JP2020051782A - Optical angle sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学式角度センサに関する。 The present invention relates to an optical angle sensor.
従来、光を照射する光源と、光源からの光を受光する受光手段と、測定対象の回動による角度の変化量を演算する演算手段と、を備える光学式角度センサが知られている。
例えば特許文献1に記載の2次元角度センサは、検出対象に光ビームを投光するための光源と、光ビームによる検出対象からの反射光の光路中に設けたレンズと、レンズの焦点付近に設けられたフォトダイオードによる検出素子(受光手段)と、を備える。2次元角度センサは、検出素子で検出した光電流を計算することで検出対象の角度を検出する。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical angle sensor including a light source that emits light, a light receiving unit that receives light from the light source, and a calculation unit that calculates an amount of change in angle due to rotation of a measurement target is known.
For example, a two-dimensional angle sensor described in
具体的には、2次元角度センサは、検出素子に投光される光の形状とその光の光量の大きさから検出対象の傾きを検出する。検出素子に投光される光の形状とその光の光量の大きさがレンズなどにより変化した場合、その変化は、ノイズとして検出結果に影響を与えることがある。2次元角度センサは、光の形状とその光の光量の大きさの変化によるノイズを抑制するため、高品質かつ高価なレンズなどの光学部品を備えなければならず、コストがかかるという問題がある。 Specifically, the two-dimensional angle sensor detects the inclination of the detection target from the shape of the light projected on the detection element and the magnitude of the amount of the light. When the shape of the light projected onto the detection element and the magnitude of the light amount are changed by a lens or the like, the change may affect the detection result as noise. The two-dimensional angle sensor has a problem that it is necessary to provide a high-quality and expensive optical component such as a lens in order to suppress noise due to a change in the shape of the light and the magnitude of the light amount of the light, which is costly. .
このような問題に対して、例えば特許文献2ではレーザ干渉計を用いている。レーザ干渉計は、レーザ光の干渉を利用して測定対象の回動による角度の変化量を測定するものであり、レーザビームを照射するレーザ光源(光源)と、レーザ光源から照射されたレーザビームを伝達する第1光ファイバと、第1光ファイバからのレーザビームを平行にする第1レンズと、第1レンズにより平行になったレーザビームを分割し、2個のコーナーキューブを介した後、分割したレーザビームを合成する回転角度検出用偏光ビームスプリッタと、回転角度検出用偏光ビームスプリッタから照射されたレーザビームを偏光する偏光板と、偏光板を介したレーザビームを伝達する第2光ファイバの端面にレーザビームを収束させる第2レンズと、第2光ファイバを介したレーザビームを電気信号に変換する受光信号処理部(受光手段および演算手段)と、を備える。
To solve such a problem, for example,
レーザ光源は、受光信号処理部にて検出される電気信号の可干渉性(コヒーレント性)が良好なレーザビームを照射するHe−Neレーザである。そして、回転角度検出用偏光ビームスプリッタを介して受光信号処理部に照射されるレーザビームは、受光信号処理部においてレーザビームが照射される照射面で干渉を生じさせる。レーザ干渉計は、回動に起因する光路長の変化で生じる干渉光の強度変化を受光信号処理部にて電気信号に変換し演算することで、測定対象の回動による角度の変化量を測定することができる。 The laser light source is a He-Ne laser that irradiates a laser beam with good coherence (coherence) of the electric signal detected by the light reception signal processing unit. Then, the laser beam irradiated to the light receiving signal processing unit via the rotation angle detecting polarization beam splitter causes interference on the irradiation surface to which the laser beam is irradiated in the light receiving signal processing unit. The laser interferometer measures the change in the angle due to the rotation of the measurement target by converting the change in the intensity of the interference light caused by the change in the optical path length due to the rotation into an electrical signal in the received light signal processing unit and calculating it. can do.
具体的には、レーザ干渉計が備える2個のコーナーキューブが回動すると、回転角度検出用偏光ビームスプリッタにて分割された2つのレーザビームの光路長の差が変化し、干渉光の強度、具体的には干渉光の明暗の変化が観測される。この際、光路長の差の変化は、2個のコーナーキューブの配列距離に回転角を乗じた長さの2倍となる。レーザ干渉計は、干渉光の明暗の変化量を検出することで2個のコーナーキューブの回動角を測定することができる。したがって、レーザ干渉計は、光の形状とその光の光量の大きさとによらず、干渉光の明暗の変化から回転角度を検出するため、高品質かつ高価なレンズなどの光学部品を備えなくとも、測定対象の回転角度を検出できる。 Specifically, when two corner cubes provided in the laser interferometer rotate, the difference in optical path length between the two laser beams split by the rotation angle detecting polarization beam splitter changes, and the intensity of the interference light, Specifically, a change in the brightness of the interference light is observed. At this time, the change in the difference in optical path length is twice the length obtained by multiplying the arrangement distance of the two corner cubes by the rotation angle. The laser interferometer can measure the rotation angles of the two corner cubes by detecting the amount of change in brightness of the interference light. Therefore, the laser interferometer detects the rotation angle from the change in brightness of the interference light regardless of the shape of the light and the magnitude of the light amount of the light, so that the laser interferometer does not need to include a high-quality and expensive optical component such as a lens. , The rotation angle of the object to be measured can be detected.
しかしながら、特許文献2に記載のレーザ干渉計には次のような問題がある。
回転角度検出用偏光ビームスプリッタにて分割される例えば2本のレーザビームは、回転角度検出用偏光ビームスプリッタにおけるレーザビームの分割点から、それぞれのレーザビームに対応したコーナーキューブを介し、回転角度検出用偏光ビームスプリッタにおけるレーザビームの合成点までの光路長が、それぞれ異なる。
However, the laser interferometer described in
For example, two laser beams split by the rotation angle detection polarization beam splitter are rotated from the laser beam splitting point in the rotation angle detection polarization beam splitter via corner cubes corresponding to the respective laser beams. The optical path lengths up to the combining point of the laser beams in the polarization beam splitter for use differ from each other.
具体的には、分割された一方のレーザビームの光路長をLとした場合、分割された他方のレーザビームの光路長は、一方のレーザビームの光路長Lの2倍の光路長2Lとなる。レーザ干渉計が備えるレーザ光源はHe−Neレーザであり、そのコヒーレント長は数mである。このため、2本のレーザビームの光路長が互いに大きく異なったとしても、干渉は生じる。 Specifically, assuming that the optical path length of one of the divided laser beams is L, the optical path length of the other divided laser beam is twice as long as the optical path length L of the one laser beam. . The laser light source provided in the laser interferometer is a He-Ne laser, and its coherent length is several meters. Therefore, even if the optical path lengths of the two laser beams are significantly different from each other, interference occurs.
しかしながら、光源として例えばコヒーレント長が数cmと非常に短い半導体レーザを用いた場合、分割された2本のレーザビームの光路長が互いに2倍程の差があると、受光信号処理部における照射面で干渉は生じない。したがって、レーザ干渉計は、光源に半導体レーザを用いた場合、そのコヒーレント性による制限を回避するために、例えば光源からの光を回折する回折格子などの光学部品を用いて、2本のレーザビームの光路長が互いにほぼ同じ長さになるようにする必要がある。
また、レーザ干渉計は、光源に半導体レーザを用い、2本のレーザビームの光路長が互いにほぼ同じ長さになるようにした場合であっても、温度などの環境変化によって光学部品が膨張や縮小することがある。これにより、半導体レーザからのレーザビームを2本のレーザビームに分割する位置が元の位置から移動してしまうことがある。
However, when a semiconductor laser having a very short coherent length of several cm is used as a light source, if the optical path lengths of the two divided laser beams differ from each other by about twice, the irradiation surface in the light receiving signal processing unit No interference occurs. Therefore, when a semiconductor laser is used as a light source, a laser interferometer uses two laser beams by using an optical component such as a diffraction grating for diffracting light from the light source in order to avoid limitations due to its coherence. Need to be substantially equal to each other.
In addition, even when the laser interferometer uses a semiconductor laser as a light source and the optical path lengths of the two laser beams are substantially the same, even if the optical components expand or expand due to environmental changes such as temperature. May shrink. As a result, the position at which the laser beam from the semiconductor laser is split into two laser beams may move from the original position.
図12は、従来の光学式角度センサを示す概略図である。
図12に示す光学式角度センサ100は、例えば光源2と、透過型回折格子300と、プリズム等の第1反射手段400aと第2反射手段400bと、受光手段500と、を備える。光学式角度センサ100は、光源2からの2本のレーザビームの光路長が互いにほぼ同じになるように構成されている。
FIG. 12 is a schematic view showing a conventional optical angle sensor.
The
透過型回折格子300は、例えば環境変化により熱が加わると、熱膨張により破線の透過型回折格子300aの位置から実線の透過型回折格子300bの位置まで、図中の矢印方向に移動してしまうことがある。透過型回折格子300が破線の透過型回折格子300aの位置から実線の透過型回折格子300bの位置まで移動してしまうと、透過型回折格子300bを透過した回折光の位相が変化し、測定対象が回動していなかったとしても測定対象が回動したものとして検出されてしまうことがある。 When heat is applied due to, for example, an environmental change, the transmission diffraction grating 300 moves from the position of the transmission diffraction grating 300a indicated by the broken line to the position of the transmission diffraction grating 300b indicated by the solid line in the direction of the arrow in the drawing due to thermal expansion. Sometimes. When the transmission diffraction grating 300 moves from the position of the transmission diffraction grating 300a indicated by the broken line to the position of the transmission diffraction grating 300b indicated by the solid line, the phase of the diffracted light transmitted through the transmission diffraction grating 300b changes, and Even if is not rotated, the object to be measured may be detected as rotated.
具体的には、透過型回折格子300により回折された複数の回折光により生じる位相変化をφとした場合、回折次数をnとし、破線の透過型回折格子300aの位置から実線の透過型回折格子300bの位置への透過型回折格子300の移動量をΔxとし、透過型回折格子300が有する複数の格子の周期をpとして、式(1)にて表すことができる。
Specifically, when the phase change caused by a plurality of diffracted lights diffracted by the transmission diffraction grating 300 is φ, the diffraction order is n, and the transmission diffraction grating indicated by a solid line is located from the position of the
φ=n×Δx÷p ・・・(1) φ = n × Δx ÷ p (1)
例えば、図12に示すように、光源2から照射された光は、透過型回折格子300にて複数の回折光となる。この際、複数の回折光のうち、検出に使う光を±1次回折光とする。なお、図12では、受光手段500にて干渉光を生成する光の光路を矢印にて記載している。
そして、+1次回折光は、第1反射手段400aにて透過型回折格子300に向かって反射され、再び透過型回折格子300にて+1次方向に回折され、回折次数が+2次の回折光として受光手段500に照射される。また、−1次回折光は、第2反射手段400bにて透過型回折格子300に向かって反射され、再び透過型回折格子300にて−1次方向に回折され、回折次数が−2次の回折光として受光手段500に照射される。なお、図12では、回折光の回折次数を明確にするため、光を示す矢印付近に回折次数を数字のみで記載している。
For example, as shown in FIG. 12, the light emitted from the
Then, the + 1st-order diffracted light is reflected by the first reflection means 400a toward the transmission type diffraction grating 300, diffracted again in the + 1st-order direction by the transmission type diffraction grating 300, and received as a + 2nd-order diffraction light. The
透過型回折格子300が破線の透過型回折格子300aの位置から移動しなければ、移動量Δxは0となるため、回折光により生じる位相変化φは0となる。すなわち、受光手段500に照射される回折光の回折次数nが±2次であったとしても、移動量Δxにより相殺されるため、回折光に位相変化φは生じない。
しかし、透過型回折格子300が破線の透過型回折格子300aの位置から実線の透過型回折格子300bの位置まで移動量Δxの分だけ移動してしまうと、回折光により生じる位相変化φは、±2Δx/pとなる。このため、光学式角度センサ100は、透過型回折格子300の移動により位相変化した回折光が受光手段に照射されると、測定対象が回動していなくとも、測定対象が回動したものとして検出することがある。
If the transmission type diffraction grating 300 does not move from the position of the transmission type diffraction grating 300a indicated by the broken line, the movement amount Δx becomes 0, and the phase change φ generated by the diffracted light becomes 0. That is, even if the diffraction order n of the diffracted light applied to the
However, when the transmission diffraction grating 300 moves from the position of the transmission diffraction grating 300a indicated by the broken line to the position of the transmission diffraction grating 300b indicated by the solid line by the movement amount Δx, the phase change φ caused by the diffracted light becomes ± 2Δx / p. For this reason, when the diffracted light whose phase has been changed due to the movement of the transmission
したがって、特許文献2に記載のレーザ干渉計が、例えば光の分割または合成のために回折格子を用いた場合、環境変化による回折格子の移動により回折光に位相変化が起こり、測定対象が回動していなくても、角度変位を有した干渉が生じ、検出結果に誤差が生じてしまうことがあるという問題がある。
Therefore, when the laser interferometer described in
本発明の目的は、光源のコヒーレント性による制限を回避しつつ、環境変化による回折光の位相変化を防止し、測定対象の回動による角度の変化量を高精度に検出することができる光学式角度センサを提供することである。 An object of the present invention is to prevent a phase change of diffracted light due to an environmental change while avoiding a limitation due to a coherency of a light source, and to accurately detect a change in an angle due to rotation of a measurement target. It is to provide an angle sensor.
