JP2020051782A - Optical angle sensor - Google Patents

Optical angle sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2020051782A
JP2020051782A JP2018178751A JP2018178751A JP2020051782A JP 2020051782 A JP2020051782 A JP 2020051782A JP 2018178751 A JP2018178751 A JP 2018178751A JP 2018178751 A JP2018178751 A JP 2018178751A JP 2020051782 A JP2020051782 A JP 2020051782A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
diffraction grating
unit
angle sensor
light receiving
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018178751A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
彰秀 木村
Akihide Kimura
彰秀 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitutoyo Corp, Mitsutoyo Kiko Co Ltd filed Critical Mitutoyo Corp
Priority to JP2018178751A priority Critical patent/JP2020051782A/en
Publication of JP2020051782A publication Critical patent/JP2020051782A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

To provide an optical angle sensor by which a change in the phase of diffracted light due to environmental conditions can be prevented and an amount of change in the angle due to the rotation of a measurement target can be detected with high accuracy while circumventing the limitation due to the coherency of the light source.SOLUTION: The optical angle sensor 1 includes a light source 2, a transmissive diffraction grating 3, first reflection means 4a, second reflection means 4b, and light receiving means 5. The transmissive diffraction grating 3 includes a first diffraction grating section 6 configured to split light into the first light and the second light, a second diffraction grating section 7 configured to diffract the first light and the second light, a third diffraction grating section 8 configured to diffract the first light and the second light via the first reflection means 4a and the second reflection means 4b, and a fourth diffraction grating section 9 configured to combine the first light and the second light. The light receiving means 5 receives the combined light of the first light and the second light, which are split by the first diffraction grating section 6, diffracted by the second diffraction grating section 7, reflected by the first reflection means 4a or the second reflection means 4b, diffracted by the third diffraction grating section 8, and combined in the fourth diffraction grating section 9.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

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

従来、光を照射する光源と、光源からの光を受光する受光手段と、測定対象の回動による角度の変化量を演算する演算手段と、を備える光学式角度センサが知られている。
例えば特許文献1に記載の2次元角度センサは、検出対象に光ビームを投光するための光源と、光ビームによる検出対象からの反射光の光路中に設けたレンズと、レンズの焦点付近に設けられたフォトダイオードによる検出素子(受光手段)と、を備える。2次元角度センサは、検出素子で検出した光電流を計算することで検出対象の角度を検出する。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical angle sensor including a light source that emits light, a light receiving unit that receives light from the light source, and a calculation unit that calculates an amount of change in angle due to rotation of a measurement target is known.
For example, a two-dimensional angle sensor described in Patent Literature 1 includes a light source for projecting a light beam on a detection target, a lens provided in an optical path of light reflected from the detection target by the light beam, and a lens near a focal point of the lens. A detection element (light receiving means) using a photodiode provided. The two-dimensional angle sensor detects the angle of the detection target by calculating the photocurrent detected by the detection element.

具体的には、2次元角度センサは、検出素子に投光される光の形状とその光の光量の大きさから検出対象の傾きを検出する。検出素子に投光される光の形状とその光の光量の大きさがレンズなどにより変化した場合、その変化は、ノイズとして検出結果に影響を与えることがある。2次元角度センサは、光の形状とその光の光量の大きさの変化によるノイズを抑制するため、高品質かつ高価なレンズなどの光学部品を備えなければならず、コストがかかるという問題がある。   Specifically, the two-dimensional angle sensor detects the inclination of the detection target from the shape of the light projected on the detection element and the magnitude of the amount of the light. When the shape of the light projected onto the detection element and the magnitude of the light amount are changed by a lens or the like, the change may affect the detection result as noise. The two-dimensional angle sensor has a problem that it is necessary to provide a high-quality and expensive optical component such as a lens in order to suppress noise due to a change in the shape of the light and the magnitude of the light amount of the light, which is costly. .

このような問題に対して、例えば特許文献2ではレーザ干渉計を用いている。レーザ干渉計は、レーザ光の干渉を利用して測定対象の回動による角度の変化量を測定するものであり、レーザビームを照射するレーザ光源(光源)と、レーザ光源から照射されたレーザビームを伝達する第1光ファイバと、第1光ファイバからのレーザビームを平行にする第1レンズと、第1レンズにより平行になったレーザビームを分割し、2個のコーナーキューブを介した後、分割したレーザビームを合成する回転角度検出用偏光ビームスプリッタと、回転角度検出用偏光ビームスプリッタから照射されたレーザビームを偏光する偏光板と、偏光板を介したレーザビームを伝達する第2光ファイバの端面にレーザビームを収束させる第2レンズと、第2光ファイバを介したレーザビームを電気信号に変換する受光信号処理部(受光手段および演算手段)と、を備える。   To solve such a problem, for example, Patent Literature 2 uses a laser interferometer. A laser interferometer measures the amount of change in the angle due to the rotation of a measurement object using the interference of a laser beam. A laser light source (light source) that emits a laser beam and a laser beam that is emitted from the laser light source A first optical fiber that transmits the laser beam, a first lens that makes the laser beam from the first optical fiber parallel, and a laser beam that is made parallel by the first lens, and after splitting through two corner cubes, A polarization beam splitter for detecting a rotation angle that combines split laser beams, a polarization plate that polarizes the laser beam emitted from the polarization beam splitter for detecting a rotation angle, and a second optical fiber that transmits the laser beam through the polarization plate A second lens for converging the laser beam on the end face of the light receiving element, and a light receiving signal processing unit (light receiving means) for converting the laser beam via the second optical fiber into an electric signal Preliminary comprises a computing means), a.

レーザ光源は、受光信号処理部にて検出される電気信号の可干渉性(コヒーレント性)が良好なレーザビームを照射するHe−Neレーザである。そして、回転角度検出用偏光ビームスプリッタを介して受光信号処理部に照射されるレーザビームは、受光信号処理部においてレーザビームが照射される照射面で干渉を生じさせる。レーザ干渉計は、回動に起因する光路長の変化で生じる干渉光の強度変化を受光信号処理部にて電気信号に変換し演算することで、測定対象の回動による角度の変化量を測定することができる。   The laser light source is a He-Ne laser that irradiates a laser beam with good coherence (coherence) of the electric signal detected by the light reception signal processing unit. Then, the laser beam irradiated to the light receiving signal processing unit via the rotation angle detecting polarization beam splitter causes interference on the irradiation surface to which the laser beam is irradiated in the light receiving signal processing unit. The laser interferometer measures the change in the angle due to the rotation of the measurement target by converting the change in the intensity of the interference light caused by the change in the optical path length due to the rotation into an electrical signal in the received light signal processing unit and calculating it. can do.

具体的には、レーザ干渉計が備える2個のコーナーキューブが回動すると、回転角度検出用偏光ビームスプリッタにて分割された2つのレーザビームの光路長の差が変化し、干渉光の強度、具体的には干渉光の明暗の変化が観測される。この際、光路長の差の変化は、2個のコーナーキューブの配列距離に回転角を乗じた長さの2倍となる。レーザ干渉計は、干渉光の明暗の変化量を検出することで2個のコーナーキューブの回動角を測定することができる。したがって、レーザ干渉計は、光の形状とその光の光量の大きさとによらず、干渉光の明暗の変化から回転角度を検出するため、高品質かつ高価なレンズなどの光学部品を備えなくとも、測定対象の回転角度を検出できる。   Specifically, when two corner cubes provided in the laser interferometer rotate, the difference in optical path length between the two laser beams split by the rotation angle detecting polarization beam splitter changes, and the intensity of the interference light, Specifically, a change in the brightness of the interference light is observed. At this time, the change in the difference in optical path length is twice the length obtained by multiplying the arrangement distance of the two corner cubes by the rotation angle. The laser interferometer can measure the rotation angles of the two corner cubes by detecting the amount of change in brightness of the interference light. Therefore, the laser interferometer detects the rotation angle from the change in brightness of the interference light regardless of the shape of the light and the magnitude of the light amount of the light, so that the laser interferometer does not need to include a high-quality and expensive optical component such as a lens. , The rotation angle of the object to be measured can be detected.

特開2003−156319号公報JP 2003-156319 A 特開平11−237207号公報JP-A-11-237207

しかしながら、特許文献2に記載のレーザ干渉計には次のような問題がある。
回転角度検出用偏光ビームスプリッタにて分割される例えば2本のレーザビームは、回転角度検出用偏光ビームスプリッタにおけるレーザビームの分割点から、それぞれのレーザビームに対応したコーナーキューブを介し、回転角度検出用偏光ビームスプリッタにおけるレーザビームの合成点までの光路長が、それぞれ異なる。
However, the laser interferometer described in Patent Document 2 has the following problem.
For example, two laser beams split by the rotation angle detection polarization beam splitter are rotated from the laser beam splitting point in the rotation angle detection polarization beam splitter via corner cubes corresponding to the respective laser beams. The optical path lengths up to the combining point of the laser beams in the polarization beam splitter for use differ from each other.

具体的には、分割された一方のレーザビームの光路長をLとした場合、分割された他方のレーザビームの光路長は、一方のレーザビームの光路長Lの2倍の光路長2Lとなる。レーザ干渉計が備えるレーザ光源はHe−Neレーザであり、そのコヒーレント長は数mである。このため、2本のレーザビームの光路長が互いに大きく異なったとしても、干渉は生じる。   Specifically, assuming that the optical path length of one of the divided laser beams is L, the optical path length of the other divided laser beam is twice as long as the optical path length L of the one laser beam. . The laser light source provided in the laser interferometer is a He-Ne laser, and its coherent length is several meters. Therefore, even if the optical path lengths of the two laser beams are significantly different from each other, interference occurs.

しかしながら、光源として例えばコヒーレント長が数cmと非常に短い半導体レーザを用いた場合、分割された2本のレーザビームの光路長が互いに2倍程の差があると、受光信号処理部における照射面で干渉は生じない。したがって、レーザ干渉計は、光源に半導体レーザを用いた場合、そのコヒーレント性による制限を回避するために、例えば光源からの光を回折する回折格子などの光学部品を用いて、2本のレーザビームの光路長が互いにほぼ同じ長さになるようにする必要がある。
また、レーザ干渉計は、光源に半導体レーザを用い、2本のレーザビームの光路長が互いにほぼ同じ長さになるようにした場合であっても、温度などの環境変化によって光学部品が膨張や縮小することがある。これにより、半導体レーザからのレーザビームを2本のレーザビームに分割する位置が元の位置から移動してしまうことがある。
However, when a semiconductor laser having a very short coherent length of several cm is used as a light source, if the optical path lengths of the two divided laser beams differ from each other by about twice, the irradiation surface in the light receiving signal processing unit No interference occurs. Therefore, when a semiconductor laser is used as a light source, a laser interferometer uses two laser beams by using an optical component such as a diffraction grating for diffracting light from the light source in order to avoid limitations due to its coherence. Need to be substantially equal to each other.
In addition, even when the laser interferometer uses a semiconductor laser as a light source and the optical path lengths of the two laser beams are substantially the same, even if the optical components expand or expand due to environmental changes such as temperature. May shrink. As a result, the position at which the laser beam from the semiconductor laser is split into two laser beams may move from the original position.

図12は、従来の光学式角度センサを示す概略図である。
図12に示す光学式角度センサ100は、例えば光源2と、透過型回折格子300と、プリズム等の第1反射手段400aと第2反射手段400bと、受光手段500と、を備える。光学式角度センサ100は、光源2からの2本のレーザビームの光路長が互いにほぼ同じになるように構成されている。
FIG. 12 is a schematic view showing a conventional optical angle sensor.
The optical angle sensor 100 shown in FIG. 12 includes, for example, a light source 2, a transmission diffraction grating 300, a first reflecting unit 400a and a second reflecting unit 400b such as a prism, and a light receiving unit 500. The optical angle sensor 100 is configured such that the optical path lengths of two laser beams from the light source 2 are substantially the same.

透過型回折格子300は、例えば環境変化により熱が加わると、熱膨張により破線の透過型回折格子300aの位置から実線の透過型回折格子300bの位置まで、図中の矢印方向に移動してしまうことがある。透過型回折格子300が破線の透過型回折格子300aの位置から実線の透過型回折格子300bの位置まで移動してしまうと、透過型回折格子300bを透過した回折光の位相が変化し、測定対象が回動していなかったとしても測定対象が回動したものとして検出されてしまうことがある。   When heat is applied due to, for example, an environmental change, the transmission diffraction grating 300 moves from the position of the transmission diffraction grating 300a indicated by the broken line to the position of the transmission diffraction grating 300b indicated by the solid line in the direction of the arrow in the drawing due to thermal expansion. Sometimes. When the transmission diffraction grating 300 moves from the position of the transmission diffraction grating 300a indicated by the broken line to the position of the transmission diffraction grating 300b indicated by the solid line, the phase of the diffracted light transmitted through the transmission diffraction grating 300b changes, and Even if is not rotated, the object to be measured may be detected as rotated.

