

光学系は、前述のように、二次元PSD素子2の受光面2aの中心にパイロット参照光が入射する時に、送信用光ビームとパイロット参照光とが同軸となるように調整されているので、送信用光ビームの送出方向もリサージュ図形を描く。   As described above, the optical system is adjusted so that the transmission light beam and the pilot reference light are coaxial when the pilot reference light is incident on the center of the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2. A Lissajous figure is also drawn in the transmission direction of the transmission light beam.

そして、サーチ動作中に送信用光ビームの送出方向とパイロット参照光の光軸とが近づくと、二次元PSD素子2の受光面2aの受光エリア内にパイロット参照光が入射する。このとき、サーチ動作から、サーボ制御回路8によるサーボ動作(閉ループ制御動作)に切換えることにより、光軸調整が行われ、サーチ動作が終了する。   Then, when the transmission direction of the transmission light beam approaches the optical axis of the pilot reference light during the search operation, the pilot reference light enters the light receiving area of the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2. At this time, the optical axis adjustment is performed by switching from the search operation to the servo operation (closed loop control operation) by the servo control circuit 8, and the search operation is completed.

(リサージュ図形の特性について)
2軸偏向ミラー1におけるリサージュ動作を説明するために、LD発光素子12からの送信用光ビームが2軸偏向ミラー1の駆動により偏向されて描く軌跡を用いて考える。すなわち、この送信用光ビームが描く軌跡は、2軸偏向ミラー1のサーチ動作における傾き方向の軌跡と一致する。
(Characteristics of Lissajous figures)
In order to explain the Lissajous operation in the biaxial deflecting mirror 1, consider a trajectory drawn by the transmission light beam from the LD light emitting element 12 being deflected by driving the biaxial deflecting mirror 1. That is, the locus drawn by the transmission light beam coincides with the locus in the tilt direction in the search operation of the biaxial deflection mirror 1.

ここで、X軸及びY軸についての周波数Fx、Fyの比を、以下の(式1)に示すように、mとする。   Here, the ratio of the frequencies Fx and Fy with respect to the X axis and the Y axis is assumed to be m as shown in the following (Formula 1).

m=Fy/Fx ・・・(式1)
図6は、X軸についての周波数Fxを50〔Hz〕とした場合における1秒間に2軸偏向ミラー1が描くリサージュ軌跡を示すグラフである。
m = Fy / Fx (Formula 1)
FIG. 6 is a graph showing a Lissajous locus drawn by the biaxial deflecting mirror 1 per second when the frequency Fx about the X axis is 50 [Hz].

図6中の(a)は、周波数比m=1(両者の周波数が同じ)とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、X軸及びY軸の正弦波の位相差がゼロであるので、軌跡は一直線となり、サーチ動作とならない。   (A) in FIG. 6 is a search locus when the frequency ratio m = 1 (both frequencies are the same). In this case, since the phase difference between the sine waves of the X axis and the Y axis is zero, the trajectory is a straight line and the search operation is not performed.

図6中の(b)は、周波数比m=1.50(整数比2:3)とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、正弦波2周期でサーチ軌跡が収束し、40msecごとに同じ軌跡を描く。また、Y軸を4回、X軸を6回横切る軌跡となり、非常に分解能の低い軌跡となる。   (B) in FIG. 6 is a search locus when the frequency ratio m = 1.50 (integer ratio 2: 3). In this case, the search locus converges in two sine wave cycles, and the same locus is drawn every 40 msec. Further, the trajectory crosses the Y axis four times and the X axis six times, resulting in a trajectory with very low resolution.

なお、X軸についての周波数FxとY軸についての周波数Fyとの比を互いに素な整数の組(x:y)とした場合、リサージュ軌跡は、x軸及びy軸をそれぞれ2x回及び2y回横切る図形となる。ここでは、この図形について、光ビームの入射位置をサーチする分解能を、x軸及びy軸をそれぞれ横切る回数の積として、4xyと考えることとする。すなわち、図6中の(b)に示した図形における分解能は、24と示すことができる。   When the ratio of the frequency Fx for the X axis and the frequency Fy for the Y axis is a relatively prime set (x: y), the Lissajous trajectory is 2x times and 2y times for the x axis and the y axis, respectively. It becomes a crossing figure. Here, for this figure, the resolution for searching the incident position of the light beam is assumed to be 4xy as the product of the number of times of traversing the x-axis and y-axis, respectively. That is, the resolution in the figure shown in FIG.

図6中の(c)は、周波数比m=1.10(整数比10:11)とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、正弦波10周期でサーチ軌跡が収束し、200msecごとに同じ軌跡を描く。また、Y軸を20回、X軸を22回横切る軌跡となり、図6中の(b)よりも分解能が改善されるとともに、全方位に亘るサーチ動作が行われる。この場合には、分解能は、440ということになる。   (C) in FIG. 6 is a search locus when the frequency ratio m = 1.10 (integer ratio 10:11). In this case, the search trajectory converges in 10 sine waves, and the same trajectory is drawn every 200 msec. Further, the trajectory crosses the Y axis 20 times and the X axis 22 times, so that the resolution is improved as compared with (b) in FIG. 6 and the search operation is performed in all directions. In this case, the resolution is 440.

図6中の(d)は、周波数比m=1.003(整数比1000:1003)とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、1秒間では軌跡は未だ収束せず、全方位をサーチし、収束するためには20秒も要するので、高速サーチの点では不利となる。この場合には、分解能は、4012000ということになる。   (D) in FIG. 6 is a search locus when the frequency ratio m = 1.003 (integer ratio 1000: 1003). In this case, the trajectory has not yet converged in 1 second, and it takes 20 seconds to search and converge in all directions, which is disadvantageous in terms of high-speed search. In this case, the resolution is 4012000.

図6中の(e)は、周波数比m=1.18(整数比50:59)とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、正弦波50周期でサーチ軌跡が収束し、1秒ごとに同じ軌跡を描く。また、Y軸を100回、X軸を118回横切る軌跡となり、分解能が高い全方位サーチが可能となる。この場合には、分解能は、11800ということになる。   (E) in FIG. 6 is a search locus when the frequency ratio m = 1.18 (integer ratio 50:59). In this case, the search locus converges with 50 sine waves and the same locus is drawn every second. Further, the trajectory crosses the Y axis 100 times and the X axis 118 times, and an omnidirectional search with high resolution becomes possible. In this case, the resolution is 11800.

図6中の(f)は、周波数比m=√2(非整数比、無理数)とした場合のサーチ軌跡である。この場合には、サーチ軌跡は収束することなく、時間とともにほぼ無限大の分解能となる。   (F) in FIG. 6 is a search locus when the frequency ratio m = √2 (non-integer ratio, irrational number). In this case, the search trajectory does not converge and the resolution becomes almost infinite with time.

サーチ動作の速度を上げるためには、正弦波の周波数(Fx、Fy)を高くすればよいのであるが、2軸偏向ミラー1の機械的振動により、むやみに高くすることはできない。また、周波数比mの値も、なるべく小さいほうが安定した動作となる。   In order to increase the speed of the search operation, the frequency of the sine wave (Fx, Fy) may be increased, but it cannot be increased unnecessarily due to the mechanical vibration of the biaxial deflection mirror 1. Further, the smaller the value of the frequency ratio m, the more stable the operation.

したがって、例えば、図6中の(e)のような周波数比mの値(1.18)を採ると、周波数自体は低くとも、短い時間内に分解能の高い全方位サーチが可能となるリサージュ動作を行うことができる。   Therefore, for example, when the value (1.18) of the frequency ratio m as shown in (e) in FIG. 6 is taken, a Lissajous operation that enables an omnidirectional search with high resolution within a short time even if the frequency itself is low. It can be performed.

また、図6中の(f)のように周波数比mを整数比以外の値にすることにより、時間とともにほぼ無限大の分解能とすることができるので、パイロット参照光のビーム径が極めて小さい場合であっても、確実なサーチを行うことができる。   Further, when the frequency ratio m is set to a value other than the integer ratio as shown in (f) in FIG. 6, the resolution can be almost infinite with time, so that the beam diameter of the pilot reference light is extremely small. Even so, a reliable search can be performed.

各正弦波の周波数及び周波数比mは、目標とするサーチ時間や検出分解能が達成されるように、最適化することができる。   The frequency and frequency ratio m of each sine wave can be optimized to achieve the target search time and detection resolution.

ここで、各正弦波の周波数は、10〜1000Hzの範囲とすることが好ましい。また、各正弦波の周波数比mは、1〜1.5の範囲が好ましい。   Here, the frequency of each sine wave is preferably in the range of 10 to 1000 Hz. The frequency ratio m of each sine wave is preferably in the range of 1 to 1.5.

(制御信号として三角波等を用いることについて)
なお、前述したようなサーチ動作を制御するための制御信号として、三角波などの高周波成分の含まれる周期信号を使用すると、2軸偏向ミラー1の振動特性により、共振が発生し易くなり、安定な動作を行うことができなくなる虞れがある。特に、2軸偏向ミラー1を広角度の範囲において、かつ、高速で駆動しようとしたときにその影響が顕著となる。
(About using triangular waves as control signals)
If a periodic signal including a high-frequency component such as a triangular wave is used as a control signal for controlling the search operation as described above, resonance easily occurs due to the vibration characteristics of the biaxial deflecting mirror 1 and is stable. There is a possibility that the operation cannot be performed. In particular, when the biaxial deflection mirror 1 is driven at a high speed in a wide angle range, the influence becomes remarkable.

そのため、制御信号の波形は、高周波成分の最も少ない正弦波形が望ましい。   Therefore, the waveform of the control signal is preferably a sine waveform with the least high frequency components.

しかしながら、三角波を用いることも可能である。   However, it is also possible to use a triangular wave.