本発明の光学式角度センサは、光を照射する光源と、光源からの光を回折する複数の格子を有する透過型回折格子と、透過型回折格子を介した光を透過型回折格子に向かって反射する第1反射手段と、透過型回折格子を介した第1反射手段が反射する光とは異なる光を透過型回折格子に向かって反射する第2反射手段と、透過型回折格子を介した光を受光する受光手段と、所定の軸を回動軸として回動する測定対象における角度の変化の信号として受光手段が受光した光を演算する演算手段と、を備え、透過型回折格子は、光源からの光を第1光と第2光とに分割する第1回折格子部と、第1回折格子部により分割された第1光および第2光を回折する第2回折格子部と、第1反射手段を介した第1光および第2反射手段を介した第2光を回折する第3回折格子部と、第3回折格子部を介した第1光および第2光を合成して合成光とする第4回折格子部と、を備え、第1反射手段は、第2回折格子部を介して回折された第1光を第1光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射し、第2反射手段は、第2回折格子部を介して回折された第2光を第2光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射し、第1反射手段および第2反射手段は、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部における光源からの光の分割点から第1反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部における光源からの光の分割点から第2反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第2光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有し、受光手段は、第1回折格子部にて分割され、第2回折格子部にて回折され、第1反射手段または第2反射手段にて反射し、第3回折格子部にて回折され、第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、演算手段は、受光手段が受光した合成光に基づく信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする。 An optical angle sensor according to the present invention includes a light source that irradiates light, a transmission diffraction grating having a plurality of gratings that diffract light from the light source, and light transmitted through the transmission diffraction grating directed toward the transmission diffraction grating. A first reflecting means for reflecting light, a second reflecting means for reflecting light, which is different from light reflected by the first reflecting means via the transmission type diffraction grating, toward the transmission type diffraction grating, and a transmission type diffraction grating. Light receiving means for receiving light, and arithmetic means for calculating the light received by the light receiving means as a signal of the change in angle in the measurement object that rotates around a predetermined axis as a rotation axis, the transmission diffraction grating, A first diffraction grating section for splitting light from the light source into a first light and a second light, a second diffraction grating section for diffracting the first light and the second light split by the first diffraction grating section, The first light passing through the first reflecting means and the second light passing through the second reflecting means are circulated. A third diffraction grating section, and a fourth diffraction grating section that combines the first light and the second light via the third diffraction grating section to generate a combined light, and wherein the first reflection means includes a second diffraction grating. The first light diffracted through the grating portion is reflected in a direction parallel to and opposite to the direction in which the first light is incident, and the second reflection means reflects the second light diffracted through the second diffraction grating portion. The light is reflected in a direction parallel to and in a direction opposite to the direction in which the second light is incident, and the first reflection means and the second reflection means emit light from the light source in the first diffraction grating portion within the measurement range of the measurement target. The optical path length of the first light from the division point to the fourth diffraction grating unit via the first reflection unit, and the division point of the light from the light source in the first diffraction grating unit via the second reflection unit The optical path length of the second light until it reaches the fourth diffraction grating portion has an angle that is the same length. Divided by the diffraction grating, diffracted by the second diffraction grating, reflected by the first reflection means or the second reflection means, diffracted by the third diffraction grating, and synthesized by the fourth diffraction grating. The combined light of the first light and the second light thus received is received, and the calculating means calculates an amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from a signal based on the combined light received by the light receiving means.
このような本発明によれば、光学式角度センサにおいて、第1反射手段および第2反射手段は、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部における光の分割点から第1反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部における光の分割点から第2反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第2光の光路長とが、同じ長さとなる角度を有するため、測定対象の回動により変化する第1光の光路長と第2光の光路長との長さの差を数cm以内に収めることができる。すなわち、光学式角度センサは、例えば光源にコヒーレント長が非常に短い半導体レーザを用いたとしても、受光手段の受光面で干渉を生じさせることができる。 According to such an aspect of the invention, in the optical angle sensor, the first reflecting means and the second reflecting means move the first reflecting means from the light dividing point in the first diffraction grating within the measurement range of the measurement object. The optical path length of the first light until reaching the fourth diffraction grating through the second diffraction means from the splitting point of the light in the first diffraction grating to the fourth diffraction via the second reflecting means. Since the optical path length of the light has the same angle, the difference between the optical path length of the first light and the optical path length of the second light, which changes due to the rotation of the object to be measured, is kept within several cm. Can be. That is, the optical angle sensor can cause interference on the light receiving surface of the light receiving unit even when, for example, a semiconductor laser having a very short coherent length is used as the light source.
そして、光学式角度センサは、第1光および第2光を回折する第2回折格子部と、第1反射手段を介した第1光および第2反射手段を介した第2光を回折する第3回折格子部と、を備えることで、第1光および第2光を複数回、回折させることができる。これにより、光学式角度センサは、第1光および第2光の回折次数を相殺し、式(1)における回折次数nを0にすることができるため、環境変化による膨張や縮小により透過型回折格子の位置が元の位置から移動してしまったとしても、回折光の位相変化による角度変位を有した干渉光が生じることを抑制することができる。
したがって、光学式角度センサは、光源のコヒーレント性による制限を回避しつつ、環境変化による回折光の位相変化を防止し、測定対象の回動による角度の変化量を高精度に検出することができる。
The optical angle sensor includes a second diffraction grating unit that diffracts the first light and the second light, and a second diffraction grating that diffracts the first light via the first reflecting unit and the second light via the second reflecting unit. By including the three diffraction grating portions, the first light and the second light can be diffracted a plurality of times. Accordingly, the optical angle sensor can cancel the diffraction orders of the first light and the second light and set the diffraction order n in Expression (1) to 0. Therefore, the transmission type diffraction sensor expands or contracts due to an environmental change. Even if the position of the grating has shifted from the original position, it is possible to suppress the generation of interference light having an angular displacement due to a phase change of the diffracted light.
Therefore, the optical angle sensor can prevent the phase change of the diffracted light due to the environmental change while avoiding the limitation due to the coherence of the light source, and can detect the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target with high accuracy. .
この際、光学式角度センサは、1枚の透過型回折格子を有し、1枚の透過型回折格子は、第1回折格子部と第2回折格子部と第3回折格子部と第4回折格子部とを併設し、第1回折格子部にて分割された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子に向かって反射し、第3回折格子部にて回折された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子に向かって反射するミラーを備え、受光手段は、第1回折格子部にて分割され、ミラーにて反射し、第2回折格子部にて回折され、第1反射手段または第2反射手段にて反射し、第3回折格子部にて回折され、ミラーにて反射し、第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、演算手段は、受光手段が受光した合成光に基づく信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。 At this time, the optical angle sensor has one transmission type diffraction grating, and one transmission type diffraction grating has a first diffraction grating portion, a second diffraction grating portion, a third diffraction grating portion, and a fourth diffraction grating portion. A grating portion is provided, and the first light and the second light split by the first diffraction grating portion are reflected toward one transmission diffraction grating and diffracted by the third diffraction grating portion. A mirror for reflecting the one light and the second light toward one transmission diffraction grating; the light receiving means is divided by the first diffraction grating, reflected by the mirror, and reflected by the second diffraction grating; The first light and the second light reflected by the first or second reflecting means, diffracted by the third diffraction grating, reflected by the mirror, and combined by the fourth diffraction grating. The arithmetic means receives the combined light of the light, and the arithmetic means calculates the amount of change in the angle due to the rotation of the object to be measured from a signal based on the synthetic light received by the light receiving means. It is preferable.
このような構成によれば、光学式角度センサは、1枚の透過型回折格子を有し、1枚の透過型回折格子は、第1回折格子部と第2回折格子部と第3回折格子部と第4回折格子部とを併設することで、部品点数を減らすことができる。したがって、光学式角度センサは、コスト削減を図ることができる。 According to such a configuration, the optical angle sensor has one transmission-type diffraction grating, and one transmission-type diffraction grating includes the first diffraction grating unit, the second diffraction grating unit, and the third diffraction grating. By providing the part and the fourth diffraction grating part together, the number of parts can be reduced. Therefore, the optical angle sensor can reduce costs.
ここで、光学式角度センサは、複数の透過型回折格子を用いた場合、光源からの光を回折させるために、複数の透過型回折格子を所定の距離だけ離間させて配置させる必要がある。これにより、光学式角度センサは、大型化してしまうことがある。
しかしながら、第1回折格子部にて分割された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子に向かって反射し、第3回折格子部にて回折された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子に向かって反射するミラーを備えるため、光学式角度センサの大型化を抑制することができる。
Here, when a plurality of transmission type diffraction gratings are used in the optical angle sensor, it is necessary to dispose a plurality of transmission type diffraction gratings at a predetermined distance in order to diffract light from a light source. As a result, the size of the optical angle sensor may be increased.
However, the first light and the second light split by the first diffraction grating portion are reflected toward one transmission diffraction grating, and the first light and the second light diffracted by the third diffraction grating portion are reflected. Since a mirror that reflects light toward one transmission diffraction grating is provided, the size of the optical angle sensor can be suppressed.
または、光学式角度センサは、複数の透過型回折格子を有し、複数の透過型回折格子は、第1回折格子部と第4回折格子部とを併設する第1透過型回折格子と、第2回折格子部と第3回折格子部とを併設する第2透過型回折格子と、を備え、受光手段は、第1透過型回折格子の第1回折格子部にて分割され、第2透過型回折格子の第2回折格子部にて回折され、第1反射手段または第2反射手段にて反射し、第2透過型回折格子の第3回折格子部にて回折され、第1透過型回折格子の第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、演算手段は、受光手段が受光した合成光に基づく信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。 Alternatively, the optical angle sensor has a plurality of transmission type diffraction gratings, and the plurality of transmission type diffraction gratings include a first transmission type diffraction grating provided with a first diffraction grating portion and a fourth diffraction grating portion; A second transmission type diffraction grating provided with two diffraction grating portions and a third diffraction grating portion, wherein the light receiving means is divided by the first diffraction grating portion of the first transmission type diffraction grating, and the second transmission type diffraction grating is provided. Diffracted by the second diffraction grating portion of the diffraction grating, reflected by the first reflection means or the second reflection means, diffracted by the third diffraction grating portion of the second transmission diffraction grating, and converted to the first transmission diffraction grating. Receiving the combined light of the first light and the second light combined by the fourth diffraction grating section, and calculating the change in the angle due to the rotation of the measuring object from the signal based on the combined light received by the light receiving means. Is preferably calculated.
このような構成によれば、光学式角度センサは、複数の透過型回折格子を有し、複数の透過型回折格子は、第1回折格子部と第4回折格子部とを併設する第1透過型回折格子と、第2回折格子部と第3回折格子部とを併設する第2透過型回折格子と、を備えるため、第1回折格子部および第4回折格子部と、第2回折格子部および第3回折格子部と、のそれぞれの配置を自由に設計することができる。したがって、光学式角度センサは、設計の自由度を向上させることができる。 According to such a configuration, the optical angle sensor has a plurality of transmission-type diffraction gratings, and the plurality of transmission-type diffraction gratings includes a first transmission grating in which the first diffraction grating unit and the fourth diffraction grating unit are provided. A first diffraction grating unit, a fourth diffraction grating unit, and a second diffraction grating unit, comprising: a first diffraction grating unit; and a second transmission type diffraction grating provided with a second diffraction grating unit and a third diffraction grating unit. And the third diffraction grating portion can be freely designed. Therefore, the optical angle sensor can improve the degree of freedom in design.
ここで、光学式角度センサは、1枚の透過型回折格子を用いた場合、1枚の透過型回折格子に合わせた大きさのミラーを用いる必要がある。1枚の透過型回折格子が長尺状である場合、ミラーも長尺状となり、長尺方向に光学式角度センサが大型化してしまうことがある。
しかしながら、光学式角度センサは、第1透過型回折格子と、第2透過型回折格子と、を備え、ミラーを備えなくともよいため、1枚の透過型回折格子を用いる場合と比較して、部品点数を減らしつつ、長尺方向への大型化を抑制することができる。
Here, when one transmission diffraction grating is used for the optical angle sensor, it is necessary to use a mirror having a size corresponding to one transmission diffraction grating. If one transmission diffraction grating is long, the mirror is also long, and the optical angle sensor may become large in the long direction.
However, the optical angle sensor includes the first transmission type diffraction grating and the second transmission type diffraction grating, and does not need to include the mirror. Therefore, compared with the case where one transmission type diffraction grating is used, It is possible to suppress an increase in the size in the longitudinal direction while reducing the number of parts.
この際、第1反射手段または第2反射手段の一方は、固定して設けられ、第1反射手段または第2反射手段の他方は、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動することが好ましい。 At this time, one of the first reflecting means or the second reflecting means is fixedly provided, and the other of the first reflecting means or the second reflecting means is attached to the object to be measured, and is synchronized with the rotation of the object to be measured. It is preferable that the rotation is performed.
ここで、第1反射手段および第2反射手段が測定対象に取付けられている場合、第1反射手段および第2反射手段の重量により測定対象の回動が鈍くなり、測定結果に影響を及ぼすことがある。
しかしながら、このような構成によれば、第1反射手段または第2反射手段の一方は、光学式角度センサ内に固定して設けられ、第1反射手段または第2反射手段の他方は、測定対象に取付けられているため、第1反射手段および第2反射手段を測定対象に取付けた場合と比較して測定対象の重量が軽くなる。したがって、光学式角度センサは、重量による測定結果への影響を抑制し、高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
Here, when the first reflection means and the second reflection means are attached to the object to be measured, the rotation of the object to be measured becomes slow due to the weight of the first reflection means and the second reflection means, which affects the measurement result. There is.
However, according to such a configuration, one of the first reflection means and the second reflection means is fixedly provided in the optical angle sensor, and the other of the first reflection means or the second reflection means is provided as a measurement object. , The weight of the object to be measured is lighter than when the first reflection means and the second reflection means are attached to the object to be measured. Therefore, the optical angle sensor can suppress the influence of the weight on the measurement result and detect the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target with high accuracy.
または、第1反射手段および第2反射手段は、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動することが好ましい。 Alternatively, it is preferable that the first reflection means and the second reflection means are attached to the object to be measured, and rotate in synchronization with the rotation of the object to be measured.