具体的には、透過型回折格子300により回折された複数の回折光により生じる位相変化をφとした場合、回折次数をnとし、破線の透過型回折格子300aの位置から実線の透過型回折格子300bの位置への透過型回折格子300の移動量をΔxとし、透過型回折格子300が有する複数の格子の周期をpとして、式(1)にて表すことができる。   Specifically, when the phase change caused by a plurality of diffracted lights diffracted by the transmission diffraction grating 300 is φ, the diffraction order is n, and the transmission diffraction grating indicated by a solid line is located from the position of the transmission diffraction grating 300a indicated by a broken line. The amount of movement of the transmission diffraction grating 300 to the position 300b is represented by Δx, and the period of a plurality of gratings of the transmission diffraction grating 300 is represented by p, and can be expressed by Expression (1).

φ=n×Δx÷p ・・・(1)   φ = n × Δx ÷ p (1)

例えば、図12に示すように、光源2から照射された光は、透過型回折格子300にて複数の回折光となる。この際、複数の回折光のうち、検出に使う光を±1次回折光とする。なお、図12では、受光手段500にて干渉光を生成する光の光路を矢印にて記載している。
そして、+1次回折光は、第1反射手段400aにて透過型回折格子300に向かって反射され、再び透過型回折格子300にて+1次方向に回折され、回折次数が+2次の回折光として受光手段500に照射される。また、−1次回折光は、第2反射手段400bにて透過型回折格子300に向かって反射され、再び透過型回折格子300にて−1次方向に回折され、回折次数が−2次の回折光として受光手段500に照射される。なお、図12では、回折光の回折次数を明確にするため、光を示す矢印付近に回折次数を数字のみで記載している。
For example, as shown in FIG. 12, the light emitted from the light source 2 becomes a plurality of diffracted lights by the transmission type diffraction grating 300. At this time, of the plurality of diffracted lights, the light used for detection is ± 1st-order diffracted light. In FIG. 12, the optical path of the light that generates the interference light in the light receiving unit 500 is indicated by an arrow.
Then, the + 1st-order diffracted light is reflected by the first reflection means 400a toward the transmission type diffraction grating 300, diffracted again in the + 1st-order direction by the transmission type diffraction grating 300, and received as a + 2nd-order diffraction light. The means 500 is irradiated. The -1st-order diffracted light is reflected by the second reflection means 400b toward the transmission diffraction grating 300, and is again diffracted in the -1st direction by the transmission diffraction grating 300, and the diffraction order is -2nd order. The light is applied to the light receiving means 500 as light. In FIG. 12, in order to clarify the diffraction order of the diffracted light, the diffraction order is indicated only by a numeral near the arrow indicating the light.

透過型回折格子300が破線の透過型回折格子300aの位置から移動しなければ、移動量Δxは0となるため、回折光により生じる位相変化φは0となる。すなわち、受光手段500に照射される回折光の回折次数nが±2次であったとしても、移動量Δxにより相殺されるため、回折光に位相変化φは生じない。
しかし、透過型回折格子300が破線の透過型回折格子300aの位置から実線の透過型回折格子300bの位置まで移動量Δxの分だけ移動してしまうと、回折光により生じる位相変化φは、±2Δx/pとなる。このため、光学式角度センサ100は、透過型回折格子300の移動により位相変化した回折光が受光手段に照射されると、測定対象が回動していなくとも、測定対象が回動したものとして検出することがある。
If the transmission type diffraction grating 300 does not move from the position of the transmission type diffraction grating 300a indicated by the broken line, the movement amount Δx becomes 0, and the phase change φ generated by the diffracted light becomes 0. That is, even if the diffraction order n of the diffracted light applied to the light receiving means 500 is ± 2nd order, the diffracted light does not have a phase change φ because it is canceled by the moving amount Δx.
However, when the transmission diffraction grating 300 moves from the position of the transmission diffraction grating 300a indicated by the broken line to the position of the transmission diffraction grating 300b indicated by the solid line by the movement amount Δx, the phase change φ caused by the diffracted light becomes ± 2Δx / p. For this reason, when the diffracted light whose phase has been changed due to the movement of the transmission type diffraction grating 300 is irradiated on the light receiving unit, the optical angle sensor 100 assumes that the measurement target is rotated even if the measurement target is not rotated. May be detected.

したがって、特許文献2に記載のレーザ干渉計が、例えば光の分割または合成のために回折格子を用いた場合、環境変化による回折格子の移動により回折光に位相変化が起こり、測定対象が回動していなくても、角度変位を有した干渉が生じ、検出結果に誤差が生じてしまうことがあるという問題がある。   Therefore, when the laser interferometer described in Patent Document 2 uses a diffraction grating to split or combine light, for example, a phase change occurs in the diffracted light due to movement of the diffraction grating due to an environmental change, and the measurement object rotates. Even if it is not performed, there is a problem that interference having an angular displacement occurs and an error may occur in the detection result.

本発明の目的は、光源のコヒーレント性による制限を回避しつつ、環境変化による回折光の位相変化を防止し、測定対象の回動による角度の変化量を高精度に検出することができる光学式角度センサを提供することである。   An object of the present invention is to prevent a phase change of diffracted light due to an environmental change while avoiding a limitation due to a coherency of a light source, and to accurately detect a change in an angle due to rotation of a measurement target. It is to provide an angle sensor.

本発明の光学式角度センサは、光を照射する光源と、光源からの光を回折する複数の格子を有する透過型回折格子と、透過型回折格子を介した光を透過型回折格子に向かって反射する第1反射手段と、透過型回折格子を介した第1反射手段が反射する光とは異なる光を透過型回折格子に向かって反射する第2反射手段と、透過型回折格子を介した光を受光する受光手段と、所定の軸を回動軸として回動する測定対象における角度の変化の信号として受光手段が受光した光を演算する演算手段と、を備え、透過型回折格子は、光源からの光を第1光と第2光とに分割する第1回折格子部と、第1回折格子部により分割された第1光および第2光を回折する第2回折格子部と、第1反射手段を介した第1光および第2反射手段を介した第2光を回折する第3回折格子部と、第3回折格子部を介した第1光および第2光を合成して合成光とする第4回折格子部と、を備え、第1反射手段は、第2回折格子部を介して回折された第1光を第1光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射し、第2反射手段は、第2回折格子部を介して回折された第2光を第2光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射し、第1反射手段および第2反射手段は、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部における光源からの光の分割点から第1反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部における光源からの光の分割点から第2反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第2光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有し、受光手段は、第1回折格子部にて分割され、第2回折格子部にて回折され、第1反射手段または第2反射手段にて反射し、第3回折格子部にて回折され、第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、演算手段は、受光手段が受光した合成光に基づく信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする。   An optical angle sensor according to the present invention includes a light source that irradiates light, a transmission diffraction grating having a plurality of gratings that diffract light from the light source, and light transmitted through the transmission diffraction grating directed toward the transmission diffraction grating. A first reflecting means for reflecting light, a second reflecting means for reflecting light, which is different from light reflected by the first reflecting means via the transmission type diffraction grating, toward the transmission type diffraction grating, and a transmission type diffraction grating. Light receiving means for receiving light, and arithmetic means for calculating the light received by the light receiving means as a signal of the change in angle in the measurement object that rotates around a predetermined axis as a rotation axis, the transmission diffraction grating, A first diffraction grating section for splitting light from the light source into a first light and a second light, a second diffraction grating section for diffracting the first light and the second light split by the first diffraction grating section, The first light passing through the first reflecting means and the second light passing through the second reflecting means are circulated. A third diffraction grating section, and a fourth diffraction grating section that combines the first light and the second light via the third diffraction grating section to generate a combined light, and wherein the first reflection means includes a second diffraction grating. The first light diffracted through the grating portion is reflected in a direction parallel to and opposite to the direction in which the first light is incident, and the second reflection means reflects the second light diffracted through the second diffraction grating portion. The light is reflected in a direction parallel to and in a direction opposite to the direction in which the second light is incident, and the first reflection means and the second reflection means emit light from the light source in the first diffraction grating portion within the measurement range of the measurement target. The optical path length of the first light from the division point to the fourth diffraction grating unit via the first reflection unit, and the division point of the light from the light source in the first diffraction grating unit via the second reflection unit The optical path length of the second light until it reaches the fourth diffraction grating portion has an angle that is the same length. Divided by the diffraction grating, diffracted by the second diffraction grating, reflected by the first reflection means or the second reflection means, diffracted by the third diffraction grating, and synthesized by the fourth diffraction grating. The combined light of the first light and the second light thus received is received, and the calculating means calculates an amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from a signal based on the combined light received by the light receiving means.

このような本発明によれば、光学式角度センサにおいて、第1反射手段および第2反射手段は、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部における光の分割点から第1反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部における光の分割点から第2反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第2光の光路長とが、同じ長さとなる角度を有するため、測定対象の回動により変化する第1光の光路長と第2光の光路長との長さの差を数cm以内に収めることができる。すなわち、光学式角度センサは、例えば光源にコヒーレント長が非常に短い半導体レーザを用いたとしても、受光手段の受光面で干渉を生じさせることができる。   According to such an aspect of the invention, in the optical angle sensor, the first reflecting means and the second reflecting means move the first reflecting means from the light dividing point in the first diffraction grating within the measurement range of the measurement object. The optical path length of the first light until reaching the fourth diffraction grating through the second diffraction means from the splitting point of the light in the first diffraction grating to the fourth diffraction via the second reflecting means. Since the optical path length of the light has the same angle, the difference between the optical path length of the first light and the optical path length of the second light, which changes due to the rotation of the object to be measured, is kept within several cm. Can be. That is, the optical angle sensor can cause interference on the light receiving surface of the light receiving unit even when, for example, a semiconductor laser having a very short coherent length is used as the light source.

そして、光学式角度センサは、第1光および第2光を回折する第2回折格子部と、第1反射手段を介した第1光および第2反射手段を介した第2光を回折する第3回折格子部と、を備えることで、第1光および第2光を複数回、回折させることができる。これにより、光学式角度センサは、第1光および第2光の回折次数を相殺し、式(1)における回折次数nを0にすることができるため、環境変化による膨張や縮小により透過型回折格子の位置が元の位置から移動してしまったとしても、回折光の位相変化による角度変位を有した干渉光が生じることを抑制することができる。
したがって、光学式角度センサは、光源のコヒーレント性による制限を回避しつつ、環境変化による回折光の位相変化を防止し、測定対象の回動による角度の変化量を高精度に検出することができる。
The optical angle sensor includes a second diffraction grating unit that diffracts the first light and the second light, and a second diffraction grating that diffracts the first light via the first reflecting unit and the second light via the second reflecting unit. By including the three diffraction grating portions, the first light and the second light can be diffracted a plurality of times. Accordingly, the optical angle sensor can cancel the diffraction orders of the first light and the second light and set the diffraction order n in Expression (1) to 0. Therefore, the transmission type diffraction sensor expands or contracts due to an environmental change. Even if the position of the grating has shifted from the original position, it is possible to suppress the generation of interference light having an angular displacement due to a phase change of the diffracted light.
Therefore, the optical angle sensor can prevent the phase change of the diffracted light due to the environmental change while avoiding the limitation due to the coherence of the light source, and can detect the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target with high accuracy. .

この際、光学式角度センサは、1枚の透過型回折格子を有し、1枚の透過型回折格子は、第1回折格子部と第2回折格子部と第3回折格子部と第4回折格子部とを併設し、第1回折格子部にて分割された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子に向かって反射し、第3回折格子部にて回折された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子に向かって反射するミラーを備え、受光手段は、第1回折格子部にて分割され、ミラーにて反射し、第2回折格子部にて回折され、第1反射手段または第2反射手段にて反射し、第3回折格子部にて回折され、ミラーにて反射し、第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、演算手段は、受光手段が受光した合成光に基づく信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。   At this time, the optical angle sensor has one transmission type diffraction grating, and one transmission type diffraction grating has a first diffraction grating portion, a second diffraction grating portion, a third diffraction grating portion, and a fourth diffraction grating portion. A grating portion is provided, and the first light and the second light split by the first diffraction grating portion are reflected toward one transmission diffraction grating and diffracted by the third diffraction grating portion. A mirror for reflecting the one light and the second light toward one transmission diffraction grating; the light receiving means is divided by the first diffraction grating, reflected by the mirror, and reflected by the second diffraction grating; The first light and the second light reflected by the first or second reflecting means, diffracted by the third diffraction grating, reflected by the mirror, and combined by the fourth diffraction grating. The arithmetic means receives the combined light of the light, and the arithmetic means calculates the amount of change in the angle due to the rotation of the object to be measured from a signal based on the synthetic light received by the light receiving means. It is preferable.

このような構成によれば、光学式角度センサは、1枚の透過型回折格子を有し、1枚の透過型回折格子は、第1回折格子部と第2回折格子部と第3回折格子部と第4回折格子部とを併設することで、部品点数を減らすことができる。したがって、光学式角度センサは、コスト削減を図ることができる。   According to such a configuration, the optical angle sensor has one transmission-type diffraction grating, and one transmission-type diffraction grating includes the first diffraction grating unit, the second diffraction grating unit, and the third diffraction grating. By providing the part and the fourth diffraction grating part together, the number of parts can be reduced. Therefore, the optical angle sensor can reduce costs.