図7は、制御信号として、三角波を使用した場合に2軸偏向ミラーによつて描かれる軌跡を示すグラフである。   FIG. 7 is a graph showing a locus drawn by the biaxial deflecting mirror when a triangular wave is used as the control signal.

サーチ動作において、制御信号として、X軸及びY軸ともに三角波を使用した場合には、図7中の(a)に示すように、2軸偏向ミラー1の偏向方向が描く図形は、X軸及びY軸平行な直線及び傾斜した直線からなる格子図形となる。   In the search operation, when a triangular wave is used as the control signal for both the X axis and the Y axis, as shown in FIG. 7A, the figure drawn by the deflection direction of the biaxial deflection mirror 1 is the X axis and It becomes a lattice figure composed of straight lines parallel to the Y axis and inclined straight lines.

また、制御信号として、X軸に三角波を使用し、Y軸に正弦波を使用した場合には、図7中の(b)に示すように、X軸方向及びY軸方向について非対称な軌跡が描かれる。なお、これら図7中の(a)及び(b)に示した例は、図6中の(c)に示したものと同じく、X軸及びY軸についての周波数比mを1.10としたものである。   When a triangular wave is used as the control signal for the X axis and a sine wave is used for the Y axis, as shown in FIG. 7B, there is an asymmetric locus in the X axis direction and the Y axis direction. be painted. In the example shown in FIGS. 7A and 7B, the frequency ratio m for the X axis and the Y axis is 1.10, similar to that shown in FIG. 6C. Is.

このように、三角波のような周期信号を用いる場合には、周期信号に高周波成分が多く含まれるため、ローパスフィルタ等を用いることにより、2軸偏向ミラー1の異常振動を抑える必要がある。   Thus, when a periodic signal such as a triangular wave is used, the periodic signal contains a lot of high-frequency components, and therefore it is necessary to suppress abnormal vibration of the biaxial deflection mirror 1 by using a low-pass filter or the like.

(サーチ領域の分割動作について)
この光検出装置において、サーチ動作におけるリサージュ図形の描画範囲は、2軸偏向ミラー1の可動範囲全体を用いることにより、広範囲のサーチ動作を行うことができる。
(Search area dividing operation)
In this photodetection device, the Lissajous figure drawing range in the search operation can be performed over a wide range by using the entire movable range of the biaxial deflection mirror 1.

ところで、リサージュ図形が細かい軌跡となるような、すなわちサーチの分解能を高くしようとすると、サーチに時間を要することになるので、高速なサーチを行うためには、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの周波数を高くする必要がある。広範囲のサーチ動作を高速で行おうとする場合には、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの周波数を高くすればよいが、2軸偏向ミラー1の質量やバネ定数などから生じる振動特性の影響により、安定した動作を行うことができなくなる。   By the way, if the Lissajous figure has a fine trajectory, that is, if an attempt is made to increase the search resolution, it takes time to search. Therefore, in order to perform a high-speed search, the X-axis control signal SSX and the Y-axis control It is necessary to increase the frequency of the signal SSY. When a wide range search operation is to be performed at high speed, the frequency of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY may be increased. Stable operation cannot be performed due to the influence.

一方、リサージュ図形の描画範囲を小さくし、サーチ範囲の一部についてサーチ動作を行うようにすると、2軸偏向ミラー1の駆動角度が小さなくなるので、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの周波数が高くても安定な動作が可能となる。   On the other hand, if the drawing range of the Lissajous figure is reduced and the search operation is performed for a part of the search range, the driving angle of the biaxial deflection mirror 1 becomes small. Therefore, the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY Stable operation is possible even at a high frequency.

図8は、周波数比m=1.01(整数比100:101)とし、FX=400Hz、Fy=404Hzとした場合のサーチ軌跡である。   FIG. 8 is a search locus when the frequency ratio m = 1.01 (integer ratio 100: 101), FX = 400 Hz, and Fy = 404 Hz.

この場合には、正弦波100周期でサーチ軌跡が収束し、0.25秒ごとに同じ軌跡を描く。また、Y軸を200回、X軸を202回横切る軌跡となる。また、2軸偏向ミラー1の駆動角度が小さくなるようにX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの振幅を1/2にしているので、この場合には、分解能は、40400の2倍、80800と考えることができ、この領域においては分解能が高く、かつ、安定な高速サーチが可能となる。   In this case, the search trajectory converges with 100 cycles of the sine wave, and the same trajectory is drawn every 0.25 seconds. The trajectory crosses the Y axis 200 times and the X axis 202 times. In addition, since the amplitudes of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY are halved so that the drive angle of the biaxial deflection mirror 1 is reduced, in this case, the resolution is twice that of 40400, 80800, and in this region, a high-resolution search with high resolution is possible.

図9は、サーチ範囲を分割した場合の動作説明図である。   FIG. 9 is an explanatory diagram of the operation when the search range is divided.

この特性を利用して、図9に示すように、サーチ範囲を複数の領域に分割し、分割したひとつの領域について、リサージュ図形を描画する動作によってサーチ動作を行い、このサーチ動作の対象となる領域を順次切換えてゆくことによって、2軸偏向ミラー1の可動範囲全体のサーチが可能となる。   Using this characteristic, as shown in FIG. 9, the search range is divided into a plurality of areas, and a search operation is performed on the divided area by drawing a Lissajous figure. By sequentially switching the regions, it is possible to search the entire movable range of the biaxial deflecting mirror 1.

具体的には、正弦波信号であるX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの振幅を制限するとともに、これらX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYに直流成分を重畳することにより、描画されるリサージュ図形の描画中心位置(角度)、すなわち、サーチ領域の中心位置を任意に変更することができる。そして、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの振幅を最適に設定することにより、サーチ範囲を分割することができる。このようにしてリサージュ図形の描画範囲を小さくすると、2軸偏向ミラー1の駆動角度が小さくなるので、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの周波数を高くても安定な動作が可能となる。   Specifically, the amplitudes of the X-axis control signal SSX and Y-axis control signal SSY, which are sine wave signals, are limited, and a DC component is superimposed on the X-axis control signal SSX and Y-axis control signal SSY to draw The drawing center position (angle) of the Lissajous figure, that is, the center position of the search area can be arbitrarily changed. The search range can be divided by optimally setting the amplitudes of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY. When the drawing range of the Lissajous figure is reduced in this way, the driving angle of the biaxial deflection mirror 1 is reduced, so that stable operation is possible even when the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY are high. .

このとき、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの振幅は、分割した各領域をサーチ動作によってカバーできるように設定される。この場合、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの振幅は、サーチ領域SEを一度でカバーする振幅の1/2となっているので、図8に示したような、高分解能で高速のサーチ動作を行うことができる。   At this time, the amplitudes of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY are set so that the divided areas can be covered by the search operation. In this case, since the amplitudes of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY are ½ of the amplitude that covers the search region SE at a time, the high resolution and high speed as shown in FIG. A search operation can be performed.

図9中の(a)においては、サーチ範囲がサーチ分割領域SDE1であり、リサージュ図形の描画中心位置が、XY座標(0.5,0.5)となるように、X軸制御信号SSX及びY軸サーチ制御惰号SSYに0.5の直流成分が重畳されている。また、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの波形を示している。   9A, the search range is the search division region SDE1, and the X-axis control signal SSX and the Lissajous figure drawing center position are set to the XY coordinates (0.5, 0.5). A DC component of 0.5 is superimposed on the Y-axis search control code SSY. Further, waveforms of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY are shown.

図9中の(b)においては、サーチ範囲がサーチ分割領域SDE2であり、リサージュ図形の描画中心位置が、XY座標(−0.5,0.5)となるように、X軸制御信号SSXに−0.5、Y軸サーチ制御僑号SSYに0.5の直流成分が重畳されている。また、また、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの波形を示している。   In FIG. 9B, the X-axis control signal SSX is set so that the search range is the search division region SDE2 and the drawing center position of the Lissajous figure is the XY coordinates (−0.5, 0.5). The DC component of −0.5 and 0.5 is superimposed on the Y-axis search control code SSY. Further, the waveforms of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY are shown.

図9中の(c)においては、サーチ範囲がサーチ分割領域SDE3であり、リサージュ図形の描画中心位置が、XY座標(−0.5,−0.5)となるように、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYに−0.5の直流成分が重畳されている。また、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの波形を示している。   In (c) of FIG. 9, the X-axis control signal is such that the search range is the search division region SDE3 and the drawing center position of the Lissajous figure is the XY coordinates (−0.5, −0.5). A DC component of −0.5 is superimposed on the SSX and Y-axis control signal SSY. Further, waveforms of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY are shown.

図9中の(d)においては、サーチ範囲がサーチ分割領域SDE4であり、リサージュ図形の描画中心位置が、XY座標(0.5,−0.5)となるように、X軸制御信号SSXに0.5、Y軸制御信号SSYに−0.5の直流成分が重畳されている。また、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの波形を示している。   In (d) of FIG. 9, the search range is the search division region SDE4, and the X-axis control signal SSX is set so that the drawing center position of the Lissajous figure is the XY coordinates (0.5, -0.5). And a DC component of −0.5 are superimposed on the Y-axis control signal SSY. Further, waveforms of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY are shown.

これら、図9中の(a)乃至(d)に示されるサーチ動作を順次繰り返すことにより、サーチ領域SEの全域についてのサーチ動作を行うことができる。これら各分割領域についてのサーチ動作は、前述したように、0.25秒で収束するので、各領域についてのサーチ動作を0.25秒ごとに切換えることにより、計1秒間で、サーチ領域SEの全域に対するサーチ動作を行うことができる。このときの分解能は、前述したように、80800であり、サーチ時間は1秒間である。   By sequentially repeating the search operations shown in (a) to (d) of FIG. 9, the search operation for the entire search region SE can be performed. As described above, the search operation for each of these divided regions converges in 0.25 seconds. Therefore, by switching the search operation for each region every 0.25 seconds, the search region SE in one second is totaled. A search operation for the entire area can be performed. As described above, the resolution at this time is 80800, and the search time is 1 second.

