JP2009294151A - Inclination sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、取り付けられた部材の傾きを検出する傾斜センサに関する。 The present invention relates to a tilt sensor that detects the tilt of an attached member.
従来、揺動可能な電極と固定された電極とを備える傾斜センサが知られている。傾斜センサが傾斜したとき、傾斜に従って揺動可能な電極が揺動し、固定された電極との間隔が変化する。この間隔の変化により電極間に蓄積された電荷量が変化するため、電荷量の変化を検出して傾きを検出する傾斜センサが知られている。
しかし、装置に対する小型化の要求に従って傾斜センサを小型化すると、電極間に蓄積可能な電荷量が減少する。これにより、電極の揺動により生じる電荷の変化量も小さくなるため、電荷の変化量に応じて傾斜センサが出力する信号のS/N比が低下する。 However, when the tilt sensor is miniaturized in accordance with the demand for miniaturization of the device, the amount of charge that can be accumulated between the electrodes decreases. As a result, the amount of change in charge caused by the oscillation of the electrode is also reduced, so that the S / N ratio of the signal output from the tilt sensor is lowered according to the amount of change in charge.
本発明は、取り付けられた部材の傾きを正確に検出することが可能な傾斜センサを得ることを目的とする。 An object of this invention is to obtain the inclination sensor which can detect the inclination of the attached member correctly.
本願第1の発明による傾斜センサは、入射した光を透過又はその進行方向を変更する光分割器と、入射した光を反射する鏡及び鏡を支持する弾性部材を有し、重力の方向に応じて弾性部材が変形して入射した光の反射方向を変更する傾斜鏡と、入射した光が照射される位置を検出する位置検出部とを備え、光分割器により進行方向を変更された光が傾斜鏡に導かれ、傾斜鏡により位置検出部に向けて反射されることを特徴とする。 The tilt sensor according to the first invention of the present application has a light splitter that transmits incident light or changes a traveling direction thereof, a mirror that reflects incident light, and an elastic member that supports the mirror, and depends on the direction of gravity. The tilting mirror that changes the reflection direction of the incident light after the elastic member is deformed and the position detection unit that detects the position irradiated with the incident light, and the light whose traveling direction has been changed by the light splitter It is guided to the tilting mirror and reflected toward the position detection unit by the tilting mirror.
位置検出部は撮像素子が好適である。 An image sensor is suitable for the position detection unit.
位置検出部は、弾性部材が変形していないときにおける光の入射位置と、弾性部材が変形しているときにおける光の入射位置とを比較することにより、傾きを検出することが好ましい。 The position detection unit preferably detects the inclination by comparing the light incident position when the elastic member is not deformed with the light incident position when the elastic member is deformed.
入射した光を平行光に変換する第1のレンズと、光分割器に光を投光する発光素子とをさらに備え、第1のレンズは、光分割器と傾斜鏡との間に設けられ、光分割器から傾斜鏡に向かう光を平行光に変換することが好ましい。 A first lens that converts incident light into parallel light; and a light-emitting element that projects light onto the light splitter; the first lens is provided between the light splitter and the tilt mirror; It is preferable to convert light traveling from the light splitter toward the tilt mirror into parallel light.
入射した光を平行光に変換する第2及び第3のレンズと、第2のレンズに光を投光する発光素子とをさらに備え、第2のレンズは、発光素子と光分割器との間に設けられ、発光素子から光分割器に向かう光を平行光に変換し、第3のレンズは、光分割器と位置検出部との間に設けられ、光分割器から出射した光を位置検出部に向けて集光することが好ましい。 Second and third lenses that convert incident light into parallel light and a light emitting element that projects light onto the second lens are further provided, and the second lens is disposed between the light emitting element and the light splitter. The third lens is provided between the light splitter and the position detector, and detects the light emitted from the light splitter. It is preferable to collect light toward the part.
以上のように本発明によれば、取り付けられた部材の傾きを正確に検出することが可能な傾斜センサを得る。 As described above, according to the present invention, an inclination sensor capable of accurately detecting the inclination of an attached member is obtained.