ここで、光学式角度センサは、複数の透過型回折格子を用いた場合、光源からの光を回折させるために、複数の透過型回折格子を所定の距離だけ離間させて配置させる必要がある。これにより、光学式角度センサは、大型化してしまうことがある。
しかしながら、第1回折格子部にて分割された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子に向かって反射し、第3回折格子部にて回折された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子に向かって反射するミラーを備えるため、光学式角度センサの大型化を抑制することができる。
Here, when a plurality of transmission type diffraction gratings are used in the optical angle sensor, it is necessary to dispose a plurality of transmission type diffraction gratings at a predetermined distance in order to diffract light from a light source. As a result, the size of the optical angle sensor may be increased.
However, the first light and the second light split by the first diffraction grating portion are reflected toward one transmission diffraction grating, and the first light and the second light diffracted by the third diffraction grating portion are reflected. Since a mirror that reflects light toward one transmission diffraction grating is provided, the size of the optical angle sensor can be suppressed.

または、光学式角度センサは、複数の透過型回折格子を有し、複数の透過型回折格子は、第1回折格子部と第4回折格子部とを併設する第1透過型回折格子と、第2回折格子部と第3回折格子部とを併設する第2透過型回折格子と、を備え、受光手段は、第1透過型回折格子の第1回折格子部にて分割され、第2透過型回折格子の第2回折格子部にて回折され、第1反射手段または第2反射手段にて反射し、第2透過型回折格子の第3回折格子部にて回折され、第1透過型回折格子の第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、演算手段は、受光手段が受光した合成光に基づく信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。   Alternatively, the optical angle sensor has a plurality of transmission type diffraction gratings, and the plurality of transmission type diffraction gratings include a first transmission type diffraction grating provided with a first diffraction grating portion and a fourth diffraction grating portion; A second transmission type diffraction grating provided with two diffraction grating portions and a third diffraction grating portion, wherein the light receiving means is divided by the first diffraction grating portion of the first transmission type diffraction grating, and the second transmission type diffraction grating is provided. Diffracted by the second diffraction grating portion of the diffraction grating, reflected by the first reflection means or the second reflection means, diffracted by the third diffraction grating portion of the second transmission diffraction grating, and converted to the first transmission diffraction grating. Receiving the combined light of the first light and the second light combined by the fourth diffraction grating section, and calculating the change in the angle due to the rotation of the measuring object from the signal based on the combined light received by the light receiving means. Is preferably calculated.

このような構成によれば、光学式角度センサは、複数の透過型回折格子を有し、複数の透過型回折格子は、第1回折格子部と第4回折格子部とを併設する第1透過型回折格子と、第2回折格子部と第3回折格子部とを併設する第2透過型回折格子と、を備えるため、第1回折格子部および第4回折格子部と、第2回折格子部および第3回折格子部と、のそれぞれの配置を自由に設計することができる。したがって、光学式角度センサは、設計の自由度を向上させることができる。   According to such a configuration, the optical angle sensor has a plurality of transmission-type diffraction gratings, and the plurality of transmission-type diffraction gratings includes a first transmission grating in which the first diffraction grating unit and the fourth diffraction grating unit are provided. A first diffraction grating unit, a fourth diffraction grating unit, and a second diffraction grating unit, comprising: a first diffraction grating unit; and a second transmission type diffraction grating provided with a second diffraction grating unit and a third diffraction grating unit. And the third diffraction grating portion can be freely designed. Therefore, the optical angle sensor can improve the degree of freedom in design.

ここで、光学式角度センサは、1枚の透過型回折格子を用いた場合、1枚の透過型回折格子に合わせた大きさのミラーを用いる必要がある。1枚の透過型回折格子が長尺状である場合、ミラーも長尺状となり、長尺方向に光学式角度センサが大型化してしまうことがある。
しかしながら、光学式角度センサは、第1透過型回折格子と、第2透過型回折格子と、を備え、ミラーを備えなくともよいため、1枚の透過型回折格子を用いる場合と比較して、部品点数を減らしつつ、長尺方向への大型化を抑制することができる。
Here, when one transmission diffraction grating is used for the optical angle sensor, it is necessary to use a mirror having a size corresponding to one transmission diffraction grating. If one transmission diffraction grating is long, the mirror is also long, and the optical angle sensor may become large in the long direction.
However, the optical angle sensor includes the first transmission type diffraction grating and the second transmission type diffraction grating, and does not need to include the mirror. Therefore, compared with the case where one transmission type diffraction grating is used, It is possible to suppress an increase in the size in the longitudinal direction while reducing the number of parts.

この際、第1反射手段または第2反射手段の一方は、固定して設けられ、第1反射手段または第2反射手段の他方は、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動することが好ましい。   At this time, one of the first reflecting means or the second reflecting means is fixedly provided, and the other of the first reflecting means or the second reflecting means is attached to the object to be measured, and is synchronized with the rotation of the object to be measured. It is preferable that the rotation is performed.

ここで、第1反射手段および第2反射手段が測定対象に取付けられている場合、第1反射手段および第2反射手段の重量により測定対象の回動が鈍くなり、測定結果に影響を及ぼすことがある。
しかしながら、このような構成によれば、第1反射手段または第2反射手段の一方は、光学式角度センサ内に固定して設けられ、第1反射手段または第2反射手段の他方は、測定対象に取付けられているため、第1反射手段および第2反射手段を測定対象に取付けた場合と比較して測定対象の重量が軽くなる。したがって、光学式角度センサは、重量による測定結果への影響を抑制し、高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
Here, when the first reflection means and the second reflection means are attached to the object to be measured, the rotation of the object to be measured becomes slow due to the weight of the first reflection means and the second reflection means, which affects the measurement result. There is.
However, according to such a configuration, one of the first reflection means and the second reflection means is fixedly provided in the optical angle sensor, and the other of the first reflection means or the second reflection means is provided as a measurement object. , The weight of the object to be measured is lighter than when the first reflection means and the second reflection means are attached to the object to be measured. Therefore, the optical angle sensor can suppress the influence of the weight on the measurement result and detect the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target with high accuracy.

または、第1反射手段および第2反射手段は、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動することが好ましい。   Alternatively, it is preferable that the first reflection means and the second reflection means are attached to the object to be measured, and rotate in synchronization with the rotation of the object to be measured.

このような構成によれば、第1反射手段および第2反射手段は、所定の回動軸にて回動する測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動するため、第1反射手段および第2反射手段は同時に同じ角度だけ回動することになる。すなわち、第1反射手段および第2反射手段の回動による総合した角度の変化量は、第1反射手段または第2反射手段の一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して2倍となる。これにより、第1反射手段または第2反射手段の一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、第4回折格子部にて合成される合成光の強度が2倍となる。このため、受光手段の感度が2倍となる。したがって、光学式角度センサは、第1反射手段または第2反射手段の一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、高感度の信号から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。   According to such a configuration, the first reflection unit and the second reflection unit are attached to the measurement target that rotates with the predetermined rotation axis, and rotate in synchronization with the rotation of the measurement target. , The first reflecting means and the second reflecting means rotate simultaneously by the same angle. That is, the total amount of change in the angle due to the rotation of the first reflecting means and the second reflecting means is compared with the case where one of the first reflecting means or the second reflecting means is fixed and the other is attached to the object to be measured. Double. Thereby, the intensity of the combined light combined by the fourth diffraction grating portion is doubled as compared with the case where one of the first reflection means or the second reflection means is fixed and the other is attached to the object to be measured. . For this reason, the sensitivity of the light receiving means is doubled. Therefore, as compared with a case where one of the first reflecting means or the second reflecting means is fixed and the other is attached to the object to be measured, the optical angle sensor is capable of rotating the object to be measured with high precision from a signal with high sensitivity. The change amount of the angle can be detected.

この際、第1反射手段および第2反射手段は、第1反射手段または第2反射手段の回動軸と、光源からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置されていることが好ましい。   At this time, the first reflection means and the second reflection means are respectively line-oriented with respect to the rotation axis of the first reflection means or the second reflection means and the axis parallel to the optical axis of the light from the light source. Preferably, they are arranged at symmetrical positions.

このような構成によれば、光学式角度センサにおける第1反射手段および第2反射手段は、第1反射手段または第2反射手段の回動軸と、光源からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置される。このため、第1反射手段および第2反射手段を非対称となる位置に配置する場合と比較して、第1反射手段および第2反射手段が、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部における光源からの光の分割点から第1反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部における光源からの光の分割点から第2反射手段を介して第4回折格子部に到達するまでの第2光の光路長と、について同じ長さとなる角度を有するように容易に設計することができる。   According to such a configuration, the first reflection unit and the second reflection unit in the optical angle sensor are configured so that the rotation axis of the first reflection unit or the second reflection unit and the axis parallel to the optical axis of the light from the light source. And are arranged at positions that are line-symmetric with respect to the respective axes. For this reason, as compared with the case where the first reflection unit and the second reflection unit are arranged at positions that are asymmetric, the first reflection unit and the second reflection unit can be disposed within the measurement range of the measurement target by the first diffraction grating unit. And the optical path length of the first light from the splitting point of the light from the light source from the light source to the fourth diffraction grating portion via the first reflecting means, and the second from the splitting point of the light from the light source in the first diffraction grating portion. It is possible to easily design the optical path length of the second light to reach the fourth diffraction grating portion via the reflection means so as to have the same angle.

この際、第1回折格子部は、光源からの光が照射される分割面を有し、第4回折格子部は、分割面において第1反射手段または第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って並設される複数の格子を有し、受光手段は、直交方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、複数の格子を介した複数の回折光を受光し、演算手段は、複数の受光素子が受光した複数の回折光に基づく複数の信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。   At this time, the first diffraction grating portion has a division surface on which light from the light source is irradiated, and the fourth diffraction grating portion is orthogonal to the rotation axis of the first reflection unit or the second reflection unit on the division surface. Having a plurality of gratings arranged side by side in the orthogonal direction, the light receiving means includes a plurality of light receiving elements arranged side by side in the orthogonal direction, and receives a plurality of diffracted lights through the plurality of gratings, It is preferable that the calculating means calculates the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from a plurality of signals based on the plurality of diffracted lights received by the plurality of light receiving elements.

このような構成によれば、第4回折格子部は、分割面において第1反射手段または第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って並設される複数の格子を有し、受光手段は、直交方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、複数の格子を介した複数の回折光を受光する。複数の回折光は、受光手段の受光面上に、第1反射手段または第2反射手段の回動軸と平行な方向に沿って干渉縞を生成する。このため、受光手段の複数の受光素子は、干渉縞から例えば4相信号を検出することができる。演算手段は、例えばこの4相信号から測定対象の回動方向と、回動による角度の変化量を演算することができる。したがって、光学式角度センサは、干渉光から測定対象の回動による角度の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。   According to such a configuration, the fourth diffraction grating section has a plurality of gratings arranged in parallel along a direction orthogonal to the rotation axis of the first reflecting means or the second reflecting means on the division surface, The light receiving means includes a plurality of light receiving elements arranged side by side in the orthogonal direction, and receives a plurality of diffracted lights via a plurality of gratings. The plurality of diffracted lights generate interference fringes on the light receiving surface of the light receiving unit along a direction parallel to the rotation axis of the first reflecting unit or the second reflecting unit. For this reason, the plurality of light receiving elements of the light receiving means can detect, for example, a four-phase signal from the interference fringes. The calculating means can calculate, for example, the rotation direction of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation from the four-phase signal. Therefore, the optical angle sensor detects the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from the interference fringes with higher accuracy than when calculating the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement object from the interference light. Can be.

または、第4回折格子部は、分割面において第1反射手段または第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って並設され、光源からの光の光軸に対して所定の傾斜角度を有して配置される複数の傾斜格子を有し、受光手段は、第1反射手段または第2反射手段の回動軸と平行な方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、複数の傾斜格子を介した複数の回折光を受光し、演算手段は、受光手段が受光した複数の回折光に基づく複数の信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。   Alternatively, the fourth diffraction grating portion is provided in parallel along a direction orthogonal to a rotation axis of the first reflection means or the second reflection means on the division surface, and has a predetermined inclination with respect to an optical axis of light from the light source. It has a plurality of inclined gratings arranged at an angle, and the light receiving means includes a plurality of light receiving elements arranged in parallel along a direction parallel to the rotation axis of the first reflecting means or the second reflecting means. Receiving the plurality of diffracted light beams through the plurality of inclined gratings, and calculating means for calculating the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from the plurality of signals based on the plurality of diffracted lights received by the light receiving means. preferable.

このような構成によれば、第4回折格子部は、光源からの光の光軸に対して所定の傾斜角度を有して配置される複数の傾斜格子を有し、受光手段は、所定の傾斜角度を有する複数の格子を介した複数の回折光を受光する。複数の回折光は、受光手段の受光面上に、第1反射手段または第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って干渉縞を生成する。このため、受光手段の複数の受光素子は、干渉縞から例えば4相信号を検出することができる。演算手段は、例えばこの4相信号から測定対象の回動方向と、回動による角度の変化量を演算することができる。したがって、光学式角度センサは、干渉光から測定対象の回動による角度の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。   According to such a configuration, the fourth diffraction grating section has a plurality of inclined gratings arranged at a predetermined inclination angle with respect to the optical axis of the light from the light source, and A plurality of diffracted lights are received through a plurality of gratings having tilt angles. The plurality of diffracted lights generate interference fringes on a light receiving surface of the light receiving unit along a direction orthogonal to a rotation axis of the first reflecting unit or the second reflecting unit. For this reason, the plurality of light receiving elements of the light receiving means can detect, for example, a four-phase signal from the interference fringes. The calculating means can calculate, for example, the rotation direction of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation from the four-phase signal. Therefore, the optical angle sensor detects the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from the interference fringes with higher accuracy than when calculating the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement object from the interference light. Can be.