ところで、サーチSEの全域に対するサーチ動作をひとつのリサージュ図形の描画によってサーチする場合には、サーチ時間を1秒間とすると、安定な動作のためには、前述したように、サーチ信号の周波数FX=50Hz、m=1.18となり、分解能は11800となる。   By the way, when the search operation for the entire search SE is performed by drawing one Lissajous figure, if the search time is 1 second, as described above, the frequency FX of the search signal FX = 50 Hz, m = 1.18, and the resolution is 11800.

したがって、サーチ領域を分割して分割した各領域について順次サーチ動作を行うようにすれば、サーチ領域の全域をひとつのリサージュ図形の描画によりサーチする方法に比べて、制御信号の周波数を高くでき、高分解能のサーチ動作を迅速に行うことができることになる。   Therefore, if the search area is divided and the search operation is performed sequentially for each divided area, the frequency of the control signal can be increased compared to the method of searching the entire search area by drawing one Lissajous figure, A high-resolution search operation can be performed quickly.

なお、サーチ領域の分割数は、特に限定されるものではなく、また同様に、周波数比m、サーチ信号の周波数も、2軸偏向ミラー1の機械特性及び必要なサーチ特性に応じて決定することができる。   Note that the number of divisions of the search area is not particularly limited, and similarly, the frequency ratio m and the frequency of the search signal are determined according to the mechanical characteristics of the biaxial deflection mirror 1 and the required search characteristics. Can do.

(リサージュ動作を行う上でのDSPの有用性について)
前述したような制御信号を生成する手段としては、DSP等による演算処理による信号生成が好ましい。
(Usefulness of DSP for Lissajous operation)
As means for generating the control signal as described above, signal generation by arithmetic processing using a DSP or the like is preferable.

その理由について以下に述べる。   The reason will be described below.

図10は、X軸及びY軸についての周波数比に誤差が生じた場合の軌跡を示すグラフである。   FIG. 10 is a graph showing a locus when an error occurs in the frequency ratio about the X axis and the Y axis.

図6中の(e)に示したように、周波数比m=1.18である場合、Fx=50〔Hz〕とすると、Fy=59〔Hz〕となるが、ここで、Fyについて、±1〔Hz〕の誤差が発生すると、図10中の(b)に示すように、周波数比mは25:29となり、または、図10中の(C)に示すように、周波数比1nが5:6となってしまい、全く異なった動作となってしまう。なお、図10中の(a)は、誤差がない場合に描かれる軌跡である。   As shown in FIG. 6 (e), when the frequency ratio m = 1.18, Fx = 50 [Hz], Fy = 59 [Hz]. When an error of 1 [Hz] occurs, the frequency ratio m becomes 25:29 as shown in (b) of FIG. 10, or the frequency ratio 1n becomes 5 as shown in (C) of FIG. : 6, resulting in a completely different operation. In addition, (a) in FIG. 10 is a locus drawn when there is no error.

したがって、このよぅな動作を行うには、少なくとも誤差が0.1〔Hz〕程度よりも小さい高い精度において周波数を制御することが要求される。   Therefore, in order to perform such an operation, it is required to control the frequency with high accuracy at least with an error smaller than about 0.1 [Hz].

この光検出装置においては、DSP3における演算処理により生成したX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYを用いているため、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの周波数比mを高精度に制御することが可能であり、これらX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYによって2軸偏向ミラー1における各軸方向についての傾きを制御することにより、安定した軌跡を描くサーチ動作を行わせることができる。   In this photodetector, since the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY generated by the arithmetic processing in the DSP 3 are used, the frequency ratio m between the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY is set with high accuracy. The X axis control signal SSX and the Y axis control signal SSY can be used to control the inclination of each axis direction in the biaxial deflection mirror 1 to perform a search operation that draws a stable trajectory. Can do.

アナログ回路によりX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYを発生させた場合には、高精度な設定が困難であり、また、温度ドリフト等の影響により周波数及び周波数比が変化してしまうため、安定な動作を行うことができない。   When the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY are generated by an analog circuit, it is difficult to set with high accuracy, and the frequency and frequency ratio change due to the influence of temperature drift, etc. Stable operation cannot be performed.

(sin演算方法について)
サーチ動作において、DSP3は、サンプリング周期にしたがって一定の割合で増加する変数φをSin演算し、その結果をサンプリング周期に同期して動作するD/A変換器4に連続的に出力することにより、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYを発生させる。
(About sin calculation method)
In the search operation, the DSP 3 calculates a variable φ that increases at a constant rate according to the sampling period, and continuously outputs the result to the D / A converter 4 that operates in synchronization with the sampling period. X-axis control signal SSX and Y-axis control signal SSY are generated.

以下、DSP3によるX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの生成方法について、DSP3の内部プログラム動作を述べる。   Hereinafter, an internal program operation of the DSP 3 will be described with respect to a method of generating the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY by the DSP 3.

図11は、正弦波を演算するためのDSP3の構成を示すブロック図である。   FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of the DSP 3 for calculating a sine wave.

この図11は、DSP3の内部における演算機能を離散的信号処理として表現したものである。このDSP3において、Sin演算ブロック20は、入力変数φのSin(φ)を演算するブロックである。具体的演算方法は、コンパイラで提供されるSin関数をそのまま利用することが可能であるが、演算精度と演算速度のバランスを考慮して、近似多項式を利用してもよい。   FIG. 11 represents the calculation function inside the DSP 3 as discrete signal processing. In the DSP 3, the Sin calculation block 20 is a block for calculating Sin (φ) of the input variable φ. As a specific calculation method, the Sin function provided by the compiler can be used as it is, but an approximate polynomial may be used in consideration of the balance between calculation accuracy and calculation speed.

サンプリング遅延手段21は、1サンプリング周期前の入力変数φの数値を保持する機能を有する。また、加算器22は、入力変数φと、サンプリング遅延手段21により保持された1サンプリング周期前の入力変数φとの加算演算を行い、Sin演算ブロック20及びサンプリング遅延手段21に送る。   The sampling delay means 21 has a function of holding the numerical value of the input variable φ one sampling period before. Further, the adder 22 performs an addition operation on the input variable φ and the input variable φ one sampling period before held by the sampling delay unit 21, and sends it to the Sin calculation block 20 and the sampling delay unit 21.

このDSP3における正弦波の周波数を決める定数Cは、以下の(式2)により求められる。   The constant C that determines the frequency of the sine wave in the DSP 3 is obtained by the following (Equation 2).

C=2・π・F0・T(∵F0は正弦波の周波数、Tはサンプリング周期である)・・(式2)
Sin演算ブロック20以外の部分は、以下の(式3)に示す演算を行う。
C = 2 · π · F0 · T (∵F0 is the frequency of the sine wave, T is the sampling period) (Equation 2)
The parts other than the Sin calculation block 20 perform the calculation shown in the following (Equation 3).

φ〔n〕=φ〔n−1〕+C(∵nは現在のサンプリング回数である)・・(式3)
この(式3)は、サンプリング周期ごとに、一定の割合Cでφ〔n〕を増加させることを意味している。このように、サンプリング周期ごとに、Sin演算ブロック20でSin(φ〔n〕)を演算することにより、サンプリング周期ごとに変化するSin演算が行われる。φ〔n〕はサンプリング周期と共に順次増加するので、(φ〔n〕>2π)の条件となった場合には、以下の(式4)の演算を行うことにより、演算の発散を防止する。
φ [n] = φ [n−1] + C (∵n is the current sampling count) (Equation 3)
This (Equation 3) means that φ [n] is increased at a constant rate C for each sampling period. Thus, by calculating Sin (φ [n]) in the Sin calculation block 20 for each sampling period, Sin calculation that changes for each sampling period is performed. Since φ [n] sequentially increases with the sampling period, when the condition of (φ [n]> 2π) is satisfied, the calculation of the following (Equation 4) is performed to prevent the divergence of the calculation.

φ〔n〕=φ〔n−1〕−2π・・・(式4)
図12は、DSP3における正弦波の演算処理を示すフローチャートである。
φ [n] = φ [n−1] −2π (Formula 4)
FIG. 12 is a flowchart showing a sine wave calculation process in the DSP 3.

次に、図12に示す正弦波演算のフローチャートを用いて、DSP3におけるプログラムの流れを説明する。   Next, the flow of a program in the DSP 3 will be described with reference to the sine wave calculation flowchart shown in FIG.

S1においては、入力変数φを初期化し(φ=0とする)、S2に進む。   In S1, the input variable φ is initialized (φ = 0), and the process proceeds to S2.

S2においては、前記(式2)により、定数Cを計算し、S3に進む。   In S2, the constant C is calculated by the above (Formula 2), and the process proceeds to S3.

S3では、クロック発生器15からのサンプリング(割り込み)信号を待ち、割込みがあったならば、S4に進む。   In S3, a sampling (interrupt) signal from the clock generator 15 is waited. If there is an interrupt, the process proceeds to S4.

S4では、入力変数φに定数Cを加え、一定の割合で増加させ、S5に進む。   In S4, a constant C is added to the input variable φ, and it is increased at a constant rate, and the process proceeds to S5.

S5では、入力変数φが2π以上の場合にはS6に進み、入力変数φが2π未満の場合にはS7に進む。   In S5, if the input variable φ is 2π or more, the process proceeds to S6, and if the input variable φ is less than 2π, the process proceeds to S7.

S6では、入力変数φの発散を防ぐために、入力変数φから2πを減算し、S7に進む。   In S6, 2π is subtracted from the input variable φ to prevent the input variable φ from diverging, and the process proceeds to S7.

S7では、Sin(φ)を演算し、これをDとし、S8に進む。   In S7, Sin (φ) is calculated and set to D, and the process proceeds to S8.