このような構成によれば、第1反射手段および第2反射手段は、所定の回動軸にて回動する測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動するため、第1反射手段および第2反射手段は同時に同じ角度だけ回動することになる。すなわち、第1反射手段および第2反射手段の回動による総合した角度の変化量は、第1反射手段または第2反射手段の一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して2倍となる。これにより、第1反射手段または第2反射手段の一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、第4回折格子部にて合成される合成光の強度が2倍となる。このため、受光手段の感度が2倍となる。したがって、光学式角度センサは、第1反射手段または第2反射手段の一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、高感度の信号から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。 According to such a configuration, the first reflection unit and the second reflection unit are attached to the measurement target that rotates with the predetermined rotation axis, and rotate in synchronization with the rotation of the measurement target. , The first reflecting means and the second reflecting means rotate simultaneously by the same angle. That is, the total amount of change in the angle due to the rotation of the first reflecting means and the second reflecting means is compared with the case where one of the first reflecting means or the second reflecting means is fixed and the other is attached to the object to be measured. Double. Thereby, the intensity of the combined light combined by the fourth diffraction grating portion is doubled as compared with the case where one of the first reflection means or the second reflection means is fixed and the other is attached to the object to be measured. . For this reason, the sensitivity of the light receiving means is doubled. Therefore, as compared with a case where one of the first reflecting means or the second reflecting means is fixed and the other is attached to the object to be measured, the optical angle sensor is capable of rotating the object to be measured with high precision from a signal with high sensitivity. The change amount of the angle can be detected.
この際、第1反射手段および第2反射手段は、第1反射手段または第2反射手段の回動軸と、光源からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置されていることが好ましい。 At this time, the first reflection means and the second reflection means are respectively line-oriented with respect to the rotation axis of the first reflection means or the second reflection means and the axis parallel to the optical axis of the light from the light source. Preferably, they are arranged at symmetrical positions.
このような構成によれば、光学式角度センサにおける第1反射手段および第2反射手段は、第1反射手段または第2反射手段の回動軸と、光源からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置される。このため、第1反射手段および第2反射手段を非対称となる位置に配置する場合と比較して、第1反射手段および第2反射手段が、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部における光源からの光の分割点から第1反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部における光源からの光の分割点から第2反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第2光の光路長と、について同じ長さとなる角度を有するように容易に設計することができる。 According to such a configuration, the first reflection unit and the second reflection unit in the optical angle sensor are configured so that the rotation axis of the first reflection unit or the second reflection unit and the axis parallel to the optical axis of the light from the light source. And are arranged at positions that are line-symmetric with respect to the respective axes. For this reason, as compared with the case where the first reflection unit and the second reflection unit are arranged at positions that are asymmetric, the first reflection unit and the second reflection unit can be disposed within the measurement range of the measurement target by the first diffraction grating unit. And the optical path length of the first light from the splitting point of the light from the light source from the light source to the fourth diffraction grating portion via the first reflecting means, and the second from the splitting point of the light from the light source in the first diffraction grating portion. It is possible to easily design the optical path length of the second light to reach the fourth diffraction grating portion via the reflection means so as to have the same angle.
この際、第1回折格子部は、光源からの光が照射される分割面を有し、第4回折格子部は、分割面において第1反射手段または第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って並設される複数の格子を有し、受光手段は、直交方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、複数の格子を介した複数の回折光を受光し、演算手段は、複数の受光素子が受光した複数の回折光に基づく複数の信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。 At this time, the first diffraction grating portion has a division surface on which light from the light source is irradiated, and the fourth diffraction grating portion is orthogonal to the rotation axis of the first reflection unit or the second reflection unit on the division surface. Having a plurality of gratings arranged side by side in the orthogonal direction, the light receiving means includes a plurality of light receiving elements arranged side by side in the orthogonal direction, and receives a plurality of diffracted lights through the plurality of gratings, It is preferable that the calculating means calculates the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from a plurality of signals based on the plurality of diffracted lights received by the plurality of light receiving elements.
このような構成によれば、第4回折格子部は、分割面において第1反射手段または第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って並設される複数の格子を有し、受光手段は、直交方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、複数の格子を介した複数の回折光を受光する。複数の回折光は、受光手段の受光面上に、第1反射手段または第2反射手段の回動軸と平行な方向に沿って干渉縞を生成する。このため、受光手段の複数の受光素子は、干渉縞から例えば4相信号を検出することができる。演算手段は、例えばこの4相信号から測定対象の回動方向と、回動による角度の変化量を演算することができる。したがって、光学式角度センサは、干渉光から測定対象の回動による角度の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。 According to such a configuration, the fourth diffraction grating section has a plurality of gratings arranged in parallel along a direction orthogonal to the rotation axis of the first reflecting means or the second reflecting means on the division surface, The light receiving means includes a plurality of light receiving elements arranged side by side in the orthogonal direction, and receives a plurality of diffracted lights via a plurality of gratings. The plurality of diffracted lights generate interference fringes on the light receiving surface of the light receiving unit along a direction parallel to the rotation axis of the first reflecting unit or the second reflecting unit. For this reason, the plurality of light receiving elements of the light receiving means can detect, for example, a four-phase signal from the interference fringes. The calculating means can calculate, for example, the rotation direction of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation from the four-phase signal. Therefore, the optical angle sensor detects the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from the interference fringes with higher accuracy than when calculating the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement object from the interference light. Can be.
または、第4回折格子部は、分割面において第1反射手段または第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って並設され、光源からの光の光軸に対して所定の傾斜角度を有して配置される複数の傾斜格子を有し、受光手段は、第1反射手段または第2反射手段の回動軸と平行な方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、複数の傾斜格子を介した複数の回折光を受光し、演算手段は、受光手段が受光した複数の回折光に基づく複数の信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。 Alternatively, the fourth diffraction grating portion is provided in parallel along a direction orthogonal to a rotation axis of the first reflection means or the second reflection means on the division surface, and has a predetermined inclination with respect to an optical axis of light from the light source. It has a plurality of inclined gratings arranged at an angle, and the light receiving means includes a plurality of light receiving elements arranged in parallel along a direction parallel to the rotation axis of the first reflecting means or the second reflecting means. Receiving the plurality of diffracted light beams through the plurality of inclined gratings, and calculating means for calculating the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from the plurality of signals based on the plurality of diffracted lights received by the light receiving means. preferable.
このような構成によれば、第4回折格子部は、光源からの光の光軸に対して所定の傾斜角度を有して配置される複数の傾斜格子を有し、受光手段は、所定の傾斜角度を有する複数の格子を介した複数の回折光を受光する。複数の回折光は、受光手段の受光面上に、第1反射手段または第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って干渉縞を生成する。このため、受光手段の複数の受光素子は、干渉縞から例えば4相信号を検出することができる。演算手段は、例えばこの4相信号から測定対象の回動方向と、回動による角度の変化量を演算することができる。したがって、光学式角度センサは、干渉光から測定対象の回動による角度の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。 According to such a configuration, the fourth diffraction grating section has a plurality of inclined gratings arranged at a predetermined inclination angle with respect to the optical axis of the light from the light source, and A plurality of diffracted lights are received through a plurality of gratings having tilt angles. The plurality of diffracted lights generate interference fringes on a light receiving surface of the light receiving unit along a direction orthogonal to a rotation axis of the first reflecting unit or the second reflecting unit. For this reason, the plurality of light receiving elements of the light receiving means can detect, for example, a four-phase signal from the interference fringes. The calculating means can calculate, for example, the rotation direction of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation from the four-phase signal. Therefore, the optical angle sensor detects the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from the interference fringes with higher accuracy than when calculating the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement object from the interference light. Can be.
この際、第4回折格子部は、それぞれ位相が異なる複数の合成部を備え、受光手段は、複数の合成部のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、演算手段は、複数の受光部が受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から測定対象の回動の方向および測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。 In this case, the fourth diffraction grating unit includes a plurality of combining units having different phases, the light receiving unit includes a plurality of light receiving units corresponding to the plurality of combining units, and the calculating unit includes a plurality of light receiving units. It is preferable to calculate the direction of rotation of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from a plurality of signals having different phases based on the received light.
このような構成によれば、光学式角度センサは、複数の合成部により複数の合成光を生成することができるため、例えば4つの合成部と4つの受光部を備える場合、4相信号を検出することができる。したがって、光学式角度センサは、例えば4相信号などの複数の信号を用いて高精度に測定対象の回動により角度の変位を検出することができる。 According to such a configuration, since the optical angle sensor can generate a plurality of combined lights by the plurality of combining units, when the optical angle sensor includes four combining units and four light receiving units, for example, the optical angle sensor detects a four-phase signal. can do. Therefore, the optical angle sensor can detect an angular displacement by rotating the measurement target with high accuracy using a plurality of signals such as a four-phase signal.
または、光学式角度センサは、第1反射手段を介する第1光または第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される第1の1/4波長板を備え、第4回折格子部による合成光を第1分割光と第2分割光とに分割する分割ビームスプリッタと、分割ビームスプリッタにより分割された第1分割光と第2分割光との光路上に配置される第2の1/4波長板と、第2の1/4波長板を介した第2分割光の光路上に配置される第3の1/4波長板と、第2の1/4波長板を介した第1分割光を第1偏光と第2偏光とに分割する第1分割光偏光ビームスプリッタと、第3の1/4波長板を介した第2分割光を第3偏光と第4偏光とに分割する第2分割光偏光ビームスプリッタと、第1偏光から位相が0度の光を受光する第1受光部と、第2偏光から位相が180度の光を受光する第2受光部と、第3偏光から位相が90度の光を受光する第3受光部と、第4偏光から位相が270度の光を受光する第4受光部と、を備えることが好ましい。 Alternatively, the optical angle sensor includes a first quarter-wave plate disposed on an optical path of the first light passing through the first reflecting unit or the second light passing through the second reflecting unit, and includes a fourth diffraction grating unit. Beam splitter for splitting the combined light by the first and second split beams into a first split beam and a second split beam, and a second beam splitter disposed on the optical path of the first split beam and the second split beam split by the split beam splitter. A 波長 wavelength plate, a third 波長 wavelength plate disposed on the optical path of the second split light via the second 4 wavelength plate, and a third 板 wavelength plate via the second 波長 wavelength plate. A first split light polarization beam splitter that splits one split light into a first polarized light and a second polarized light, and splits the second split light through a third quarter-wave plate into a third polarized light and a fourth polarized light A second split light polarization beam splitter, a first light receiving unit that receives light having a phase of 0 degree from the first polarized light, A second light receiving unit for receiving light having a phase of 180 degrees, a third light receiving unit for receiving light having a phase of 90 degrees from the third polarized light, and a fourth light receiving unit for receiving light having a phase of 270 degrees from the fourth polarized light It is preferable to provide:
このような構成によれば、光学式角度センサは、第1反射手段を介する第1光または第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される第1の1/4波長板を備え、受光手段は、複数の受光部として、第1偏光から位相が0度の光を受光する第1受光部と、第2偏光から位相が180度の光を受光する第2受光部と、第3偏光から位相が90度の光を受光する第3受光部と、第4偏光から位相が270度の光を受光する第4受光部と、を備えるため、合成光から例えば4相信号を検出することができる。したがって、光学式角度センサは、複数の回折光から取得することができる、例えば4相信号を用いて高精度に測定対象の回動による角度の変位を検出することができる。 According to such a configuration, the optical angle sensor includes the first quarter-wave plate disposed on the optical path of the first light via the first reflecting unit or the second light via the second reflecting unit. A light receiving unit, as the plurality of light receiving units, a first light receiving unit that receives light having a phase of 0 degree from the first polarized light; a second light receiving unit that receives light having a phase of 180 degrees from the second polarized light; Since a third light receiving unit that receives light having a phase of 90 degrees from the three polarized lights and a fourth light receiving unit that receives light having a phase of 270 degrees from the fourth polarized light are provided, for example, a four-phase signal is detected from the combined light. can do. Therefore, the optical angle sensor can detect the displacement of the angle due to the rotation of the measurement target with high accuracy using, for example, a four-phase signal, which can be obtained from a plurality of diffracted lights.
または、光学式角度センサは、第1反射手段を介する第1光または第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される1/4波長板を備え、第4回折格子部による合成光を複数の回折光とする複数の格子が並設される照射面を有する第5回折格子部と、第5回折格子部の複数の格子が並設される方向と照射面において直交する方向に並設される複数の格子を有し、第5回折格子部による複数の回折光をさらに複数の回折光とする第6回折格子部と、第6回折格子部による複数の回折光の光路上に配置され、複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子と、を備え、受光手段は、複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、演算手段は、複数の受光部が受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から測定対象の回動の方向および測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。 Alternatively, the optical angle sensor includes a quarter-wave plate disposed on an optical path of the first light passing through the first reflecting unit or the second light passing through the second reflecting unit, and the combined light by the fourth diffraction grating unit. A fifth diffraction grating portion having an irradiation surface on which a plurality of gratings each having a plurality of diffracted lights are arranged side by side, and a fifth diffraction grating portion arranged in a direction orthogonal to the direction in which the plurality of gratings are arranged side by side and the irradiation surface. A sixth diffraction grating portion having a plurality of gratings provided, the plurality of diffraction light beams by the fifth diffraction grating portion being further converted into a plurality of diffraction light beams, and a sixth diffraction grating portion disposed on an optical path of the plurality of diffraction light beams by the sixth diffraction grating portion. And a plurality of polarizers for converting the plurality of diffracted lights into a plurality of polarized lights having different phases, respectively, wherein the light receiving unit includes a plurality of light receiving units corresponding to each of the plurality of polarizers, and the arithmetic unit includes a plurality of Multiple signals with different phases based on the light received by the light receiving unit It is preferable to calculate the angle of variation depending on the direction and the measured rotation of al measurement target turning.