この際、第4回折格子部は、それぞれ位相が異なる複数の合成部を備え、受光手段は、複数の合成部のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、演算手段は、複数の受光部が受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から測定対象の回動の方向および測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。   In this case, the fourth diffraction grating unit includes a plurality of combining units having different phases, the light receiving unit includes a plurality of light receiving units corresponding to the plurality of combining units, and the calculating unit includes a plurality of light receiving units. It is preferable to calculate the direction of rotation of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from a plurality of signals having different phases based on the received light.

このような構成によれば、光学式角度センサは、複数の合成部により複数の合成光を生成することができるため、例えば4つの合成部と4つの受光部を備える場合、4相信号を検出することができる。したがって、光学式角度センサは、例えば4相信号などの複数の信号を用いて高精度に測定対象の回動により角度の変位を検出することができる。   According to such a configuration, since the optical angle sensor can generate a plurality of combined lights by the plurality of combining units, when the optical angle sensor includes four combining units and four light receiving units, for example, the optical angle sensor detects a four-phase signal. can do. Therefore, the optical angle sensor can detect an angular displacement by rotating the measurement target with high accuracy using a plurality of signals such as a four-phase signal.

または、光学式角度センサは、第1反射手段を介する第1光または第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される第1の1/4波長板を備え、第4回折格子部による合成光を第1分割光と第2分割光とに分割する分割ビームスプリッタと、分割ビームスプリッタにより分割された第1分割光と第2分割光との光路上に配置される第2の1/4波長板と、第2の1/4波長板を介した第2分割光の光路上に配置される第3の1/4波長板と、第2の1/4波長板を介した第1分割光を第1偏光と第2偏光とに分割する第1分割光偏光ビームスプリッタと、第3の1/4波長板を介した第2分割光を第3偏光と第4偏光とに分割する第2分割光偏光ビームスプリッタと、第1偏光から位相が0度の光を受光する第1受光部と、第2偏光から位相が180度の光を受光する第2受光部と、第3偏光から位相が90度の光を受光する第3受光部と、第4偏光から位相が270度の光を受光する第4受光部と、を備えることが好ましい。   Alternatively, the optical angle sensor includes a first quarter-wave plate disposed on an optical path of the first light passing through the first reflecting unit or the second light passing through the second reflecting unit, and includes a fourth diffraction grating unit. Beam splitter for splitting the combined light by the first and second split beams into a first split beam and a second split beam, and a second beam splitter disposed on the optical path of the first split beam and the second split beam split by the split beam splitter. A 波長 wavelength plate, a third 波長 wavelength plate disposed on the optical path of the second split light via the second 4 wavelength plate, and a third 板 wavelength plate via the second 波長 wavelength plate. A first split light polarization beam splitter that splits one split light into a first polarized light and a second polarized light, and splits the second split light through a third quarter-wave plate into a third polarized light and a fourth polarized light A second split light polarization beam splitter, a first light receiving unit that receives light having a phase of 0 degree from the first polarized light, A second light receiving unit for receiving light having a phase of 180 degrees, a third light receiving unit for receiving light having a phase of 90 degrees from the third polarized light, and a fourth light receiving unit for receiving light having a phase of 270 degrees from the fourth polarized light It is preferable to provide:

このような構成によれば、光学式角度センサは、第1反射手段を介する第1光または第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される第1の1/4波長板を備え、受光手段は、複数の受光部として、第1偏光から位相が0度の光を受光する第1受光部と、第2偏光から位相が180度の光を受光する第2受光部と、第3偏光から位相が90度の光を受光する第3受光部と、第4偏光から位相が270度の光を受光する第4受光部と、を備えるため、合成光から例えば4相信号を検出することができる。したがって、光学式角度センサは、複数の回折光から取得することができる、例えば4相信号を用いて高精度に測定対象の回動による角度の変位を検出することができる。   According to such a configuration, the optical angle sensor includes the first quarter-wave plate disposed on the optical path of the first light via the first reflecting unit or the second light via the second reflecting unit. A light receiving unit, as the plurality of light receiving units, a first light receiving unit that receives light having a phase of 0 degree from the first polarized light; a second light receiving unit that receives light having a phase of 180 degrees from the second polarized light; Since a third light receiving unit that receives light having a phase of 90 degrees from the three polarized lights and a fourth light receiving unit that receives light having a phase of 270 degrees from the fourth polarized light are provided, for example, a four-phase signal is detected from the combined light. can do. Therefore, the optical angle sensor can detect the displacement of the angle due to the rotation of the measurement target with high accuracy using, for example, a four-phase signal, which can be obtained from a plurality of diffracted lights.

または、光学式角度センサは、第1反射手段を介する第1光または第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される1/4波長板を備え、第4回折格子部による合成光を複数の回折光とする複数の格子が並設される照射面を有する第5回折格子部と、第5回折格子部の複数の格子が並設される方向と照射面において直交する方向に並設される複数の格子を有し、第5回折格子部による複数の回折光をさらに複数の回折光とする第6回折格子部と、第6回折格子部による複数の回折光の光路上に配置され、複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子と、を備え、受光手段は、複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、演算手段は、複数の受光部が受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から測定対象の回動の方向および測定対象の回動による角度の変化量を演算することが好ましい。   Alternatively, the optical angle sensor includes a quarter-wave plate disposed on an optical path of the first light passing through the first reflecting unit or the second light passing through the second reflecting unit, and the combined light by the fourth diffraction grating unit. A fifth diffraction grating portion having an irradiation surface on which a plurality of gratings each having a plurality of diffracted lights are arranged side by side, and a fifth diffraction grating portion arranged in a direction orthogonal to the direction in which the plurality of gratings are arranged side by side and the irradiation surface. A sixth diffraction grating portion having a plurality of gratings provided, the plurality of diffraction light beams by the fifth diffraction grating portion being further converted into a plurality of diffraction light beams, and a sixth diffraction grating portion disposed on an optical path of the plurality of diffraction light beams by the sixth diffraction grating portion. And a plurality of polarizers for converting the plurality of diffracted lights into a plurality of polarized lights having different phases, respectively, wherein the light receiving unit includes a plurality of light receiving units corresponding to each of the plurality of polarizers, and the arithmetic unit includes a plurality of Multiple signals with different phases based on the light received by the light receiving unit It is preferable to calculate the angle of variation depending on the direction and the measured rotation of al measurement target turning.

このような構成によれば、光学式角度センサは、第1反射手段を介する第1光または第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される1/4波長板を備え、第1回折格子および第2回折格子により回折された複数の回折格子に対応する複数の偏光子と、複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備えるため、前述の分割ビームスプリッタと、第1分割光偏光ビームスプリッタと、第2分割光偏光ビームスプリッタと、を備える場合と比較して、これらの光学部品を用いなくとも複数の回折格子から例えば4相信号を取得することができる。したがって、光学式角度センサは、前述の光学式角度センサと比較して、高精度化を図りつつ省スペース化やコスト削減を図ることができる。   According to such a configuration, the optical angle sensor includes the 波長 wavelength plate disposed on the optical path of the first light passing through the first reflecting unit or the second light passing through the second reflecting unit. In order to include a plurality of polarizers corresponding to the plurality of diffraction gratings diffracted by the diffraction grating and the second diffraction grating, and a plurality of light receiving units corresponding to the plurality of polarizers, respectively, the split beam splitter described above, Compared with the case where the split light polarization beam splitter and the second split light polarization beam splitter are provided, for example, a four-phase signal can be obtained from a plurality of diffraction gratings without using these optical components. Therefore, the optical angle sensor can achieve space saving and cost reduction while achieving higher accuracy as compared with the above-described optical angle sensor.

第1実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an optical angle sensor according to a first 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 前記光学式角度センサにおける反射手段の回動を示す模式図FIG. 4 is a schematic diagram showing rotation of a reflection unit in the optical angle sensor. 第2実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図Schematic showing an optical angle sensor according to a second embodiment. 第3実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図Schematic showing an optical angle sensor according to a third embodiment. 第4実施形態に係る光学式角度センサにおける透過型回折格子と受光手段を示す概略図The schematic diagram which shows the transmission type diffraction grating and the light receiving means in the optical angle sensor which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る光学式角度センサにおける透過型回折格子と受光手段を示す概略図Schematic diagram showing a transmission type diffraction grating and light receiving means in an optical angle sensor according to a fifth embodiment. 第6実施形態に係る光学式角度センサにおける透過型回折格子と受光手段を示す概略図Schematic diagram showing a transmission type diffraction grating and light receiving means in an optical angle sensor according to a sixth embodiment. 第7実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図Schematic showing an optical angle sensor according to a seventh embodiment. 第8実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図Schematic showing an optical angle sensor according to an eighth embodiment. 変形例に係る光学式角度センサを示す概略図Schematic diagram showing an optical angle sensor according to a modified example 従来の光学式角度センサを示す概略図Schematic diagram showing a conventional optical angle sensor

〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図1から図3に基づいて説明する。
図1は、第1実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図である。
光学式角度センサ1は、図1に示すように、光を照射する光源2と、光源2からの光を回折する複数の格子60,70,80,90を有する透過型回折格子3と、透過型回折格子3を介した光を透過型回折格子3に向かって反射する第1反射手段4aと、透過型回折格子3を介した第1反射手段4aが反射する光とは異なる光を透過型回折格子3に向かって反射する第2反射手段4bと、透過型回折格子3を介した光を受光する受光手段5と、を備える。
光学式角度センサ1は、回動する図示しない測定対象を測定する測定器の内部に設けられている。第1実施形態では、測定対象は、X軸を軸として回動する。また、以降の説明においてX軸を測定対象の回動軸として説明することがある。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an optical angle sensor according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the optical angle sensor 1 includes a light source 2 for irradiating light, a transmission diffraction grating 3 having a plurality of gratings 60, 70, 80, and 90 for diffracting light from the light source 2, and a transmission type diffraction grating 3. Reflection means 4a for reflecting light passing through the transmission type diffraction grating 3 toward the transmission type diffraction grating 3, and transmitting light different from light reflected by the first reflection means 4a via the transmission type diffraction grating 3. It includes a second reflecting means 4b for reflecting light toward the diffraction grating 3, and a light receiving means 5 for receiving light passing through the transmission type diffraction grating 3.
The optical angle sensor 1 is provided inside a measuring device that measures a rotating measurement object (not shown). In the first embodiment, the measurement target rotates around the X axis. In the following description, the X axis may be described as the rotation axis of the measurement target.

光源2は、一定の幅を有する光を透過型回折格子3に向かって照射する。光源2は、例えば半導体レーザである。なお、光源2は半導体レーザに限らず、数cmのコヒーレント長を有する光源であれば任意の光源であってもよい。
透過型回折格子3は、透光性のガラスにて長尺状に形成され、所定のピッチで配置される複数の格子60,70,80,90を有する。なお、透過型回折格子3は、ガラスに限らず、任意の透光性の部材により形成されていてもよい。
透過型回折格子3の複数の格子60,70,80,90を介した光源2からの光は、複数の回折光となる。
The light source 2 irradiates light having a certain width toward the transmission diffraction grating 3. The light source 2 is, for example, a semiconductor laser. The light source 2 is not limited to a semiconductor laser, and may be any light source having a coherent length of several cm.
The transmission type diffraction grating 3 is formed in a long shape with translucent glass, and has a plurality of gratings 60, 70, 80, 90 arranged at a predetermined pitch. The transmissive diffraction grating 3 is not limited to glass, and may be formed of any translucent member.
Light from the light source 2 via the plurality of gratings 60, 70, 80, 90 of the transmission diffraction grating 3 becomes a plurality of diffracted lights.

ここで、複数の回折光は、光源2から照射された光の光軸と同じ方向に進行する回折光と、光軸の両側を所定の回折角度で進行する回折光と、光軸の両側を所定の回折角度よりも大きな回折角度で進行する回折光と、を有する。
複数の回折光は、光軸と同じ方向に進行する回折光を0次回折光とすると、0次回折光を基準として回折角度が大きくなる方向に向かって±1次回折光、±2次回折光と順序づけることができる。
受光手段5は、主に±1次回折光により生成される干渉光から信号を検出する。
なお、以下の説明および図面において、受光手段5にて干渉光を生成する光の光路を矢印にて記載している。
Here, the plurality of diffracted lights include a diffracted light traveling in the same direction as the optical axis of the light emitted from the light source 2, a diffracted light traveling on both sides of the optical axis at a predetermined diffraction angle, and a diffracted light traveling on both sides of the optical axis. 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 diffracted light is ordered as ± 1st-order diffracted light and ± 2nd-order diffracted light in the direction in which the diffraction angle increases with respect to the 0th-order diffracted light. be able to.
The light receiving means 5 detects a signal mainly from interference light generated by ± first-order diffracted light.
In the following description and drawings, the optical path of the light that generates the interference light in the light receiving unit 5 is indicated by an arrow.