S8では、Sin(φ)であるDにリサージュ動作の振幅を制御するための定数Wを掛けた後、直流成分を決める定数S(定数Sは正負の値を持つ)を加算する。   In S8, D, which is Sin (φ), is multiplied by a constant W for controlling the amplitude of the Lissajous operation, and then a constant S for determining the DC component (constant S has a positive or negative value) is added.

S9では、DDについて、D/A変換器4のビット数に対応した定数Aを掛けることにより、これをSDとし、S3に戻る。   In S9, DD is multiplied by a constant A corresponding to the number of bits of the D / A converter 4 to obtain SD, and the process returns to S3.

また、このような演算処理により、周波数の異なるX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYを発生させるには、DSP3において、前記(式2)に示したSin演算を、異なる2つの定数Cを用いて行えばよい。   Further, in order to generate the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY having different frequencies by such calculation processing, the DSP 3 performs the Sin calculation shown in the above (Equation 2) with two different constants C. You can use it.

図13は、DSP3において、周波数の異なるX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYを発生させる場合の演算処理を示すフローチャートである。   FIG. 13 is a flowchart showing a calculation process when the DSP 3 generates the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY having different frequencies.

すなわち、この図13においては、2軸偏向ミラー1におけるX軸及びY軸についての周波数をそれぞれFx、Fyとし、X軸Sin数値データSAXを演算するための(式2)に対応する定数をCx、Y軸Sin数値データSAYを演算するための(式2)に対応する定数をCyとした場合について示している。   That is, in FIG. 13, the frequency for the X axis and the Y axis in the biaxial deflection mirror 1 is Fx and Fy, respectively, and the constant corresponding to (Expression 2) for calculating the X axis Sin numerical data SAX is Cx. , The constant corresponding to (Expression 2) for calculating the Y-axis Sin numerical data SAY is represented by Cy.

S1では、入力変数φx、φyを初期化し(φx=0、φy=0)、S2に進む。   In S1, the input variables φx and φy are initialized (φx = 0, φy = 0), and the process proceeds to S2.

S2では、前記(式2)により、定数Cx、Cyを計算し、S3に進む。   In S2, the constants Cx and Cy are calculated by the above (Formula 2), and the process proceeds to S3.

S3では、クロック発生器15からのサンプリング(割込み)信号を待ち、割込みがあったならば、S4に進む。   In S3, a sampling (interrupt) signal from the clock generator 15 is waited. If there is an interrupt, the process proceeds to S4.

S4では、入力変数φxに定数Cx、入力変数φyに定数Cyを加え、それぞれ一定の割合で増加させ、S5に進む。   In S4, the constant Cx is added to the input variable φx, and the constant Cy is added to the input variable φy, which are increased at a constant rate, and the process proceeds to S5.

S5では、入力変数φxが2π以上の場合にはS6に進み、入力変数φxが2π未満の場合にはS7に進む。   In S5, if the input variable φx is 2π or more, the process proceeds to S6, and if the input variable φx is less than 2π, the process proceeds to S7.

S6では、入力変数φxの発散を防ぐために、φxから2πを減算し、S7に進む。   In S6, in order to prevent the divergence of the input variable φx, 2π is subtracted from φx, and the process proceeds to S7.

S7では、入力変数φyが2π以上の場合にはS8に進み、入力変数φyが2π未満の場合にはS9に進む。   In S7, if the input variable φy is 2π or more, the process proceeds to S8, and if the input variable φy is less than 2π, the process proceeds to S9.

S8では、入力変数φyの発散を防ぐために、φyから2πを減算し、S9に進む。   In S8, in order to prevent the divergence of the input variable φy, 2π is subtracted from φy, and the process proceeds to S9.

S9では、Sin(φx)、Sin(φy)をそれぞれ演算し、それぞれをDx、Dyとして、S10に進む。   In S9, Sin (φx) and Sin (φy) are calculated, respectively, and Dx and Dy are set, respectively, and the process proceeds to S10.

S10では、Dx、Dyにリサージュ動作の振幅を制御するための定数WX、WYをそれぞれ掛けた後、直流成分を決める定数SX、SY(定数SX、SYは正負の値を持つ)をそれぞれ加算する。   In S10, Dx and Dy are multiplied by constants WX and WY for controlling the amplitude of the Lissajous operation, respectively, and then constants SX and SY (constants SX and SY have positive and negative values) for determining DC components are added. .

S11では、DDX、DDYについて、D/A変換器4のビット数に対応した定数Aを掛けることにより、これをSDX、SDYとし、S3に戻る。   In S11, DDX and DDY are multiplied by a constant A corresponding to the number of bits of the D / A converter 4 to obtain SDX and SDY, and the process returns to S3.

ここで、DxがX軸Sin数値データSAXに、DyがY軸Sin数値データSAYとなる。   Here, Dx is the X-axis Sin numerical data SAX, and Dy is the Y-axis Sin numerical data SAY.

このように演算されたX軸Sin数値データSAX及びY軸Sin数値データSAYを、D/A変換器4でD/A変換し、駆動アンプ6で電流増幅してX軸駆動磁気コア1i及びY軸駆動磁気コア1jの各コイル1k,1lに給電することにより、2軸偏向ミラー1の各軸が正弦波駆動される。また、重畳された直流成分により、特定の方向を中心にしたリサージュ図形を描く動作が行われる。   The X-axis Sin numerical data SAX and the Y-axis Sin numerical data SAY calculated in this way are D / A converted by the D / A converter 4 and current-amplified by the drive amplifier 6 to be X-axis driven magnetic cores 1i and Y. By supplying power to the coils 1k and 1l of the shaft driving magnetic core 1j, each axis of the biaxial deflection mirror 1 is driven in a sine wave. In addition, an operation of drawing a Lissajous figure centering on a specific direction is performed by the superimposed DC component.

(領域を分割したサーチ動作の制御方法について)
この光検出装置においては、前述したように、図9中の(a)乃至(d)に示すサーチ動作を順次繰り返すことにより、サーチ領域SEの全域についてのサーチ動作を行うことができる。このようなサーチ動作は、前述のように、0.25秒ごとで収束するので、各領域に対するサーチ動作を0.25秒ごとに切換えることによって、1秒間でサーチ領域SEの全域についてのサーチ動作を行うことができる。
(Regarding the search operation control method with divided areas)
In this photodetection device, as described above, the search operation for the entire search region SE can be performed by sequentially repeating the search operations shown in FIGS. 9A to 9D. Since such a search operation converges every 0.25 seconds as described above, the search operation for the entire region of the search region SE is performed in one second by switching the search operation for each region every 0.25 seconds. It can be performed.

図14は、本発明に係る光検出装置の第1実施形態におけるDSP3の演算処理制御のフローチャートである。   FIG. 14 is a flowchart of arithmetic processing control of the DSP 3 in the first embodiment of the light detection device according to the present invention.

DSP3は、まず、図9の(a)に示すサーチ分割領域SDE1をサーチするために、図14に示すS1にて、リサージュ図形の描画中心位置がXY座標(0.5,0.5)となるように定数Sx、Syを設定する。なお、ここでの数値は、図に対応させて説明るためのものであり、数値的意味は無い。   First, in order to search the search division area SDE1 shown in FIG. 9A, the DSP 3 sets the drawing center position of the Lissajous figure to the XY coordinates (0.5, 0.5) in S1 shown in FIG. Constants Sx and Sy are set so that The numerical values here are for explanation corresponding to the drawings, and have no numerical meaning.

次に、図14のS2にて、サーチ分割領域SDE1についてのサーチ動作を開始し、S3でサーチ時間を監視し、0.25秒が経過していればS4に進む。   Next, a search operation for the search division region SDE1 is started in S2 of FIG. 14, the search time is monitored in S3, and if 0.25 seconds have elapsed, the process proceeds to S4.

図14のS4では、図9の(b)に示すサーチ分割領域SDE2をサーチするために、リサージュ図形の描画中心位置がXY座標(−0.5,0.5)となるように、定数Sx、Syを設定する。   In S4 of FIG. 14, in order to search the search division area SDE2 shown in FIG. 9B, the constant Sx is set so that the drawing center position of the Lissajous figure becomes the XY coordinates (−0.5, 0.5). , Sy are set.

次に、図14のS5にて、サーチ分割領域SDE2についてのサーチ動作を開始し、S6でサーチ時間を監視し、0.25秒が経過していればS7に進む。   Next, a search operation for the search division region SDE2 is started in S5 of FIG. 14, the search time is monitored in S6, and if 0.25 seconds have elapsed, the process proceeds to S7.

図14のS7では、図9の(c)に示すサーチ分割領域SDE3をサーチするために、リサージュ図形の描画中心位置がXY座標(−0.5,−0.5)となるように、定数Sx、Syを設定する。   In S7 of FIG. 14, in order to search the search division area SDE3 shown in FIG. 9C, constants are set so that the drawing center position of the Lissajous figure becomes the XY coordinates (−0.5, −0.5). Sx and Sy are set.

次に、図14のS8にて、サーチ分割領域SDE3についてのサーチ動作を開始し、S9でサーチ時間を監視し、0.25秒が経過していればS10に進む。   Next, a search operation for the search division region SDE3 is started in S8 of FIG. 14, the search time is monitored in S9, and if 0.25 seconds have elapsed, the process proceeds to S10.

図14のS10では、図9の(d)に示すサーチ分割領域SDE4をサーチするために、リサージュ図形の描画中心位置がXY座標(0.5,−0.5)となるように、定数Sx、Syを設定する。   In S10 of FIG. 14, in order to search the search division area SDE4 shown in FIG. 9D, the constant Sx is set so that the drawing center position of the Lissajous figure becomes the XY coordinates (0.5, −0.5). , Sy are set.

