JP5322099B2 - 角度センサ - Google Patents
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Description
図1は、本発明の第1の実施の形態の角度センサの基本構成を示す全体構成図である。
図1において、1は検出対象であり、その表面は鏡面1aである。また、図1は、1軸方向の角度検出(ヨーイング方向)について示している。
図4において、説明を簡略化するために、図1と同じ要素に関しては同様の記号を用いている。1は検出対象であり、その表面の状態は鏡面1aである。また、図4は、図1と同様にヨーイング方向の角度検出について示している。
図6において説明を簡略化するために、図1並びに図4と同じ要素に関しては同様の記号を用いており、15aで表わされる2軸角度(ピッチング、ヨーイング)検出領域は、図4に示した2軸角度センサと全く同じ構成となっている。
1は検出対象であり、その表面には1次元回折格子1bが形成されている。1次元回折格子1bは、図6中のZ軸方向に伸びる格子パターンがY軸方向に多数並んだ構成である。1次元回折格子1bには、レーザ光源2からP偏光方向に調整されて出力されコリメートされた平行入射光11が、1/4波長板付PBS7を介して円偏光状態に変換され、X軸方向から入力される構成となっている。コリメート光11が1次元回折格子1bに入射すると、1次元回折格子1bからは回折光反射成分の0次光14a、回折光反射成分の+1次光14b、−1次光14cおよび他の高次の回折光反射成分が反射される。回折光反射成分の0次光14aは、再び1/4波長板付PBS7を通る事でその偏光方向がS偏光方向に変換され、1/4波長板付PBS7の偏光ビームスプリッタの端面で反射し、2軸角度検出領域15aへと入力され、図4に示したように、ピッチング並びにヨーイング方向の角度を同時に検出可能となる。
1a 鏡面
1b 1次元回折格子
2 レーザ光源
3a、3b、3c、3d、3e 単素子PD
4a、4b、4c、4d、4e 対物レンズ(Objective Lens)
5 コリメートレンズ(Collimate Lens)
6 アパーチャ
7 1/4波長板付PBS
8a、8b ハーフビームスプリッタ
9a、9b、9c、9d、9e、9f 光軸(中心)
10a、10b、10c、10d (単素子PDの)中心軸
11 (平行入射)光
12、12a、12b (反射)光
13a、13b、13c、13d、13e 焦点面(上)
14a 回折光反射成分の0次光
14b 回折光反射成分の+1次光
14c 回折光反射成分の−1次光
15a 2軸角度(ピッチング、ヨーイング)検出領域
15b ローリング角度検出領域
Claims (4)
- 検出対象面の微小角度変化を検出するセンサにおいて、前記検出対象面に鏡面体が設けられ、前記鏡面体に光ビームを投光するための光源を設け、前記光源からの光ビームによる前記鏡面体からの反射光の光路中に光ビーム分割用光学素子並びに対物レンズを設け、前記鏡面体からの反射光の光軸からの移動量に応じた光強度の変化を、前記対物レンズの焦点付近に配置された複数の光検出素子により検出する事で角度を検出する角度センサであって、
前記光検出素子は、1対の非分割型の単素子PD(フォトダイオード)を有し、一方の単素子PDは、その受光面の一部に光スポットが入射するように、前記光ビーム分割用光学素子により分けられた前記光源からの一方の光ビームにより定義される光軸からPD受光面の長さ以下のオフセット量を与えて配置され、前記鏡面体の所定の軸回りの回転に伴って、その受光面に入射する前記光スポットの面積が変化するよう設けられており、他方の単素子PDは、位置の変化による光強度変化量の検出用として光スポットの大きさよりも十分に大きな素子サイズを有し、前記光ビーム分割用光学素子により分けられた前記光源からの他方の光ビームにより規定される光軸に沿って配置され、光強度変化の正規化のための光量モニタリング用として設けられていることを、
特徴とする角度センサ。 - 前記光ビーム分割用光学素子により分けられた前記光源からの一方の光ビームを、さらに2つの光ビームに分割するハーフビームスプリッタを有し、
前記一方の単素子PDは2つから成り、そのうちの1つの単素子PDは、その受光面の一部に、前記ハーフビームスプリッタで分割された一方の光ビームによる光スポットが入射し、前記鏡面体のヨーイング方向の回転に伴って、その受光面に入射する前記光スポットの面積が変化するよう設けられ、その光スポットの強度変化を検出する事により、ヨーイングの角度検出が可能であり、残りの1つの単素子PDは、その受光面の一部に、前記ハーフビームスプリッタで分割された他方の光ビームによる光スポットが入射し、前記鏡面体のピッチング方向の回転に伴って、その受光面に入射する前記光スポットの面積が変化するよう設けられ、その光スポットの強度変化を検出する事により、ピッチングの角度検出が可能であることを、
特徴とする請求項1記載の角度センサ。 - 前記検出対象面に前記鏡面体の替わりに1次元回折格子が設けられ、前記1次元回折格子に光ビームを投光するための光源を設け、前記光源から投光された光ビームによる回折光反射成分のうち、0次光並びに1次光を角度検出に用い、前記1次元回折格子からの回折光反射光の光路中に複数の光検出素子である単素子PDを配置する事で、ローリングを含めた3軸角度が検出可能である事を、特徴とする請求項1または2記載の角度センサ。
- 前記1次元回折格子からの回折光反射成分の1次光を検出する前記光検出素子により、ローリング角度変位を検出するようにしたことを、特徴とする請求項3記載の角度センサ。
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