透過型回折格子3は、光源2からの光を第1光と第2光とに分割する第1回折格子部6と、第1回折格子部6により分割された第1光および第2光を回折する第2回折格子部7と、第1反射手段4aを介した第1光および第2反射手段4bを介した第2光を回折する第3回折格子部8と、第3回折格子部8を介した第1光および第2光を合成して合成光とする第4回折格子部9と、を備える。第1回折格子部6と、第2回折格子部7と、第3回折格子部8と、第4回折格子部9と、は1枚の透過型回折格子3に併設されている。
また、光学式角度センサ1は、第1回折格子部6にて分割された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射し、第3回折格子部8にて回折された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射するミラー10を備える。
The transmission diffraction grating 3 is configured to split the light from the light source 2 into a first light and a second light, and to convert the first light and the second light split by the first diffraction grating 6. A second diffraction grating section 7 for diffracting the light, a third diffraction grating section 8 for diffracting the first light via the first reflecting section 4a and the second light via the second reflecting section 4b, and a third diffraction section 8 And a fourth diffraction grating unit 9 that combines the first light and the second light via the first light and the second light into a combined light. The first diffraction grating portion 6, the second diffraction grating portion 7, the third diffraction grating portion 8, and the fourth diffraction grating portion 9 are provided in one transmission diffraction grating 3.
Further, the optical angle sensor 1 reflects the first light and the second light split by the first diffraction grating section 6 toward one transmission diffraction grating 3, and causes the third diffraction grating section 8 to reflect the first light and the second light. And a mirror that reflects the diffracted first light and second light toward one transmission diffraction grating.

第1反射手段4aは、直交する2面の反射面を有するプリズムであり、第2回折格子部7を介して回折された第1光を第1光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射する。具体的には、第1反射手段4aは、透過型回折格子3の第2回折格子部7を介して入射した第1光を透過型回折格子3の第3回折格子部8に向かって出射する。
第2反射手段4bは、直交する2面の反射面を有するプリズムであり、第2回折格子部7を介して回折された第2光を第2光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射する。具体的には、第2反射手段4bは、透過型回折格子3の第2回折格子部7を介して入射した第2光を透過型回折格子3の第3回折格子部8に向かって出射する。
The first reflecting means 4a is a prism having two orthogonal reflecting surfaces, and converts the first light diffracted through the second diffraction grating portion 7 into a direction parallel to and opposite to the direction in which the first light is incident. Reflect in the direction. Specifically, the first reflection unit 4 a emits the first light incident through the second diffraction grating unit 7 of the transmission diffraction grating 3 toward the third diffraction grating unit 8 of the transmission diffraction grating 3. .
The second reflecting means 4b is a prism having two orthogonal reflecting surfaces, and converts the second light diffracted through the second diffraction grating portion 7 into a direction parallel to and opposite to the direction in which the second light is incident. Reflect in the direction. Specifically, the second reflection unit 4b emits the second light incident through the second diffraction grating unit 7 of the transmission diffraction grating 3 toward the third diffraction grating unit 8 of the transmission diffraction grating 3. .

第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、回動軸であるX軸にて回動する測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動する。また、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と、光源2からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置されている。すなわち、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、X軸と、光源2からの光の光軸と平行な軸であるZ軸と、により形成される面において対称となる位置に配置されている。   The first reflection means 4a and the second reflection means 4b are attached to the measurement object that rotates around the X axis that is the rotation axis, and rotate in synchronization with the rotation of the measurement object. In addition, the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b are respectively axes of a rotation axis of the first reflection unit 4a or the second reflection unit 4b and an axis parallel to the optical axis of light from the light source 2. Are disposed at positions that are symmetrical with respect to. That is, the first reflecting means 4a and the second reflecting means 4b are arranged at positions symmetrical with respect to a plane formed by the X axis and the Z axis which is an axis parallel to the optical axis of the light from the light source 2. ing.

この際、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bの回動軸は、測定対象の回動軸と一致していることが好ましい。これにより、受光手段5に照射される第1反射手段4aおよび第2反射手段4bを介した第1光および第2光は、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bが回動したとしても照射位置がぶれることがなく、受光手段5の同じ位置に照射される。   At this time, it is preferable that the rotation axes of the first reflection means 4a and the second reflection means 4b coincide with the rotation axis of the measurement target. As a result, the first light and the second light that are applied to the light receiving unit 5 via the first reflecting unit 4a and the second reflecting unit 4b are transmitted even if the first reflecting unit 4a and the second reflecting unit 4b rotate. Irradiation is performed on the same position of the light receiving unit 5 without any deviation of the irradiation position.

第1回折格子部6は、光源2からの光が照射される分割面61を有する。第1回折格子部6は、分割面61において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と直交する方向であるY方向に沿って並設される複数の格子60を有する。第2回折格子部7と第3回折格子部8と第4回折格子部9も同様に、分割面61において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と直交する方向であるY方向に沿って並設される複数の格子70,80,90を有する。   The first diffraction grating section 6 has a division surface 61 on which light from the light source 2 is irradiated. The first diffraction grating section 6 includes a plurality of gratings 60 arranged in parallel along the Y direction, which is a direction orthogonal to the X axis that is the rotation axis of the first reflecting means 4a or the second reflecting means 4b, on the division surface 61. Having. Similarly, the second diffraction grating portion 7, the third diffraction grating portion 8, and the fourth diffraction grating portion 9 are orthogonal to the X axis, which is the rotation axis of the first reflecting means 4a or the second reflecting means 4b, on the division surface 61. It has a plurality of grids 70, 80, 90 arranged side by side along the Y direction which is the direction.

第2回折格子部7は、第1回折格子部6にて分割された第1光を回折する第2回折格子部7aと、第1回折格子部6にて分割された第2光を回折する第2回折格子部7bと、を有する。第2回折格子部7は、第1回折格子部6にて分割された複数の光が有するそれぞれの回折次数と対となる逆符号の回折光へと回折する。具体的には、第2回折格子部7aは、第1光が+1次回折光である場合は−1次回折光となるよう回折する。第2回折格子部7bは、第2光が−1次回折光である場合は+1次回折光となるように回折する。なお、以下の説明や図において、第1光や第2光などの回折光の回折次数を明確にするために、光を示す矢印付近に回折次数を数字のみで記載して説明する場合がある。   The second diffraction grating unit 7 diffracts the first light split by the first diffraction grating unit 6, and diffracts the second light split by the first diffraction grating unit 6. A second diffraction grating portion 7b. The second diffraction grating section 7 diffracts into diffracted light having the opposite sign that is paired with each diffraction order of the plurality of lights split by the first diffraction grating section 6. Specifically, when the first light is the + 1st-order diffracted light, the second diffraction grating portion 7a diffracts the light so as to be the -1st-order diffracted light. When the second light is a -1st-order diffracted light, the second diffraction grating portion 7b diffracts the light so as to be a + 1st-order diffracted light. In the following description and drawings, in order to clarify the diffraction order of the diffracted light such as the first light and the second light, the diffraction order may be described only by numerals near the arrow indicating the light. .

第3回折格子部8は、第2回折格子部7aにて回折された第1光をさらに回折する第3回折格子部8aと、第2回折格子部7bにて回折された第2光をさらに回折する第3回折格子部8bと、を有する。具体的には、第3回折格子部8aは、第2回折格子部7aが回折することで−1次回折光となった第1光をさらに−1次方向へ回折する。第3回折格子部8bは、第2回折格子部7bが回折することで+1次回折光となった第2光をさらに+1次方向へ回折する。   The third diffraction grating unit 8 further includes a third diffraction grating unit 8a that further diffracts the first light diffracted by the second diffraction grating unit 7a, and a second light diffracted by the second diffraction grating unit 7b. And a third diffraction grating portion 8b that diffracts the light. Specifically, the third diffraction grating portion 8a further diffracts the first light, which has been converted into the -1st-order diffracted light by the second diffraction grating portion 7a, in the -1st-order direction. The third diffraction grating portion 8b further diffracts the second light, which has been converted into the + 1st-order diffracted light by the second diffraction grating portion 7b, in the + 1st-order direction.

第4回折格子部9は、第2回折格子部7と、第1反射手段4aと、第2反射手段4bと、第3回折格子部8と、ミラー10と、を介した第1光および第2光を回折することで合成した合成光を受光手段5に照射する。具体的には、第4回折格子部9は、第3回折格子部8aが回折することでさらに−1次方向へ回折した第1光を+1次方向へ回折する。また、第4回折格子部9は、第3回折格子部8bが回折することでさらに+1次方向へ回折した第2光を−1次方向へ回折する。第4回折格子部9は、回折された第1光および第2光を合成光として受光手段5方向へ照射する。   The fourth diffraction grating unit 9 includes a first light and a second light that are transmitted through the second diffraction grating unit 7, the first reflection unit 4a, the second reflection unit 4b, the third diffraction grating unit 8, and the mirror 10. The light receiving means 5 is irradiated with the combined light obtained by diffracting the two lights. Specifically, the fourth diffraction grating section 9 diffracts the first light, which has been further diffracted in the -1 order direction by the third diffraction grating section 8a, in the +1 order direction. In addition, the fourth diffraction grating section 9 further diffracts the second light diffracted in the +1 order direction into the −1 order direction by the diffraction of the third diffraction grating section 8b. The fourth diffraction grating section 9 irradiates the diffracted first light and second light as combined light toward the light receiving means 5.

第1光および第2光は、第2回折格子部7および第3回折格子部8により複数回、回折されることで、透過型回折格子3の位置が熱膨張等により変動したとしても、その影響が打ち消される。このため、干渉光には影響が生じない。
具体的には、回折次数をnとし、透過型回折格子3のもとの位置からの移動量をΔxとし、透過型回折格子3が有する複数の格子60,70,80,90の周期をpとし、回折光である第1光および第2光により生じる位相変化をφとした場合、式(1)にて表すことができる。
The first light and the second light are diffracted a plurality of times by the second diffraction grating unit 7 and the third diffraction grating unit 8, so that even if the position of the transmission diffraction grating 3 fluctuates due to thermal expansion or the like. The effects are negated. Therefore, there is no effect on the interference light.
Specifically, the diffraction order is n, the amount of movement of the transmission diffraction grating 3 from its original position is Δx, and the period of the plurality of gratings 60, 70, 80, 90 of the transmission diffraction grating 3 is p. When the phase change caused by the first light and the second light, which are the diffracted lights, is φ, it can be expressed by Expression (1).

φ=n×Δx÷p ・・・(1)   φ = n × Δx ÷ p (1)

式(1)より、例えば第1回折格子部6にて+1次回折光として回折された第1光は、第2回折格子部7aと、第3回折格子部8aと、第4回折格子部9と、を介すことで回折次数が対となる逆符号の回折次数に回折されるため、回折次数nは0になる。また、第1回折格子部6にて−1次回折光として回折された第2光は、第2回折格子部7bと、第3回折格子部8bと、第4回折格子部9と、を介すことで回折次数が対となる逆符号の回折次数に回折されるため、第1光と同様に、回折次数nは0になる。   According to Equation (1), for example, the first light diffracted as the + 1st-order diffracted light by the first diffraction grating unit 6 is converted into the second diffraction grating unit 7a, the third diffraction grating unit 8a, and the fourth diffraction grating unit 9. , The diffraction order is diffracted into the opposite diffraction order of the opposite sign, and the diffraction order n becomes zero. The second light diffracted by the first diffraction grating portion 6 as the -1st-order diffracted light passes through the second diffraction grating portion 7b, the third diffraction grating portion 8b, and the fourth diffraction grating portion 9. As a result, the diffraction order is diffracted into the opposite diffraction order of the opposite sign, so that the diffraction order n becomes 0 similarly to the first light.

これにより、第1光および第2光は、第2回折格子部7と、第3回折格子部8と、第4回折格子部9と、を介することで回折次数が対となる逆符号の回折次数となってそれぞれの影響を相殺するため、第1光および第2光である回折光により生じる位相変化であるφの値も0となる。したがって、透過型回折格子3がもとの位置からY方向への移動量Δxだけ移動したとしても、透過型回折格子3の移動による影響は生じない。   Thus, the first light and the second light pass through the second diffraction grating portion 7, the third diffraction grating portion 8, and the fourth diffraction grating portion 9 and are diffracted with opposite signs whose diffraction orders are paired. In order to cancel out the effects of the orders, the value of φ, which is the phase change caused by the diffracted light as the first light and the second light, also becomes 0. Therefore, even if the transmission type diffraction grating 3 moves by the movement amount Δx in the Y direction from the original position, the influence of the movement of the transmission type diffraction grating 3 does not occur.

受光手段5は、第4回折格子部9により合成された合成光を、所定の軸であるX軸を回動軸として回動する測定対象における角度の変化の信号として受光する。受光手段5には、PDA(Photo Diode Array)が用いられる。PDAは、その受光面に照射された干渉光を一度に測定することができる性質を持つ受光器である。なお、受光手段5は、PDAに限らず、PSD(Position Sensitive Detector)やCCD(Charge - Coupled Device)等の任意の受光器を用いてもよい。
光学式角度センサ1において、光源2と、透過型回折格子3と、第1反射手段4aと、第2反射手段4bと、ミラー10と、受光手段5とは、同じ高さになる様に配置されている。
The light receiving unit 5 receives the combined light combined by the fourth diffraction grating unit 9 as a signal of a change in the angle of the measurement object that rotates around the X axis that is the predetermined axis as the rotation axis. As the light receiving means 5, a PDA (Photo Diode Array) is used. The PDA is a light receiver having the property that the interference light applied to the light receiving surface can be measured at one time. The light receiving means 5 is not limited to a PDA, but may be an arbitrary light receiver such as a PSD (Position Sensitive Detector) or a CCD (Charge-Coupled Device).
In the optical angle sensor 1, the light source 2, the transmission type diffraction grating 3, the first reflecting means 4a, the second reflecting means 4b, the mirror 10, and the light receiving means 5 are arranged so as to have the same height. Have been.