以下、本発明による第1の実施形態について図1及び2を用いて説明する。 A first embodiment according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
傾斜センサ100は、レーザ光を発光する発光素子であるレーザダイオード110と、拡散光を平行光に変換する第1のレンズである第1のコリメータレンズ130と、自重により反射角度が変化する傾斜鏡140と、干渉縞測定部をなす撮像素子150、例えばCCDと、入射した光を分割する光分割器、つまりビームスプリッタ120とから主に構成される。
The
傾斜鏡140は、角筒形状の枠体144と、一定の重量を有する直方体である錘体142と、枠体144の内側に設けられて枠体144と錘体142とを接続する弾性部材143とから成る。錘体142は、一定の重量を有し、片面が鏡面141を成し、枠体144の内側に設けられる。弾性部材143は、錘体142において鏡面141に対し垂直な側面と、枠体144の内側面とを接続する。傾斜鏡140はシリコンにより一体的に形成される。
The
ビームスプリッタ120は、直方体であって、その2辺を通る平面である反射面121を有する。反射面に入射した光の一部は反射面121を透過し、残りは反射される。
The
レーザダイオード110はビームスプリッタの特定の面に取り付けられる。ビームスプリッタ120の表面において、レーザダイオードが取り付けられる面と直交し、かつ反射面121と交わらない面に第1のコリメータレンズ130が取り付けられる。第1のコリメータレンズ130が取り付けられる面の裏面には、その撮像面151が対向するように撮像素子150が取り付けられる。
The
第1のコリメータレンズ130においてビームスプリッタ120に取り付けられた面の裏面には、傾斜鏡140の枠体144が取り付けられる。つまり、錘体142及び鏡面141がビームスプリッタ120に対して揺動自在となる。
A
ビームスプリッタ120に対して、レーザダイオード110、第1のコリメータレンズ130、及び撮像素子150が固定される。
The
撮像素子150は、撮像面151に結像した画像を傾斜角算出部160に送信する。傾斜角算出部160は、撮像素子150から送信された画像を用いて傾斜センサ100の傾斜角度を算出する。
The
レーザダイオード110、第1のコリメータレンズ130、傾斜鏡140、及び撮像素子150をビームスプリッタ120に直接設けることにより、傾斜センサ100を小型化することが可能になる。
By directly providing the
また、レーザダイオード110として面発光レーザダイオードを用いることにより傾斜センサ100を更に小型化することが可能になる。
Further, by using a surface emitting laser diode as the
次に図1及び2を用いて傾斜センサ100の機能及び作用について説明する。
Next, the function and operation of the
レーザダイオード110が発光した光は、ビームスプリッタ120に入射する。入射した光の一部は反射面121により反射され、第1のコリメータレンズ130に照射される。第1のコリメータレンズ130は、入射した光を平行光に変換する。
The light emitted from the
平行光は傾斜鏡140に入射し、鏡面141により反射される。鏡面141により反射された光は、再度、第1のコリメータレンズ130を通過する。第1のコリメータレンズ130を通過した光の一部は反射面121を通過し、撮像面に向けて集光される。
The parallel light enters the
鏡面141を有する錘体142は、枠体144に弾性部材143を介して接続されているため、ビームスプリッタ120に対して揺動自在である。傾斜センサ100が重力に対して傾いていないとき、ビームスプリッタ120において傾斜鏡140が取り付けられる面に対し鏡面141が平行になる(図1参照)。このときの反射光を基準光と呼び、図2において破線で示す。傾斜角算出部160は、撮像面において基準光が照射される位置を予め記憶する。
Since the
一方、傾斜センサ100が重力に対して傾いているとき、ビームスプリッタ120において傾斜鏡140が取り付けられる面に対して鏡面141が平行にならない。そのため、鏡面141に入射した光と反射された光の光路が同一とならない(図2参照)。このときの反射光を測定光と呼び、図2において一点鎖線で示す。
On the other hand, when the
これにより、撮像面151において、基準光が照射される位置と測定光が照射される位置との間にずれが生じる。このずれを測定することにより、傾斜センサ100の傾斜角度θを測定する。
Thereby, in the
撮像素子150は、照射された光の画像を撮像して、傾斜角算出部160に送信する。傾斜角算出部160は、予め記憶している基準光の照射位置と、受信した画像における測定光の照射位置とを比較し、照射位置におけるずれ量を測定することにより、傾斜センサ100の傾斜角度θを測定し、ずれ方向を測定することにより傾斜センサ100の傾斜方向を測定する。
ずれ量yから傾斜角度θを算出する式は以下の通りである。
θ=y/(2×f)
ここで、fは第1のコリメータレンズ130の焦点距離である。
The
The equation for calculating the inclination angle θ from the deviation y is as follows.
