JP7139177B2 - optical angle sensor - Google Patents

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本発明は、光学式角度センサに関する。 The present invention relates to optical angle sensors.

従来、光を照射する光源と、所定の軸を測定軸として回動するとともに光源から照射された光を反射する反射手段と、光源から照射された光を検出する検出手段と、検出手段から検出された信号に基づき角度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。
このような光学式角度センサは、検出できる角度が高分解能であり、かつ、1度以上の広い範囲の角度の検出が可能であり、スケールを有さず、基準角度に基づき角度を検出できることが好ましい。ここで、基準角度とは、角度を検出する際に基準となる原点(絶対値)に相当する所定の角度である。
Conventionally, a light source that emits light, a reflection means that rotates about a predetermined axis as a measurement axis and reflects the light emitted from the light source, a detection means that detects the light emitted from the light source, and detection from the detection means and a calculation means for calculating an angle based on the received signal.
Such an optical angle sensor can detect angles with high resolution, can detect angles in a wide range of 1 degree or more, does not have a scale, and can detect angles based on a reference angle. preferable. Here, the reference angle is a predetermined angle corresponding to the origin (absolute value) that serves as a reference when detecting the angle.

角度の検出方式としては、インクリメンタル方式(INC方式)と、アブソリュート方式(ABS方式)と、が知られている。
INC方式は、例えばスケールに設けられた一定ピッチのインクリメンタルパターン(INCパターン)を連続的に検出し、通過したINCパターンの数をカウントアップまたはカウントダウンすることで、測定対象における角度の変位を検出する方式である。
ABS方式は、例えば所定の方法にて原点となる基準角度を特定し、INC方式にて検出した角度と基準角度とを組み合わせることで、測定対象における角度の変位の絶対値を検出する方式である。また、他のABS方式として、例えばスケールにランダムに設けられたアブソリュートパターン(ABSパターン)を検出しABSパターンを解析することで、測定対象における角度の変位の絶対値を検出する方式もある。
Known angle detection methods include an incremental method (INC method) and an absolute method (ABS method).
In the INC method, for example, a constant-pitch incremental pattern (INC pattern) provided on a scale is continuously detected, and the number of passed INC patterns is counted up or down to detect the angular displacement of the object to be measured. method.
The ABS method is a method of detecting the absolute value of the angular displacement of the object to be measured by specifying, for example, a reference angle that is the origin by a predetermined method, and combining the angle detected by the INC method with the reference angle. . As another ABS method, for example, there is a method of detecting an absolute value of angular displacement in a measurement object by detecting an absolute pattern (ABS pattern) randomly provided on a scale and analyzing the ABS pattern.

例えば特許文献1に記載の光学式ロータリエンコーダでは、回転スリット板(スケール)と、固定スリット板と、複数のLEDと、複数の受光素子と、を備える。回転スリット板および固定スリット板は、INC方式にて角度を検出するための角度検出スリットであるA相信号用スリットおよびB相信号用スリットと、ロータ磁極位置検出のためのスリットであるC相信号用スリットと、光学式ロータリエンコーダの光軸1回転中における所定回転角度、すなわち基準角度(原点)検出用スリットであるZ相信号用スリットと、を備える。光学式ロータリエンコーダは、A相信号用スリットおよびB相信号用スリットから検出された信号に基づいて高分解能の角度を検出することができ、回転スリット板の周方向の長さの分だけ角度を検出することができる。また、Z相信号用スリットから検出された信号に基づいて基準角度を特定することができる。光学式ロータリエンコーダは、この基準角度と、A相信号用スリットおよびB相信号用スリットから検出された信号と、を組み合わせることで測定対象における角度の変位の絶対値を検出することができる。 For example, the optical rotary encoder described in Patent Document 1 includes a rotating slit plate (scale), a fixed slit plate, a plurality of LEDs, and a plurality of light receiving elements. The rotating slit plate and the fixed slit plate have slits for A-phase signal and B-phase signal, which are angle detection slits for detecting angles by the INC method, and C-phase signal slits, which are slits for rotor magnetic pole position detection. and a Z-phase signal slit that is a slit for detecting a predetermined rotation angle during one rotation of the optical axis of the optical rotary encoder, that is, a reference angle (origin). The optical rotary encoder can detect a high-resolution angle based on the signals detected from the A-phase signal slit and the B-phase signal slit. can be detected. Also, the reference angle can be specified based on the signal detected from the Z-phase signal slit. The optical rotary encoder can detect the absolute value of the angular displacement of the measurement object by combining this reference angle with the signals detected from the A-phase signal slit and the B-phase signal slit.

また、例えば特許文献2に記載の回転角度検出装置は、短波長レーザー光源(光源)から照射された発散レーザー光をコリメートして生成したコリメート光束を、被測定物に搭載された反射部(反射手段)に入射し、反射部から反射された測定光束を対物レンズにより集光して角度の測定をする測定用受光素子を備える。測定用受光素子は、測定光束を集光して得られた光スポットの中心が、測定用受光素子の感応帯と非感応帯との境目上に位置するように配置されているとともに、位置決めステージに搭載されている。回転角度検出装置は、被測定物(測定対象)が回転したとき、光スポットの中心が測定用受光素子の感応帯と非感応帯との境目上に位置し続けるように、位置決めステージにより測定用受光素子の位置制御を行い、当該位置制御の情報に基づき被測定物の回転角度を求める。回転角度検出装置は、測定用受光素子の感応帯と非感応帯との境目を基準角度とし、この基準角度に基づいて、スケールを用いることなく高分解能な角度検出をすることができる。 Further, for example, the rotation angle detection device described in Patent Document 2 detects a collimated light beam generated by collimating divergent laser light emitted from a short-wave laser light source (light source) by a reflector (reflector) mounted on the object to be measured. means) and is reflected from the reflecting portion, is collected by an objective lens to measure the angle. The light receiving element for measurement is arranged so that the center of the light spot obtained by condensing the light flux for measurement is positioned on the boundary between the sensitive band and the non-sensitive band of the light receiving element for measurement, and a positioning stage installed in the The rotation angle detection device uses a positioning stage to move the measuring object so that the center of the light spot remains on the boundary between the sensitive band and the non-sensitive band of the light receiving element for measurement when the object to be measured (measuring object) rotates. The position of the light receiving element is controlled, and the rotation angle of the object to be measured is obtained based on the position control information. The rotation angle detection device uses the boundary between the sensitive band and the non-sensitive band of the light-receiving element for measurement as a reference angle, and can perform high-resolution angle detection based on this reference angle without using a scale.

また、例えば特許文献3に記載の形状測定装置は、被測定面(反射手段)に対して相対的に略平行移動する測定ヘッド部と、測定ヘッド部の対向位置における被測定面の形状が測定ヘッド部と被測定面との平行移動にともなって変化する量を測定する信号処理部(演算手段)と、を備える。測定ヘッド部は、同位相の多光束からなる光を被測定面に向けて照射させる照射光形成手段(光源)と、被測定面からの反射光を回折させて干渉縞を形成させる干渉縞形成手段と、干渉縞の光を受光して受光信号を出力する受光素子アレイ(受光手段)と、を備える。信号処理部は、受光素子アレイからの受光信号に基づく干渉縞の変位から被測定面の形状変化を検出する。これにより、形状測定装置は、広い範囲の角度の検出が可能であり、スケールを用いることなく高分解能な角度検出をすることができる。 Further, for example, the shape measuring apparatus described in Patent Document 3 measures the shape of the surface to be measured at a position facing the measuring head portion that moves substantially parallel to the surface to be measured (reflecting means) and the measuring head portion. and a signal processing unit (computing means) for measuring the amount that changes with the parallel movement of the head unit and the surface to be measured. The measurement head includes an irradiation light forming means (light source) for irradiating the surface to be measured with light composed of multiple light beams in the same phase, and an interference fringe forming means for forming interference fringes by diffracting the reflected light from the surface to be measured. and a light-receiving element array (light-receiving means) for receiving light of interference fringes and outputting light-receiving signals. The signal processing unit detects a change in shape of the surface to be measured from the displacement of the interference fringes based on the light receiving signal from the light receiving element array. As a result, the shape measuring apparatus can detect angles in a wide range, and can detect angles with high resolution without using a scale.

特開平6-11362号公報JP-A-6-11362 特開2017-133892号公報JP 2017-133892 A 特開2005-274429号公報JP 2005-274429 A

しかしながら、特許文献1に記載の光学式ロータリエンコーダは、基準角度を得るために円盤状のスケールである回転スリット板が必要となる。これにより、光学式ロータリエンコーダは、回転スリット板の製造にコストがかかるとともに、回転スリット板をサーボモータの出力軸に取り付ける際にアライメントのミスが発生する可能性があるという問題がある。また、特許文献2に記載の回転角度検出装置は、許容される被測定物の回転角度は1度以内であり、検出できる範囲が非常に狭いという問題がある。さらに、特許文献3に記載の形状測定装置は、被測定面に対する基準角度を特定することができないという問題がある。 However, the optical rotary encoder described in Patent Document 1 requires a rotary slit plate, which is a disk-shaped scale, in order to obtain the reference angle. As a result, the optical rotary encoder has problems in that manufacturing of the rotary slit plate is costly and misalignment may occur when the rotary slit plate is attached to the output shaft of the servomotor. Moreover, the rotation angle detection device described in Patent Document 2 has a problem that the allowable rotation angle of the object to be measured is within 1 degree, and the detectable range is very narrow. Furthermore, the shape measuring apparatus described in Patent Document 3 has a problem that the reference angle with respect to the surface to be measured cannot be specified.

本発明の目的は、検出できる角度が高分解能であるとともに、広い範囲の角度の検出が可能であり、スケールを有さず、かつ、基準角度を特定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 provide an optical angle sensor that can detect angles with high resolution, can detect angles over a wide range, does not have a scale, and can specify a reference angle. That is.

