JP2013217748A - 変位計測方法及び変位計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源12から発生した光14をコリメータレンズ16により平行光18とし、該平行光18の光軸上に配置された回折格子20に入射させ、0次光(直進光26)と1次回折光(回折光28)に分けて進行させる。直進光26と回折光28のそれぞれを、前記回折格子20に対して相対移動可能に配置された反射ミラー22により反射する。そして、直進光26の反射光26´が回折格子20を通過する際に生成される1次回折光30と、前記回折光28の反射光28´が回折格子20を透過した0次光(回折光32)との干渉光34を、光検出器24で光量検出する。回折格子20と反射ミラー22の距離が変化すると、干渉光34に位相差が発生し、変位信号として検出される。
【選択図】図1
Description
Δd2=(Δd1/cosθ)(θは回折角)
で表される。従って、反射ミラー22の移動による行路L2の行路長の増加分は、
2×Δd2=2(Δd1/cosθ)
となる。そうすると、反射ミラー22の移動による行路差Δは、
Δ=2Δd1−2Δd2=2Δd1−2(Δd1/cosθ)=2Δd1×(1−1/cosθ)
となる。このことは、干渉の1波長が拡大されたことになる。即ち、1以上の任意の数値倍になり、この方式を活用することにより、数十倍、数百倍の検出範囲にできる。
(2)変位計測装置10の構成部品が少ないため、装置が大掛かりになることがなく、小型化が可能となる。特に、一般民生機器用に用いられる小型装置としても利用できる。
(3)トルクセンサやブレーキセンサなどの機械系の歪みや変位を計測するシステムでは、意図した方向の変位以外の信号は、なるべく検出しないものが望ましい。本実施例の変位計測装置では、センサのねじれ方向の信号が発生しないため、余計な外乱信号を検出しないセンサとして利用可能である。
(4)光源12と光検出器24を固定側に配置できるため、光検出器24を可動側に配置する場合に必要となるワイヤ結線をなくすことができ、可動側をワイヤなしで分離することができる。このような構成は、mmオーダの変位センサとして特に有効である。
(1)前記実施例で示した形状,寸法,材質は一例であり、同様の効果を奏するものであれば、必要に応じて適宜変更してよい。例えば、前記実施例1の変位計測ユニット50では、基本筐体51のバネ部56を、複数のスリット56A〜56Cにより形成することとしたが、これも一例であり、同様の効果を奏する範囲内で、適宜設計変更可能である。
(2)前記実施例1では、0次回折光と1次回折光を利用して変位計測を行うこととしたが、これも一例であり、1次回折光以外の任意の次数の回折光(光量を考慮すると、2次光及び3次光までが好ましい)を利用してもよい。
(3)前記実施例1では、光源12としてLED光源を利用したこれも一例であり、レーザ光源等を用いることを妨げるものではない。
(4)前記実施例では基本筐体51を一体の透明樹脂を使用した例を使用したが、可動部54側を固定部52側から切り離し、固定部52側から突き出た一対の金属棒上を可動部54側がスライドできるようにし、その間をバネで連結してもよい。
12:光源(LED)
14:LED光
16:コリメータレンズ
18:平行光
20:回折格子
22:反射ミラー
24:光検出器
26:直進光
26´:第1の反射光
28,30,32:回折光
28´:第2の反射光
34:干渉光
50:変位計測ユニット
51:基本筐体
52:固定部
54:可動部
56:バネ部
56A〜56C:スリット
58:回路基板
60A,60B:取り付けネジ
70〜76:スペース
100:測長装置
102:光源
104:ハーフミラー
106:回折格子
108,110,112:反射ミラー
114:受光素子
150:変位計測装置
152:固定側
154:可動側
156:光源
158:光
160:コリメータレンズ
162:平行光
164,166:回折格子
168:光センサ
169:直進光
170,172:回折光
174:干渉光
L1,L2:光路
Claims (5)
- 光源から発射された光をコリメータレンズにより平行光とし、
該平行光を、その光軸上に配置された回折格子まで進行させ、
前記回折格子により、前記平行光を、該平行光と同方向に進行する0次光と、該0次光に対して回折角を有する±n次光(nは1以上の自然数)とに分け、
前記回折格子に対して同一光軸上で相対的に位置変化可能に配置された反射ミラーまで、前記回折格子で回折した0次光と±n次光とをそれぞれ進行させ、
前記反射ミラーにより、前記回折格子で回折された0次光を反射させて、前記回折格子まで戻る第1の反射光とし、前記回折格子により、該第1の反射光と同方向に進行する0次光と、該0次光に対して回折角を有する±n次光とに分けて進行させ、
前記反射ミラーにより、前記回折格子で回折された±n次光を反射させて、該回折格子まで戻る第2の反射光とし、前記回折格子により、該第2の反射光と同方向に進行する0次光と、該0次光に対して回折角を有する±n次光に分けて進行させ、
前記回折格子によって回折された前記第1及び第2の反射光の0次光及び±n次光のうち、前記第1の反射光の所定次数の回折光の光軸に沿う回折光を、前記光源側に配置された光センサで受光して光量検出し、
前記回折格子に対する前記反射ミラーの相対的な移動量に対応する干渉光もしくはその信号から、前記平行光の軸方向の変位量を測定することを特徴とする変位計測方法。 - 前記光源がLEDであることを特徴とする請求項1記載の変位計測方法。
- 光源と、
該光源から発射された光を平行光にするためのコリメータレンズと、
前記平行光の光軸上に配置されており、入射した平行光を、同方向に進行する0次光と、該0次光に対して回折角を有する±n次光(nは1以上の自然数)とに分けて進行させる回折格子と、
前記回折格子に対して、同一光軸上で相対的に位置変化可能に配置されており、回折格子を通過した0次光を反射して前記回折格子まで戻って再入射する第1の反射光とし、前記回折格子を通過した±n次光を反射して前記回折格子まで戻って再入射する第2の反射光とする反射ミラーと、
前記光源側に配置されており、前記回折格子によって回折された前記第1及び第2の反射光の0次光及び±n次光のうち、第1の反射光の所定次数の回折光の光軸に沿う回折光を受光して光量検出する光センサと、
を備えており、
前記回折格子に対する前記反射ミラーの相対的な移動量に対応する干渉光もしくはその信号から、前記平行光の軸方向の変位量を測定することを特徴とする変位計測装置。 - 前記光源がLEDであることを特徴とする請求項3記載の変位計測装置。
- 可動部と固定部がバネ部で連結された基本筐体が、透明樹脂成型体により形成されており、
前記光源,コリメータレンズ,回折格子,光センサを前記固定部に設け、
前記反射ミラーを、前記回折格子と対向するように前記可動部に設けたことを特徴とする請求項3又は4記載の変位計測装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105783737A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-07-20 | 北方民族大学 | 一种新型小量程超高精度位移传感器及测量方法 |
CN105783738A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-07-20 | 北方民族大学 | 一种增量式小量程位移传感器及测量方法 |
CN105783739A (zh) * | 2016-05-19 | 2016-07-20 | 北方民族大学 | 一种新型交替增量式测量微位移传感器及测量方法 |
CN105910537A (zh) * | 2016-07-04 | 2016-08-31 | 北方民族大学 | 一种新型对称式小量程位移传感器及测量方法 |
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JP2006106000A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Samsung Electronics Co Ltd | 変位測定のための干渉計システム及びこれを利用した露光装置 |
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- 2012-04-06 JP JP2012087965A patent/JP5959279B2/ja not_active Expired - Fee Related
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