θ = y / (2 × f)
Here, f is the focal length of the
なお本実施形態では、測定光が撮像面151に照射されることが必要であるため、レーザダイオード110とビームスプリッタ120との距離は、レーザダイオード110からの拡散光を第1のコリメータレンズ130が撮像面151に集光可能であるような距離に制限される。
In this embodiment, since the measurement light needs to be applied to the
本実施形態によれば、少ない部品点数でS/N比が高い信号を得ることができる。 According to this embodiment, a signal with a high S / N ratio can be obtained with a small number of parts.
次に、第2の実施形態について図3及び4を用いて説明する。第1の実施形態と同様の構成については説明を省略する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. The description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.
傾斜センサ200は、レーザ光を発光する発光素子であるレーザダイオード210と、拡散光を平行光に変換する第2及び第3のレンズである第2及び第3のコリメータレンズ230、270と、自重により反射角度が変化する傾斜鏡240と、干渉縞測定部をなす撮像素子250、例えばCCDと、入射した光を分割する光分割器、つまりビームスプリッタ220とから主に構成される。
The
傾斜鏡240は、枠体244と、錘体242と、弾性部材243とから成る。錘体242の片面には鏡面241が形成される。ビームスプリッタ220の構成は第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
The
ビームスプリッタ220の表面において反射面221と交わらない面、つまり反射面221と対向する面のうち、互いに直交する2つの面に第2及び第3のコリメータレンズ230、270が取り付けられる。ビームスプリッタ220において、第2のコリメータレンズ230が取り付けられる面に直交し、かつ第3のコリメータレンズ270が取り付けられる面に対向する面に傾斜鏡240が取り付けられる。
The second and
傾斜鏡240は、枠体244がビームスプリッタ220の表面に固定されることにより、ビームスプリッタ220に取り付けられる。つまり、錘体242及び鏡面241がビームスプリッタ220に対して揺動自在となる。
The
第2のコリメータレンズ230においてビームスプリッタ220に取り付けられた面の裏面には、レーザダイオード210が取り付けられる。
A
第3のコリメータレンズ270においてビームスプリッタ220に取り付けられた面の裏面には、その撮像面251が対向するように撮像素子250が取り付けられる。
In the
すなわち、レーザダイオード210、第2及び第3のコリメータレンズ230、270、並びに撮像素子250がビームスプリッタ220に固定される。
That is, the
撮像素子250は、撮像面251に結像した画像を傾斜角算出部260に送信する。
The
次に図3及び4を用いて傾斜センサ200の機能及び作用について説明する。
Next, the function and operation of the
レーザダイオード210が発光した拡散光は、第2のコリメータレンズ230に入射し、平行光に変換される。平行光はビームスプリッタ220に入射する。入射した光の一部は反射面221により反射され、傾斜鏡240に入射する。入射した光は鏡面241により反射され、ビームスプリッタ220に入射する。ビームスプリッタ220に入射した光の一部は反射面221を通過し、第3のコリメータレンズ270に入射する。第3のコリメータレンズ270は、入射光を撮像面251に向けて集光する。
The diffused light emitted by the
鏡面241を有する錘体242は、枠体244に弾性部材243を介して接続されているため、ビームスプリッタ220に対して揺動自在である。傾斜センサ200が重力に対して傾いていないとき、ビームスプリッタ220において傾斜鏡240が取り付けられる面に対し鏡面241が平行になる(図3参照)。このときの反射光を基準光と呼び、図4において破線で示す。傾斜角算出部260は、撮像面において基準光が照射される位置を予め記憶する。
Since the
一方、傾斜センサ200が重力に対して傾いているとき、ビームスプリッタ220において傾斜鏡240が取り付けられる面に対して鏡面241が平行にならない。そのため、鏡面241に入射した光と反射された光の光路が同一とならない(図4参照)。このときの反射光を測定光と呼び、図4において一点鎖線で示す。
On the other hand, when the
これにより、撮像面251において、基準光が照射される位置と測定光が照射される位置との間にずれが生じる。このずれを測定することにより、傾斜センサ200の傾斜角度θを測定する。傾斜角度θは実施形態1と同様にして算出される。
Thereby, in the
本実施形態によれば、レーザダイオード210とビームスプリッタ220との間に第2のコリメータレンズ230を設けるため、レーザダイオード210からの拡散光が必要以上に拡散せず、レーザダイオード210の位置が制限されない。
According to the present embodiment, since the
また、これらの実施形態によれば、傾斜センサ100、200が出力する信号は撮像素子150、250が出力する信号であるため、電極間に蓄積された電荷を出力する従来の傾斜センサと比較してS/N比が高い信号を得ることができる。
In addition, according to these embodiments, since the signals output from the
また、これらの実施形態は光の干渉を利用するため、弾性部材143、243の弾性を調節することにより、微小な傾斜角度を測定することが可能になる。
In addition, since these embodiments use light interference, it is possible to measure a minute inclination angle by adjusting the elasticity of the