本発明の光学式角度センサは、光を照射する光源と、所定の軸を測定軸として回動するとともに光源から照射された光を反射する反射手段と、光源から照射された光を検出する検出手段と、検出手段から検出された信号に基づき角度を演算する演算手段と、を備える光学式角度センサであって、検出手段は、光を複数の回折光に回折する複数の回折格子と、光源から照射された光を受光する受光手段と、を備え、受光手段は、複数の回折光における所定の回折光を受光する第1受光部と、第1受光部が受光する所定の回折光以外の回折光を受光する第2受光部と、を備え、演算手段は、第1受光部から受光した光に基づき角度を算出するための信号を検出する信号検出部と、第2受光部から受光した光に基づき角度を算出する際の基準となる基準角度を特定する特定部と、信号検出部にて検出された信号と特定部にて特定された基準角度とに基づき角度の絶対値を算出する角度算出部と、を備えることを特徴とする。 The optical angle sensor of the present invention comprises a light source that emits light, a reflecting means that rotates about a predetermined axis as a measurement axis and reflects the light emitted from the light source, and a detector that detects the light emitted from the light source. and computing means for computing an angle based on a signal detected by the detecting means, wherein the detecting means comprises a plurality of diffraction gratings for diffracting light into a plurality of diffracted lights, and a light source. a light receiving means for receiving light emitted from the light receiving means, the light receiving means includes a first light receiving section for receiving predetermined diffracted light among the plurality of diffracted lights; a second light receiving section for receiving the diffracted light, the calculating means includes a signal detecting section for detecting a signal for calculating an angle based on the light received from the first light receiving section; The absolute value of the angle is calculated based on the signal detected by the signal detection unit and the reference angle specified by the identification unit, and the identification unit that identifies the reference angle that is used as the reference when calculating the angle based on the light. and an angle calculator.

本発明によれば、演算手段は、第1受光部から受光した光に基づき信号検出部にて角度を算出するための信号を検出し、第2受光部から受光した光に基づき特定部にて角度を算出する際の基準となる基準角度を特定し、信号検出部にて検出された信号と特定部にて特定された基準角度とに基づき角度算出部にて角度の絶対値を算出するため、スケールを用いずに、基準角度を特定し、測定対象の角度変位について高精度に検出することができる。したがって、光学式角度センサは、検出できる角度が高分解能であるとともに、広い範囲の角度の検出が可能であり、スケールを有さず、かつ、基準角度を特定することができる。 According to the present invention, the calculation means detects a signal for calculating the angle by the signal detection section based on the light received from the first light receiving section, and the specific section detects a signal for calculating the angle based on the light received from the second light receiving section. To specify a reference angle that serves as a reference when calculating an angle, and to calculate the absolute value of the angle in the angle calculation unit based on the signal detected by the signal detection unit and the reference angle specified by the specification unit. , the reference angle can be specified without using a scale, and the angular displacement of the object to be measured can be detected with high accuracy. Therefore, the optical angle sensor can detect angles with high resolution, can detect angles in a wide range, does not have a scale, and can specify a reference angle.

ここで、光学式角度センサは、スケールを用いずに、角度を算出するための信号を検出し、角度を算出する際の基準となる基準角度を特定するためには、それぞれに対応する複数の光源を備える必要がある。また、光学式角度センサは、複数の光源を備える場合、各光源の発熱による温度特性や、光量の強弱による光量特性などが異なることがある。このため、複数の光源は、受光手段が備える各受光部が受光する光の特性に、誤差の要因となる変化を生じさせることがある。 Here, the optical angle sensor detects a signal for calculating an angle without using a scale, and in order to specify a reference angle that serves as a reference when calculating an angle, a plurality of corresponding A light source must be provided. Further, when the optical angle sensor is provided with a plurality of light sources, the temperature characteristics due to the heat generated by each light source and the light quantity characteristics depending on the intensity of the light quantity may differ. For this reason, the plurality of light sources may cause variations in the characteristics of light received by the respective light receiving units of the light receiving means, which may cause errors.

しかしながら、本発明によれば、光学式角度センサにおける検出手段は、光源から照射された光を複数の回折光に回折する複数の回折格子を備え、受光手段は、複数の回折光における所定の回折光を受光する第1受光部と、第1受光部が受光する所定の回折光以外の回折光を受光する第2受光部と、を備えるため、複数の光源を備えることなく、1つの光源で角度を算出するための信号を検出し、角度を算出する際の基準となる基準角度を特定することができる。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とともに、省スペース化を図ることができる。また、1つの光源を用いることで、複数の光源を備える場合に生じる温度特性や光量特性による誤差の要因が生じないため、受光手段が備える第1受光部および第2受光部により光学特性を均一化することができる。 However, according to the present invention, the detecting means in the optical angle sensor includes a plurality of diffraction gratings for diffracting the light emitted from the light source into a plurality of diffracted lights, and the light-receiving means diffracts the plurality of diffracted lights into a predetermined diffraction pattern. Since the first light receiving section for receiving light and the second light receiving section for receiving diffracted light other than the predetermined diffracted light received by the first light receiving section are provided, a single light source is used without providing a plurality of light sources. A signal for calculating an angle can be detected, and a reference angle that serves as a reference for calculating the angle can be specified. Therefore, the optical angle sensor can achieve cost reduction and space saving. In addition, by using one light source, there is no error factor due to temperature characteristics and light amount characteristics that occur when a plurality of light sources are provided, so the optical characteristics are uniformized by the first light receiving part and the second light receiving part provided in the light receiving means. can be

この際、第1受光部が受光する所定の回折光は、2本の回折光であることが好ましい。 At this time, it is preferable that the predetermined diffracted light beams received by the first light receiving unit are two diffracted light beams.

ここで、第1受光部が1本の回折光を受光する場合、信号検出部は、1本の回折光から角度を算出するための信号を検出することとなる。1本の回折光の光量が小さい場合、信号検出部は、角度を算出するための信号を検出できないことがある。また、第1受光部が2本以上の回折光を受光する場合、信号検出部は、複数の回折光から角度を算出するための信号を検出することとなる。信号検出部が複数の回折光から角度を算出するための信号を検出する場合、角度を算出するための信号にはノイズが発生することがある。 Here, when the first light receiving section receives one diffracted light, the signal detection section detects a signal for calculating the angle from the one diffracted light. If the light intensity of one diffracted beam is small, the signal detection section may not be able to detect the signal for calculating the angle. Also, when the first light receiving section receives two or more diffracted lights, the signal detecting section detects a signal for calculating the angle from the plurality of diffracted lights. When the signal detection unit detects a signal for calculating an angle from a plurality of diffracted lights, noise may occur in the signal for calculating the angle.

しかしながら、このような構成によれば、演算手段における信号検出部は、2本の回折光に基づき角度検出をすることができるため、1本の回折光から角度を算出するための信号を検出する場合に生じ得る信号を検出することができないという問題や、複数の回折光から角度を算出するための信号を検出する場合のノイズの発生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、1本の回折光や複数の回折光に基づき角度を算出するための信号を検出する場合と比較して、高精度に角度の絶対値を算出することができる。 However, according to such a configuration, the signal detection section in the calculation means can detect the angle based on the two diffracted beams, so that the signal for calculating the angle is detected from one diffracted beam. It is possible to suppress the problem that the signal cannot be detected in some cases, and the occurrence of noise when detecting the signal for calculating the angle from a plurality of diffracted lights. Therefore, the optical angle sensor can calculate the absolute value of the angle with higher accuracy than when detecting a signal for calculating the angle based on one diffracted beam or a plurality of diffracted beams.

この際、第2受光部は、反射手段にて反射された光を受光することが好ましい。 At this time, it is preferable that the second light receiving section receives the light reflected by the reflecting means.

このような構成によれば、反射手段は例えば測定対象に設置されている場合、測定対象の回動にともなって回動するため、反射手段を反射してない光に基づいて基準角度を特定する場合と比較して、より確実に基準角度を特定することができる。 According to such a configuration, when the reflecting means is installed on the object to be measured, for example, it rotates with the turning of the object to be measured. The reference angle can be specified more reliably than in the case.

この際、第1受光部と第2受光部とは、ハーフミラーを介した光を受光することが好ましい。 At this time, it is preferable that the first light receiving section and the second light receiving section receive light through the half mirror.

このような構成によれば、ハーフミラーにより、例えば光源から照射された光は2つの光に分割される。これにより、一方の光を第1受光部に受光させて信号検出部で角度を算出するための信号の検出に用い、他方の光を第2受光部に受光させて特定部で基準角度を特定することができる。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。また、ハーフミラーにより光源から照射された光は2つに分割されるため、光源を複数備えることなく、1つの光源により、角度を算出するための信号を検出し、基準角度を特定することができる。 According to such a configuration, the light emitted from the light source, for example, is split into two lights by the half mirror. As a result, one of the light beams is received by the first light receiving portion and used for detecting a signal for calculating the angle by the signal detecting portion, and the other light beam is received by the second light receiving portion and the reference angle is specified by the specifying portion. can do. Therefore, the optical angle sensor can improve the degree of freedom in design. In addition, since the light emitted from the light source is split into two by the half mirror, it is possible to detect the signal for calculating the angle and specify the reference angle using one light source without providing a plurality of light sources. can.

この際、反射手段は、光を反射する反射部と、光を複数の回折光に回折する回折格子部と、を備えることが好ましい。 In this case, the reflecting means preferably includes a reflecting portion that reflects light and a diffraction grating portion that diffracts the light into a plurality of diffracted beams.

このような構成によれば、反射手段は、光を反射する反射部と、光を複数の回折光に回折する回折格子部と、を備えることで、第1受光部または第2受光部が受光する光を調整することができる。ここで、光の調整とは、光を多方向に発散させたり、光を一方向に収束させたりすることである。したがって、光学式角度センサは、第1受光部や第2受光部の配置に応じて光を調整することができるため、設計の自由度を向上させることができる。 According to such a configuration, the reflecting means includes the reflecting portion that reflects light and the diffraction grating portion that diffracts the light into a plurality of diffracted beams. You can adjust the light you want. Here, adjustment of light means diverging light in multiple directions or converging light in one direction. Therefore, since the optical angle sensor can adjust the light according to the arrangement of the first light receiving section and the second light receiving section, the degree of freedom in design can be improved.

この際、回折格子部は、測定軸と平行な方向に沿って並設される複数の格子を有することが好ましい。 At this time, it is preferable that the diffraction grating section has a plurality of gratings arranged side by side along a direction parallel to the measurement axis.