図2は、前記光学式角度センサを示すブロック図である。
光学式角度センサ1は、図2に示すように、受光手段5が受光した光を所定の軸を回動軸として回動する測定対象における角度の変化の信号として演算する演算手段20をさらに備える。
第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の回動にともなって同期して回動する。それにともない、第1光および第2光のそれぞれの光路長も変化する。演算手段20は、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bの回動により変化する第1光および第2光からなる合成光から生成される干渉光に基づく信号から、測定対象の回動による角度の変化量を演算する。
FIG. 2 is a block diagram showing the optical angle sensor.
As shown in FIG. 2, the optical angle sensor 1 further includes a calculating means 20 for calculating the light received by the light receiving means 5 as a signal of a change in the angle of the measurement object that rotates about a predetermined axis as a rotation axis. .
The first reflection means 4a and the second reflection means 4b rotate synchronously with the rotation of the measurement target. Accordingly, the optical path lengths of the first light and the second light also change. The calculating means 20 calculates the rotation of the object to be measured from a signal based on the interference light generated from the combined light composed of the first light and the second light, which is changed by the rotation of the first reflection means 4a and the second reflection means 4b. Calculate the angle change.

図3は、前記光学式角度センサにおける反射手段の回動を示す模式図である。
具体的には、図3(A)は光学式角度センサ1において測定対象が回動する前の状態を示す図であり、図3(B),(C)は光学式角度センサ1において測定対象が所定の方向に回動した状態を示す図である。
以下、光学式角度センサ1における光の光路について図1および図3に基づいて説明する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the rotation of the reflection means in the optical angle sensor.
Specifically, FIG. 3A is a diagram illustrating a state before the measurement target rotates in the optical angle sensor 1, and FIGS. 3B and 3C illustrate the measurement target in the optical angle sensor 1. FIG. 4 is a view showing a state in which is turned in a predetermined direction.
Hereinafter, the optical path of light in the optical angle sensor 1 will be described with reference to FIGS.

光学式角度センサ1において、第1回折格子部6にて分割された第1光は、図1および図3(A)に示すように、第1回折格子部6における分割点P1からミラー10にて第2回折格子部7aに向かって反射される。この際、第1光が+1次回折光であった場合は、第2回折格子部7aにより−1次回折方向に回折される。第2回折格子部7aを介した第1光は、第1反射手段4aに入射し、第1反射手段4aにて第3回折格子部8aに向かって出射される。この際、第1光は、第3回折格子部8aによりさらに−1次回折方向に回折されて第4回折格子部9に入射する。第3回折格子部8aを介した第1光は、ミラー10を介して第4回折格子部9に向かって反射される。第4回折格子部9に入射した第1光は、+1次回折方向に回折されて受光手段5に照射される。したがって、受光手段5に入射する第1光(+1次回折光)は、第2回折格子部7aを介して−1次回折方向に回折され、第3回折格子部8aを介して−1次回折方向に回折され、第4回折格子部9を介して+1次回折方向に回折されるため、通算して回折次数nは0となる。   In the optical angle sensor 1, the first light split by the first diffraction grating unit 6 is transmitted from the splitting point P1 of the first diffraction grating unit 6 to the mirror 10 as shown in FIGS. And is reflected toward the second diffraction grating portion 7a. At this time, if the first light is the + 1st-order diffracted light, it is diffracted in the -1st-order diffraction direction by the second diffraction grating portion 7a. The first light having passed through the second diffraction grating portion 7a enters the first reflection means 4a, and is emitted by the first reflection means 4a toward the third diffraction grating portion 8a. At this time, the first light is further diffracted in the -1st-order diffraction direction by the third diffraction grating portion 8a and enters the fourth diffraction grating portion 9. The first light having passed through the third diffraction grating portion 8a is reflected toward the fourth diffraction grating portion 9 via the mirror 10. The first light incident on the fourth diffraction grating section 9 is diffracted in the + 1st-order diffraction direction and is irradiated on the light receiving means 5. Therefore, the first light (+ 1st-order diffracted light) incident on the light receiving means 5 is diffracted in the -1st-order diffraction direction via the second diffraction grating portion 7a, and is diffracted in the -1st-order diffraction direction via the third diffraction grating portion 8a. , And diffracted in the + 1st-order diffraction direction via the fourth diffraction grating section 9, so that the diffraction order n becomes 0 in total.

第1回折格子部6にて分割された第2光は、第1回折格子部6における分割点P1からミラー10にて第2回折格子部7bに向かって反射される。この際、第1光が−1次回折光であった場合は、第2回折格子部7bにより+1次回折方向に回折される。第2回折格子部7bを介した第2光は、第2反射手段4bに入射し、第2反射手段4bにて第3回折格子部8bに向かって出射される。この際、第2光は、第3回折格子部8bによりさらに+1次回折方向に回折されて第4回折格子部9に入射する。第3回折格子部8bを介した第2光は、ミラー10を介して第4回折格子部9に向かって反射される。第4回折格子部9に入射した第2光は、−1次回折方向に回折されて受光手段5に照射される。したがって、受光手段5に入射する第2光(−1次回折光)は、第2回折格子部7aを介して+1次回折方向に回折され、第3回折格子部8aを介して+1次回折方向に回折され、第4回折格子部9を介して−1次回折方向に回折されるため、通算して回折次数nは0となる。   The second light split by the first diffraction grating section 6 is reflected by the mirror 10 from the split point P1 in the first diffraction grating section 6 toward the second diffraction grating section 7b. At this time, if the first light is the -1st-order diffracted light, it is diffracted in the + 1st-order diffraction direction by the second diffraction grating portion 7b. The second light having passed through the second diffraction grating portion 7b enters the second reflection means 4b and is emitted by the second reflection means 4b toward the third diffraction grating portion 8b. At this time, the second light is further diffracted in the + 1st-order diffraction direction by the third diffraction grating portion 8b and enters the fourth diffraction grating portion 9. The second light having passed through the third diffraction grating portion 8b is reflected toward the fourth diffraction grating portion 9 via the mirror 10. The second light incident on the fourth diffraction grating section 9 is diffracted in the -1st-order diffraction direction and is irradiated on the light receiving means 5. Therefore, the second light (-1st-order diffracted light) incident on the light receiving means 5 is diffracted in the + 1st-order diffraction direction via the second diffraction grating section 7a, and is diffracted in the + 1st-order diffraction direction via the third diffraction grating section 8a. Since the light is diffracted and diffracted in the -1st-order diffraction direction via the fourth diffraction grating section 9, the diffraction order n becomes 0 in total.

受光手段5は、第1回折格子部6にて分割され、ミラー10にて反射し、第2回折格子部7a,7bにて回折され、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bにて反射し、第3回折格子部8a,8bにて回折され、ミラー10にて反射し、第4回折格子部9にて合成された第1光および第2光の合成光を受光する。そして、演算手段20は、受光手段5が受光した合成光に基づく信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算する。   The light receiving unit 5 is divided by the first diffraction grating unit 6, reflected by the mirror 10, diffracted by the second diffraction grating units 7a and 7b, and reflected by the first reflection unit 4a or the second reflection unit 4b. Then, the light is diffracted by the third diffraction grating portions 8a and 8b, reflected by the mirror 10, and receives the combined light of the first light and the second light combined by the fourth diffraction grating portion 9. Then, the calculating means 20 calculates the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target from the signal based on the combined light received by the light receiving means 5.

また、光学式角度センサ1において、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第1反射手段4aを介して第4回折格子部9に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第2反射手段4bを介して第4回折格子部9に到達するまでの第2光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有する。   In the optical angle sensor 1, the first reflection unit 4 a and the second reflection unit 4 b are configured to perform first reflection from the division point P 1 of the light from the light source 2 in the first diffraction grating unit 6 within the measurement range of the measurement target. The optical path length of the first light before reaching the fourth diffraction grating section 9 via the means 4a and the splitting point P1 of the light from the light source 2 in the first diffraction grating section 6 through the second reflection means 4b. The optical path length of the second light before reaching the four diffraction grating portions 9 has an angle that makes the same length.

具体的には、図3(A)に示すように、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bが光源2からの光の光軸と平行な軸に対して線対称に配置されている場合、第1光および第2光の光路長は同じ長さとなる。この際、受光手段5は、最も第1光と第2光との光路長の差の変化に対する明暗の変化の感度が高い干渉光を受光することができる。
そして、図3(B)に示すように、測定対象がθ方向に回動した場合、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の回動にともなってθ方向に回動する。また、図3(C)に示すように、測定対象が−θ方向に回動した場合、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の回動にともなって−θ方向に回動する。この際、受光手段5に照射される干渉光は、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bの回動方向にしたがって第1光と第2光とのそれぞれの光路長が変化し、図3(A)のときに生じる干渉光から変化する。演算手段20は、この干渉光の変化に基づく信号から測定対象が元の位置からどのくらい回動したのかについての角度の変化量を演算する。
Specifically, as shown in FIG. 3A, a case where the first reflecting means 4a and the second reflecting means 4b are arranged symmetrically with respect to an axis parallel to the optical axis of the light from the light source 2. , The first light and the second light have the same optical path length. At this time, the light receiving unit 5 can receive the interference light having the highest sensitivity of the change in the brightness to the change in the difference in the optical path length between the first light and the second light.
Then, as shown in FIG. 3B, when the measurement target rotates in the θ direction, the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b rotate in the θ direction with the rotation of the measurement target. . Further, as shown in FIG. 3C, when the measurement target rotates in the −θ direction, the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b rotate in the −θ direction with the rotation of the measurement target. Move. At this time, the interference light applied to the light receiving means 5 changes the optical path length of each of the first light and the second light according to the rotation direction of the first reflection means 4a and the second reflection means 4b. It changes from the interference light generated in the case of (A). The calculating means 20 calculates the amount of change in the angle of how much the measurement target has rotated from the original position from the signal based on the change in the interference light.

このような第1実施形態によれば、以下の作用・効果を奏することができる。
(1)光学式角度センサ1において、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部6における光の分割点P1から第1反射手段4aを介して第4回折格子部9に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部6における光の分割点P1から第2反射手段4bを介して第4回折格子部9に到達するまでの第2光の光路長とが、同じ長さとなる角度を有するため、測定対象の回動により変化する第1光の光路長と第2光の光路長との長さの差を数cm以内に収めることができる。すなわち、光学式角度センサ1は、光源2にコヒーレント長が非常に短い半導体レーザを用いたとしても、受光手段5の受光面で干渉を生じさせることができる。
According to the first embodiment, the following operations and effects can be obtained.
(1) In the optical angle sensor 1, the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b move the first reflection unit 4a from the light splitting point P1 in the first diffraction grating unit 6 within the measurement range of the measurement target. And the optical path length of the first light until it reaches the fourth diffraction grating section 9 via the second diffraction means 4b from the light splitting point P1 of the first diffraction grating section 6 via the second reflection means 4b. Since the optical path length of the second light before the measurement has the same angle as the angle, the difference between the optical path length of the first light and the optical path length of the second light, which changes due to the rotation of the object to be measured, is counted. cm. That is, the optical angle sensor 1 can cause interference on the light receiving surface of the light receiving unit 5 even when a semiconductor laser having a very short coherent length is used as the light source 2.

(2)光学式角度センサ1は、第1光および第2光を回折する第2回折格子部7と、第1反射手段4aを介した第1光および第2反射手段4bを介した第2光を回折する第3回折格子部8と、を備えることで、第1光および第2光を複数回、回折させることができる。これにより、光学式角度センサ1は、第1光および第2光の回折次数を相殺し、式(1)における回折次数nを0にすることができるため、環境変化による膨張や縮小により透過型回折格子の位置が元の位置から移動してしまったとしても、回折光の位相変化による角度変位を有した干渉光が生じることを抑制することができる。
したがって、光学式角度センサ1は、光源2のコヒーレント性による制限を回避しつつ、環境変化による回折光の位相変化を防止し、測定対象の回動による角度の変化量を高精度に検出することができる。
(2) The optical angle sensor 1 includes a second diffraction grating unit 7 that diffracts the first light and the second light, and a second light that passes through the first reflection unit 4a and the second light that passes through the second reflection unit 4b. By providing the third diffraction grating unit 8 for diffracting light, the first light and the second light can be diffracted a plurality of times. Accordingly, the optical angle sensor 1 can cancel the diffraction orders of the first light and the second light and set the diffraction order n in Expression (1) to 0. Even if the position of the diffraction grating has moved from the original position, it is possible to suppress the generation of interference light having an angular displacement due to a phase change of the diffracted light.
Therefore, the optical angle sensor 1 prevents the phase change of the diffracted light due to the environmental change while avoiding the limitation due to the coherence of the light source 2, and detects the angle change due to the rotation of the measurement target with high accuracy. Can be.