なお、傾斜鏡140、240はシリコンから成るものでなくても良く、一体的に形成されなくても良い。 The inclined mirrors 140 and 240 do not have to be made of silicon, and may not be formed integrally.
100 傾斜センサ
110 レーザダイオード
120 ビームスプリッタ
130 第1のコリメータレンズ
140 傾斜鏡
150 撮像素子
160 傾斜角算出部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
入射した光を反射する鏡及び前記鏡を支持する弾性部材を有し、重力の方向に応じて前記弾性部材が変形して入射した光の反射方向を変更する傾斜鏡と、
入射した光が照射される位置を検出する位置検出部とを備え、
前記光分割器により進行方向を変更された光が前記傾斜鏡に導かれ、前記傾斜鏡により前記位置検出部に向けて反射される傾斜センサ。 A light splitter that transmits incident light or changes a traveling direction thereof; and
An inclined mirror that includes a mirror that reflects incident light and an elastic member that supports the mirror, the elastic member deforms according to the direction of gravity, and changes a reflection direction of incident light;
A position detection unit that detects a position irradiated with incident light,
A tilt sensor in which the light whose traveling direction is changed by the light splitter is guided to the tilt mirror and reflected toward the position detection unit by the tilt mirror.
前記光分割器に光を投光する発光素子とをさらに備え、
前記第1のレンズは、前記光分割器と前記傾斜鏡との間に設けられ、前記光分割器から前記傾斜鏡に向かう光を平行光に変換する請求項1に記載の傾斜センサ。 A first lens that converts incident light into parallel light;
A light emitting element that projects light onto the light splitter;
2. The tilt sensor according to claim 1, wherein the first lens is provided between the light splitter and the tilt mirror, and converts light traveling from the light splitter toward the tilt mirror into parallel light.
前記第2のレンズに光を投光する発光素子とをさらに備え、
前記第2のレンズは、前記発光素子と前記光分割器との間に設けられ、前記発光素子から前記光分割器に向かう光を平行光に変換し、
前記第3のレンズは、前記光分割器と前記位置検出部との間に設けられ、前記光分割器から出射した光を前記位置検出部に向けて集光する請求項1に記載の傾斜センサ。 Second and third lenses for converting incident light into parallel light;
A light emitting element that projects light onto the second lens;
The second lens is provided between the light emitting element and the light splitter, and converts light from the light emitting element toward the light splitter into parallel light,
2. The tilt sensor according to claim 1, wherein the third lens is provided between the light splitter and the position detection unit, and collects light emitted from the light splitter toward the position detection unit. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008149746A JP2009294151A (en) | 2008-06-06 | 2008-06-06 | Inclination sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008149746A JP2009294151A (en) | 2008-06-06 | 2008-06-06 | Inclination sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2009294151A true JP2009294151A (en) | 2009-12-17 |
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ID=41542451
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008149746A Pending JP2009294151A (en) | 2008-06-06 | 2008-06-06 | Inclination sensor |
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Country | Link |
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2008
- 2008-06-06 JP JP2008149746A patent/JP2009294151A/en active Pending
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