このような構成によれば、反射手段における回折格子部は、測定軸と平行な方向に沿って並設される複数の格子を有することで、第1受光部または第2受光部が受光する光を所定の方向に向かって収束させることができる。したがって、光学式角度センサは、第1受光部や第2受光部の配置に応じて光を収束させることができるため、設計の自由度を向上させることができる。 According to such a configuration, the diffraction grating section in the reflecting means has a plurality of gratings arranged in parallel along the direction parallel to the measurement axis. can be converged in a given direction. Therefore, since the optical angle sensor can converge light according to the arrangement of the first light receiving section and the second light receiving section, the degree of freedom in design can be improved.

また、回折格子部は、反射手段の反射面において測定軸と直交する方向に沿って並設される複数の格子を有することが好ましい。 Moreover, it is preferable that the diffraction grating section has a plurality of gratings arranged side by side along a direction orthogonal to the measurement axis on the reflecting surface of the reflecting means.

このような構成によれば、反射手段における回折格子部は、反射手段の反射面において測定軸と直交する方向に沿って並設される複数の格子を有することで、第1受光部または第2受光部が受光する光を所定の方向に向かって発散させることができる。したがって、光学式角度センサは、第1受光部や第2受光部の配置に応じて光を発散させることができるため、設計の自由度を向上させることができる。 According to such a configuration, the diffraction grating section in the reflecting means has a plurality of gratings arranged side by side along the direction orthogonal to the measurement axis on the reflecting surface of the reflecting means. The light received by the light receiving section can be diverged in a predetermined direction. Therefore, since the optical angle sensor can diverge light according to the arrangement of the first light receiving section and the second light receiving section, the degree of freedom in design can be improved.

この際、第2受光部は、反射手段にて反射された光が収束する位置に配置されていることが好ましい。 At this time, it is preferable that the second light receiving section is arranged at a position where the light reflected by the reflecting means converges.

このような構成によれば、第2受光部は、反射手段にて反射された光が収束する位置に配置されているため、複数の第2受光部を有することなく特定部が基準角度を特定するための光を受光することができる。したがって、光学式角度センサは、複数の第2受光部を有する場合と比較して容易に設計することができる。また、光学式角度センサは、複数の第2受光部を有する必要がないため、複数の第2受光部を有する場合と比較して、コスト削減を図ることができる。 According to such a configuration, the second light receiving section is arranged at a position where the light reflected by the reflecting means converges. can receive light for Therefore, the optical angle sensor can be designed more easily than when it has a plurality of second light receiving sections. In addition, since the optical angle sensor does not need to have a plurality of second light receiving sections, it is possible to reduce costs compared to the case of having a plurality of second light receiving sections.

この際、特定部は、基準角度を特定するための基準角度特定値を記憶し、第2受光部の受光面に照射された光の位置と、基準角度特定値と、を照合することで基準角度を特定することが好ましい。 At this time, the specifying unit stores a reference angle specifying value for specifying the reference angle, and compares the position of the light irradiated to the light receiving surface of the second light receiving unit with the reference angle specifying value. It is preferred to specify an angle.

このような構成によれば、特定部は第2受光部の受光面に照射された光の位置と、例えばあらかじめ特定部に記憶された基準角度を特定するための基準角度特定値と、を照合することで基準角度を特定するため、第2受光部に照射された光に基づいて基準角度を容易に特定することができる。 According to such a configuration, the specifying unit collates the position of the light irradiated to the light receiving surface of the second light receiving unit with the reference angle specifying value for specifying the reference angle stored in advance in the specifying unit, for example. Since the reference angle is specified by doing so, the reference angle can be easily specified based on the light with which the second light receiving section is irradiated.

第1実施形態に係る光学式角度センサを示す斜視図1 is a perspective view showing an optical angle sensor according to a first embodiment; FIG. 前記光学式角度センサを示すブロック図Block diagram showing the optical angle sensor 第2実施形態に係る光学式角度センサを示す斜視図The perspective view which shows the optical angle sensor which concerns on 2nd Embodiment. 前記光学式角度センサを示すブロック図Block diagram showing the optical angle sensor 第3実施形態に係る光学式角度センサを示す斜視図A perspective view showing an optical angle sensor according to a third embodiment. 前記光学式角度センサを示すブロック図Block diagram showing the optical angle sensor 第4実施形態に係る光学式角度センサを示す斜視図The perspective view which shows the optical angle sensor which concerns on 4th Embodiment. 前記光学式角度センサを示すブロック図Block diagram showing the optical angle sensor

〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図1と図2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斜視図である。
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、所定の軸を測定軸として回動するとともに光源2から照射された光を反射する反射手段3と、光源2から照射された光を検出する検出手段4と、を備える。検出手段4は、光源2から照射された光を複数の回折光に回折する複数の回折格子5,6と、光源2から照射された光を受光する受光手段7と、を備える。複数の回折格子5,6は、第1回折格子5と、第2回折格子6と、を有する。
光学式角度センサ1は、回動する物体を測定する測定器の内部に設けられている。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing the optical angle sensor according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the optical angle sensor 1 includes a light source 2 that emits light, a reflecting means 3 that rotates around a predetermined axis as a measurement axis and reflects the light emitted from the light source 2, and a light source 2. and a detection means 4 for detecting light emitted from. The detector 4 includes a plurality of diffraction gratings 5 and 6 that diffract the light emitted from the light source 2 into a plurality of diffracted lights, and a light receiver 7 that receives the light emitted from the light source 2 . The multiple diffraction gratings 5 and 6 have a first diffraction grating 5 and a second diffraction grating 6 .
The optical angle sensor 1 is provided inside a measuring instrument that measures a rotating object.

光源2は、一定の幅を有する平行光を第1回折格子5の一面に向かって照射する。光源2は、例えばLED(Light Emitting Diode)である。なお、光源2はLEDに限らず、任意の光源であってもよい。
反射手段3は、回動する測定対象に取付けられ、Y軸を測定軸として回動する。反射手段3は、検出手段4と対向する反射面30を有する。反射面30は、光源2から照射された光を反射するミラーである。なお、反射面30は、光を反射することができれば、ミラーでなくてもよく、どのようなものであってもよい。
The light source 2 irradiates parallel light having a constant width toward one surface of the first diffraction grating 5 . The light source 2 is, for example, an LED (Light Emitting Diode). Note that the light source 2 is not limited to an LED, and may be any light source.
The reflecting means 3 is attached to a rotating measuring object, and rotates about the Y-axis as a measuring axis. The reflecting means 3 has a reflecting surface 30 facing the detecting means 4 . The reflecting surface 30 is a mirror that reflects the light emitted from the light source 2 . It should be noted that the reflecting surface 30 need not be a mirror and may be of any type as long as it can reflect light.

また、以下の説明において、測定軸(Y軸)と平行な方向である測定軸方向をY方向として説明し、反射手段3の反射面30においてY軸と直交する方向をX軸とし、X軸と平行な方向を直交方向(X方向)とし、X方向とY方向と直交する方向をZ方向とする場合がある。 In the following description, the measurement axis direction parallel to the measurement axis (Y-axis) is defined as the Y direction, and the direction perpendicular to the Y axis on the reflecting surface 30 of the reflection means 3 is defined as the X axis. A direction parallel to is defined as an orthogonal direction (X direction), and a direction orthogonal to the X direction and the Y direction is defined as a Z direction.

検出手段4は、反射手段3が取付けられた測定対象の回動に応じて変化する複数の回折光から、反射手段3の傾斜角度の絶対値を検出する。
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。
検出手段4は、主に±1次回折光により生成される干渉縞から信号を検出する。なお、以下の説明において、±1次回折光を信号回折光111とし、0次回折光または±1次回折光以外の光を基準角度特定光100として説明することがある。
The detecting means 4 detects the absolute value of the tilt angle of the reflecting means 3 from a plurality of diffracted lights that change according to the rotation of the object to be measured to which the reflecting means 3 is attached.
Here, the plurality of diffracted lights includes diffracted light that travels in the same direction as the optical axis of the light emitted from the light source 2, diffracted light that travels on both sides of the optical axis at a predetermined diffraction angle, and diffracted light that travels on both sides of the optical axis. and diffracted light traveling at a diffraction angle larger than a predetermined diffraction angle.
Assuming that the diffracted light traveling in the same direction as the optical axis is the 0th-order diffracted light, the plurality of diffracted lights are ordered as ±1st-order diffracted lights and ±2nd-order diffracted lights in the direction in which the diffraction angle increases with the 0th-order diffracted light as a reference. be able to.
The detector 4 detects signals mainly from interference fringes generated by the ±1st order diffracted lights. In the following description, ±1st-order diffracted light may be referred to as signal diffracted light 111, and light other than 0th-order diffracted light or ±1st-order diffracted light may be referred to as reference angle specific light 100. FIG.

第1回折格子5および第2回折格子6は、透光性のガラスにて形成される。なお、第1回折格子5および第2回折格子6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。
第1回折格子5は、X方向に沿って並設される複数の格子50を有する透過型の回折格子である。第1回折格子5は、反射手段3に向かう光源2からの平行光を回折するとともに透過させる。
The first diffraction grating 5 and the second diffraction grating 6 are made of translucent glass. It should be noted that the first diffraction grating 5 and the second diffraction grating 6 may be made of any translucent member without being limited to glass.
The first diffraction grating 5 is a transmissive diffraction grating having a plurality of gratings 50 arranged side by side along the X direction. The first diffraction grating 5 diffracts and transmits parallel light from the light source 2 directed toward the reflecting means 3 .