このような構成によれば、光学式角度センサは、第1反射手段を介する第1光または第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される1/4波長板を備え、第1回折格子および第2回折格子により回折された複数の回折格子に対応する複数の偏光子と、複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備えるため、前述の分割ビームスプリッタと、第1分割光偏光ビームスプリッタと、第2分割光偏光ビームスプリッタと、を備える場合と比較して、これらの光学部品を用いなくとも複数の回折格子から例えば4相信号を取得することができる。したがって、光学式角度センサは、前述の光学式角度センサと比較して、高精度化を図りつつ省スペース化やコスト削減を図ることができる。 According to such a configuration, the optical angle sensor includes the 波長 wavelength plate disposed on the optical path of the first light passing through the first reflecting unit or the second light passing through the second reflecting unit. In order to include a plurality of polarizers corresponding to the plurality of diffraction gratings diffracted by the diffraction grating and the second diffraction grating, and a plurality of light receiving units corresponding to the plurality of polarizers, respectively, the split beam splitter described above, Compared with the case where the split light polarization beam splitter and the second split light polarization beam splitter are provided, for example, a four-phase signal can be obtained from a plurality of diffraction gratings without using these optical components. Therefore, the optical angle sensor can achieve space saving and cost reduction while achieving higher accuracy as compared with the above-described optical angle sensor.
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図1から図3に基づいて説明する。
図1は、第1実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図である。
光学式角度センサ1は、図1に示すように、光を照射する光源2と、光源2からの光を回折する複数の格子60,70,80,90を有する透過型回折格子3と、透過型回折格子3を介した光を透過型回折格子3に向かって反射する第1反射手段4aと、透過型回折格子3を介した第1反射手段4aが反射する光とは異なる光を透過型回折格子3に向かって反射する第2反射手段4bと、透過型回折格子3を介した光を受光する受光手段5と、を備える。
光学式角度センサ1は、回動する図示しない測定対象を測定する測定器の内部に設けられている。第1実施形態では、測定対象は、X軸を軸として回動する。また、以降の説明においてX軸を測定対象の回動軸として説明することがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical angle sensor according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the
The
光源2は、一定の幅を有する光を透過型回折格子3に向かって照射する。光源2は、例えば半導体レーザである。なお、光源2は半導体レーザに限らず、数cmのコヒーレント長を有する光源であれば任意の光源であってもよい。
透過型回折格子3は、透光性のガラスにて長尺状に形成され、所定のピッチで配置される複数の格子60,70,80,90を有する。なお、透過型回折格子3は、ガラスに限らず、任意の透光性の部材により形成されていてもよい。
透過型回折格子3の複数の格子60,70,80,90を介した光源2からの光は、複数の回折光となる。
The
The transmission
Light from the
ここで、複数の回折光は、光源2から照射された光の光軸と同じ方向に進行する回折光と、光軸の両側を所定の回折角度で進行する回折光と、光軸の両側を所定の回折角度よりも大きな回折角度で進行する回折光と、を有する。
複数の回折光は、光軸と同じ方向に進行する回折光を0次回折光とすると、0次回折光を基準として回折角度が大きくなる方向に向かって±1次回折光、±2次回折光と順序づけることができる。
受光手段5は、主に±1次回折光により生成される干渉光から信号を検出する。
なお、以下の説明および図面において、受光手段5にて干渉光を生成する光の光路を矢印にて記載している。
Here, the plurality of diffracted lights include a diffracted light traveling in the same direction as the optical axis of the light emitted from the
Assuming that the diffracted light traveling in the same direction as the optical axis is the 0th-order diffracted light, the diffracted light is ordered as ± 1st-order diffracted light and ± 2nd-order diffracted light in the direction in which the diffraction angle increases with respect to the 0th-order diffracted light. be able to.
The light receiving means 5 detects a signal mainly from interference light generated by ± first-order diffracted light.
In the following description and drawings, the optical path of the light that generates the interference light in the
透過型回折格子3は、光源2からの光を第1光と第2光とに分割する第1回折格子部6と、第1回折格子部6により分割された第1光および第2光を回折する第2回折格子部7と、第1反射手段4aを介した第1光および第2反射手段4bを介した第2光を回折する第3回折格子部8と、第3回折格子部8を介した第1光および第2光を合成して合成光とする第4回折格子部9と、を備える。第1回折格子部6と、第2回折格子部7と、第3回折格子部8と、第4回折格子部9と、は1枚の透過型回折格子3に併設されている。
また、光学式角度センサ1は、第1回折格子部6にて分割された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射し、第3回折格子部8にて回折された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射するミラー10を備える。
The
Further, the
第1反射手段4aは、直交する2面の反射面を有するプリズムであり、第2回折格子部7を介して回折された第1光を第1光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射する。具体的には、第1反射手段4aは、透過型回折格子3の第2回折格子部7を介して入射した第1光を透過型回折格子3の第3回折格子部8に向かって出射する。
第2反射手段4bは、直交する2面の反射面を有するプリズムであり、第2回折格子部7を介して回折された第2光を第2光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射する。具体的には、第2反射手段4bは、透過型回折格子3の第2回折格子部7を介して入射した第2光を透過型回折格子3の第3回折格子部8に向かって出射する。
The first reflecting
The second reflecting
第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、回動軸であるX軸にて回動する測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動する。また、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と、光源2からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置されている。すなわち、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、X軸と、光源2からの光の光軸と平行な軸であるZ軸と、により形成される面において対称となる位置に配置されている。
The first reflection means 4a and the second reflection means 4b are attached to the measurement object that rotates around the X axis that is the rotation axis, and rotate in synchronization with the rotation of the measurement object. In addition, the
この際、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bの回動軸は、測定対象の回動軸と一致していることが好ましい。これにより、受光手段5に照射される第1反射手段4aおよび第2反射手段4bを介した第1光および第2光は、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bが回動したとしても照射位置がぶれることがなく、受光手段5の同じ位置に照射される。
At this time, it is preferable that the rotation axes of the first reflection means 4a and the second reflection means 4b coincide with the rotation axis of the measurement target. As a result, the first light and the second light that are applied to the
第1回折格子部6は、光源2からの光が照射される分割面61を有する。第1回折格子部6は、分割面61において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と直交する方向であるY方向に沿って並設される複数の格子60を有する。第2回折格子部7と第3回折格子部8と第4回折格子部9も同様に、分割面61において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と直交する方向であるY方向に沿って並設される複数の格子70,80,90を有する。
The first
第2回折格子部7は、第1回折格子部6にて分割された第1光を回折する第2回折格子部7aと、第1回折格子部6にて分割された第2光を回折する第2回折格子部7bと、を有する。第2回折格子部7は、第1回折格子部6にて分割された複数の光が有するそれぞれの回折次数と対となる逆符号の回折光へと回折する。具体的には、第2回折格子部7aは、第1光が+1次回折光である場合は−1次回折光となるよう回折する。第2回折格子部7bは、第2光が−1次回折光である場合は+1次回折光となるように回折する。なお、以下の説明や図において、第1光や第2光などの回折光の回折次数を明確にするために、光を示す矢印付近に回折次数を数字のみで記載して説明する場合がある。
The second
第3回折格子部8は、第2回折格子部7aにて回折された第1光をさらに回折する第3回折格子部8aと、第2回折格子部7bにて回折された第2光をさらに回折する第3回折格子部8bと、を有する。具体的には、第3回折格子部8aは、第2回折格子部7aが回折することで−1次回折光となった第1光をさらに−1次方向へ回折する。第3回折格子部8bは、第2回折格子部7bが回折することで+1次回折光となった第2光をさらに+1次方向へ回折する。
The third diffraction
第4回折格子部9は、第2回折格子部7と、第1反射手段4aと、第2反射手段4bと、第3回折格子部8と、ミラー10と、を介した第1光および第2光を回折することで合成した合成光を受光手段5に照射する。具体的には、第4回折格子部9は、第3回折格子部8aが回折することでさらに−1次方向へ回折した第1光を+1次方向へ回折する。また、第4回折格子部9は、第3回折格子部8bが回折することでさらに+1次方向へ回折した第2光を−1次方向へ回折する。第4回折格子部9は、回折された第1光および第2光を合成光として受光手段5方向へ照射する。
The fourth diffraction
第1光および第2光は、第2回折格子部7および第3回折格子部8により複数回、回折されることで、透過型回折格子3の位置が熱膨張等により変動したとしても、その影響が打ち消される。このため、干渉光には影響が生じない。
具体的には、回折次数をnとし、透過型回折格子3のもとの位置からの移動量をΔxとし、透過型回折格子3が有する複数の格子60,70,80,90の周期をpとし、回折光である第1光および第2光により生じる位相変化をφとした場合、式(1)にて表すことができる。
The first light and the second light are diffracted a plurality of times by the second
Specifically, the diffraction order is n, the amount of movement of the
φ=n×Δx÷p ・・・(1) φ = n × Δx ÷ p (1)
式(1)より、例えば第1回折格子部6にて+1次回折光として回折された第1光は、第2回折格子部7aと、第3回折格子部8aと、第4回折格子部9と、を介すことで回折次数が対となる逆符号の回折次数に回折されるため、回折次数nは0になる。また、第1回折格子部6にて−1次回折光として回折された第2光は、第2回折格子部7bと、第3回折格子部8bと、第4回折格子部9と、を介すことで回折次数が対となる逆符号の回折次数に回折されるため、第1光と同様に、回折次数nは0になる。
According to Equation (1), for example, the first light diffracted as the + 1st-order diffracted light by the first
これにより、第1光および第2光は、第2回折格子部7と、第3回折格子部8と、第4回折格子部9と、を介することで回折次数が対となる逆符号の回折次数となってそれぞれの影響を相殺するため、第1光および第2光である回折光により生じる位相変化であるφの値も0となる。したがって、透過型回折格子3がもとの位置からY方向への移動量Δxだけ移動したとしても、透過型回折格子3の移動による影響は生じない。
Thus, the first light and the second light pass through the second
受光手段5は、第4回折格子部9により合成された合成光を、所定の軸であるX軸を回動軸として回動する測定対象における角度の変化の信号として受光する。受光手段5には、PDA(Photo Diode Array)が用いられる。PDAは、その受光面に照射された干渉光を一度に測定することができる性質を持つ受光器である。なお、受光手段5は、PDAに限らず、PSD(Position Sensitive Detector)やCCD(Charge - Coupled Device)等の任意の受光器を用いてもよい。
光学式角度センサ1において、光源2と、透過型回折格子3と、第1反射手段4aと、第2反射手段4bと、ミラー10と、受光手段5とは、同じ高さになる様に配置されている。
The
In the
図2は、前記光学式角度センサを示すブロック図である。
光学式角度センサ1は、図2に示すように、受光手段5が受光した光を所定の軸を回動軸として回動する測定対象における角度の変化の信号として演算する演算手段20をさらに備える。
第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の回動にともなって同期して回動する。それにともない、第1光および第2光のそれぞれの光路長も変化する。演算手段20は、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bの回動により変化する第1光および第2光からなる合成光から生成される干渉光に基づく信号から、測定対象の回動による角度の変化量を演算する。
FIG. 2 is a block diagram showing the optical angle sensor.
As shown in FIG. 2, the
The first reflection means 4a and the second reflection means 4b rotate synchronously with the rotation of the measurement target. Accordingly, the optical path lengths of the first light and the second light also change. The calculating means 20 calculates the rotation of the object to be measured from a signal based on the interference light generated from the combined light composed of the first light and the second light, which is changed by the rotation of the first reflection means 4a and the second reflection means 4b. Calculate the angle change.
図3は、前記光学式角度センサにおける反射手段の回動を示す模式図である。
具体的には、図3(A)は光学式角度センサ1において測定対象が回動する前の状態を示す図であり、図3(B),(C)は光学式角度センサ1において測定対象が所定の方向に回動した状態を示す図である。
以下、光学式角度センサ1における光の光路について図1および図3に基づいて説明する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the rotation of the reflection means in the optical angle sensor.
Specifically, FIG. 3A is a diagram illustrating a state before the measurement target rotates in the
Hereinafter, the optical path of light in the
光学式角度センサ1において、第1回折格子部6にて分割された第1光は、図1および図3(A)に示すように、第1回折格子部6における分割点P1からミラー10にて第2回折格子部7aに向かって反射される。この際、第1光が+1次回折光であった場合は、第2回折格子部7aにより−1次回折方向に回折される。第2回折格子部7aを介した第1光は、第1反射手段4aに入射し、第1反射手段4aにて第3回折格子部8aに向かって出射される。この際、第1光は、第3回折格子部8aによりさらに−1次回折方向に回折されて第4回折格子部9に入射する。第3回折格子部8aを介した第1光は、ミラー10を介して第4回折格子部9に向かって反射される。第4回折格子部9に入射した第1光は、+1次回折方向に回折されて受光手段5に照射される。したがって、受光手段5に入射する第1光(+1次回折光)は、第2回折格子部7aを介して−1次回折方向に回折され、第3回折格子部8aを介して−1次回折方向に回折され、第4回折格子部9を介して+1次回折方向に回折されるため、通算して回折次数nは0となる。
In the
第1回折格子部6にて分割された第2光は、第1回折格子部6における分割点P1からミラー10にて第2回折格子部7bに向かって反射される。この際、第1光が−1次回折光であった場合は、第2回折格子部7bにより+1次回折方向に回折される。第2回折格子部7bを介した第2光は、第2反射手段4bに入射し、第2反射手段4bにて第3回折格子部8bに向かって出射される。この際、第2光は、第3回折格子部8bによりさらに+1次回折方向に回折されて第4回折格子部9に入射する。第3回折格子部8bを介した第2光は、ミラー10を介して第4回折格子部9に向かって反射される。第4回折格子部9に入射した第2光は、−1次回折方向に回折されて受光手段5に照射される。したがって、受光手段5に入射する第2光(−1次回折光)は、第2回折格子部7aを介して+1次回折方向に回折され、第3回折格子部8aを介して+1次回折方向に回折され、第4回折格子部9を介して−1次回折方向に回折されるため、通算して回折次数nは0となる。
The second light split by the first
受光手段5は、第1回折格子部6にて分割され、ミラー10にて反射し、第2回折格子部7a,7bにて回折され、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bにて反射し、第3回折格子部8a,8bにて回折され、ミラー10にて反射し、第4回折格子部9にて合成された第1光および第2光の合成光を受光する。そして、演算手段20は、受光手段5が受光した合成光に基づく信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算する。
The
また、光学式角度センサ1において、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第1反射手段4aを介して第4回折格子部9に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第2反射手段4bを介して第4回折格子部9に到達するまでの第2光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有する。
In the
具体的には、図3(A)に示すように、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bが光源2からの光の光軸と平行な軸に対して線対称に配置されている場合、第1光および第2光の光路長は同じ長さとなる。この際、受光手段5は、最も第1光と第2光との光路長の差の変化に対する明暗の変化の感度が高い干渉光を受光することができる。
そして、図3(B)に示すように、測定対象がθ方向に回動した場合、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の回動にともなってθ方向に回動する。また、図3(C)に示すように、測定対象が−θ方向に回動した場合、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の回動にともなって−θ方向に回動する。この際、受光手段5に照射される干渉光は、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bの回動方向にしたがって第1光と第2光とのそれぞれの光路長が変化し、図3(A)のときに生じる干渉光から変化する。演算手段20は、この干渉光の変化に基づく信号から測定対象が元の位置からどのくらい回動したのかについての角度の変化量を演算する。
Specifically, as shown in FIG. 3A, a case where the first reflecting means 4a and the second reflecting means 4b are arranged symmetrically with respect to an axis parallel to the optical axis of the light from the
Then, as shown in FIG. 3B, when the measurement target rotates in the θ direction, the
このような第1実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
(1)光学式角度センサ1において、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部6における光の分割点P1から第1反射手段4aを介して第4回折格子部9に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部6における光の分割点P1から第2反射手段4bを介して第4回折格子部9に到達するまでの第2光の光路長とが、同じ長さとなる角度を有するため、測定対象の回動により変化する第1光の光路長と第2光の光路長との長さの差を数cm以内に収めることができる。すなわち、光学式角度センサ1は、光源2にコヒーレント長が非常に短い半導体レーザを用いたとしても、受光手段5の受光面で干渉を生じさせることができる。
According to the first embodiment, the following operations and effects can be obtained.