次に、図14のS11にて、サーチ分割領域SDE4についてのサーチ動作を開始し、S12でサーチ時間を監視し、0.25秒が経過していればS1に戻る。   Next, a search operation for the search division region SDE4 is started in S11 of FIG. 14, the search time is monitored in S12, and if 0.25 seconds have elapsed, the process returns to S1.

以上のようなルーチンによれば、1秒間にサーチ領域SEの全域についてのサーチ動作を行うことができる。   According to the routine as described above, the search operation for the entire search area SE can be performed in one second.

そして、このルーチン中に、二次元PSD素子2の受光面2aに対するパイロット参照光の入射が検出されれば、サーチ動作は完了する。すなわち、サーチ動作をしているときに、受光面2aの受光エリア内にパイロット参照光が入射した場合には、サーボエラー信号レベル検出回路9が入射光量信号SBに基づいてサーボエラー信号のレベルを検出し、信号切換部5の動作により、サーチ動作から、サーボ制御回路8によるサーボ動作(閉ループ制御動作)に切換えられ、光軸調整が行われる。   If the pilot reference light is incident on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 during this routine, the search operation is completed. That is, when the pilot reference light enters the light receiving area of the light receiving surface 2a during the search operation, the servo error signal level detection circuit 9 determines the servo error signal level based on the incident light amount signal SB. Then, by the operation of the signal switching unit 5, the search operation is switched to the servo operation (closed loop control operation) by the servo control circuit 8, and the optical axis is adjusted.

(サーチ動作とサーボ動作との切換え動作について)
図15は、サーチ動作中におけるPSD信号処理回路7及びサーボエラー信号レベル検出回路9からの出力信号波形を示す波形図である。
(Switching operation between search operation and servo operation)
FIG. 15 is a waveform diagram showing output signal waveforms from the PSD signal processing circuit 7 and the servo error signal level detection circuit 9 during the search operation.

前述したようなサーチ動作中においては、二次元PSD素子2の受光面2aの受光エリア内にパイロット参照光が照射されると、図15中の(b)に示すように、PSD信号処理回路7からの入射光量信号(SB)のレベルが増大するとともに、図15中の(a)に示すように、PSD信号処理回路7からのパイロット参照光のスポット位置に応じたサーボエラー信号(X軸位置信号(SX)、Y軸位置信号(SY))が変化する。   During the search operation as described above, when pilot reference light is irradiated into the light receiving area of the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2, the PSD signal processing circuit 7 is shown in FIG. As the level of the incident light amount signal (SB) from the signal increases, a servo error signal (X-axis position corresponding to the spot position of the pilot reference light from the PSD signal processing circuit 7 as shown in FIG. Signal (SX), Y-axis position signal (SY)) changes.

サーボエラー信号レベル検出回路9は、例えば、入射光量信号(SB)が規定レベルA以上であって、かつ、X軸位置信号(SX)、Y軸位置信号(SY)のいずれかのレベルが0となったときに、図15中の(C)に示すように、切換制御信号(SE)を変化させて信号切換部5を制御し、サーチ動作からサーボ動作(閉ノレープ制御動作)への切換えを行い、光軸調整が行われるようにする。   In the servo error signal level detection circuit 9, for example, the incident light amount signal (SB) is equal to or higher than a specified level A, and the level of either the X-axis position signal (SX) or the Y-axis position signal (SY) is 0. At this time, as shown in FIG. 15C, the switching control signal (SE) is changed to control the signal switching unit 5, and the switching from the search operation to the servo operation (closed norape control operation) is performed. To adjust the optical axis.

サーボ動作中においては、二次元PSD素子2の受光面2aの受光エリア内にパイロット参照光が入射されている限り、2軸偏向ミラー1によつて、パイロット参照光の方向に追従して光軸が調整される。   During the servo operation, as long as the pilot reference light is incident in the light receiving area of the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2, the optical axis follows the direction of the pilot reference light by the biaxial deflection mirror 1. Is adjusted.

〔第2の実施の形態〕
図16は、本発明に係る光検出装置の第2実施形態におけるDSP3の演算処理制御の第1例を示すフローチャートである。
[Second Embodiment]
FIG. 16 is a flowchart showing a first example of arithmetic processing control of the DSP 3 in the second embodiment of the light detection device according to the present invention.

この第2実施形態においては、DSP3は、図16に示すように、S1でサーチ動作を開始し、S2で、分解能を比較的低い分解能である第1の分解能(例えば、図6中の(e)に示す分解能が11800となる周波数比mは1.18)としてサーチ領域SE全域についてのサーチ動作を実行する。   In the second embodiment, as shown in FIG. 16, the DSP 3 starts the search operation in S1, and in S2, the first resolution (for example, (e in FIG. The frequency ratio m at which the resolution shown in (1) is 11800 is 1.18), and the search operation for the entire search region SE is executed.

次に、S3で、所定時間内に二次元PSD素子2の受光面2aに対するパイロット参照光の入射が検出されたか否かを判別する。所定時間内に二次元PSD素子2の受光面2aにパイロット参照光が入射した場合には、S5に進んでサーチ動作を終了し、入射しなかつた場合には、S4に進む。   Next, in S3, it is determined whether or not the incidence of pilot reference light on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 is detected within a predetermined time. If the pilot reference light is incident on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 within the predetermined time, the process proceeds to S5, the search operation is terminated, and if it is not incident, the process proceeds to S4.

S4では、DSP3は、サーチ領域SEを4分割することにより、分解能を第1の分解能よりも高い第2の分解能(例えば、図に示す分解能が80800となる周波数比m=1.01)として、二次元PSD素子2の受光面2aに対するパイロット参照光の入射が検出されるまでサーチ動作を実行する。   In S4, the DSP 3 divides the search area SE into four, thereby setting the second resolution higher than the first resolution (for example, the frequency ratio m = 1.01 at which the resolution shown in the drawing is 80800), The search operation is executed until the incidence of pilot reference light on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 is detected.

このときのサーチ動作は、前述したように、サーチ領域SEを分割し、分割された各領域に対するサーチ動作を順次行ってゆくものである。   As described above, the search operation at this time divides the search area SE and sequentially performs the search operation for each of the divided areas.

このサーチ動作が完了した場合には、S5に進んでサーチ動作を終了する。   When this search operation is completed, the process proceeds to S5 and the search operation is terminated.

このように、比較的低い分解能においてサーチ動作を開始することにより、この段階で二次元PSD素子2の受光面2aに対するパイロット参照光の入射が検出されれば、サーチ動作を迅速に完了することができる。また、比較的低い分解能におけるサーチ動作によりパイロット参照光の入射が検出されなくとも、次に、高い分解能におけるサーチ動作を実行するので、パイロット参照光の入射を確実に検出することができる。   In this way, by starting the search operation at a relatively low resolution, if the incidence of pilot reference light on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 is detected at this stage, the search operation can be completed quickly. it can. Further, even if the pilot reference light is not detected by the search operation at a relatively low resolution, the search operation at the high resolution is executed next, so that the pilot reference light can be reliably detected.

図17は、本発明に係る光検出装置の第2実施形態におけるDSP3の演算処理制御の第2例を示すフローチャートである。   FIG. 17 is a flowchart showing a second example of arithmetic processing control of the DSP 3 in the second embodiment of the light detection device according to the present invention.

さらに、DSP3は、図17に示すように、サーチ領域SEの分割数を順次多くしてゆくことにより分解能を順次高くしてゆきながら、サーチ動作を繰り返し実行するようにしてもよい。   Furthermore, as shown in FIG. 17, the DSP 3 may repeatedly execute the search operation while sequentially increasing the resolution by sequentially increasing the number of divisions of the search area SE.

すなわち、この場合には、DSP3は、図17に示すように、S1でサーチ動作を開始し、S2で、分解能を、比較的低い分解能である第1の分解能(例えば、図6中の(e)に示す分解能が11800となる周波数比l11=1.18)としてサーチ領域SE全域についてのサーチ動作を実行する。   That is, in this case, as shown in FIG. 17, the DSP 3 starts the search operation in S1, and in S2, the resolution is set to the first resolution (for example, (e in FIG. The search operation for the entire search region SE is executed at a frequency ratio l11 = 1.18) where the resolution shown in FIG.

次に、S3で、所定時間内に二次元PSD素子2の受光面2aに対するパイロット参照光の入射が検出されたか否かを判別する。所定時間内に二次元PSD素子2の受光面2aにパイロット参照光が入射した場合には、S7に進んでサーチ動作を終了し、入射しなかった場合には、S4に進む。   Next, in S3, it is determined whether or not the incidence of pilot reference light on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 is detected within a predetermined time. If the pilot reference light is incident on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 within the predetermined time, the process proceeds to S7, the search operation is terminated, and if it is not incident, the process proceeds to S4.

S4では、DSP3は、サーチ領域SEを4分割することにより、分解能を第1の分解能よりも高い第2の分解能(例えば、図に示す分解能が80800となる周波数比m=1.01)として、二次元PSD素子2の受光面2aに対するパイロット参照光の入射が検出されるまでサーチ動作を実行する。   In S4, the DSP 3 divides the search area SE into four, thereby setting the second resolution higher than the first resolution (for example, the frequency ratio m = 1.01 at which the resolution shown in the drawing is 80800), The search operation is executed until the incidence of pilot reference light on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 is detected.

このときのサーチ動作は、前述したように、サーチ領域SEを分割し、分割された各領域に対するサーチ動作を順次行ってゆくものである。   As described above, the search operation at this time divides the search area SE and sequentially performs the search operation for each of the divided areas.

次に、S5で、所定時間内に二次元PSD素子2の受光面2aに対するパイロット参照光の入射が検出されたか否かを判別する。所定時間内に二次元PSD素子2の受光面2aにパイロット参照光が入射した場合には、S7に進んでサーチ動作を終了し、入射しなかった場合には、S6に進む。   Next, in S5, it is determined whether or not the incidence of pilot reference light on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 is detected within a predetermined time. If the pilot reference light is incident on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 within a predetermined time, the process proceeds to S7, the search operation is terminated, and if it is not incident, the process proceeds to S6.