第2回折格子6は、X方向に沿って並設される複数の格子60を有する反射型の回折格子である。第2回折格子6は、反射手段3から反射した光を回折するとともに反射手段3に向かって複数の回折光を反射させる。また、第2回折格子6は、略中央部に略矩形状の開口部61を有する。開口部61は、本実施形態において基準角度特定光100となる0次回折光を、回折させることなく受光手段7(後述の第2受光部72)に向かって照射させる。なお、開口部61は、基準角度特定光100を第2受光部72に向かって照射させることができればよく、略中央部に配置されていなくてもよいし、略矩形状に形成されていなくてもよい。また、開口部61に相当する構成を設けるために、複数の格子60を有する複数の回折格子により第2回折格子6を構成してもよい。 The second diffraction grating 6 is a reflective diffraction grating having a plurality of gratings 60 arranged side by side along the X direction. The second diffraction grating 6 diffracts the light reflected from the reflecting means 3 and reflects a plurality of diffracted lights toward the reflecting means 3 . Further, the second diffraction grating 6 has a substantially rectangular opening 61 at substantially the center. The opening 61 irradiates the 0th-order diffracted light, which is the reference angle specifying light 100 in this embodiment, toward the light receiving means 7 (second light receiving section 72 described later) without diffraction. Note that the opening 61 need only be able to irradiate the reference angle-specific light 100 toward the second light receiving portion 72, and need not be arranged substantially in the center, nor be formed in a substantially rectangular shape. good too. Moreover, in order to provide a structure corresponding to the opening 61 , the second diffraction grating 6 may be composed of a plurality of diffraction gratings having a plurality of gratings 60 .

受光手段7は、複数の回折光における所定の回折光を受光する第1受光部71と、第1受光部71が受光する所定の回折光以外の回折光を受光する第2受光部72と、を備える。
検出手段4における第1回折格子5と、第2回折格子6と、第1受光部71とは、反射手段3と対向し反射手段3から長さLだけZ方向(紙面上方向)に離間した位置に配置されている。第2受光部72は、反射手段3と対向し、第2回折格子6の開口部61上(紙面上方向)に配置されている。また、第2受光部72は、第1回折格子5と第2回折格子6と第1受光部71よりも、反射手段3から離間した位置に配置されている。
The light-receiving means 7 includes a first light-receiving portion 71 for receiving predetermined diffracted light among the plurality of diffracted lights, a second light-receiving portion 72 for receiving diffracted light other than the predetermined diffracted light received by the first light-receiving portion 71, Prepare.
The first diffraction grating 5, the second diffraction grating 6, and the first light receiving portion 71 in the detection means 4 are opposed to the reflection means 3 and separated from the reflection means 3 by a length L in the Z direction (upward direction on the paper surface). placed in position. The second light receiving portion 72 faces the reflecting means 3 and is arranged above the opening 61 of the second diffraction grating 6 (in the upward direction on the paper surface). Further, the second light receiving section 72 is arranged at a position farther from the reflecting means 3 than the first diffraction grating 5 , the second diffraction grating 6 and the first light receiving section 71 .

第1受光部71は、光を受光して信号に変換する複数の受光素子70を備える。複数の受光素子70は、複数の格子50,60の配置ピッチに対応して、X方向に沿って所定の配置ピッチにて並設されている。複数の受光素子70には、PDA(Photo Diode Array)が用いられる。PDAは、複数の干渉縞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、複数の受光素子70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。 The first light receiving section 71 includes a plurality of light receiving elements 70 that receive light and convert it into signals. The plurality of light receiving elements 70 are arranged side by side at a predetermined arrangement pitch along the X direction corresponding to the arrangement pitch of the plurality of gratings 50 and 60 . A PDA (Photo Diode Array) is used for the plurality of light receiving elements 70 . A PDA is a photodetector that has the property of being able to measure a plurality of interference fringes at once. Note that the plurality of light receiving elements 70 are not limited to PDAs, and may be arbitrary light receivers such as PSDs (Position Sensitive Detectors) and CCDs (Charge-Coupled Devices).

第1受光部71は、第1回折格子5にて±1次回折光として回折されるとともに、第2回折格子6にて±1次回折光として回折された信号回折光111となる2本の回折光を受光する。具体的には、第1受光部71は、第1回折格子5と第2回折格子6と反射手段3を介した光源2からの光のうち、信号回折光111によって複数の受光素子70上に生成された干渉縞を受光する。 The first light-receiving part 71 is diffracted as ±1st-order diffracted lights by the first diffraction grating 5, and is diffracted as ±1st-order diffracted lights by the second diffraction grating 6, resulting in two diffracted lights that become the signal diffracted light 111. receive light. Specifically, the first light-receiving unit 71 emits light from the light source 2 via the first diffraction grating 5 , the second diffraction grating 6 , and the reflecting means 3 . Receive the generated interference fringes.

光源2が第1回折格子5に照射した平行光は、第1回折格子5を透過し回折されると、複数の回折光となって反射手段3に照射され、反射手段3にて反射し反射光となる。反射光は、第2回折格子6によりさらに複数の回折光に回折される。第2回折格子6にて回折された複数の回折光は、再び反射手段3に照射され反射光となり、受光手段7に照射される。第1回折格子5と、第2回折格子6と、反射手段3とを介した反射光は、受光手段7において干渉することにより、X方向に沿って複数の格子50,60の配置ピッチに対応した周期で明暗を繰り返す干渉縞を生成する。 When the parallel light irradiated to the first diffraction grating 5 by the light source 2 passes through the first diffraction grating 5 and is diffracted, it becomes a plurality of diffracted lights and is irradiated to the reflecting means 3, and is reflected by the reflecting means 3. become light. The reflected light is further diffracted by the second diffraction grating 6 into a plurality of diffracted lights. A plurality of diffracted lights diffracted by the second diffraction grating 6 are again irradiated to the reflecting means 3 to become reflected lights, which are irradiated to the light receiving means 7 . Reflected light through the first diffraction grating 5, the second diffraction grating 6, and the reflecting means 3 interferes in the light receiving means 7, so that it corresponds to the arrangement pitch of the plurality of gratings 50 and 60 along the X direction. Generates interference fringes that alternate between light and dark at regular intervals.

光学式角度センサ1において、光源2から照射された平行光は、反射手段3の傾斜角が変化すると、第2回折格子6へ反射する反射光の方向が変化する。したがって、光源2から照射された平行光は、反射手段3が回動することで第2回折格子6および受光手段7における光の到達点が変化する。これにより、第1回折格子5から受光手段7までの光学距離(光路)が変化するため、受光手段7の受光面上での干渉縞が変位する。光学式角度センサ1は、この干渉縞の移動である変位から反射手段3の傾斜角の変化を検出する。 In the optical angle sensor 1, the parallel light emitted from the light source 2 changes the direction of the reflected light toward the second diffraction grating 6 when the tilt angle of the reflecting means 3 changes. Therefore, for the parallel light emitted from the light source 2 , the reaching points of the light on the second diffraction grating 6 and the light receiving means 7 change due to the rotation of the reflecting means 3 . As a result, the optical distance (optical path) from the first diffraction grating 5 to the light receiving means 7 changes, so that the interference fringes on the light receiving surface of the light receiving means 7 are displaced. The optical angle sensor 1 detects the change in the tilt angle of the reflecting means 3 from the displacement, which is the movement of the interference fringes.

第2受光部72は、第1受光部71が受光する2本の回折光である信号回折光111以外の回折光であり、基準角度特定光100を受光する。第2受光部72は、反射手段3における基準角度を特定するために、PSDにて構成されている。なお、第2受光部72は、PSDに限らず、CCDやPDA、CMOS等の任意の受光器を用いてもよい。
具体的には、第2受光部72は、第1回折格子5にて0次回折光となり反射手段3にて反射された光を受光する。
なお、図1では、説明の便宜上、第1受光部71が受光する信号回折光111である±1次回折光と、第2受光部72が受光する基準角度特定光100である0次回折光と、について矢印にて光路を示している。
The second light receiving section 72 receives the reference angle specific light 100 which is diffracted light other than the signal diffracted light 111 which is the two diffracted lights received by the first light receiving section 71 . The second light receiving section 72 is composed of PSD in order to specify the reference angle in the reflecting means 3 . Note that the second light receiving unit 72 is not limited to the PSD, and any light receiver such as a CCD, PDA, CMOS, or the like may be used.
Specifically, the second light receiving section 72 receives the light that has become 0th-order diffracted light from the first diffraction grating 5 and has been reflected by the reflecting means 3 .
In FIG. 1 , for convenience of explanation, ±first-order diffracted light that is the signal diffracted light 111 received by the first light receiving section 71, zero-order diffracted light that is the reference angle specific light 100 that is received by the second light receiving section 72, The arrow indicates the optical path.

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、検出手段4から検出された光に基づき角度を演算する演算手段8をさらに備え、演算手段8は、信号検出部81と、特定部82と、角度算出部83と、を備える。
FIG. 2 is a block diagram showing the optical angle sensor.
The optical angle sensor 1 further comprises, as shown in FIG. , and an angle calculator 83 .

信号検出部81は、第1受光部71から受光した光に基づき反射手段3の傾斜角度を算出するための信号を検出する。
特定部82は、第2受光部72から受光した光に基づき角度を算出する際の基準となる基準角度を特定する。特定部82は、基準角度を特定するための基準角度特定値をあらかじめ記憶している。
角度算出部83は、信号検出部81にて検出された角度を算出するための信号と特定部82にて特定された基準角度とに基づき角度の絶対値を算出する。
The signal detection section 81 detects a signal for calculating the tilt angle of the reflection means 3 based on the light received from the first light receiving section 71 .
The specifying unit 82 specifies a reference angle that serves as a reference when calculating the angle based on the light received from the second light receiving unit 72 . The specifying unit 82 stores in advance a reference angle specifying value for specifying the reference angle.
The angle calculation unit 83 calculates the absolute value of the angle based on the signal for calculating the angle detected by the signal detection unit 81 and the reference angle specified by the specification unit 82 .

光学式角度センサ1は、以下のように基準角度を特定する。
先ず、光学式角度センサ1が設けられた測定器は、電源が投入されると、反射手段3(図1参照)を傾ける動作を実行する。この際、測定器は、反射手段3をフルストロークで傾ける。そして、光学式角度センサ1は、測定器による反射手段3を傾ける動作とともに、基準角度を特定するための平行光を光源2から照射する。これにより、反射手段3の傾きに応じて第1受光部71および第2受光部72に光が照射される。
The optical angle sensor 1 identifies the reference angle as follows.
First, when the measuring instrument provided with the optical angle sensor 1 is powered on, it performs an operation of tilting the reflecting means 3 (see FIG. 1). At this time, the measuring device tilts the reflecting means 3 with a full stroke. The optical angle sensor 1 irradiates parallel light from the light source 2 for identifying the reference angle while tilting the reflecting means 3 by the measuring device. As a result, the first light receiving portion 71 and the second light receiving portion 72 are irradiated with light according to the inclination of the reflecting means 3 .