(1) In the
(2)光学式角度センサ1は、第1光および第2光を回折する第2回折格子部7と、第1反射手段4aを介した第1光および第2反射手段4bを介した第2光を回折する第3回折格子部8と、を備えることで、第1光および第2光を複数回、回折させることができる。これにより、光学式角度センサ1は、第1光および第2光の回折次数を相殺し、式(1)における回折次数nを0にすることができるため、環境変化による膨張や縮小により透過型回折格子の位置が元の位置から移動してしまったとしても、回折光の位相変化による角度変位を有した干渉光が生じることを抑制することができる。
したがって、光学式角度センサ1は、光源2のコヒーレント性による制限を回避しつつ、環境変化による回折光の位相変化を防止し、測定対象の回動による角度の変化量を高精度に検出することができる。
(2) The
Therefore, the
(3)光学式角度センサ1は、1枚の透過型回折格子3を有し、1枚の透過型回折格子3は、第1回折格子部6と第2回折格子部7と第3回折格子部8と第4回折格子部9とを併設することで、部品点数を減らすことができる。したがって、光学式角度センサ1は、コスト削減を図ることができる。
(4)光学式角度センサ1は、第1回折格子部6にて分割された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射し、第3回折格子部8にて回折された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射するミラーを備えるため、光学式角度センサ1の大型化を抑制することができる。
(3) The
(4) The
(5)第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、所定の回動軸にて回動する測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動するため、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは同時に同じ角度だけ回動する。これにより、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、第4回折格子部9にて合成される合成光の強度が2倍となる。このため、受光手段5の感度が2倍となる。したがって、光学式角度センサ1は、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、高感度の信号から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
(5) The first reflection means 4a and the second reflection means 4b are attached to the measurement object that rotates about a predetermined rotation axis, and rotate in synchronization with the rotation of the measurement object. The reflection means 4a and the second reflection means 4b rotate simultaneously by the same angle. As a result, the intensity of the combined light combined by the fourth diffraction
(6)光学式角度センサ1における第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と、光源2からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置される。このため、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bを非対称となる位置に配置する場合と比較して、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bが、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第1反射手段4aを介して第4回折格子部9に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第2反射手段4bを介して第4回折格子部9に到達するまでの第2光の光路長と、について同じ長さとなる角度を有するように容易に設計することができる。
(6) The first reflection means 4a and the second reflection means 4b in the
〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態を図4に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Second embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
図4は、第2実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図である。
前記第1実施形態では、第1回折格子部6と、第2回折格子部7と、第3回折格子部8と、第4回折格子部9とは1枚の透過型回折格子3に併設されていた。
第2実施形態では、図4に示すように、光学式角度センサ1Aは、複数の透過型回折格子3Aを有し、複数の透過型回折格子3Aは、第1回折格子部6Aと第4回折格子部9Aとを併設する第1透過型回折格子3Aaと、第2回折格子部7Aと第3回折格子部8Aとを併設する第2透過型回折格子3Abと、を備える点で、前記第1実施形態と異なる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an optical angle sensor according to the second embodiment.
In the first embodiment, the first diffraction
In the second embodiment, as shown in FIG. 4, the
また、前記第1実施形態では、光学式角度センサ1は、第1回折格子部6にて分割された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射し、第3回折格子部8にて回折された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射するミラー10を備えていた。
第2実施形態では、光学式角度センサ1Aはミラー10を備えず、受光手段5は、第1透過型回折格子3Aaの第1回折格子部6Aにて分割され、第2透過型回折格子3Abの第2回折格子部7Aにて回折され、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bにて反射し、第2透過型回折格子3Abの第3回折格子部8Aにて回折され、第1透過型回折格子3Aaの第4回折格子部9Aにて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、演算手段20(図2参照)は、受光手段5が受光した合成光に基づく信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で前記第1実施形態と異なる。
以下、光学式角度センサ1Aにおける光の光路について図4に基づいて説明する。
In the first embodiment, the
In the second embodiment, the
Hereinafter, an optical path of light in the
図4に示すように、第1透過型回折格子3Aaの第1回折格子部6Aにて分割された第1光は、第1回折格子部6Aにおける分割点P1から第2透過型回折格子3Abの第2回折格子部7Aaに向かって出射される。この際、第1光が+1次回折光であった場合は、第2回折格子部7Aaにより−1次回折方向に回折される。第2回折格子部7Aaを介した第1光は、第1反射手段4aに入射し、第1反射手段4aにて第2透過型回折格子3Abの第3回折格子部8Aaに向かって出射される。この際、第1光は、第3回折格子部8Aaによりさらに−1次回折方向に回折されて第1透過型回折格子3Aaの第4回折格子部9Aに入射する。第3回折格子部8Aaを介して第4回折格子部9Aに入射した第1光は、+1次回折方向に回折されて受光手段5に照射される。したがって、受光手段5に入射する第1光(+1次回折光)は、第2回折格子部7Aaを介して−1次回折方向に回折され、第3回折格子部8Aaを介して−1次回折方向に回折され、第4回折格子部9Aを介して+1次回折方向に回折されるため、通算して回折次数nは0となる。
As shown in FIG. 4, the first light split by the first diffraction
第1透過型回折格子3Aaの第1回折格子部6Aにて分割された第2光は、第1回折格子部6Aにおける分割点P1から第2透過型回折格子3Abの第2回折格子部7Abに向かって出射される。この際、第2光が−1次回折光であった場合は、第2回折格子部7Abにより+1次回折方向に回折される。第2回折格子部7Abを介した第2光は、第2反射手段4bに入射し、第2反射手段4bにて第2透過型回折格子3Abの第3回折格子部8Abに向かって出射される。この際、第2光は、第3回折格子部8Abによりさらに+1次回折方向に回折されて第1透過型回折格子3Aaの第4回折格子部9Aに入射する。第3回折格子部8Abを介して第4回折格子部9Aに入射した第2光は、−1次回折方向に回折されて受光手段5に照射される。したがって、受光手段5に入射する第2光(−1次回折光)は、第2回折格子部7Abを介して+1次回折方向に回折され、第3回折格子部8Abを介して+1次回折方向に回折され、第4回折格子部9Aを介して−1次回折方向に回折されるため、通算して回折次数nは0となる。
The second light split by the first diffraction
光学式角度センサ1Aにおいても、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部6Aにおける光源2からの光の分割点P1から第1反射手段4aを介して第4回折格子部9Aに到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部6Aにおける光源2からの光の分割点P1から第2反射手段4bを介して第4回折格子部9Aに到達するまでの第2光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有する。
Also in the
このような第2実施形態においても、前記第1実施形態における(1),(2),(5),(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(7)光学式角度センサ1Aは、複数の透過型回折格子3Aを有し、複数の透過型回折格子3Aは、第1回折格子部6Aと第4回折格子部9Aとを併設する第1透過型回折格子3Aaと、第2回折格子部7Aと第3回折格子部8Aとを併設する第2透過型回折格子3Abと、を備えるため、第1回折格子部6Aおよび第4回折格子部9Aと、第2回折格子部7Aおよび第3回折格子部8Aと、のそれぞれの配置を自由に設計することができる。したがって、光学式角度センサ1Aは、設計の自由度を向上させることができる。
(8)光学式角度センサ1Aは、第1透過型回折格子3Aaと、第2透過型回折格子3Abと、を備え、前記第1実施形態におけるミラー10を備えないため、1枚の透過型回折格子3を用いる場合と比較して、部品点数を減らしつつ、長尺方向への大型化を抑制することができる。
In the second embodiment, the same operations and effects as (1), (2), (5), and (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained. Can play.
(7) The
(8) The
〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態を図5に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Third embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
図5は、第3実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図である。
前記第1実施形態では、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動していた。
第3実施形態では、図5に示すように、光学式角度センサ1Bにおける第1反射手段4Baは、測定対象に取付けられ、第2反射手段4Bbは光学式角度センサ1B内に固定して設けられ、第1反射手段4Baは、測定対象の回動にともなって同期して回動する点で、前記第1実施形と異なる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an optical angle sensor according to the third embodiment.
In the first embodiment, the
In the third embodiment, as shown in FIG. 5, the first reflecting means 4Ba of the
また、前記第1実施形態では、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と、光源2からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置されていた。これにより第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、同時に回動し、その配置は回動したとしても、線対称となる位置に配置されていた。
第3実施形態では、第1反射手段4Baと第2反射手段4Bbとは、回動することにより非対称になるように配置されている点で前記第1実施形態と異なる。
Further, in the first embodiment, the first reflecting means 4a and the second reflecting means 4b are arranged so that the first reflecting means 4a or the X-axis, which is the rotation axis of the second reflecting
The third embodiment is different from the first embodiment in that the first reflecting means 4Ba and the second reflecting means 4Bb are arranged so as to be asymmetrical by rotating.
第1反射手段4Baと第2反射手段4Bbとは非対称になるように配置されているが、光学式角度センサ1Bにおいても、第1反射手段4Baは、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第1反射手段4Baを介して第4回折格子部9に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第2反射手段4Bbを介して第4回折格子部9に到達するまでの第2光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有する。第3実施形態においても、演算手段20(図2参照)は、第1反射手段4Baの回動により変化する第1光および第2光からなる合成光から生成される干渉光に基づく信号から、測定対象の回動による角度の変化量を演算する。
The first reflection means 4Ba and the second reflection means 4Bb are arranged so as to be asymmetric. However, also in the
このような第3実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(4)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(9)第2反射手段4Bbは、光学式角度センサ1B内に固定して設けられ、第1反射手段4Baは、測定対象に取付けられているため、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bを測定対象に取付ける前記第1実施形態と比較して測定対象の重量が軽くなる。したがって、光学式角度センサ1Bは、重量による測定結果への影響を抑制し、高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
In the third embodiment, the same operations and effects as (1) to (4) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(9) The second reflecting means 4Bb is fixedly provided in the
〔第4実施形態〕
以下、本発明の第4実施形態を図6に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Fourth embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
図6は、第4実施形態に係る光学式角度センサにおける透過型回折格子と受光手段を示す概略図である。
前記第1実施形態では、演算手段20は、受光手段5が受光する干渉光に基づいて測定対象の回動による角度の変化量を検出していた。
第4実施形態では、図6に示すように、光学式角度センサ1Cにおける第4回折格子部9Cは、分割面61(図1参照)において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と直交する直交方向に沿って並設される複数の格子90Cを有し、受光手段5Cは、直交方向に沿って並設される複数の受光素子51C〜54Cを備え、複数の格子90Cを介した複数の回折光を受光し、演算手段20は、複数の受光素子51C〜54Cが受光した複数の回折光に基づく複数の信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で前記第1実施形態と異なる。
なお、図6では、説明の都合上、図1における光源2と、第1反射手段4aと、第2反射手段4bと、透過型回折格子3上の第1回折格子部6と第2回折格子部7と第3回折格子部8と、ミラー10と、を省略している。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a transmission type diffraction grating and a light receiving unit in the optical angle sensor according to the fourth embodiment.