(3)光学式角度センサ1は、1枚の透過型回折格子3を有し、1枚の透過型回折格子3は、第1回折格子部6と第2回折格子部7と第3回折格子部8と第4回折格子部9とを併設することで、部品点数を減らすことができる。したがって、光学式角度センサ1は、コスト削減を図ることができる。
(4)光学式角度センサ1は、第1回折格子部6にて分割された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射し、第3回折格子部8にて回折された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射するミラーを備えるため、光学式角度センサ1の大型化を抑制することができる。
(3) The optical angle sensor 1 has one transmission type diffraction grating 3, and one transmission type diffraction grating 3 includes a first diffraction grating section 6, a second diffraction grating section 7, and a third diffraction grating. By providing the part 8 and the fourth diffraction grating part 9 together, the number of parts can be reduced. Therefore, the optical angle sensor 1 can achieve cost reduction.
(4) The optical angle sensor 1 reflects the first light and the second light split by the first diffraction grating section 6 toward one transmission diffraction grating 3 and the third diffraction grating section 8. Since a mirror is provided for reflecting the first light and the second light diffracted by the device toward one transmission diffraction grating 3, the optical angle sensor 1 can be prevented from being enlarged.

(5)第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、所定の回動軸にて回動する測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動するため、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは同時に同じ角度だけ回動する。これにより、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、第4回折格子部9にて合成される合成光の強度が2倍となる。このため、受光手段5の感度が2倍となる。したがって、光学式角度センサ1は、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの一方を固定し、他方を測定対象に取付けた場合と比較して、高感度の信号から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。 (5) The first reflection means 4a and the second reflection means 4b are attached to the measurement object that rotates about a predetermined rotation axis, and rotate in synchronization with the rotation of the measurement object. The reflection means 4a and the second reflection means 4b rotate simultaneously by the same angle. As a result, the intensity of the combined light combined by the fourth diffraction grating unit 9 is 2 compared to a case where one of the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b is fixed and the other is attached to the measurement target. Double. For this reason, the sensitivity of the light receiving means 5 is doubled. Therefore, the optical angle sensor 1 is capable of detecting the object to be measured with high sensitivity from the signal with high sensitivity as compared with the case where one of the first reflecting means 4a or the second reflecting means 4b is fixed and the other is attached to the object to be measured. The amount of change in the angle due to the rotation can be detected.

(6)光学式角度センサ1における第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と、光源2からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置される。このため、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bを非対称となる位置に配置する場合と比較して、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bが、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第1反射手段4aを介して第4回折格子部9に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第2反射手段4bを介して第4回折格子部9に到達するまでの第2光の光路長と、について同じ長さとなる角度を有するように容易に設計することができる。 (6) The first reflection means 4a and the second reflection means 4b in the optical angle sensor 1 are parallel to the rotation axis of the first reflection means 4a or the second reflection means 4b and the optical axis of the light from the light source 2. It is arranged at a position that is line-symmetric with respect to each axis. For this reason, compared with the case where the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b are arranged at positions that are asymmetric, the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b are located within the measurement range of the measurement target. The optical path length of the first light from the division point P1 of the light from the light source 2 in the first diffraction grating section 6 to the fourth diffraction grating section 9 via the first reflection means 4a, and the first diffraction grating section 6 The optical path length of the second light from the division point P1 of the light from the light source 2 to the fourth diffraction grating section 9 via the second reflecting means 4b is easily designed to have the same angle. can do.

〔第2実施形態〕
以下、本発明の第2実施形態を図4に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Second embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図4は、第2実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図である。
前記第1実施形態では、第1回折格子部6と、第2回折格子部7と、第3回折格子部8と、第4回折格子部9とは1枚の透過型回折格子3に併設されていた。
第2実施形態では、図4に示すように、光学式角度センサ1Aは、複数の透過型回折格子3Aを有し、複数の透過型回折格子3Aは、第1回折格子部6Aと第4回折格子部9Aとを併設する第1透過型回折格子3Aaと、第2回折格子部7Aと第3回折格子部8Aとを併設する第2透過型回折格子3Abと、を備える点で、前記第1実施形態と異なる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an optical angle sensor according to the second embodiment.
In the first embodiment, the first diffraction grating portion 6, the second diffraction grating portion 7, the third diffraction grating portion 8, and the fourth diffraction grating portion 9 are provided in one transmission diffraction grating 3. I was
In the second embodiment, as shown in FIG. 4, the optical angle sensor 1A has a plurality of transmission type diffraction gratings 3A, and the plurality of transmission type diffraction gratings 3A have a first diffraction grating portion 6A and a fourth diffraction grating. The first transmission grating 3Aa having a grating portion 9A and a second transmission diffraction grating 3Ab having a second diffraction grating portion 7A and a third diffraction grating portion 8A. Different from the embodiment.

また、前記第1実施形態では、光学式角度センサ1は、第1回折格子部6にて分割された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射し、第3回折格子部8にて回折された第1光と第2光とを1枚の透過型回折格子3に向かって反射するミラー10を備えていた。
第2実施形態では、光学式角度センサ1Aはミラー10を備えず、受光手段5は、第1透過型回折格子3Aaの第1回折格子部6Aにて分割され、第2透過型回折格子3Abの第2回折格子部7Aにて回折され、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bにて反射し、第2透過型回折格子3Abの第3回折格子部8Aにて回折され、第1透過型回折格子3Aaの第4回折格子部9Aにて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、演算手段20(図2参照)は、受光手段5が受光した合成光に基づく信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で前記第1実施形態と異なる。
以下、光学式角度センサ1Aにおける光の光路について図4に基づいて説明する。
In the first embodiment, the optical angle sensor 1 reflects the first light and the second light split by the first diffraction grating unit 6 toward one transmission diffraction grating 3, There was provided a mirror 10 for reflecting the first light and the second light diffracted by the third diffraction grating section 8 toward one transmission diffraction grating 3.
In the second embodiment, the optical angle sensor 1A does not include the mirror 10, and the light receiving unit 5 is divided by the first diffraction grating unit 6A of the first transmission diffraction grating 3Aa, and the second transmission diffraction grating 3Ab. The light is diffracted by the second diffraction grating section 7A, reflected by the first reflection means 4a or the second reflection means 4b, diffracted by the third diffraction grating section 8A of the second transmission diffraction grating 3Ab, and converted to the first transmission type. The combined light of the first light and the second light combined by the fourth diffraction grating section 9A of the diffraction grating 3Aa is received, and the calculating means 20 (see FIG. 2) outputs a signal based on the combined light received by the light receiving means 5. The second embodiment differs from the first embodiment in that the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target is calculated from the above.
Hereinafter, an optical path of light in the optical angle sensor 1A will be described with reference to FIG.

図4に示すように、第1透過型回折格子3Aaの第1回折格子部6Aにて分割された第1光は、第1回折格子部6Aにおける分割点P1から第2透過型回折格子3Abの第2回折格子部7Aaに向かって出射される。この際、第1光が+1次回折光であった場合は、第2回折格子部7Aaにより−1次回折方向に回折される。第2回折格子部7Aaを介した第1光は、第1反射手段4aに入射し、第1反射手段4aにて第2透過型回折格子3Abの第3回折格子部8Aaに向かって出射される。この際、第1光は、第3回折格子部8Aaによりさらに−1次回折方向に回折されて第1透過型回折格子3Aaの第4回折格子部9Aに入射する。第3回折格子部8Aaを介して第4回折格子部9Aに入射した第1光は、+1次回折方向に回折されて受光手段5に照射される。したがって、受光手段5に入射する第1光(+1次回折光)は、第2回折格子部7Aaを介して−1次回折方向に回折され、第3回折格子部8Aaを介して−1次回折方向に回折され、第4回折格子部9Aを介して+1次回折方向に回折されるため、通算して回折次数nは0となる。   As shown in FIG. 4, the first light split by the first diffraction grating portion 6A of the first transmission diffraction grating 3Aa is transmitted from the split point P1 of the first diffraction grating portion 6A to the second transmission diffraction grating 3Ab. The light is emitted toward the second diffraction grating portion 7Aa. At this time, if the first light is the + 1st-order diffracted light, it is diffracted in the -1st-order diffraction direction by the second diffraction grating portion 7Aa. The first light having passed through the second diffraction grating portion 7Aa enters the first reflection means 4a, and is emitted by the first reflection means 4a toward the third diffraction grating portion 8Aa of the second transmission type diffraction grating 3Ab. . At this time, the first light is further diffracted in the -1st-order diffraction direction by the third diffraction grating portion 8Aa and enters the fourth diffraction grating portion 9A of the first transmission type diffraction grating 3Aa. The first light that has entered the fourth diffraction grating portion 9A via the third diffraction grating portion 8Aa is diffracted in the + 1st-order diffraction direction and is irradiated on the light receiving means 5. Accordingly, the first light (+ 1st-order diffracted light) incident on the light receiving means 5 is diffracted in the -1st-order diffraction direction via the second diffraction grating portion 7Aa, and is diffracted in the -1st-order diffraction direction via the third diffraction grating portion 8Aa. , And diffracted in the + 1st-order diffraction direction via the fourth diffraction grating portion 9A, so that the diffraction order n becomes 0 in total.

第1透過型回折格子3Aaの第1回折格子部6Aにて分割された第2光は、第1回折格子部6Aにおける分割点P1から第2透過型回折格子3Abの第2回折格子部7Abに向かって出射される。この際、第2光が−1次回折光であった場合は、第2回折格子部7Abにより+1次回折方向に回折される。第2回折格子部7Abを介した第2光は、第2反射手段4bに入射し、第2反射手段4bにて第2透過型回折格子3Abの第3回折格子部8Abに向かって出射される。この際、第2光は、第3回折格子部8Abによりさらに+1次回折方向に回折されて第1透過型回折格子3Aaの第4回折格子部9Aに入射する。第3回折格子部8Abを介して第4回折格子部9Aに入射した第2光は、−1次回折方向に回折されて受光手段5に照射される。したがって、受光手段5に入射する第2光(−1次回折光)は、第2回折格子部7Abを介して+1次回折方向に回折され、第3回折格子部8Abを介して+1次回折方向に回折され、第4回折格子部9Aを介して−1次回折方向に回折されるため、通算して回折次数nは0となる。   The second light split by the first diffraction grating portion 6A of the first transmission diffraction grating 3Aa is transmitted from the division point P1 in the first diffraction grating portion 6A to the second diffraction grating portion 7Ab of the second transmission diffraction grating 3Ab. It is emitted toward. At this time, if the second light is the -1st-order diffracted light, it is diffracted in the + 1st-order diffraction direction by the second diffraction grating portion 7Ab. The second light having passed through the second diffraction grating portion 7Ab enters the second reflection means 4b, and is emitted by the second reflection means 4b toward the third diffraction grating portion 8Ab of the second transmission type diffraction grating 3Ab. . At this time, the second light is further diffracted in the + 1st-order diffraction direction by the third diffraction grating portion 8Ab and enters the fourth diffraction grating portion 9A of the first transmission diffraction grating 3Aa. The second light incident on the fourth diffraction grating portion 9A via the third diffraction grating portion 8Ab is diffracted in the -1st-order diffraction direction and is irradiated on the light receiving means 5. Accordingly, the second light (-1st-order diffracted light) incident on the light receiving means 5 is diffracted in the + 1st-order diffraction direction via the second diffraction grating portion 7Ab, and is diffracted in the + 1st-order diffraction direction via the third diffraction grating portion 8Ab. Since the light is diffracted and diffracted in the -1st-order diffraction direction via the fourth diffraction grating portion 9A, the diffraction order n becomes 0 in total.

光学式角度センサ1Aにおいても、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部6Aにおける光源2からの光の分割点P1から第1反射手段4aを介して第4回折格子部9Aに到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部6Aにおける光源2からの光の分割点P1から第2反射手段4bを介して第4回折格子部9Aに到達するまでの第2光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有する。   Also in the optical angle sensor 1A, the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b are connected to the first reflection unit from the division point P1 of the light from the light source 2 in the first diffraction grating unit 6A within the measurement range of the measurement target. The optical path length of the first light before reaching the fourth diffraction grating section 9A via the first diffraction grating section 4a and the fourth point via the second reflection means 4b from the division point P1 of the light from the light source 2 in the first diffraction grating section 6A. The optical path length of the second light before reaching the diffraction grating portion 9A has an angle that is the same.