次に、第1受光部71は、信号回折光111である±1次回折光を受光し、信号検出部81は、信号回折光111により生じる干渉縞を解析することにより反射手段3の傾斜角度を算出するための信号を検出する。
続いて、特定部82は、第2受光部72の受光面に照射された光の位置と、記憶されている基準角度特定値と、を照合する。この際、第2受光部72は、基準角度特定光100が照射された位置であり、第2受光部72の受光面において最も光量が大きい位置を重心位置として受光する。特定部82は、この重心位置と、基準角度特定値と、を照合する。特定部82は、基準角度特定光100が照射された位置である重心位置と、基準角度特定値と、が合致した場合、その位置を基準角度として特定する。そして、角度算出部83は、干渉縞から解析された角度を算出するための信号と基準角度とを組み合わせることにより、反射手段3の傾斜角度の変位の絶対値を算出する。
Next, the first light receiving section 71 receives the ±first order diffracted light, which is the signal diffracted light 111, and the signal detecting section 81 analyzes the interference fringes generated by the signal diffracted light 111 to determine the tilt angle of the reflecting means 3. Detect the signal for the calculation.
Subsequently, the identifying unit 82 collates the position of the light irradiated onto the light receiving surface of the second light receiving unit 72 with the stored reference angle specific value. At this time, the second light receiving section 72 receives the light at the position where the reference angle-specifying light 100 is irradiated and the position where the amount of light on the light receiving surface of the second light receiving section 72 is the largest as the center of gravity position. The specifying unit 82 collates this center-of-gravity position with the reference angle specifying value. When the center-of-gravity position, which is the position irradiated with the reference angle specifying light 100, matches the reference angle specifying value, the specifying unit 82 specifies the position as the reference angle. Then, the angle calculator 83 calculates the absolute value of the displacement of the tilt angle of the reflecting means 3 by combining the signal for calculating the angle analyzed from the interference fringes and the reference angle.

このような本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
(1)演算手段8は、第1受光部71から受光した光に基づき信号検出部81にて角度を算出するための信号を検出し、第2受光部72から受光した光に基づき特定部82にて角度を算出する際の基準となる基準角度を特定し、信号検出部81にて検出された信号と特定部82にて特定された基準角度とに基づき角度算出部83にて角度の絶対値を算出するため、スケールを用いずに、基準角度を特定し、測定対象の角度変位について高精度に検出することができる。したがって、光学式角度センサ1は、検出できる角度が高分解能であるとともに、広い範囲の角度の検出が可能であり、スケールを有さず、かつ、基準角度を特定することができる。
According to this embodiment, the following functions and effects can be obtained.
(1) The calculating means 8 detects a signal for calculating an angle by the signal detecting portion 81 based on the light received from the first light receiving portion 71, and the specifying portion 82 based on the light received from the second light receiving portion 72. , and the absolute value of the angle is determined by the angle calculator 83 based on the signal detected by the signal detector 81 and the reference angle specified by the specifier 82. Since the value is calculated, the reference angle can be specified and the angular displacement of the object to be measured can be detected with high accuracy without using a scale. Therefore, the optical angle sensor 1 can detect angles with high resolution, can detect angles in a wide range, does not have a scale, and can specify a reference angle.

(2)検出手段4は、光源2から照射された光を複数の回折光に回折する複数の回折格子5,6を備え、受光手段7は、信号回折光111を受光する第1受光部71と、第1受光部71が受光する信号回折光111以外の基準角度特定光100(0次回折光)を受光する第2受光部72と、を備えるため、複数の光源を備えることなく、1つの光源2で角度を算出するための信号を検出し、角度を算出する際の基準となる基準角度を特定することができる。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とともに、省スペース化を図ることができる。また、1つの光源2を用いることで、複数の光源を備える場合に生じる温度特性や光量特性による誤差の要因が生じないため、受光手段7が備える第1受光部71および第2受光部72により光学特性を均一化することができる。 (2) The detector 4 includes a plurality of diffraction gratings 5 and 6 that diffract the light emitted from the light source 2 into a plurality of diffracted beams. and the second light receiving section 72 for receiving the reference angle specific light 100 (zero-order diffracted light) other than the signal diffracted light 111 received by the first light receiving section 71. A signal for calculating an angle can be detected by the light source 2, and a reference angle can be specified as a reference when calculating the angle. Therefore, the optical angle sensor 1 can achieve cost reduction and space saving. In addition, by using one light source 2, there is no error factor due to temperature characteristics and light amount characteristics that occur when a plurality of light sources are provided. Optical properties can be made uniform.

(3)信号検出部81は、2本の回折光に基づき角度検出をすることができるため、1本の回折光、または複数の回折光に基づき角度検出をする場合と比較して、高精度に角度の絶対値を算出することができる。
(4)反射手段3は、測定対象に設置され、測定対象の回動にともなって回動するため、反射手段3を反射してない光に基づいて基準角度を特定する場合と比較して、光学式角度センサ1は、より確実に基準角度を特定することができる。
(5)特定部82は第2受光部72の受光面に照射された光の位置と、あらかじめ特定部82に記憶された基準角度を特定するための基準角度特定値と、を照合することで基準角度を特定するため、第2受光部72に照射された光に基づいて基準角度を特定することができる。
(3) Since the signal detection unit 81 can detect the angle based on two diffracted beams, the accuracy is higher than when detecting the angle based on one diffracted beam or a plurality of diffracted beams. , the absolute value of the angle can be calculated.
(4) Reflecting means 3 is installed on the object to be measured and rotates as the object to be measured rotates. The optical angle sensor 1 can identify the reference angle more reliably.
(5) The specifying unit 82 compares the position of the light irradiated onto the light receiving surface of the second light receiving unit 72 with a reference angle specifying value for specifying the reference angle stored in the specifying unit 82 in advance. In order to specify the reference angle, the reference angle can be specified based on the light with which the second light receiving section 72 is irradiated.

〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態を図3と図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]
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the parts that have already been described, and the description thereof will be omitted.

図3は、第2実施形態に係る光学式角度センサを示す斜視図である。また、図4は、前記光学式角度センサを示すブロック図である。
前記第1実施形態では、反射手段3は反射面30を備えていた。本実施形態では、図3と図4に示すように、光学式角度センサ1Aにおける反射手段3Aは、光を反射する反射部31と、光を複数の回折光に回折する回折格子部32と、を備える点で前記第1実施形態と異なる。
FIG. 3 is a perspective view showing an optical angle sensor according to the second embodiment. Also, FIG. 4 is a block diagram showing the optical angle sensor.
In the first embodiment, the reflecting means 3 has the reflecting surface 30 . In this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the reflecting means 3A in the optical angle sensor 1A includes a reflecting portion 31 that reflects light, a diffraction grating portion 32 that diffracts light into a plurality of diffracted beams, It is different from the first embodiment in that it has

反射部31は、前記第1実施形態における反射手段3の反射面30と同様に光源2から照射された光を反射するミラーである。なお、反射部31は、光を反射することができれば、ミラーでなくてもよく、どのようなものであってもよい。
回折格子部32は、図3に示すように、反射型の回折格子であり、測定軸と平行な方向(Y方向)に沿って並設される複数の格子300を有する。これにより、第2回折格子6にて回折した±1次回折光は、回折格子部32にて複数の回折光に回折される。
The reflecting portion 31 is a mirror that reflects the light emitted from the light source 2, like the reflecting surface 30 of the reflecting means 3 in the first embodiment. It should be noted that the reflecting section 31 does not have to be a mirror and may be of any type as long as it can reflect light.
As shown in FIG. 3, the diffraction grating section 32 is a reflective diffraction grating, and has a plurality of gratings 300 arranged side by side along the direction (Y direction) parallel to the measurement axis. As a result, the ±first-order diffracted lights diffracted by the second diffraction grating 6 are diffracted into a plurality of diffracted lights by the diffraction grating section 32 .

具体的には、複数の回折光は、±1次回折光から回折されたY方向±1次回折光である。このうち、回折格子部32にて回折されたY方向+1次回折光は信号回折光111Aとして第1受光部71にて受光され、Y方向-1次回折光は基準角度特定光100Aとして第2受光部72にて受光される。回折格子部32にて回折された基準角度特定光100Aは、第2受光部72に向かって収束するように回折される。この際、基準角度特定光100Aとして±1次回折光によるY方向-1次回折光が照射されるため、2本の回折光により第2受光部72の受光面には干渉縞が生成される。しかし、本実施形態においても、第2受光部72は、基準角度特定光100Aが照射された位置であり、干渉縞において最も光量が大きい位置を重心位置として受光する。 Specifically, the plurality of diffracted lights are Y-direction ±1st-order diffracted lights diffracted from ±1st-order diffracted lights. Of these, the Y direction +1st order diffracted light diffracted by the diffraction grating section 32 is received by the first light receiving section 71 as the signal diffracted light 111A, and the Y direction -1st order diffracted light is received by the second light receiving section as the reference angle specific light 100A. Received at 72 . The reference angle-specific light 100A diffracted by the diffraction grating section 32 is diffracted so as to converge toward the second light receiving section 72 . At this time, since the Y direction −1st order diffracted light of the ±1st order diffracted lights is irradiated as the reference angle specifying light 100A, interference fringes are generated on the light receiving surface of the second light receiving section 72 by the two diffracted lights. However, also in the present embodiment, the second light receiving section 72 receives the position where the reference angle-specifying light 100A is irradiated and the position where the amount of light is the largest in the interference fringes as the barycentric position.