In the first embodiment, the calculating
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, the fourth
In FIG. 6, for convenience of explanation, the
複数の格子90Cを透過する第1光の進行方向は、−Y方向側に回折され、複数の傾斜格子90Cを透過する第2光の進行方向は、+Y方向側に回折される。ここで、第1光は例えば+1次回折光であり、第2光は例えば−1次回折光である場合、他の回折次数の光(例えば±2次回折光)は、第1光および第2光とは異なる離間する方向に回折され、受光手段5Cには照射されない。そして、第1光(+1次回折光)および第2光(−1次回折光)は、受光手段5C(複数の受光素子51C〜54C)の受光面上に、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と平行な方向であるX方向に沿って干渉縞を生成する。
The traveling direction of the first light passing through the plurality of
光学式角度センサ1Cは、測定対象の回動方向を特定するために、位相差を有する4相信号(複数の正弦波信号)を用いることが好ましい。そのため、複数の受光素子51C〜54Cは、干渉縞の周期に合わせて4相信号を取得できるように設計されている。
例えば第1回折格子部6(図1参照)の複数の格子60が1μmの周期となるように設計されている場合、第4回折格子部9Cの複数の格子90Cは、1.005μmの周期となるように、第1回折格子部の複数の格子60の周期に対して少しずらして設計される。そして、複数の受光素子51C〜54Cは、第4回折格子部9Cの複数の格子90Cと同じ周期となるように1.005μmに設計される。
It is preferable that the
For example, when the plurality of
具体的には、複数の受光素子51C〜54Cは、第1受光素子51Cと、第2受光素子52Cと、第3受光素子53Cと、第4受光素子54Cと、を備える。
第1受光素子51Cは、複数の傾斜格子90Cを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が0度の光を受光する。第2受光素子52Cは、複数の傾斜格子90Cを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が90度の光を受光する。第3受光素子53Cは、複数の傾斜格子90Cを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が180度の光を受光する。第4受光素子54Cは、複数の傾斜格子90Cを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が180度の光を受光する。
Specifically, the plurality of
The first
そして、複数の受光素子51C〜54Cは、X軸と直交するY方向に沿って、第1受光素子51C、第2受光素子52C、第3受光素子53C、第4受光素子54Cの順に繰り返し配置されている。光学式角度センサ1Cは、この複数の受光素子51C〜54Cにて受光された信号から4相信号を検出し、演算手段20(図2参照)は、測定対象の回動方向と測定対象の回動による角度の変化量を演算することができる。
The plurality of
このような第4実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(10)第4回折格子部9Cは、複数の格子90Cを有し、受光手段5Cは、複数の受光素子51C〜54Cを備え、複数の格子90Cを介した複数の回折光を受光する。複数の回折光は、受光手段5Cの受光面上に、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と平行な方向に沿って干渉縞を生成し、複数の受光素子51C〜54Cは、干渉縞から4相信号を検出することができる。演算手段20は、この4相信号から測定対象の回動方向と、回動による角度の変化量を演算することができる。したがって、光学式角度センサ1Cは、干渉光から測定対象の回動による角度の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
In the fourth embodiment, the same operations and effects as (1) to (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(10) The fourth
〔第5実施形態〕
以下、本発明の第5実施形態を図7に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
図7は、第5実施形態に係る光学式角度センサにおける透過型回折格子と受光手段を示す概略図である。
前記第1実施形態では、第4回折格子部9は、分割面61において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と直交する方向であるY方向に沿って並設される複数の格子90を備え、演算手段20は、受光手段5が受光する干渉光に基づいて測定対象の回動による角度の変化量を検出していた。
第5実施形態では、図7に示すように、光学式角度センサ1Dにおける第4回折格子部9Dは、分割面61(図1参照)において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と直交する直交方向に沿って並設され、光源2からの光の光軸に対して所定の傾斜角度θを有して配置される複数の傾斜格子90Dを有し、受光手段5Dは、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と平行な方向に沿って並設される複数の受光素子51D〜54Dを備え、複数の傾斜格子90Dを介した複数の回折光を受光し、演算手段20(図2参照)は、受光手段5Dが受光した複数の回折光に基づく複数の信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で前記第1実施形態と異なる。
なお、図7では、説明の都合上、図1における光源2と、第1反射手段4aと、第2反射手段4bと、透過型回折格子3上の第1回折格子部6と第2回折格子部7と第3回折格子部8と、ミラー10と、を省略している。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a transmission type diffraction grating and light receiving means in the optical angle sensor according to the fifth embodiment.
In the first embodiment, the fourth
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 7, the fourth
In FIG. 7, for convenience of explanation, the
複数の傾斜格子90Dを透過する第1光の進行方向は、+X方向側に回折され、複数の傾斜格子90Dを透過する第2光の進行方向は、−X方向側に回折される。ここで、第1光は例えば+1次回折光であり、第2光は例えば−1次回折光である場合、他の回折次数の光(例えば±2次回折光)は、第1光および第2光とは異なる離間する方向に回折され、受光手段5Dには照射されない。そして、第1光(+1次回折光)および第2光(−1次回折光)は、受光手段5D(複数の受光素子51D〜54D)の受光面上に、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と直交する直交方向であるY方向に沿って干渉縞を生成する。
光学式角度センサ1Dは、測定対象の回動方向を特定するために、位相差を有する4相信号(複数の正弦波信号)を用いることが好ましい。そのため、複数の受光素子51D〜54Dは、複数の受光素子51D〜54Dの受光面に生成される干渉縞の周期に合わせて4相信号を取得できるように設計されている。
The traveling direction of the first light passing through the plurality of
The
具体的には、複数の受光素子51D〜54Dは、第1受光素子51Dと、第2受光素子52Dと、第3受光素子53Dと、第4受光素子54Dと、を備える。第1受光素子51Dは、複数の傾斜格子90Dを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が0度の光を受光する。第2受光素子52Dは、複数の傾斜格子90Dを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が90度の光を受光する。第3受光素子53Dは、複数の傾斜格子90Dを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が180度の光を受光する。第4受光素子54Dは、複数の傾斜格子90Dを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が180度の光を受光する。そして、複数の受光素子51D〜54Dは、X軸と平行な方向に沿って、第1受光素子51D、第2受光素子52D、第3受光素子53D、第4受光素子54Dの順に繰り返し配置されている。光学式角度センサ1Dは、この複数の受光素子51D〜54Dにて受光された信号から4相信号を検出し、演算手段20(図2参照)は、測定対象の回動方向と測定対象の回動による角度の変化量を演算することができる。
Specifically, the plurality of
このような第5実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(11)第4回折格子部9Dは、複数の傾斜格子90Dを有し、受光手段5Dは、複数の傾斜格子90Dを介した複数の回折光を受光し、複数の回折光は、受光手段5Dの受光面上に、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と直交する直交方向に沿って干渉縞を生成する。このため、受光手段5Dの複数の受光素子51D〜54Dは、干渉縞から4相信号を検出することができる。演算手段20は、4相信号から測定対象の回動方向と、回動による角度の変化量を演算することができる。したがって、光学式角度センサ1Dは、干渉光から測定対象の回動による角度の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
In the fifth embodiment, the same operations and effects as (1) to (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(11) The fourth
〔第6実施形態〕
以下、本発明の第6実施形態を図8に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Sixth embodiment]
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
図8は、第6実施形態に係る光学式角度センサにおける透過型回折格子と受光手段を示す概略図である。具体的には図8(A)は、光学式角度センサ1Eにおける第4回折格子部9Eと受光手段5Eとの配置を示す概略図であり、図8(B)は、第4回折格子部9Eが有する複数の合成部91E〜94Eが有する複数の格子90Eの具体的な位相差を示す図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a transmission type diffraction grating and a light receiving unit in the optical angle sensor according to the sixth embodiment. Specifically, FIG. 8A is a schematic diagram showing the arrangement of the fourth
前記第1実施形態では、第4回折格子部9は、分割面61において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と直交する方向に沿って並設される複数の格子60を備えていた。
第6実施形態では、図8(A)に示すように、光学式角度センサ1Eにおける第4回折格子部9Eは、それぞれ位相が異なる複数の合成部91E〜94Eを備え、受光手段5Eは、複数の合成部91E〜94Eのそれぞれに対応する複数の受光部51E〜54Eを備え、演算手段20(図2参照)は、複数の受光部51E〜54Eが受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から測定対象の回動の方向および測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で前記第1実施形態と異なる。
なお、図8(A)では、説明の都合上、図1における光源2と、第1反射手段4aと、第2反射手段4bと、透過型回折格子3上の第1回折格子部6と第2回折格子部7と第3回折格子部8と、ミラー10と、を省略している。
In the first embodiment, the fourth
In the sixth embodiment, as shown in FIG. 8A, the fourth
In FIG. 8A, for convenience of explanation, the
第4回折格子部9Eは、複数の合成部91E〜94Eとして、第1合成部91Eと、第2合成部92Eと、第3合成部93Eと、第4合成部94Eと、を備える。
第1合成部91Eは、位相が0度に配置される複数の格子90Eを有する。第2合成部92Eは、位相が90度に配置される複数の格子90Eを有する。第3合成部93Eは、位相が180度に配置される複数の格子90Eを有する。第4合成部94Eは、位相が270度に配置される複数の格子90Eを有する。
The fourth
The
受光手段5Eは、複数の受光部51E〜54Eとして、第1受光部51Eと、第2受光部52Eと、第3受光部53Eと、第4受光部54Eと、を備える。
第1受光部51Eは、第1合成部91Eを介した位相が0度の光を受光する。第2受光部52Eは、第2合成部92Eを介した位相が90度の光を受光する。第3受光部53Eは、第3合成部93Eを介した位相が180度の光を受光する。第4受光部54Eは、第4合成部94Eを介した位相が270度の光を受光する。
The
The first
第1実施形態における第3回折格子部8からの光を反射するミラー10や第2実施形態における第3回折格子部8Aを介した第1光および第2光は、重なるようにして複数の合成部91E〜94E全体(第4回折格子部9E)に照射される。複数の合成部91E〜94E全体に照射された光は、それぞれの位相の干渉光として同時に複数の受光部51E〜54Eのそれぞれに照射される。複数の受光部51E〜54Eは、照射された干渉光から、それぞれに対応する位相の信号として4相信号を検出する。演算手段20は、4相信号から測定対象の回動方向と、回動による角度の変化量を演算することができる。したがって、光学式角度センサ1Eは、複数の合成部91E〜94Eおよび複数の受光部51E〜54Eを備えない場合と比較して、高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
The first light and the second light passing through the
第4回折格子部9Eの複数の合成部91E〜94Eは、図8(B)に示すように、複数の格子90Eの周期をqとし、整数をmとし、オフセットをkとした場合に、第1合成部91Eおよび第2合成部92Eと、第3合成部93Eおよび第4合成部94Eは、それぞれ式(2)のような関係で配置されている。
As shown in FIG. 8 (B), the plurality of combining
k1=m×q+q÷8 ・・・(2) k1 = m × q + q ÷ 8 (2)
具体的には、第2合成部92Eは、第1合成部91Eに対し、式(2)で求められるk1の値だけオフセットされて配置されている。第3合成部93Eは、第1合成部91Eに対し、q÷4にて求められるk2の値だけY方向にオフセットされて配置されている。第4合成部94Eは、第3合成部93Eに対し、式(2)で求められるk1の値だけオフセットされて配置されている。したがって、複数の受光部51E〜54Eは、複数の合成部91E〜94Eからそれぞれ位相の異なる干渉光を受光することができる。
Specifically, the
このような第6実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(12)光学式角度センサ1Eは、4つの合成部91E〜94Eと4つの受光部51E〜54Eを備えるため、4相信号を検出することができる。したがって、光学式角度センサ1Eは、4相信号などの複数の信号を用いて高精度に測定対象の回動による角度の変位を検出することができる。
In the sixth embodiment, the same operations and effects as (1) to (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(12) Since the
〔第7実施形態〕
以下、本発明の第7実施形態を図9に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Seventh embodiment]
Hereinafter, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
図9は、第7実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図である。
前記第1実施形態では、第4回折格子部9は、分割面61において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と直交する方向に沿って並設される複数の格子90を備え、受光手段5は、複数の格子90を介した光を受光していた。
第7実施形態では、光学式角度センサ1Fは、第1反射手段4aを介する第1光または第2反射手段4bを介する第2光の光路上に配置される第1の1/4波長板45aを備え、第4回折格子部9による合成光を第1分割光11Fと第2分割光21Fとに分割する分割ビームスプリッタ30Fと、分割ビームスプリッタ30Fにより分割された第1分割光11Fと第2分割光21Fとの光路上に配置される第2の1/4波長板45bと、第2の1/4波長板45bを介した第2分割光21Fの光路上に配置される第3の1/4波長板45cと、第2の1/4波長板45bを介した第1分割光11Fを第1偏光12Fと第2偏光13Fとに分割する第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fと、第3の1/4波長板45cを介した第2分割光21Fを第3偏光22Fと第4偏光23Fとに分割する第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fと、を備え、受光手段5Fは複数の受光部51F〜54Fを有し、複数の受光部51F〜54Fは、第1偏光12Fから位相が0度の光を受光する第1受光部51Fと、第2偏光13Fから位相が180度の光を受光する第2受光部52Fと、第3偏光22Fから位相が90度の光を受光する第3受光部53Fと、第4偏光23Fから位相が270度の光を受光する第4受光部54Fと、を備える点で前記第1実施形態と異なる。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an optical angle sensor according to the seventh embodiment.
In the first embodiment, the fourth
In the seventh embodiment, the
光学式角度センサ1Fは、第1の1/4波長板45aを備えることで、前記第1実施形態における第4回折格子部9による合成光から4相信号を検出し、4相信号より測定対象の回動による角度の変位を検出することができる。
また、光学式角度センサ1Fは、第4回折格子部9からの合成光を受光手段5Fに向かって反射する反射部10aをさらに備える。反射部10aは、ミラーである。なお、反射部10aは、合成光を受光手段5Fに向かって反射させることができればよく、ビームスプリッタやハーフミラー等であってもよい。
The
The
分割ビームスプリッタ30Fは、非偏光ビームスプリッタである。非偏光ビームスプリッタであるビームスプリッタ30Fは、第4回折格子部9から照射される合成光をS偏光とP偏光には分割せず、平均して非偏光の光を分割するのと同様に、第4回折格子部9を介した合成光を第1分割光11Fと第2分割光21Fとに分割する。
The
第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fおよび第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fは、偏光ビームスプリッタである。
偏光ビームスプリッタは、光をSランダム偏光の光であるS偏光と、Pランダム偏光の光であるP偏光と、の2つの偏光成分に分離するプレート型の光学部品である。
第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fは、分割ビームスプリッタ30Fからの第1分割光11Fを分割し、第1偏光12Fを反射し、第2偏光13Fを透過する。第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fは、分割ビームスプリッタ30Fからの第2分割光21Fを分割し、第3偏光22Fを反射し、第4偏光23Fを透過する。
第7実施形態では、第1偏光12Fと第3偏光22FをS偏光とし、第2偏光13Fと第4偏光23FをP偏光として説明する。
The first split light
The polarization beam splitter is a plate-type optical component that separates light into two polarization components, S-polarized light that is S-randomly polarized light and P-polarized light that is P-randomly polarized light.