S6では、DSP3は、サーチ領域SEを16分割することにより、分解能を第2の分解能よりも高い第3の分解能(例えば、図に示す分解能が80800となる周波数比m=1.01の2倍の分解能161600)として、二次元PSD素子2の受光面2aに対するパイロット参照光の入射が検出されるまでサーチ動作を実行する。   In S6, the DSP 3 divides the search area SE into 16 parts, so that the third resolution is higher than the second resolution (for example, twice the frequency ratio m = 1.01 at which the resolution shown in the figure is 80800). The search operation is executed until the incidence of pilot reference light on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 is detected.

このときのサーチ動作は、前述したように、サーチ領域SEを分割し、分割された各領域に対するサーチ動作を順次行ってゆくものである。   As described above, the search operation at this time divides the search area SE and sequentially performs the search operation for each of the divided areas.

このサーチ動作が完了した場合には、S7に進んでサーチ動作を終了する。   When this search operation is completed, the process proceeds to S7 and the search operation is terminated.

なお、この図17においては、第1乃至第3の分解能によるサーチ動作までを示しているが、さらに、第4、第5・・・の分解能というように、順次分解能を高くしてゆきながらサーチ動作を繰返し実行するようにしてもよい。   Although FIG. 17 shows the search operation with the first to third resolutions, the search is further performed while increasing the resolution sequentially, such as the fourth, fifth,... Resolutions. The operation may be repeatedly executed.

このように、比較的低い分解能においてサーチ動作を開始することにより、この段階で二次元PSD素子2の受光面2aに対するパイロット参照光の入射が検出されれば、サーチ動作を迅速に完了することができる。また、比較的低い分解能におけるサーチ動作によりパイロット参照光の入射が検出されなくとも、次に、順次分解能を高くしていってサーチ動作を繰返し実行するので、パイロット参照光の入射を確実に検出することができる。   In this way, by starting the search operation at a relatively low resolution, if the incidence of pilot reference light on the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2 is detected at this stage, the search operation can be completed quickly. it can. Also, even if the pilot reference light is not detected by the search operation at a relatively low resolution, the search operation is repeatedly executed with the resolution being increased successively, so that the pilot reference light is reliably detected. be able to.

〔第3の実施の形態〕
図18は、本発明の第3実施形態に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。
[Third Embodiment]
FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the photodetecting device according to the third embodiment of the present invention.

この実施形態における光検出装置は、図18に示すように、前述の第1の実施の形態における光検出装置の構成を備えるとともに、さらに、第2の二次元光位置検出手段となる第2の二次元光位置検出部を備えて構成される。   As shown in FIG. 18, the photodetector in this embodiment includes the configuration of the photodetector in the first embodiment described above, and further serves as a second two-dimensional optical position detector. A two-dimensional optical position detector is provided.

第2の二次元光位置検出部は、図18に示すように、CMOSセンサ18と、広範囲な方向からのパイロット参照光(PLB)をCMOSセンサ18に集光させるための広角レンズ17と、不要な光をカットするための可視光遮断フィルタ19とにより構成されている。この第2の二次元光位置検出部は、前述した光学系及び2軸偏向ミラー1と一体に配置されている。     As shown in FIG. 18, the second two-dimensional light position detection unit does not require a CMOS sensor 18, a wide-angle lens 17 for condensing pilot reference light (PLB) from a wide range of directions on the CMOS sensor 18, and unnecessary. And a visible light blocking filter 19 for cutting light. The second two-dimensional light position detection unit is disposed integrally with the optical system and the biaxial deflection mirror 1 described above.

受信側の器機が発するパイロット参照光(PLB)は、通信エリアの全域を網羅する拡散光である。したがって、CMOSセンサ18には、パイロット参照光(PLB)が常に入射し、受光面のどこかに光ビームスポットが形成される。したがって、CMOSセンサ18の受光面においては、パイロット参照光(PLB)の入射方向によって、光ビームスポットの位置が変化する。   Pilot reference light (PLB) emitted from the receiving device is diffused light that covers the entire communication area. Therefore, the pilot reference light (PLB) is always incident on the CMOS sensor 18, and a light beam spot is formed somewhere on the light receiving surface. Therefore, on the light receiving surface of the CMOS sensor 18, the position of the light beam spot changes depending on the incident direction of the pilot reference light (PLB).

図19は、前記光検出装置のCMOSセンサ受光面とパイロット参照光PLBの照射光ビームスポットPLBsの関係を示す平面図である。   FIG. 19 is a plan view showing the relationship between the light receiving surface of the CMOS sensor of the photodetector and the irradiation light beam spot PLBs of the pilot reference light PLB.

例えば、CMOSセンサ18は、マトリクス状に配置された90×90画素で構成され、各画素の光情報が電気信号に変換されることによりイメージ情報が出力される。   For example, the CMOS sensor 18 includes 90 × 90 pixels arranged in a matrix, and image information is output by converting light information of each pixel into an electrical signal.

CMOSセンサ18のイメージ情報出力は、スポット位置情報処理部20に入力される。スポット位置情報処理部20は、各画素情報のレベルやスポット形状抽出処理などの画像処理によって光ビームスポットPLBsの中心画素位置を算出する。   Image information output from the CMOS sensor 18 is input to the spot position information processing unit 20. The spot position information processing unit 20 calculates the center pixel position of the light beam spot PLBs by image processing such as the level of each pixel information and spot shape extraction processing.

図20は、前記光検出装置のスポット位置情報処理部で使用される座標角度変換テーブルの例である。   FIG. 20 is an example of a coordinate angle conversion table used in the spot position information processing unit of the light detection device.

また、スポット位置情報処理部20には、図20に示すように、広角レンズ17による像の歪みや、2軸偏向ミラー1とCMOSセンサの相対位置の影響を補正するための、座標角度変換テーブルが保存されており、各画素に対応した2軸偏向ミラー駆動信号の直流成分データ(x00、y00〜x89、y89)が収納されている。   Further, as shown in FIG. 20, the spot position information processing unit 20 includes a coordinate angle conversion table for correcting image distortion caused by the wide-angle lens 17 and the influence of the relative positions of the biaxial deflection mirror 1 and the CMOS sensor. Are stored, and DC component data (x00, y00 to x89, y89) of the biaxial deflection mirror drive signal corresponding to each pixel is stored.

直流成分データはDSP3に送られる。DSP3では、直流成分データから直流成分を生成し、2軸偏向ミラー1の駆動信号に重畳する。   The DC component data is sent to the DSP 3. In the DSP 3, a direct current component is generated from the direct current component data and is superimposed on the drive signal of the biaxial deflection mirror 1.

以上のような方法によって、パイロット参照光PLBの概略的な出射方向がリサージュサーチ方向の中心となるように、すなわち、2軸偏向ミラー1によるサーチ動作が特定したサーチ方向を中心としたものになるように、2軸偏向ミラー1を制御することが出来ることができる。   By the method as described above, the approximate emission direction of the pilot reference light PLB becomes the center of the Lissajous search direction, that is, the search operation by the biaxial deflection mirror 1 is centered on the specified search direction. Thus, the biaxial deflection mirror 1 can be controlled.

(光検出装置の動作)
以下、この実施形態における光検出装置の動作について説明する。
(Operation of photodetection device)
Hereinafter, the operation of the photodetector in this embodiment will be described.

この光検出装置においては、図18に示すように、受信側の器機からのパイロット参照光が二次元PSD素子2の受光面2aの座標中心(O)に入射するように、2軸偏向ミラー1が制御されている状態、すなわちサーボ動作状態において、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが一致し、安定した信号送信が可能となる。   In this photodetection device, as shown in FIG. 18, the biaxial deflecting mirror 1 is arranged so that pilot reference light from the receiving device enters the coordinate center (O) of the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2. Is controlled, that is, in the servo operation state, the optical axis of the transmission light beam coincides with the optical axis of the pilot reference light, and stable signal transmission becomes possible.

そして、パイロット参照光が二次元PSD素子2の受光面2aの受光エリア内に入射していれば、サーボ制御回路8の動作により、このパイロット参照光が受光面2aの座標中心(O)に入射されるように2軸偏向ミラー1が制御され、光軸調整が行われる。   If the pilot reference light is incident on the light receiving area of the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2, the pilot reference light is incident on the coordinate center (O) of the light receiving surface 2a by the operation of the servo control circuit 8. Thus, the biaxial deflection mirror 1 is controlled to adjust the optical axis.

図21は、本発明に係る光検出装置において、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれている状態を示すブロック図である。   FIG. 21 is a block diagram showing a state in which the optical axis of the transmission light beam and the optical axis of the pilot reference light are greatly deviated in the photodetector according to the present invention.

図21に示すように、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれている状態においては、パイロット参照光が二次元PSD素子2の受光面2aに入射しないので、サーボ制御回路8の動作による光軸調整を行うことができない。このような状態は、送受信器を設置して初めて信号通信を開始するときや、何らかの原因で送受信器が移動してしまつた場合等に生じる。   As shown in FIG. 21, in a state where the optical axis of the transmission light beam and the optical axis of the pilot reference light are greatly deviated, the pilot reference light does not enter the light receiving surface 2a of the two-dimensional PSD element 2, so that the servo The optical axis cannot be adjusted by the operation of the control circuit 8. Such a state occurs when signal communication is started for the first time after installing the transmitter / receiver, or when the transmitter / receiver moves for some reason.

この光検出装置においては、このように送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれてしまっている場合には、DSP3の動作により、2軸偏向ミラー1を広角度の範囲で走査駆動させてパイロット参照光の方向を検出するサーチ動作を行う。   In this light detection apparatus, when the optical axis of the transmission light beam and the optical axis of the pilot reference light are greatly deviated as described above, the DSP 3 operates the biaxial deflection mirror 1 with a wide angle. A search operation for detecting the direction of the pilot reference light is performed by scanning within the range.