また、第2受光部72は、反射手段3Aにて反射された光が収束する位置に配置されている。すなわち、第2受光部72は、回折格子部32にて収束し回折した基準角度特定光100Aを受光できる位置に配置されている。また、第1受光部71および第2受光部72は、回折格子部32にて回折した回折光を受光するため、互いに近傍する位置に配置することができる。したがって、光学式角度センサ1Aは、複数の第2受光部を備えなくてよいため、省スペース化を図ることができる。 Further, the second light receiving portion 72 is arranged at a position where the light reflected by the reflecting means 3A converges. That is, the second light receiving section 72 is arranged at a position where it can receive the reference angle specific light 100A converged and diffracted by the diffraction grating section 32 . In addition, since the first light receiving portion 71 and the second light receiving portion 72 receive the diffracted light diffracted by the diffraction grating portion 32, they can be arranged at positions close to each other. Therefore, since the optical angle sensor 1A does not need to include a plurality of second light receiving portions, space can be saved.

そして、図4に示すように、前記第1実施形態と同様に、第1受光部71で受光した信号回折光111Aに基づき信号検出部81にて角度を算出するための信号を検出し、第2受光部72で受光した基準角度特定光100Aに基づき特定部82にて基準角度を特定することができる。そして、角度算出部83は、信号回折光111Aによる信号と、基準角度と、を組み合わせることにより、反射手段3Aの傾斜角度の絶対値を算出することができる。
なお、図3では、反射手段3Aにおける反射部31の領域と回折格子部32の領域とは、同じ面積になるように配置されているが、反射部は光を反射することができ、回折格子部は光を複数の回折光に回折することができれば、反射手段の反射面上にどのように配置されていてもよい。
Then, as shown in FIG. 4, as in the first embodiment, a signal for calculating an angle is detected by the signal detecting section 81 based on the signal diffracted light 111A received by the first light receiving section 71. The reference angle can be specified by the specifying unit 82 based on the reference angle specifying light 100A received by the second light receiving unit 72 . Then, the angle calculator 83 can calculate the absolute value of the tilt angle of the reflecting means 3A by combining the signal from the signal diffracted light 111A and the reference angle.
In FIG. 3, the area of the reflecting section 31 and the area of the diffraction grating section 32 in the reflecting means 3A are arranged so as to have the same area, but the reflecting section can reflect light and the diffraction grating The parts may be arranged on the reflecting surface of the reflecting means in any way as long as they can diffract the light into a plurality of diffracted beams.

このような本実施形態においても、前記第1実施形態における(1)~(5)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。
(6)反射手段3Aは、光を反射する反射部31と、光を複数の回折光に回折する回折格子部32と、を備えることで、第1受光部71または第2受光部72が受光する光を調整することができる。したがって、光学式角度センサ1Aは、第1受光部71や第2受光部72の配置に応じて光を調整することができるため、設計の自由度を向上させることができる。
In addition to the same effects and effects as (1) to (5) in the first embodiment, the present embodiment can also achieve the following effects.
(6) The reflecting means 3A includes a reflecting portion 31 that reflects light and a diffraction grating portion 32 that diffracts light into a plurality of diffracted beams, so that the first light receiving portion 71 or the second light receiving portion 72 receives light. You can adjust the light you want. Therefore, since the optical angle sensor 1A can adjust the light according to the arrangement of the first light receiving section 71 and the second light receiving section 72, the degree of freedom in design can be improved.

(7)反射手段3Aにおける回折格子部32は、測定軸と平行な方向に沿って並設される複数の格子300を有することで、第1受光部71または第2受光部72が受光する光を所定の方向に向かって収束させることができる。したがって、光学式角度センサ1Aは、第1受光部71や第2受光部72の配置に応じて光を収束させることができるため、設計の自由度を向上させることができる。 (7) The diffraction grating section 32 in the reflecting means 3A has a plurality of gratings 300 arranged in parallel along the direction parallel to the measurement axis, so that the light received by the first light receiving section 71 or the second light receiving section 72 can be converged in a given direction. Therefore, the optical angle sensor 1A can converge light in accordance with the arrangement of the first light receiving section 71 and the second light receiving section 72, thereby improving the degree of freedom in design.

(8)第2受光部72は、反射手段3Aにて反射された光が収束する位置に配置されているため、複数の第2受光部72を有することなく特定部82が基準角度を特定するための光を受光することができる。したがって、光学式角度センサ1Aは、複数の第2受光部72を有する場合と比較して容易に設計することができる。
(9)光学式角度センサ1Aは、複数の第2受光部72を有する必要がないため、複数の第2受光部を有する場合と比較して、省スペース化やコスト削減を図ることができる。
(8) Since the second light receiving section 72 is arranged at a position where the light reflected by the reflecting means 3A converges, the identifying section 82 identifies the reference angle without having a plurality of second light receiving sections 72. can receive light for Therefore, the optical angle sensor 1</b>A can be designed more easily than the case of having a plurality of second light receiving sections 72 .
(9) Since the optical angle sensor 1A does not need to have a plurality of second light receiving sections 72, space saving and cost reduction can be achieved compared to the case of having a plurality of second light receiving sections.

〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態を図5と図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。
[Third embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the parts that have already been described, and the 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斜視図である。また、図6は、前記光学式角度センサを示すブロック図である。
前記第2実施形態では、回折格子部32は、測定軸と平行な方向に沿って並設される複数の格子300を有していた。本実施形態では、図5と図6に示すように、光学式角度センサ1Bにおける反射手段3Bの回折格子部32Bは、反射手段3Bの反射面において測定軸と直交する方向(X方向)に沿って並設される複数の格子311を有する点で前記第2実施形態と異なる。
FIG. 5 is a perspective view showing an optical angle sensor according to the third embodiment. Also, FIG. 6 is a block diagram showing the optical angle sensor.
In the second embodiment, the diffraction grating section 32 had a plurality of gratings 300 arranged side by side along the direction parallel to the measurement axis. In this embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the diffraction grating portion 32B of the reflecting means 3B in the optical angle sensor 1B is arranged along the direction (X direction) orthogonal to the measurement axis on the reflecting surface of the reflecting means 3B. It differs from the second embodiment in that it has a plurality of gratings 311 arranged side by side.

また、前記各実施形態では、受光手段7における第2受光部72は、検出手段4内において1つだけ設けられていた。本実施形態では、受光手段7Bは、第2受光部72と同様に機能し、±1次回折光以外の回折光である基準角度特定光を受光する第3受光部73をさらに備え、検出手段4B内に、基準角度特定光を受光する第2受光部が2つ設けられている点で前記各実施形態と異なる。 Further, in each of the above-described embodiments, only one second light-receiving portion 72 in the light-receiving means 7 was provided in the detecting means 4 . In this embodiment, the light receiving unit 7B further includes a third light receiving unit 73 that functions in the same manner as the second light receiving unit 72 and receives the reference angle specific light that is diffracted light other than the ±1st order diffracted light. It differs from each of the above-described embodiments in that two second light receiving portions for receiving the reference angle specific light are provided inside.

回折格子部32Bは、第2回折格子6にて回折した±1次回折光を複数の回折光に回折する。具体的には、複数の回折光は、±1次回折光から回折されたX方向0次回折光や、X方向±1次回折光などである。このうち、回折格子部32Bが回折したX方向+1次回折光である信号回折光111Bは、第1受光部71にて受光され、X方向0次回折光である基準角度特定光100Bは、発散するように回折されるとともに、第2受光部72と第3受光部73にて受光される。
第2受光部72と第3受光部73は、回折格子部32Bにて発散するように回折した基準角度特定光100Bを受光できる位置に配置されている。これにより、光学式角度センサ1Bは、基準角度特定光100Bが複数生じたとしても、基準角度を特定するために必要な回折光を複数箇所から受光することができる。
The diffraction grating section 32B diffracts the ±first-order diffracted lights diffracted by the second diffraction grating 6 into a plurality of diffracted lights. Specifically, the plurality of diffracted beams are X-direction 0th-order diffracted beams diffracted from ±1st-order diffracted beams, X-direction ±1st-order diffracted beams, and the like. Among them, the signal diffracted light 111B, which is the X-direction +1st-order diffracted light diffracted by the diffraction grating section 32B, is received by the first light receiving section 71, and the reference angle specific light 100B, which is the X-direction 0th-order diffracted light, diverges. , and received by the second light receiving section 72 and the third light receiving section 73 .
The second light-receiving portion 72 and the third light-receiving portion 73 are arranged at positions where they can receive the reference angle-specifying light 100B diffracted so as to diverge at the diffraction grating portion 32B. Accordingly, even if a plurality of reference angle specifying lights 100B are generated, the optical angle sensor 1B can receive diffracted lights necessary for specifying the reference angle from a plurality of positions.

また、前記各実施形態では、演算手段8における特定部82は、1つの第2受光部72から受光した光に基づいて基準角度を特定していた。本実施形態では、図6に示すように、演算手段8Bにおける特定部82Bは、第2受光部72と第3受光部73とが受光した基準角度特定光100Bに基づいて基準角度を特定する点で前記各実施形態と異なる。このような構成によれば、特定部8Bは、基準角度特定光100Bが複数生じたとしても、基準角度を特定することができる。 Further, in each of the above-described embodiments, the specifying unit 82 in the computing unit 8 specifies the reference angle based on the light received from the single second light receiving unit 72 . In this embodiment, as shown in FIG. 6, the specifying unit 82B in the computing unit 8B specifies the reference angle based on the reference angle specifying light 100B received by the second light receiving unit 72 and the third light receiving unit 73. is different from each of the above embodiments. With such a configuration, the specifying unit 8B can specify the reference angle even if a plurality of reference angle specifying lights 100B are generated.

さらに、1つの基準角度特定光100Bに基づき基準角度を特定した場合と、複数の基準角度特定光100Bに基づき基準角度を特定した場合とでは、複数の基準角度特定光100Bに基づき基準角度を特定した方が、第2受光部72と第3受光部73とで受光した光に基づき特定された基準角度をそれぞれ照合し、誤差の有無を確認することができる。したがって、光学式角度センサ1Bは、ノイズが発生したとしても、誤差の少ない基準角度を特定することができる。なお、図5では、反射手段3Bにおける反射部31の領域と回折格子部32Bの領域とは、同じ面積になるように配置されているが、反射部は光を反射することができ、回折格子部は光を複数の回折光に回折することができれば、反射手段の反射面上にどのように配置されていてもよい。 Furthermore, in the case where the reference angle is specified based on one reference angle specifying light 100B and the case where the reference angle is specified based on the plurality of reference angle specifying lights 100B, the reference angle is specified based on the plurality of reference angle specifying lights 100B. By doing so, the reference angles specified based on the light received by the second light receiving section 72 and the third light receiving section 73 can be compared with each other, and the presence or absence of errors can be confirmed. Therefore, the optical angle sensor 1B can specify a reference angle with little error even if noise occurs. In FIG. 5, the region of the reflecting portion 31 and the region of the diffraction grating portion 32B in the reflecting means 3B are arranged so as to have the same area, but the reflecting portion can reflect light and the diffraction grating The parts may be arranged on the reflecting surface of the reflecting means in any way as long as they can diffract the light into a plurality of diffracted beams.