The first split light
In the seventh embodiment, the first
第1分割光11Fは、第2の1/4波長板45bを介することで第1分割光11Fとは90度位相がずれた光となり第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fに照射される。第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fに照射された第1分割光11Fは、S偏光である第1偏光12Fと、P偏光である第2偏光13Fと、に偏光されるとともに分割される。そして、第1受光部51Fは、第1偏光12Fを受光して位相が0度の光である干渉光を受光し、第2受光部52Fは、第2偏光13Fを受光して位相が180度の光である干渉光を受光する。
The
第2分割光21Fは、第2の1/4波長板45bおよび第3の1/4波長板45cを介することで第2分割光21Fとは180度位相がずれた光となり第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fに照射される。第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fに照射された第2分割光21Fは、S偏光である第3偏光22Fと、P偏光である第4偏光23Fと、に偏光されるとともに分割される。そして、第3受光部53Fは、第3偏光22Fを受光して位相が90度の光である干渉光を受光し、第4受光部54Fは、第4偏光23Fを受光して位相が270度の光である干渉光を受光する。これにより、演算手段20(図2参照)は、複数の受光部51F〜54Fから4相信号を取得することができる。演算手段20は、この4相信号を演算することにより、測定対象の回動の方向と、測定対象の回動による角度の変化量を演算し検出する。
The
このような第7実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(13)光学式角度センサ1Fは、第1反射手段4aを介する第1光または第2反射手段4bを介する第2光の光路上に配置される第1の1/4波長板45aを備え、受光手段5Fは、複数の受光部51F〜54Fとして、第1偏光12Fから位相が0度の光を受光する第1受光部51Fと、第2偏光13Fから位相が180度の光を受光する第2受光部52Fと、第3偏光22Fから位相が90度の光を受光する第3受光部53Fと、第4偏光23Fから位相が270度の光を受光する第4受光部54Fと、を備えるため、合成光から4相信号を検出することができる。したがって、光学式角度センサ1Fは、複数の回折光から取得することができる4相信号を用いて高精度に測定対象の回動による角度の変位を検出することができる。
Also in the seventh embodiment, the same operations and effects as (1) to (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(13) The
〔第8実施形態〕
以下、本発明の第8実施形態を図10に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Eighth Embodiment]
Hereinafter, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
図10は、第8実施形態に係る光学式角度センサを示す概図である。
前記第7実施形態では、光学式角度センサ1Fは、分割ビームスプリッタ30Fと、第1の波長板45aと、第2の1/4波長板45bと、第3の1/4波長板45cと、第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fと、第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fと、複数の受光部51F〜54Fと、を備えていた。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an optical angle sensor according to the eighth embodiment.
In the seventh embodiment, the
第8実施形態では、図10に示すように、光学式角度センサ1Gは、第1反射手段4aを介する第1光または第2反射手段4bを介する第2光の光路上に配置される1/4波長板45aを備え、第4回折格子部9による合成光を複数の回折光とする複数の格子311Gが並設される照射面30Gを有する第5回折格子部31Gと、第5回折格子部31Gの複数の格子311Gが並設される方向と照射面30Gにおいて直交する方向に並設される複数の格子322Gを有し、第5回折格子部31Gによる複数の回折光をさらに複数の回折光とする第6回折格子部32Gと、第6回折格子部32Gによる複数の回折光の光路上に配置され、複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子46a〜46dと、を備え、受光手段5Gは、複数の偏光子46a〜46dのそれぞれに対応する複数の受光部51G〜54Gを備え、演算手段20(図2参照)は、複数の受光部51G〜54Gが受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から測定対象の回動の方向および前記測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で前記第7実施形態と異なる。
In the eighth embodiment, as shown in FIG. 10, the
また、光学式角度センサ1Gは、第4回折格子部9からの合成光を受光手段5Gに向かって反射する反射部10aをさらに備える。反射部10aは、ミラーである。なお、反射部10aは、合成光を受光手段5Gに向かって反射させることができればよく、ビームスプリッタやハーフミラー等であってもよい。
複数の偏光子46a〜46dは、偏光レンズであり、第1偏光子46aと、第2偏光子46bと、第3偏光子46cと、第4偏光子46dと、を備える。なお、複数の偏光子46a〜46dは、入射した光を偏光することができればよく、どのようなものを用いて偏光してもよい。
The
The plurality of
受光手段5Gは、複数の偏光子46a〜46dに対向して設けられている。また、受光手段5Gは、複数の受光部51G〜54Gとして、第1受光部51Gと、第2受光部52Gと、第3受光部53Gと、第4受光部54Gと、を備える。複数の受光部51G〜54Gは、同一面上に設けられている。
第5回折格子部31Gおよび第6回折格子部32Gにより分割された複数の光は、複数の偏光子46a〜46dを透過すると、それぞれ位相の異なる偏光となる。
第1受光部51Gは、第1偏光子46aを介した位相が0度の光を受光する。第2受光部52Gは、第2偏光子46bを介した位相が90度の光を受光する。第3受光部53Gは、第3偏光子46cを介した位相が180度の光を受光する。第4受光部54Gは、第4偏光子46dを介した位相が270度の光を受光する。
The
The plurality of lights split by the fifth
The first
これにより、演算手段20は、複数の受光部51G〜54Gから4相信号を取得することができる。演算手段20は、この4相信号を演算することにより、測定対象の回動の方向と、測定対象の回動による角度の変化量を演算し検出する。
また、複数の受光部51G〜54Gは、複数の偏光子46a〜46dに対向する同一面上に設けられているため、モジュール化することができる。このため、光学式角度センサ1Gは、前記第7実施形態のように光が照射される位置ごとに複数の受光部51G〜54Gを備える必要がないため、コスト削減を図るとともに省スペース化を図ることができる。
Thereby, the calculating means 20 can acquire four-phase signals from the plurality of
In addition, since the plurality of
このような第8実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(14)光学式角度センサ1Gは、第5回折格子部31Gおよび第6回折格子部32Gにより回折された複数の回折格子に対応する複数の偏光子46a〜46dと、複数の偏光子46a〜46dのそれぞれに対応する複数の受光部51G〜54Gを備えるため、前記第7実施形態の分割ビームスプリッタ30Fと、第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fと、第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fと、を備える場合と比較して、これらの光学部品を用いなくとも4相信号を取得することができる。したがって、光学式角度センサ1Gは、光学式角度センサ1Fと比較して、高精度化を図りつつ省スペース化やコスト削減を図ることができる。
(15)受光手段5Gは、複数の偏光子46a〜46dに対向して同一面上に設けられるとともに、複数の偏光子46a〜46dのそれぞれに対応する複数の受光部51G〜54Gを備えるため、複数の受光部51G〜54Gをモジュール化することで小型化をすることができる。
In the eighth embodiment as well, the same operations and effects as (1) to (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(14) The
(15) The
〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、光学式角度センサ1,1A〜1Gは測定器に設けられていたが、測定器ではなく、その他のものに設けられていてもよく、どのようなものに設けられるかは特に限定されるものではない。
[Modification of Embodiment]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in each of the above-described embodiments, the
前記各実施形態では、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bはプリズムであったが、プリズムではなく、光を反射する性質を持つ3枚の平面の板を互いに直角に組み合わせ、立方体の頂点型にしたコーナーキューブであってもよい。要するに、第1反射手段は、第2回折格子部を介して回折された第1光を第1光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射し、第2反射手段は、第2回折格子部を介して回折された第2光を第2光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射することができれば、どのようなものであってもよい。 In each of the above embodiments, the first reflecting means 4a and the second reflecting means 4b are prisms. However, instead of prisms, three flat plates having a property of reflecting light are combined at right angles to each other, and the apex of the cube is formed. It may be a shaped corner cube. In short, the first reflecting means reflects the first light diffracted through the second diffraction grating portion in a direction parallel to and in a direction opposite to the direction in which the first light has entered, and the second reflecting means serves as the second reflecting means. Any structure may be used as long as the second light diffracted through the diffraction grating portion can be reflected in a direction parallel to the direction in which the second light is incident and in the opposite direction.
図11は、変形例に係る光学式角度センサを示す概略図である。
前記各実施形態では、光源2と、透過型回折格子3,3Aと、第1反射手段4a,4Baと、第2反射手段4b,4Bbと、受光手段5,5C〜5Gとは、光学式角度センサ1,1A〜1Gにおいて、同じ高さになるように配置されていた。本変形例における光学式角度センサ1Hは、図11に示すように、光源2Hは透過型回折格子3に向かって上方(紙面上方向)から光を照射し、受光手段5Hは、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bを反射し、さらにミラー10を反射した光を下方(紙面下方向)から受光し、光源2Hおよび受光手段5Hは、同じ高さになるように配置されていない点で前記各実施形態と異なる。すなわち、受光手段は、第1回折格子部にて分割され、第1反射手段と第2反射手段とを反射し、第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光することができればよく、どのような高さに配置されていてもよい。光源や受光手段は、例えばY方向からみた状態において、X方向にそれぞれずれて配置されていてもよい。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an optical angle sensor according to a modification.
In the above embodiments, the
前記各実施形態では、第1回折格子部6,6Aおよび第4回折格子部9,9A,9C〜9Eは、1枚の透過型回折格子3(第1透過型回折格子3Aa)に併設されていたが、第1回折格子部および第4回折格子部は、1枚の透過型回折格子に併設されていなくてもよく、それぞれ個別の透過型回折格子として設けられていてもよい。
前記第1実施形態では、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と、光源2からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置されていたが、第1反射手段および第2反射手段は線対称にて配置されていなくてもよく、前記第3実施形態のように、非対称に配置されていてもよい。
In each of the above embodiments, the first
In the first embodiment, the
前記第1実施形態では、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、回動軸にて回動する測定対象に接続され、測定対象の回動にともなって同期して回動していたが、前記第3実施形態のように、第1反射手段4Baのみが測定対象に接続され取付けられていてもよい。また、前記第3実施形態では、第1反射手段4Baのみが測定対象に取付けられていたが、第1反射手段4Baではなく第2反射手段4Bbのみが測定対象に取付けられていてもよい。要するに、第1反射手段と第2反射手段との少なくとも一方は、測定対象に接続され、測定対象の回動にともなって同期して回動すればよい。
In the first embodiment, the
前記各実施形態では、第4回折格子部9,9A,9C〜9Eは透過型回折格子であったが、例えばビームスプリッタであってもよい。すなわち、第4回折格子部は、第1光および第2光を合成することができればどのようなものであってもよい。
前記第4実施形態では、第1回折格子部6の複数の格子60は1μmの周期になるように設計され、第4回折格子部9Cの複数の格子90Cと複数の受光素子51C〜54Cは1.005μmの周期となるように設計されていたが、第1回折格子部の複数の格子や、第1回折格子部の複数の格子、複数の受光手段は、受光手段の受光面に干渉縞が形成され、その干渉縞から測定対象の回動による角度の変化量を取得することができれば、どのように設計されていてもよい。
In each of the above embodiments, the fourth
In the fourth embodiment, the plurality of
前記第7実施形態および前記第8実施形態では、光学式角度センサ1F,1Gは、第4回折格子部9からの合成光を受光手段5F,5Gに向かって反射する反射部10aを備えていたが、光学式角度センサは、反射部を備えていなくてもよい。光学式角度センサは、反射部を備えていない場合は、第4回折格子部からの合成光が照射される位置に受光手段を配置することで測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
In the seventh embodiment and the eighth embodiment, the
以上のように、本発明は、光学式角度センサに好適に利用できる。 As described above, the present invention can be suitably used for an optical angle sensor.