本発明のサーチ動作時には、2軸偏向ミラー1のX軸制御信号SSX及びY軸サーチ制御借号SSYを互いに周波数の異なる正弦波信号とすることにより、ミラー反射面の傾きの方向がリサージュ図形を描く。   In the search operation of the present invention, the X-axis control signal SSX and the Y-axis search control sign SSY of the biaxial deflecting mirror 1 are sine wave signals having different frequencies so that the direction of inclination of the mirror reflecting surface is a Lissajous figure. Draw.

光学系は、前記のように、PSD2の受光面2aの中心にパイロット参照光が入射する時に、送信用光ビームとパイロット参照光とが同軸となるように調整されているので、送信用光ビームの送出方向もリサージュ図形を描く。   Since the optical system is adjusted so that the transmission light beam and the pilot reference light are coaxial when the pilot reference light is incident on the center of the light receiving surface 2a of the PSD 2, as described above, the transmission light beam The Lissajous figure is also drawn in the sending direction.

したがって、サーチ動作中に送信用光ビーム仮想送出方向とパイロット参照光の光軸が近づくとPSD2の受光面2aの受光エリア内にパイロット参照光が入射するので、サーチ動作から、サーボ制御回路8によるサーボ動作(閉ループ制御動作)に切換えられ、光軸調整が行われ、サーチ動作が終了する。   Therefore, when the transmission light beam virtual transmission direction and the optical axis of the pilot reference light approach during the search operation, the pilot reference light enters the light receiving area of the light receiving surface 2a of the PSD 2, so that the servo control circuit 8 starts the search operation. The servo operation (closed loop control operation) is switched, the optical axis is adjusted, and the search operation ends.

第1の実施形態と同様に、リサージュの描画範囲は、2軸偏向ミラー1の可動範囲全体を用いることにより広範囲のサーチ動作を行うことができる。また、リサージュ図形を細かい軌跡として、サーチの分解能を高くしようとすると、サーチに時間を要することになるので、高速なサーチを行うためには、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの周波数を高くする必要がある。   As in the first embodiment, the Lissajous drawing range can perform a wide range of search operations by using the entire movable range of the biaxial deflection mirror 1. Further, if the Lissajous figure is used as a fine trajectory and an attempt is made to increase the search resolution, it takes time for the search. Therefore, in order to perform a high-speed search, the frequency of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY. Need to be high.

(サーチ領域の限定について)
広範囲のサーチ動作を高速で行おうとする場合には、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの周波数を高くすればよいが、2軸偏向ミラー1の質量やバネ定数などから生じる振動特性の影響により安定な動作を行うことができなくなる。そこで、リサージュ図形の描画範囲を小さくすれば、2軸偏向ミラー1の駆動角度が小さくなるので、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYの周波数が高くても安定な動作が可能となる。
(Search area limitation)
When a wide range search operation is to be performed at high speed, the frequency of the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY may be increased. Stable operation cannot be performed due to the influence. Therefore, if the Lissajous figure drawing range is reduced, the drive angle of the biaxial deflecting mirror 1 is reduced, so that stable operation is possible even if the frequency of the X-axis control signal SSX and Y-axis control signal SSY is high.

前述したように、周波数比m=1.01(整数比100:101)とし、FX=400Hz、Fy=404Hzとした場合のサーチ軌跡を考える。この場合には、正弦波100周期でサーチ軌跡が収束し、0.25秒ごとに同じ軌跡を描く。また、Y軸を200回、X軸を202回横切る軌跡となる。また、2軸偏向ミラー1の駆動角度が小さなくなるように、リサージュ図形の描画の振幅を1/2にすれば、分解能は、40400の2倍、80800と考えることができ、この領域においては分解能が高く、かつ、安定な高速サーチが可能となる。   As described above, a search locus when the frequency ratio m = 1.01 (integer ratio 100: 101), FX = 400 Hz, and Fy = 404 Hz is considered. In this case, the search trajectory converges with 100 cycles of the sine wave, and the same trajectory is drawn every 0.25 seconds. The trajectory crosses the Y axis 200 times and the X axis 202 times. Further, if the amplitude of the Lissajous drawing is halved so that the drive angle of the biaxial deflecting mirror 1 becomes small, the resolution can be considered to be twice that of 40400, 80800. In this region, the resolution is High-speed and stable high-speed search is possible.

この特性を利用し、この実施の形態においては、第2の二次元光位置検出部で得られた情報からパイロット参照光の位置情報により受信機器の方向を概略的な狭い領域に特定し、この領域内について、高速、かつ、高分解能でサーチ動作を行うようなリサージュ図形の描画駆動を行うことによって、サーチ動作を行う。   Using this characteristic, in this embodiment, the direction of the receiving device is specified in a roughly narrow region from the information obtained by the second two-dimensional light position detector based on the position information of the pilot reference light. The search operation is performed by drawing the Lissajous figure so that the search operation is performed at high speed and with high resolution in the region.

(CMOSセンサを用いた具体的サーチ方法についての記述)
サーチ動作の中心座標を設定するには、DSP3により、まず、第2の二次元光位置検出部のCMOSセンサ18において撮像レベルが最も大きい画素をパイロット参照光と判断し、照射位置を特定する。
(Description of specific search method using CMOS sensor)
In order to set the center coordinates of the search operation, the DSP 3 first determines the pixel having the highest imaging level as the pilot reference light in the CMOS sensor 18 of the second two-dimensional light position detection unit, and specifies the irradiation position.

ここで、前述したように、スポット位置情報処理部20には、CMOSセンサ18の各画素に対応された制御情報テーブルが保存されている。この制御情報テーブルを参照することにより、サーチ動作の中心が、パイロット参照光の入射方向となるような、最適な直流成分を生成することができる。   Here, as described above, the spot position information processing unit 20 stores a control information table corresponding to each pixel of the CMOS sensor 18. By referring to this control information table, it is possible to generate an optimum DC component such that the center of the search operation is the incident direction of the pilot reference light.

図22は本発明によるサーチ動作を示すフローチャートである。   FIG. 22 is a flowchart showing the search operation according to the present invention.

S1では、CMOSセンサでイメージの取り込みを行い、S2に進む。   In S1, an image is captured by the CMOS sensor, and the process proceeds to S2.

S2では、スポット位置情報処理部20にてビームスポットを抽出する画像処理が行われ、S3に進む。   In S2, the spot position information processing unit 20 performs image processing for extracting a beam spot, and the process proceeds to S3.

S3では、取り込んだイメージの中にビームスポットが有るかどうか判断し、ある場合はS4に進み、無い場合は、S1に戻る。   In S3, it is determined whether or not there is a beam spot in the captured image. If there is a beam spot, the process proceeds to S4. If not, the process returns to S1.

S4では、座標角度変換テーブルを参照して、各画素に対応した2軸偏向ミラー駆動信号の直流成分データが出力され、S5に進む。   In S4, with reference to the coordinate angle conversion table, the DC component data of the biaxial deflection mirror drive signal corresponding to each pixel is output, and the process proceeds to S5.

S5では、DSP3で駆動信号に直流成分が重畳され、限られた領域のリサージュサーチが行われるように2軸偏向ミラー1が駆動され、S6に進む。   In S5, the DSP 3 drives the biaxial deflection mirror 1 so that the direct current component is superimposed on the drive signal and the Lissajous search of a limited area is performed, and the process proceeds to S6.

S6では、サーボロックしたかどうかを判断し、サーボロックした場合はサーチ動作を終了する。   In S6, it is determined whether the servo is locked. If the servo is locked, the search operation is terminated.

図23は、サーチ範囲を限定した場合の動作説明図である。   FIG. 23 is an explanatory diagram of the operation when the search range is limited.

図23では、サーチ動作の中心位置が、XY座標(−0.3、0.3)に設定された場合を示している。X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYは、図23に示すように、リサージュ図形を描画する動作のための正弦波駆動信号に、このリサージュ図形の中心位置(方向)を特定するための直流成分が重畳された波形となる。   FIG. 23 shows a case where the center position of the search operation is set to XY coordinates (−0.3, 0.3). As shown in FIG. 23, the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY are direct currents for specifying the center position (direction) of the Lissajous figure in the sine wave drive signal for drawing the Lissajous figure. It becomes a waveform with superimposed components.

具体的には、図23に示すように、X軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYに直流成分を重畳することにより、リサージュ図形の中心位置(角度)、すなわち、サーチ動作を行う領域の中心位置を任意に変更し、さらに、リサージュ図形の描画振幅を最適に設定することにより、サーチ範囲を制御する。   Specifically, as shown in FIG. 23, by superimposing a DC component on the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY, the center position (angle) of the Lissajous figure, that is, the center of the area where the search operation is performed. The search range is controlled by arbitrarily changing the position and further optimally setting the drawing amplitude of the Lissajous figure.

なお、これらの動作は、前述した第1及び第2の実施の形態におけるものと同様である。   These operations are the same as those in the first and second embodiments described above.

このようなDSP3におけるX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYに対する直流成分の重畳は、演算結果として得られたX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYに対し、制御情報テーブルから得られた定数を加算することにより実現することができる。   The superimposition of the DC component on the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY in the DSP 3 is obtained from the control information table with respect to the X-axis control signal SSX and the Y-axis control signal SSY obtained as a calculation result. This can be realized by adding constants.