このような本実施形態においても、前記実施形態における(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)反射手段3Bにおける回折格子部32Bは、反射手段3Bの反射面において測定軸と直交する方向に沿って並設される複数の格子311を有することで、第1受光部71や第2受光部72、第3受光部73が受光する光を所定の方向に向かって発散させることができる。したがって、光学式角度センサ1Bは、第1受光部71や第2受光部72、第3受光部73の配置に応じて光を発散させることができ、設計の自由度を向上させることができる。
In addition to the same actions and effects as (1) to (6) in the above-described embodiment, the following actions and effects can also be obtained in this embodiment.
(10) The diffraction grating section 32B in the reflecting means 3B has a plurality of gratings 311 arranged side by side along the direction orthogonal to the measurement axis on the reflecting surface of the reflecting means 3B, so that the first light receiving section 71 and the second The light received by the light receiving section 72 and the third light receiving section 73 can be diverged in a predetermined direction. Therefore, the optical angle sensor 1B can diverge light according to the arrangement of the first light receiving section 71, the second light receiving section 72, and the third light receiving section 73, and can improve the degree of freedom in design.

〔第4実施形態〕
以下、本発明の第4実施形態を図7と図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。
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. In the following description, the same reference numerals are given to the parts that have already been described, and the description thereof will be omitted.

図7は、第4実施形態に係る光学式角度センサを示す斜視図である。また、図8は、前記光学式角度センサを示すブロック図である。
本実施形態では、前記第1実施形態と異なり、光学式角度センサ1Cは、ハーフミラー10を備えている。このため、第1受光部71と第2受光部72とは、ハーフミラー10を介した光を受光する。
また、前記第1実施形態では、光学式角度センサ1の第1回折格子5は、透過型の回折格子であった。本実施形態における光学式角度センサ1Cの第1回折格子5Cは、反射型の回折格子である点で前記第1実施形態と異なる。
FIG. 7 is a perspective view showing an optical angle sensor according to a fourth embodiment. FIG. 8 is a block diagram showing the optical angle sensor.
In this embodiment, the optical angle sensor 1C includes a half mirror 10 unlike the first embodiment. Therefore, the first light receiving portion 71 and the second light receiving portion 72 receive light through the half mirror 10 .
Further, in the first embodiment, the first diffraction grating 5 of the optical angle sensor 1 was a transmission type diffraction grating. The first diffraction grating 5C of the optical angle sensor 1C in this embodiment differs from that in the first embodiment in that it is a reflective diffraction grating.

本実施形態において、光源2は、図7に示すように、ハーフミラー10に向かって平行光を照射する。ハーフミラー10に照射された光は、光源2と対向するハーフミラー10の一面にて反射する反射光と、ハーフミラー10内を進行する透過光と、に分割される。
ハーフミラー10にて反射された反射光は、第1回折格子5Cにて複数の回折光に回折される。なお、図7では、説明の便宜上、第1受光部71が受光する±1次回折光である信号回折光111Cと、第2受光部72が受光する±1次回折光以外の光(0次回折光)である基準角度特定光100Cと、について矢印にて光路を示している。
In this embodiment, the light source 2 irradiates parallel light toward the half mirror 10, as shown in FIG. The light applied to the half mirror 10 is split into reflected light reflected by one surface of the half mirror 10 facing the light source 2 and transmitted light traveling through the half mirror 10 .
The reflected light reflected by the half mirror 10 is diffracted into a plurality of diffracted lights by the first diffraction grating 5C. In FIG. 7, for convenience of explanation, the signal diffracted light 111C which is the ±1st order diffracted light received by the first light receiving unit 71 and the light other than the ±1st order diffracted light received by the second light receiving unit 72 (0th order diffracted light) The arrows indicate the optical paths of the reference angle specific light 100C.

第1回折格子5Cにて回折された複数の回折光のうち、±1次回折光は、反射手段3の反射面30にて反射し、第2回折格子6にてさらに複数の回折光に回折される。第2回折格子6にて回折された複数の回折光のうち、±1次回折光である信号回折光111Cは、反射手段3の反射面30にて反射し、第1受光部71にて受光される。 Of the plurality of diffracted beams diffracted by the first diffraction grating 5C, ±1st-order diffracted beams are reflected by the reflecting surface 30 of the reflecting means 3 and further diffracted by the second diffraction grating 6 into a plurality of diffracted beams. be. Of the plurality of diffracted lights diffracted by the second diffraction grating 6, the signal diffracted light 111C, which is ±1st order diffracted light, is reflected by the reflecting surface 30 of the reflecting means 3 and received by the first light receiving section 71. be.

ハーフミラー10にて分割され、ハーフミラー10内を進行する透過光は、反射手段3の反射面にて反射し、第2受光部72にて受光される。すなわち、第2受光部72は、反射手段3にて反射された光を基準角度特定光100Cとして受光する。
そして、図8に示すように、前記第1実施形態と同様に、信号検出部81は、第1受光部71で受光した信号回折光111Cに基づき角度を算出するための信号を検出し、特定部82は、ハーフミラー10を透過し反射手段3にて反射するとともに第2受光部72で受光された反射光(基準角度特定光100C)に基づき基準角度を特定する。角度算出部83は、信号回折光111Cに基づく信号と、基準角度と、を組み合わせることにより、反射手段3の傾斜角度の絶対値を算出することができる。
The transmitted light that is split by the half mirror 10 and travels through the half mirror 10 is reflected by the reflecting surface of the reflecting means 3 and received by the second light receiving section 72 . That is, the second light receiving section 72 receives the light reflected by the reflecting means 3 as the reference angle specific light 100C.
Then, as shown in FIG. 8, similarly to the first embodiment, the signal detection unit 81 detects a signal for calculating an angle based on the signal diffracted light 111C received by the first light receiving unit 71, and specifies the angle. The part 82 specifies the reference angle based on the reflected light (reference angle specifying light 100C) transmitted through the half mirror 10 , reflected by the reflecting means 3 , and received by the second light receiving part 72 . The angle calculator 83 can calculate the absolute value of the tilt angle of the reflecting means 3 by combining the signal based on the signal diffracted light 111C and the reference angle.

このような本実施形態においても、前記第1実施形態における(1)~(5)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)ハーフミラー10により、光源2から照射された光は2つの光に分割される。これにより、一方の光を第1受光部71に受光させて信号検出部81で角度を算出するための信号の検出に用い、他方の光を第2受光部に受光させて特定部82で基準角度を特定することができる。したがって、光学式角度センサ1Cは、設計の自由度を向上させることができる。
(12)光学式角度センサ1Cは、ハーフミラー10により光源2から照射された光は2つに分割されるため、光源2を複数備えることなく、1つの光源2により、角度を算出するための信号を検出し、基準角度を特定することができる。
In addition to the same effects and effects as (1) to (5) in the first embodiment, the present embodiment can also achieve the following effects.
(11) The half mirror 10 splits the light emitted from the light source 2 into two lights. As a result, one light is received by the first light receiving portion 71 and used for signal detection by the signal detecting portion 81 for calculating the angle, and the other light is received by the second light receiving portion and is used as a reference by the specifying portion 82 . Angle can be specified. Therefore, the optical angle sensor 1C can improve the degree of freedom in design.
(12) Since the light emitted from the light source 2 is split into two by the half mirror 10, the optical angle sensor 1C uses one light source 2 to calculate the angle without providing a plurality of light sources 2. A signal can be detected and a reference angle can be identified.

〔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~1C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-described embodiments, and includes modifications, improvements, etc. within the scope of achieving the object of the present invention.
For example, in each of the above-described embodiments, the optical angle sensors 1, 1A to 1C were provided in the measuring device, but they may be provided in something other than the measuring device, and may be provided in any device. is not particularly limited.

前記第1実施形態から前記第3実施形態の光学式角度センサ1,1A~1Bは、ハーフミラー10を有していなかったが、光学式角度センサ1,1A~1Bは、ハーフミラー10を有する構成であってもよい。 The optical angle sensors 1, 1A to 1B of the first to third embodiments do not have the half mirror 10, but the optical angle sensors 1, 1A to 1B have the half mirror 10. It may be a configuration.

前記各実施形態では、第1受光部71が受光する所定の回折光は、±1次回折光であり、2本の回折光に基づいていたが、第1受光部71は2本の回折光ではなく、2本以上の回折光を受光してもよいし、1本の回折光を受光してもよく、±1次回折光でなくてもよい。
要するに、信号検出部が第1受光部から受光した光に基づき角度を算出するための信号を検出することができれば、第1受光部は、どのような回折光を受光してもよい。
また、各実施形態では、第1受光部は±1次回折光を受光し、第2受光部は0次回折光を受光していたが、第1受光部は、所定の回折光を受光し、第2受光部は、第1受光部が受光する所定の回折光以外の回折光を受光すれば、どのような光を受光してもよい。
In each of the above-described embodiments, the predetermined diffracted light received by the first light receiving unit 71 is ±first-order diffracted light and is based on two diffracted lights. Instead, two or more diffracted beams may be received, one diffracted beam may be received, and the ±1st order diffracted beams may not be received.
In short, the first light receiving section may receive any diffracted light as long as the signal detecting section can detect a signal for calculating the angle based on the light received from the first light receiving section.
In each embodiment, the first light receiving section receives ±1st order diffracted light and the second light receiving section receives 0th order diffracted light. The second light receiving section may receive any light as long as it receives diffracted light other than the predetermined diffracted light received by the first light receiving section.