1,1A〜1H 光学式角度センサ
2,2H 光源
3,3A 透過型回折格子
4a,4Ba 第1反射手段
4b,4Bb 第2反射手段
5,5C〜5H 受光手段
6,6A 第1回折格子部
7,7A 第2回折格子部
8,8A 第3回折格子部
9,9A,9C〜9E 第4回折格子部
10 ミラー
10a 反射部
20 演算手段
61 分割面
P1 分割点
1, 1A to 1H
Claims (11)
前記光源からの光を回折する複数の格子を有する透過型回折格子と、
前記透過型回折格子を介した光を前記透過型回折格子に向かって反射する第1反射手段と、
前記透過型回折格子を介した前記第1反射手段が反射する光とは異なる光を前記透過型回折格子に向かって反射する第2反射手段と、
前記透過型回折格子を介した光を受光する受光手段と、
所定の軸を回動軸として回動する測定対象における角度の変化の信号として前記受光手段が受光した光を演算する演算手段と、を備え、
前記透過型回折格子は、
前記光源からの光を第1光と第2光とに分割する第1回折格子部と、
前記第1回折格子部により分割された第1光および第2光を回折する第2回折格子部と、
前記第1反射手段を介した第1光および前記第2反射手段を介した第2光を回折する第3回折格子部と、
前記第3回折格子部を介した第1光および第2光を合成して合成光とする第4回折格子部と、を備え、
前記第1反射手段は、前記第2回折格子部を介して回折された第1光を該第1光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射し、
前記第2反射手段は、前記第2回折格子部を介して回折された第2光を該第2光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射し、
前記第1反射手段および前記第2反射手段は、前記測定対象の測定範囲内において、前記第1回折格子部における前記光源からの光の分割点から前記第1反射手段を介して前記第4回折格子部に到達するまでの第1光の光路長と、前記第1回折格子部における前記光源からの光の分割点から前記第2反射手段を介して前記第4回折格子部に到達するまでの第2光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有し、
前記受光手段は、前記第1回折格子部にて分割され、前記第2回折格子部にて回折され、前記第1反射手段または前記第2反射手段にて反射し、前記第3回折格子部にて回折され、前記第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、
前記演算手段は、前記受光手段が受光した合成光に基づく前記信号から前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。 A light source for emitting light,
A transmission diffraction grating having a plurality of gratings for diffracting light from the light source,
First reflecting means for reflecting light passing through the transmission type diffraction grating toward the transmission type diffraction grating;
Second reflecting means for reflecting light, which is different from light reflected by the first reflecting means via the transmission diffraction grating, toward the transmission diffraction grating,
Light receiving means for receiving light through the transmission type diffraction grating,
Calculating means for calculating the light received by the light receiving means as a signal of a change in the angle of the object to be measured which rotates about a predetermined axis as a rotation axis,
The transmission diffraction grating,
A first diffraction grating section for dividing light from the light source into first light and second light;
A second diffraction grating unit that diffracts the first light and the second light split by the first diffraction grating unit;
A third diffraction grating unit that diffracts the first light via the first reflecting unit and the second light via the second reflecting unit;
A fourth diffraction grating unit that combines the first light and the second light via the third diffraction grating unit to generate combined light,
The first reflecting means reflects the first light diffracted through the second diffraction grating portion in a direction parallel to and in a direction opposite to the direction in which the first light is incident;
The second reflection means reflects the second light diffracted through the second diffraction grating portion in a direction parallel to and in a direction opposite to the direction in which the second light has entered,
The first reflection unit and the second reflection unit may be configured to perform the fourth diffraction via the first reflection unit from a division point of the light from the light source in the first diffraction grating unit within a measurement range of the measurement target. The optical path length of the first light until reaching the grating portion, and the length of the light from the splitting point of the light from the light source in the first diffraction grating portion to the fourth diffraction grating portion via the second reflecting means Has an angle such that the optical path length of the second light is the same as the optical path length;
The light receiving unit is divided by the first diffraction grating unit, diffracted by the second diffraction grating unit, reflected by the first reflection unit or the second reflection unit, and transmitted to the third diffraction grating unit. Receiving the combined light of the first light and the second light that has been diffracted and combined by the fourth diffraction grating section,
The optical angle sensor according to claim 1, wherein the calculating means calculates an amount of change in the angle due to the rotation of the object to be measured from the signal based on the combined light received by the light receiving means.
1枚の前記透過型回折格子を有し、
前記1枚の透過型回折格子は、前記第1回折格子部と前記第2回折格子部と前記第3回折格子部と前記第4回折格子部とを併設し、
前記第1回折格子部にて分割された第1光と第2光とを前記1枚の透過型回折格子に向かって反射し、前記第3回折格子部にて回折された第1光と第2光とを前記1枚の透過型回折格子に向かって反射するミラーを備え、
前記受光手段は、前記第1回折格子部にて分割され、前記ミラーにて反射し、前記第2回折格子部にて回折され、前記第1反射手段または前記第2反射手段にて反射し、前記第3回折格子部にて回折され、前記ミラーにて反射し、前記第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、
前記演算手段は、前記受光手段が受光した合成光に基づく前記信号から前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to claim 1,
Having one transmission diffraction grating,
The one transmission diffraction grating includes the first diffraction grating portion, the second diffraction grating portion, the third diffraction grating portion, and the fourth diffraction grating portion, and
The first light and the second light split by the first diffraction grating portion are reflected toward the one transmission diffraction grating, and the first light and the second light diffracted by the third diffraction grating portion are reflected. A mirror for reflecting the two lights toward the one transmission diffraction grating;
The light receiving unit is divided by the first diffraction grating unit, reflected by the mirror, diffracted by the second diffraction grating unit, reflected by the first reflection unit or the second reflection unit, Receiving a combined light of the first light and the second light that is diffracted by the third diffraction grating, reflected by the mirror, and combined by the fourth diffraction grating;
The optical angle sensor according to claim 1, wherein the calculating means calculates an amount of change in the angle due to the rotation of the object to be measured from the signal based on the combined light received by the light receiving means.
複数の前記透過型回折格子を有し、
前記複数の透過型回折格子は、
前記第1回折格子部と前記第4回折格子部とを併設する第1透過型回折格子と、
前記第2回折格子部と前記第3回折格子部とを併設する第2透過型回折格子と、を備え、
前記受光手段は、前記第1透過型回折格子の前記第1回折格子部にて分割され、前記第2透過型回折格子の前記第2回折格子部にて回折され、前記第1反射手段または前記第2反射手段にて反射し、前記第2透過型回折格子の前記第3回折格子部にて回折され、前記第1透過型回折格子の前記第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、
前記演算手段は、前記受光手段が受光した合成光に基づく前記信号から前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to claim 1,
Having a plurality of the transmission type diffraction gratings,
The plurality of transmission diffraction gratings,
A first transmission type diffraction grating provided with the first diffraction grating portion and the fourth diffraction grating portion,
A second transmission type diffraction grating provided with the second diffraction grating portion and the third diffraction grating portion,
The light receiving unit is divided by the first diffraction grating unit of the first transmission diffraction grating, is diffracted by the second diffraction grating unit of the second transmission diffraction grating, and is divided by the first reflection unit or the first reflection grating. The first light reflected by the second reflection means, diffracted by the third diffraction grating portion of the second transmission type diffraction grating, and combined by the fourth diffraction grating portion of the first transmission type diffraction grating. And a combined light of the second light,
The optical angle sensor according to claim 1, wherein the calculating means calculates an amount of change in the angle due to the rotation of the object to be measured from the signal based on the combined light received by the light receiving means.
前記第1反射手段または前記第2反射手段の一方は、固定して設けられ、
前記第1反射手段または前記第2反射手段の他方は、前記測定対象に取付けられ、前記測定対象の回動にともなって同期して回動することを特徴とする光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 3,
One of the first reflecting means or the second reflecting means is fixedly provided,
An optical angle sensor, wherein the other of the first reflecting means and the second reflecting means is attached to the object to be measured, and rotates in synchronization with rotation of the object to be measured.
前記第1反射手段および前記第2反射手段は、前記測定対象に取付けられ、前記測定対象の回動にともなって同期して回動することを特徴とする光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 3,
The optical angle sensor according to claim 1, wherein the first reflection unit and the second reflection unit are attached to the object to be measured, and rotate in synchronization with rotation of the object to be measured.
前記第1反射手段および前記第2反射手段は、前記第1反射手段または前記第2反射手段の回動軸と、前記光源からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置されていることを特徴とする光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 5,
The first reflecting means and the second reflecting means are respectively arranged with respect to a rotation axis of the first reflecting means or the second reflecting means and an axis parallel to an optical axis of light from the light source. An optical angle sensor, wherein the optical angle sensor is arranged at a position which is line-symmetrical.
前記第1回折格子部は、前記光源からの光が照射される分割面を有し、
前記第4回折格子部は、前記分割面において前記第1反射手段または前記第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って並設される複数の格子を有し、
前記受光手段は、前記直交方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、前記複数の格子を介した複数の回折光を受光し、
前記演算手段は、前記複数の受光素子が受光した前記複数の回折光に基づく複数の信号から前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 6,
The first diffraction grating portion has a division surface on which light from the light source is irradiated,
The fourth diffraction grating portion includes a plurality of gratings arranged in a line along an orthogonal direction orthogonal to a rotation axis of the first reflecting means or the second reflecting means on the division surface,
The light receiving unit includes a plurality of light receiving elements arranged in parallel along the orthogonal direction, and receives a plurality of diffracted lights through the plurality of gratings,
The optical angle sensor, wherein the calculating means calculates an amount of change in angle due to rotation of the measurement target from a plurality of signals based on the plurality of diffracted lights received by the plurality of light receiving elements.
前記第1回折格子部は、前記光源からの光が照射される分割面を有し、
前記第4回折格子部は、前記分割面において前記第1反射手段または前記第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って並設され、前記光源からの光の光軸に対して所定の傾斜角度を有して配置される複数の傾斜格子を有し、
前記受光手段は、前記第1反射手段または前記第2反射手段の回動軸と平行な方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、前記複数の傾斜格子を介した複数の回折光を受光し、
前記演算手段は、前記受光手段が受光した前記複数の回折光に基づく複数の信号から前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 6,
The first diffraction grating portion has a division surface on which light from the light source is irradiated,
The fourth diffraction grating portion is arranged in parallel along a direction orthogonal to a rotation axis of the first reflection means or the second reflection means on the division surface, and is arranged with respect to an optical axis of light from the light source. Having a plurality of inclined gratings arranged with a predetermined inclination angle,
The light receiving means includes a plurality of light receiving elements arranged side by side along a direction parallel to a rotation axis of the first reflecting means or the second reflecting means, and a plurality of diffracted lights passing through the plurality of inclined gratings. Receiving light,
The optical angle sensor according to claim 1, wherein the calculating means calculates a change in angle due to rotation of the measurement target from a plurality of signals based on the plurality of diffracted lights received by the light receiving means.
前記第4回折格子部は、それぞれ位相が異なる複数の合成部を備え、
前記受光手段は、前記複数の合成部のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、
前記演算手段は、前記複数の受光部が受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から前記測定対象の回動の方向および前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 8,
The fourth diffraction grating section includes a plurality of combining sections each having a different phase,
The light receiving unit includes a plurality of light receiving units corresponding to each of the plurality of combining units,
The calculation means calculates a direction of rotation of the measurement target and a change amount of an angle due to the rotation of the measurement target from a plurality of signals having different phases based on the light received by the plurality of light receiving units. Optical angle sensor.
前記第1反射手段を介する第1光または前記第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される第1の1/4波長板を備え、
前記第4回折格子部による合成光を第1分割光と第2分割光とに分割する分割ビームスプリッタと、
前記分割ビームスプリッタにより分割された第1分割光と第2分割光との光路上に配置される第2の1/4波長板と、
前記第2の1/4波長板を介した第2分割光の光路上に配置される第3の1/4波長板と、
前記第2の1/4波長板を介した第1分割光を第1偏光と第2偏光とに分割する第1分割光偏光ビームスプリッタと、
前記第3の1/4波長板を介した第2分割光を第3偏光と第4偏光とに分割する第2分割光偏光ビームスプリッタと、
前記第1偏光から位相が0度の光を受光する第1受光部と、前記第2偏光から位相が180度の光を受光する第2受光部と、前記第3偏光から位相が90度の光を受光する第3受光部と、前記第4偏光から位相が270度の光を受光する第4受光部と、を備えることを特徴とする光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 8,
A first quarter-wave plate disposed on an optical path of the first light passing through the first reflecting means or the second light passing through the second reflecting means,
A split beam splitter that splits the combined light by the fourth diffraction grating unit into a first split light and a second split light;
A second quarter-wave plate disposed on an optical path of the first split light and the second split light split by the split beam splitter;
A third quarter-wave plate disposed on the optical path of the second split light via the second quarter-wave plate;
A first split light polarization beam splitter that splits the first split light through the second quarter-wave plate into a first polarized light and a second polarized light;
A second split light polarization beam splitter that splits the second split light through the third quarter-wave plate into a third polarized light and a fourth polarized light;
A first light receiving unit for receiving light having a phase of 0 degree from the first polarized light, a second light receiving unit for receiving light having a phase of 180 degrees from the second polarized light, and a light receiving unit having a phase of 90 degrees from the third polarized light; An optical angle sensor comprising: a third light receiving unit that receives light; and a fourth light receiving unit that receives light having a phase of 270 degrees from the fourth polarized light.
前記第1反射手段を介する第1光または前記第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される1/4波長板を備え、
前記第4回折格子部による合成光を複数の回折光とする複数の格子が並設される照射面を有する第5回折格子部と、
前記第5回折格子部の前記複数の格子が並設される方向と前記照射面において直交する方向に並設される複数の格子を有し、前記第5回折格子部による複数の回折光をさらに複数の回折光とする第6回折格子部と、
前記第6回折格子部による前記複数の回折光の光路上に配置され、該複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子と、を備え、
前記受光手段は、前記複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、
前記演算手段は、前記複数の受光部が受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から前記測定対象の回動の方向および前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。 The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 8,
A quarter-wave plate disposed on the optical path of the first light via the first reflecting means or the second light via the second reflecting means,
A fifth diffraction grating portion having an irradiation surface on which a plurality of gratings each of which makes the combined light by the fourth diffraction grating portion a plurality of diffracted lights are arranged in parallel;
The fifth diffraction grating section has a plurality of gratings arranged side by side in a direction orthogonal to the direction in which the plurality of gratings are arranged side by side on the irradiation surface, and further includes a plurality of diffracted lights by the fifth diffraction grating section. A sixth diffraction grating section for a plurality of diffracted lights,
A plurality of polarizers arranged on an optical path of the plurality of diffracted lights by the sixth diffraction grating unit, and a plurality of polarizers for converting the plurality of diffracted lights into a plurality of polarized lights having different phases.
The light receiving unit includes a plurality of light receiving units corresponding to each of the plurality of polarizers,
The calculation means calculates a direction of rotation of the measurement target and a change amount of an angle due to the rotation of the measurement target from a plurality of signals having different phases based on the light received by the plurality of light receiving units. Optical angle sensor.
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Cited By (1)
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CN112683198A (en) * | 2020-12-01 | 2021-04-20 | 江西省中久光电产业研究院 | Three-degree-of-freedom angle photoelectric measuring device and measuring method thereof |
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2018
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CN112683198B (en) * | 2020-12-01 | 2023-02-21 | 江西省中久光电产业研究院 | Three-degree-of-freedom angle photoelectric measuring device and measuring method thereof |
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