本発明の第1実施形態に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the photon detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 前記光検出装置の2軸偏向ミラーの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the biaxial deflection | deviation mirror of the said photon detection apparatus. 前記光検出装置の2軸偏向ミラーの構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the biaxial deflection | deviation mirror of the said photon detection apparatus. 前記光検出装置の二次元PSD素子2の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the two-dimensional PSD element 2 of the said photon detection apparatus. 前記光検出装置において、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれている状態を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a state in which the optical axis of a transmission light beam and the optical axis of pilot reference light are greatly shifted in the photodetector. 前記光検出装置の2軸偏向ミラーにおいてX軸についての周波数を50〔Hz〕とした場合における1秒間に描かれるリサージュ軌跡を示すグラフである。It is a graph which shows the Lissajous locus drawn in 1 second when the frequency about the X-axis is 50 [Hz] in the biaxial deflection mirror of the photodetection device. 前記光検出装置において、制御信号として三角波を使用した場合に2軸偏向ミラーによつて描かれるリサージュ図形を示すグラフである。It is a graph which shows the Lissajous figure drawn with a biaxial deflection | deviation mirror, when the triangular wave is used as a control signal in the said photon detection apparatus. 前記光検出装置において、周波数比mを1.01とし、FXを400Hz、Fyを404Hzとした場合のサーチ軌跡を示すグラフである。In the said photon detection apparatus, it is a graph which shows the search locus | trajectory when frequency ratio m is 1.01, FX is 400 Hz, and Fy is 404 Hz. 前記光検出装置において、サーチ範囲を分割した場合の動作を説明するグラフである。6 is a graph illustrating an operation when a search range is divided in the photodetection device. 前記光検出装置の2軸偏向ミラーにおいてX軸及びY軸についての周波数比に誤差が生じた場合のリサージュ軌跡を示すグラフである。It is a graph which shows a Lissajous locus | trajectory when an error arises in the frequency ratio about X-axis and Y-axis in the biaxial deflecting mirror of the photodetection device. 前記光検出装置において正弦波を演算するためのDSPの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of DSP for calculating a sine wave in the said photon detection apparatus. 前記DSPにおける正弦波の演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the sine wave in the said DSP. 前記DSPにおいて、周波数の異なるX軸制御信号SSX及びY軸制御信号SSYを発生させる場合の演算処理を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a calculation process when an X-axis control signal SSX and a Y-axis control signal SSY having different frequencies are generated in the DSP. 本発明に係る光検出装置の第1実施形態におけるDSPの演算処理制御のフローチャートである。It is a flowchart of the arithmetic processing control of DSP in 1st Embodiment of the photon detection apparatus which concerns on this invention. サーチ動作中におけるPSD信号処理回路及びサーボエラー信号レベル検出回路からの出力信号波形を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing output signal waveforms from a PSD signal processing circuit and a servo error signal level detection circuit during a search operation. 本発明に係る光検出装置の第2実施形態におけるDSPの演算処理制御の第1例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st example of the arithmetic processing control of DSP in 2nd Embodiment of the photon detection apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る光検出装置の第2実施形態におけるDSPの演算処理制御の第2例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 2nd example of arithmetic processing control of DSP in 2nd Embodiment of the photon detection apparatus which concerns on this invention. 本発明の第3実施形態に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the photon detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 前記光検出装置のCMOSセンサ受光面とパイロット参照光PLBの照射光ビームスポットPLBsの関係を示す平面図である。It is a top view which shows the relationship between the CMOS sensor light-receiving surface of the said photon detection apparatus, and the irradiation light beam spot PLBs of pilot reference light PLB. 前記光検出装置のスポット位置情報処理部で使用される座標角度変換テーブルの例である。It is an example of the coordinate angle conversion table used by the spot position information processing part of the said photon detection apparatus. 前記光検出装置において、送信用光ビームの光軸とパイロット参照光の光軸とが大きくずれている状態を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a state in which the optical axis of a transmission light beam and the optical axis of pilot reference light are greatly shifted in the photodetector. 前記光検出装置のサーチ動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the search operation | movement of the said photon detection apparatus. 前記光検出装置の2軸偏向ミラーにおいてサーチ範囲の中心を任意の位置にした例を示すグラフである。It is a graph which shows the example which made the center of the search range arbitrary positions in the biaxial deflection | deviation mirror of the said photon detection apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 2軸偏向ミラー
2 二次元PSD素子
2a 受光面
3 DSP(Digital Signal Processor)
4 D/A変換器
5 信号切換部
6 駆動アンプ
7 PSD信号処理回路
8 サーボ制御回路
9 サーボエラー信号レベル検出回路
10 PSD用集光レンズ
11 コリメータレンズ
12 LD発光素子
13 ビームスプリッタ
14 魚眼レンズ
15 クロック発生器
16 A/D変換器
17 広角レンズ
18 CMOSセンサ
19 可視光遮断フィルタ
20 スポット位置情報処理部
1 Biaxial deflection mirror 2 Two-dimensional PSD element 2a Light receiving surface 3 DSP (Digital Signal Processor)
4 D / A converter 5 Signal switching unit 6 Drive amplifier 7 PSD signal processing circuit 8 Servo control circuit 9 Servo error signal level detection circuit 10 Condensing lens for PSD 11 Collimator lens 12 LD light emitting element 13 Beam splitter 14 Fisheye lens 15 Clock generation 16 A / D converter 17 Wide angle lens 18 CMOS sensor 19 Visible light blocking filter 20 Spot position information processing unit

Claims (3)

外部から入射する光ビームを2軸方向に偏向させて出射する2軸光偏向手段と、
制御信号を生成し、この制御信号に基づいて前記2軸光偏向手段を制御するサーチ制御手段と、
前記2軸光偏向手段を経た光ビームが入射され、この光ビームの入射位置を二次元的に検出することができる二次元光位置検出手段と
を備え、
前記2軸光偏向手段の偏向によるサーチ動作を実行して前記二次元光位置検出手段で検出された前記光ビームの前記入射位置に基づき前記光ビームの外部からの入射方向を検出する光検出装置であって、
前記サーチ制御手段は、制御信号として互いに周波数の異なる2つの周期信号を発生し、該2つの周期信号により、前記入射位置の軌跡がリサージュ図形となるよう前記2軸光偏向手段の偏向を各軸毎に独立的に制御する一方、前記制御信号の振幅を制限するとともに、この制御信号に直流成分を重畳して、前記偏向を、それが可能な領域の一部について行うよう制御することを特徴とする光検出装置。
A biaxial light deflecting means for deflecting and emitting a light beam incident from the outside in the biaxial direction;
Search control means for generating a control signal and controlling the biaxial light deflection means based on the control signal;
A light beam that has passed through the two-axis light deflecting means is incident, and two-dimensional light position detecting means capable of two-dimensionally detecting the incident position of the light beam,
A photodetecting device for detecting a direction of incidence of the light beam from the outside based on the incident position of the light beam detected by the two-dimensional light position detecting means by executing a search operation by deflection of the biaxial light deflecting means Because
The search control means generates two periodic signals having different frequencies as control signals, and the biaxial light deflecting means deflects each axis so that the locus of the incident position becomes a Lissajous figure by the two periodic signals. While independently controlling each time, the amplitude of the control signal is limited, and a direct current component is superimposed on the control signal, and the deflection is controlled so as to be performed on a part of a region where the deflection is possible. And a light detection device.
外部から入射する光ビームを2軸方向に偏向させて出射することができる2軸光偏向手段と、
制御信号を生成し、この制御信号に基づいて前記2軸光偏向手段を制御するサーチ制御手段と、
前記2軸光偏向手段を経た光ビームが入射され、この光ビームの入射位置を二次元的に検出することができる第1の二次元光位置検出手段と、
を備え、
前記2軸光偏向手段の偏向によるサーチ動作を実行して前記第1の二次元光位置検出手段で検出された前記光ビームの前記入射位置に基づき前記光ビームの外部からの入射方向を検出する光検出装置であって、
前記外部から入射する光ビームを、前記2軸光偏向手段を経ずに受光し、この光ビームの入射方向を概略的に検出する第2の二次元光位置検出手段を設け、
前記サーチ制御手段は、制御信号として互いに周波数の異なる2つの周期信号を発生し、該2つの周期信号により、前記入射位置の軌跡がリサージュ図形となるよう前記2軸光偏向手段の偏向を各軸毎に独立的に制御する一方、前記制御信号の振幅を制限するとともに、この制御信号に前記第2の二次元光位置検出手段で検出された前記光ビームの概略的な入射方向に基づく直流成分を重畳して、前記偏向を、それが可能な領域の一部について行うよう制御することを特徴とする光検出装置。
Biaxial light deflecting means capable of deflecting and emitting a light beam incident from the outside in the biaxial direction;
Search control means for generating a control signal and controlling the biaxial light deflection means based on the control signal;
A first two-dimensional light position detecting means capable of two-dimensionally detecting an incident position of the light beam incident on the light beam having passed through the two-axis light deflecting means;
With
A search operation by deflection of the biaxial light deflecting means is executed to detect the incident direction of the light beam from the outside based on the incident position of the light beam detected by the first two-dimensional light position detecting means. A light detection device comprising:
A light beam incident from the outside is received without passing through the biaxial light deflecting means, and a second two-dimensional light position detecting means for detecting the incident direction of the light beam is provided.
The search control means generates two periodic signals having different frequencies as control signals, and the biaxial light deflecting means deflects each axis so that the locus of the incident position becomes a Lissajous figure by the two periodic signals. While controlling independently each time, while limiting the amplitude of the control signal, a direct current component based on the approximate incident direction of the light beam detected by the second two-dimensional light position detecting means in the control signal And controlling so that the deflection is performed on a part of a region where the deflection is possible.
請求項2記載の光検出装置において、
前記サーチ制御手段は、前記直流成分を、前記偏向を行う前記領域の一部における中心位置が前記概略的な入射方向に対応する位置となるよう前記制御信号に重畳することを特徴とする光検出装置。
The light detection device according to claim 2,
The search control means superimposes the direct current component on the control signal so that a center position in a part of the region to be deflected is a position corresponding to the approximate incident direction. apparatus.
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