前記第1実施形態から前記第3実施形態では、第2受光部72は、反射手段3,3A~3Bにて反射された光を受光していたが、第2受光部は、例えば前記第4実施形態のように反射手段を介さずハーフミラー10にて分割した光を受光してもよい。要するに、特定部が第2受光部から受光した光に基づき基準角度を特定することができれば、第2受光部はどのような光路を経由した光を受光してもよい。 In the first to third embodiments, the second light receiving section 72 receives the light reflected by the reflecting means 3, 3A to 3B. The light split by the half mirror 10 may be received without using the reflecting means as in the embodiment. In short, as long as the specifying unit can specify the reference angle based on the light received from the second light receiving unit, the second light receiving unit may receive light through any optical path.

前記第2実施形態では、回折格子部32は、測定軸と平行な方向に沿って並設される複数の格子300を有し、前記第3実施形態では、回折格子部32Bは、反射手段3Bの反射面において測定軸と直交する方向に沿って並設される複数の格子311を有していたが、反射手段は、前記第1実施形態や第4実施形態のように、回折格子部を備えていなくてもよい。 In the second embodiment, the diffraction grating section 32 has a plurality of gratings 300 arranged in parallel along the direction parallel to the measurement axis. has a plurality of gratings 311 arranged side by side along the direction orthogonal to the measurement axis on the reflecting surface of , but the reflecting means, like the first embodiment and the fourth embodiment, has a diffraction grating section. You don't have to.

前記第2実施形態では、第2受光部72は、反射手段3にて反射された光が収束する位置に配置されていたが、第2受光部は、第1受光部が受光する所定の回折光以外の回折光を受光することができれば、どのような位置に配置されていてもよい。
前記第3実施形態では、受光手段7Bは、第2受光部72と同様に機能し、第1受光部71が受光する所定の回折光以外の回折光を受光する第3受光部73を備えていたが、光学式角度センサは、第2受光部と同様の機能を有する受光部をさらに備えていてもよい。第1受光部が受光する所定の回折光以外の回折光を受光することができれば、第2受光部の数は任意である。
In the second embodiment, the second light receiving section 72 is arranged at a position where the light reflected by the reflecting means 3 converges. It may be arranged at any position as long as it can receive diffracted light other than light.
In the third embodiment, the light receiving means 7B has the third light receiving section 73 which functions in the same manner as the second light receiving section 72 and receives diffracted light other than the predetermined diffracted light received by the first light receiving section 71. However, the optical angle sensor may further include a light receiving section having the same function as the second light receiving section. The number of the second light receiving portions is arbitrary as long as the diffracted light other than the predetermined diffracted light received by the first light receiving portions can be received.

前記各実施形態では、複数の回折格子として、第1回折格子5,5Cと、第2回折格子6と、を備えていたが、複数の回折格子は、第3回折格子を備えていてもよいし、それ以上の回折格子を備えていてもよい。要するに、光学式角度センサは、複数の回折格子を備えていればよい。 Although the first diffraction gratings 5 and 5C and the second diffraction grating 6 are provided as the plurality of diffraction gratings in each of the above-described embodiments, the plurality of diffraction gratings may include a third diffraction grating. and may have more diffraction gratings. In short, the optical angle sensor only needs to have a plurality of diffraction gratings.

前記各実施形態では、特定部82,82Bは、基準角度を特定するための基準角度特定値を記憶し、第2受光部72(第3受光部73)の受光面に照射された光の位置と、記憶した基準角度特定値と、を照合することで基準角度を特定していたが、特定部は、第2受光部から受光した光に基づき角度を算出する際の基準となる基準角度を特定することができれば、どのような方法で基準角度を特定してもよい。 In each of the above-described embodiments, the specifying units 82 and 82B store a reference angle specifying value for specifying the reference angle, and determine the position of the light irradiated on the light receiving surface of the second light receiving unit 72 (third light receiving unit 73). and a stored reference angle specific value. The reference angle may be specified by any method as long as it can be specified.

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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention can be suitably used for optical angle sensors.

1,1A~1C 光学式角度センサ
2 光源
3,3A~3B 反射手段
4,4B 検出手段
5,5C 第1回折格子(複数の回折格子)
6 第2回折格子(複数の回折格子)
7,7B 受光手段
71 第1受光部
72 第2受光部
8,8B 演算手段
81 信号検出部
82,82B 特定部
83 角度算出部
10 ハーフミラー
1, 1A-1C optical angle sensor 2 light source 3, 3A-3B reflection means 4, 4B detection means 5, 5C first diffraction grating (plurality of diffraction gratings)
6 second diffraction grating (multiple diffraction gratings)
7, 7B light-receiving means 71 first light-receiving part 72 second light-receiving parts 8, 8B computing means 81 signal detecting parts 82, 82B specifying part 83 angle calculating part 10 half mirror

Claims (9)

光を照射する光源と、所定の軸を測定軸として回動するとともに前記光源から照射された光を反射する反射手段と、前記光源から照射された光を検出する検出手段と、前記検出手段から検出された信号に基づき角度を演算する演算手段と、を備える光学式角度センサであって、
前記検出手段は、
前記光を複数の回折光に回折する複数の回折格子と、
前記光源から照射された光を受光する受光手段と、を備え、
前記受光手段は、
前記複数の回折光における所定の回折光を受光する第1受光部と、
前記第1受光部が受光する前記所定の回折光以外の回折光を受光する第2受光部と、を備え、
前記演算手段は、
前記第1受光部から受光した光に基づき角度を算出するための信号を検出する信号検出部と、
前記第2受光部から受光した光に基づき角度を算出する際の基準となる基準角度を特定する特定部と、
前記信号検出部にて検出された前記信号と前記特定部にて特定された前記基準角度とに基づき角度の絶対値を算出する角度算出部と、を備え
前記反射手段は、
回動する測定対象に取付けられ、前記光を複数の回折光に回折する回折格子を有しない反射面を備え、所定の位置に固定されて配置される前記光源および前記検出手段に対して相対的に前記測定対象の回動に応じて回動することを特徴とする光学式角度センサ。
a light source that emits light, a reflecting means that rotates about a predetermined axis as a measurement axis and reflects the light emitted from the light source, a detecting means that detects the light emitted from the light source, and the detecting means. an optical angle sensor comprising a computing means for computing an angle based on the detected signal,
The detection means is
a plurality of diffraction gratings for diffracting the light into a plurality of diffracted lights;
and a light receiving means for receiving light emitted from the light source,
The light receiving means is
a first light receiving unit that receives predetermined diffracted light among the plurality of diffracted lights;
a second light receiving unit that receives diffracted light other than the predetermined diffracted light received by the first light receiving unit;
The computing means is
a signal detection unit that detects a signal for calculating an angle based on the light received from the first light receiving unit;
a specifying unit that specifies a reference angle that serves as a reference when calculating an angle based on the light received from the second light receiving unit;
an angle calculation unit that calculates an absolute value of an angle based on the signal detected by the signal detection unit and the reference angle specified by the specification unit ;
The reflecting means is
Relative to the light source and the detection means, which is attached to a rotating measurement object, has a reflecting surface without a diffraction grating for diffracting the light into a plurality of diffracted beams, and is fixed at a predetermined position. an optical angle sensor that rotates according to the rotation of the object to be measured .
請求項1に記載された光学式角度センサにおいて、
前記第1受光部が受光する前記所定の回折光は、2本の回折光であることを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor of claim 1, wherein
The optical angle sensor, wherein the predetermined diffracted light beams received by the first light receiving unit are two diffracted light beams.
請求項1または請求項2に記載された光学式角度センサにおいて、
前記第2受光部は、
前記反射手段にて反射された光を受光することを特徴とする光学式角度センサ。
In the optical angle sensor according to claim 1 or claim 2,
The second light receiving section is
An optical angle sensor that receives light reflected by the reflecting means.
請求項1から請求項3のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記第1受光部と前記第2受光部とは、
ハーフミラーを介した光を受光することを特徴とする光学式角度センサ。
In the optical angle sensor according to any one of claims 1 to 3,
The first light receiving section and the second light receiving section are
An optical angle sensor that receives light through a half mirror.
請求項1から請求項4のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記反射手段は、
光を反射する反射部と、光を複数の回折光に回折する回折格子部と、を備えることを特徴とする光学式角度センサ。
In the optical angle sensor according to any one of claims 1 to 4,
The reflecting means is
An optical angle sensor, comprising: a reflecting portion that reflects light; and a diffraction grating portion that diffracts light into a plurality of diffracted beams.
請求項5に記載された光学式角度センサにおいて、
前記回折格子部は、
前記測定軸と平行な方向に沿って並設される複数の格子を有することを特徴とする光学式角度センサ。
An optical angle sensor according to claim 5, wherein
The diffraction grating section
An optical angle sensor comprising a plurality of gratings arranged side by side along a direction parallel to the measurement axis.
請求項5に記載された光学式角度センサにおいて、
前記回折格子部は、
前記反射手段の反射面において前記測定軸と直交する方向に沿って並設される複数の格子を有することを特徴とする光学式角度センサ。
An optical angle sensor according to claim 5, wherein
The diffraction grating section
An optical angle sensor comprising a plurality of gratings arranged side by side along a direction orthogonal to the measuring axis on the reflecting surface of the reflecting means.
請求項1から請求項6のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記第2受光部は、
前記反射手段にて反射された光が収束す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。
In the optical angle sensor according to any one of claims 1 to 6,
The second light receiving section is
An optical angle sensor, wherein the optical angle sensor is arranged at a position where the light reflected by the reflecting means converges.
請求項1から請求項8のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記特定部は、
前記基準角度を特定するための基準角度特定値を記憶し、前記第2受光部の受光面に照射された光の位置と、前記基準角度特定値と、を照合することで前記基準角度を特定することを特徴とする光学式角度センサ。
In the optical angle sensor according to any one of claims 1 to 8,
The identification unit
A reference angle specific value for specifying the reference angle is stored, and the reference angle is specified by comparing the position of the light irradiated onto the light receiving surface of the second light receiving unit and the reference angle specific value. An optical angle sensor characterized by:
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