このような第2実施形態においても、前記第1実施形態における(1),(2),(5),(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(7)光学式角度センサ1Aは、複数の透過型回折格子3Aを有し、複数の透過型回折格子3Aは、第1回折格子部6Aと第4回折格子部9Aとを併設する第1透過型回折格子3Aaと、第2回折格子部7Aと第3回折格子部8Aとを併設する第2透過型回折格子3Abと、を備えるため、第1回折格子部6Aおよび第4回折格子部9Aと、第2回折格子部7Aおよび第3回折格子部8Aと、のそれぞれの配置を自由に設計することができる。したがって、光学式角度センサ1Aは、設計の自由度を向上させることができる。
(8)光学式角度センサ1Aは、第1透過型回折格子3Aaと、第2透過型回折格子3Abと、を備え、前記第1実施形態におけるミラー10を備えないため、1枚の透過型回折格子3を用いる場合と比較して、部品点数を減らしつつ、長尺方向への大型化を抑制することができる。
In the second embodiment, the same operations and effects as (1), (2), (5), and (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained. Can play.
(7) The optical angle sensor 1A has a plurality of transmission type diffraction gratings 3A, and the plurality of transmission type diffraction gratings 3A have a first transmission type in which a first diffraction grating portion 6A and a fourth diffraction grating portion 9A are provided side by side. A first diffraction grating portion 6A and a fourth diffraction grating portion 9A to provide a second diffraction grating portion 3Aa and a second transmission type diffraction grating 3Ab provided with a second diffraction grating portion 7A and a third diffraction grating portion 8A. , The second diffraction grating portion 7A and the third diffraction grating portion 8A can be freely designed. Therefore, the optical angle sensor 1A can improve the degree of freedom in design.
(8) The optical angle sensor 1A includes a first transmission type diffraction grating 3Aa and a second transmission type diffraction grating 3Ab, and does not include the mirror 10 in the first embodiment. Compared to the case where the lattice 3 is used, it is possible to reduce the number of components and suppress an increase in size in the long direction.

〔第3実施形態〕
以下、本発明の第3実施形態を図5に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Third embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図5は、第3実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図である。
前記第1実施形態では、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、測定対象に取付けられ、測定対象の回動にともなって同期して回動していた。
第3実施形態では、図5に示すように、光学式角度センサ1Bにおける第1反射手段4Baは、測定対象に取付けられ、第2反射手段4Bbは光学式角度センサ1B内に固定して設けられ、第1反射手段4Baは、測定対象の回動にともなって同期して回動する点で、前記第1実施形と異なる。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an optical angle sensor according to the third embodiment.
In the first embodiment, the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b are attached to the object to be measured, and are rotated in synchronization with the rotation of the object to be measured.
In the third embodiment, as shown in FIG. 5, the first reflecting means 4Ba of the optical angle sensor 1B is attached to the object to be measured, and the second reflecting means 4Bb is fixedly provided in the optical angle sensor 1B. The first reflecting means 4Ba differs from the first embodiment in that it rotates in synchronization with the rotation of the measurement object.

また、前記第1実施形態では、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と、光源2からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置されていた。これにより第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、同時に回動し、その配置は回動したとしても、線対称となる位置に配置されていた。
第3実施形態では、第1反射手段4Baと第2反射手段4Bbとは、回動することにより非対称になるように配置されている点で前記第1実施形態と異なる。
Further, in the first embodiment, the first reflecting means 4a and the second reflecting means 4b are arranged so that the first reflecting means 4a or the X-axis, which is the rotation axis of the second reflecting means 4b, and the light from the light source 2 The axis was parallel to the axis, and the axis was arranged at a position symmetrical with respect to each axis. As a result, the first reflection means 4a and the second reflection means 4b are simultaneously rotated, and even if the arrangement is rotated, they are arranged at positions that are line-symmetric.
The third embodiment is different from the first embodiment in that the first reflecting means 4Ba and the second reflecting means 4Bb are arranged so as to be asymmetrical by rotating.

第1反射手段4Baと第2反射手段4Bbとは非対称になるように配置されているが、光学式角度センサ1Bにおいても、第1反射手段4Baは、測定対象の測定範囲内において、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第1反射手段4Baを介して第4回折格子部9に到達するまでの第1光の光路長と、第1回折格子部6における光源2からの光の分割点P1から第2反射手段4Bbを介して第4回折格子部9に到達するまでの第2光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有する。第3実施形態においても、演算手段20(図2参照)は、第1反射手段4Baの回動により変化する第1光および第2光からなる合成光から生成される干渉光に基づく信号から、測定対象の回動による角度の変化量を演算する。   The first reflection means 4Ba and the second reflection means 4Bb are arranged so as to be asymmetric. However, also in the optical angle sensor 1B, the first reflection means 4Ba can be used for the first diffraction in the measurement range of the measurement object. The optical path length of the first light from the division point P1 of the light from the light source 2 in the grating section 6 to the fourth diffraction grating section 9 via the first reflecting means 4Ba, and the light source 2 in the first diffraction grating section 6 And the optical path length of the second light from the splitting point P1 of the light from the light source to the fourth diffraction grating section 9 via the second reflecting means 4Bb has an angle that makes the same length. Also in the third embodiment, the calculating means 20 (see FIG. 2) calculates the signal based on the interference light generated from the combined light composed of the first light and the second light, which is changed by the rotation of the first reflecting means 4Ba. The amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target is calculated.

このような第3実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(4)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(9)第2反射手段4Bbは、光学式角度センサ1B内に固定して設けられ、第1反射手段4Baは、測定対象に取付けられているため、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bを測定対象に取付ける前記第1実施形態と比較して測定対象の重量が軽くなる。したがって、光学式角度センサ1Bは、重量による測定結果への影響を抑制し、高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
In the third embodiment, the same operations and effects as (1) to (4) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(9) The second reflecting means 4Bb is fixedly provided in the optical angle sensor 1B, and the first reflecting means 4Ba is attached to the object to be measured. Therefore, the first reflecting means 4a and the second reflecting means 4b are provided. The weight of the object to be measured is lighter than that in the first embodiment in which is attached to the object to be measured. Therefore, the optical angle sensor 1B can suppress the influence of the weight on the measurement result and detect the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target with high accuracy.

〔第4実施形態〕
以下、本発明の第4実施形態を図6に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Fourth embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図6は、第4実施形態に係る光学式角度センサにおける透過型回折格子と受光手段を示す概略図である。
前記第1実施形態では、演算手段20は、受光手段5が受光する干渉光に基づいて測定対象の回動による角度の変化量を検出していた。
第4実施形態では、図6に示すように、光学式角度センサ1Cにおける第4回折格子部9Cは、分割面61(図1参照)において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と直交する直交方向に沿って並設される複数の格子90Cを有し、受光手段5Cは、直交方向に沿って並設される複数の受光素子51C〜54Cを備え、複数の格子90Cを介した複数の回折光を受光し、演算手段20は、複数の受光素子51C〜54Cが受光した複数の回折光に基づく複数の信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で前記第1実施形態と異なる。
なお、図6では、説明の都合上、図1における光源2と、第1反射手段4aと、第2反射手段4bと、透過型回折格子3上の第1回折格子部6と第2回折格子部7と第3回折格子部8と、ミラー10と、を省略している。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a transmission type diffraction grating and a light receiving unit in the optical angle sensor according to the fourth embodiment.
In the first embodiment, the calculating unit 20 detects the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target based on the interference light received by the light receiving unit 5.
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, the fourth diffraction grating section 9C in the optical angle sensor 1C is configured to rotate the first reflection unit 4a or the second reflection unit 4b on the division surface 61 (see FIG. 1). It has a plurality of gratings 90C arranged side by side along an orthogonal direction orthogonal to the axis, and the light receiving means 5C includes a plurality of light receiving elements 51C to 54C arranged side by side along the orthogonal direction. The arithmetic means 20 receives the plurality of diffracted lights transmitted through the light receiving element 51C to calculate the change amount of the angle due to the rotation of the measurement target from the plurality of signals based on the plurality of diffracted lights received by the plurality of light receiving elements 51C to 54C. This is different from the first embodiment.
In FIG. 6, for convenience of explanation, the light source 2, the first reflection means 4a, the second reflection means 4b, the first diffraction grating section 6 and the second diffraction grating on the transmission type diffraction grating 3 in FIG. The part 7, the third diffraction grating part 8, and the mirror 10 are omitted.

複数の格子90Cを透過する第1光の進行方向は、−Y方向側に回折され、複数の傾斜格子90Cを透過する第2光の進行方向は、+Y方向側に回折される。ここで、第1光は例えば+1次回折光であり、第2光は例えば−1次回折光である場合、他の回折次数の光(例えば±2次回折光)は、第1光および第2光とは異なる離間する方向に回折され、受光手段5Cには照射されない。そして、第1光(+1次回折光)および第2光(−1次回折光)は、受光手段5C(複数の受光素子51C〜54C)の受光面上に、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と平行な方向であるX方向に沿って干渉縞を生成する。   The traveling direction of the first light passing through the plurality of gratings 90C is diffracted toward the −Y direction, and the traveling direction of the second light passing through the plurality of inclined gratings 90C is diffracted toward the + Y direction. Here, when the first light is, for example, the + 1st-order diffracted light and the second light is, for example, the -1st-order diffracted light, the light of another diffraction order (for example, ± 2nd-order diffracted light) is the first light and the second light. Are diffracted in different separating directions, and are not irradiated on the light receiving means 5C. Then, the first light (+ 1st-order diffracted light) and the second light (-1st-order diffracted light) are provided on the light receiving surface of the light receiving means 5C (the plurality of light receiving elements 51C to 54C) by the first reflecting means 4a or the second reflecting means. An interference fringe is generated along the X direction which is a direction parallel to the rotation axis of 4b.

光学式角度センサ1Cは、測定対象の回動方向を特定するために、位相差を有する4相信号(複数の正弦波信号)を用いることが好ましい。そのため、複数の受光素子51C〜54Cは、干渉縞の周期に合わせて4相信号を取得できるように設計されている。
例えば第1回折格子部6(図1参照)の複数の格子60が1μmの周期となるように設計されている場合、第4回折格子部9Cの複数の格子90Cは、1.005μmの周期となるように、第1回折格子部の複数の格子60の周期に対して少しずらして設計される。そして、複数の受光素子51C〜54Cは、第4回折格子部9Cの複数の格子90Cと同じ周期となるように1.005μmに設計される。
It is preferable that the optical angle sensor 1C uses a four-phase signal (a plurality of sine wave signals) having a phase difference in order to specify the rotation direction of the measurement target. Therefore, the plurality of light receiving elements 51C to 54C are designed to be able to acquire a four-phase signal in accordance with the period of the interference fringes.
For example, when the plurality of gratings 60 of the first diffraction grating unit 6 (see FIG. 1) are designed to have a period of 1 μm, the plurality of gratings 90C of the fourth diffraction grating unit 9C have a period of 1.005 μm. It is designed to be slightly shifted with respect to the period of the plurality of gratings 60 of the first diffraction grating portion. The plurality of light receiving elements 51C to 54C are designed to have the same period as the plurality of gratings 90C of the fourth diffraction grating section 9C at 1.005 μm.

具体的には、複数の受光素子51C〜54Cは、第1受光素子51Cと、第2受光素子52Cと、第3受光素子53Cと、第4受光素子54Cと、を備える。
第1受光素子51Cは、複数の傾斜格子90Cを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が0度の光を受光する。第2受光素子52Cは、複数の傾斜格子90Cを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が90度の光を受光する。第3受光素子53Cは、複数の傾斜格子90Cを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が180度の光を受光する。第4受光素子54Cは、複数の傾斜格子90Cを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が180度の光を受光する。
Specifically, the plurality of light receiving elements 51C to 54C include a first light receiving element 51C, a second light receiving element 52C, a third light receiving element 53C, and a fourth light receiving element 54C.
The first light receiving element 51C receives light having a phase of 0 degree from interference fringes generated on the light receiving surface via the plurality of inclined gratings 90C. The second light receiving element 52C receives light having a phase of 90 degrees from the interference fringes generated on the light receiving surface via the plurality of inclined gratings 90C. The third light receiving element 53C receives light having a phase of 180 degrees from the interference fringes generated on the light receiving surface via the plurality of inclined gratings 90C. The fourth light receiving element 54C receives light having a phase of 180 degrees from the interference fringes generated on the light receiving surface via the plurality of inclined gratings 90C.

そして、複数の受光素子51C〜54Cは、X軸と直交するY方向に沿って、第1受光素子51C、第2受光素子52C、第3受光素子53C、第4受光素子54Cの順に繰り返し配置されている。光学式角度センサ1Cは、この複数の受光素子51C〜54Cにて受光された信号から4相信号を検出し、演算手段20(図2参照)は、測定対象の回動方向と測定対象の回動による角度の変化量を演算することができる。   The plurality of light receiving elements 51C to 54C are repeatedly arranged in the order of the first light receiving element 51C, the second light receiving element 52C, the third light receiving element 53C, and the fourth light receiving element 54C along the Y direction orthogonal to the X axis. ing. The optical angle sensor 1C detects a four-phase signal from the signals received by the plurality of light receiving elements 51C to 54C, and the arithmetic unit 20 (see FIG. 2) determines the rotation direction of the measurement target and the rotation of the measurement target. It is possible to calculate the amount of change in angle due to movement.

このような第4実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(10)第4回折格子部9Cは、複数の格子90Cを有し、受光手段5Cは、複数の受光素子51C〜54Cを備え、複数の格子90Cを介した複数の回折光を受光する。複数の回折光は、受光手段5Cの受光面上に、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と平行な方向に沿って干渉縞を生成し、複数の受光素子51C〜54Cは、干渉縞から4相信号を検出することができる。演算手段20は、この4相信号から測定対象の回動方向と、回動による角度の変化量を演算することができる。したがって、光学式角度センサ1Cは、干渉光から測定対象の回動による角度の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
In the fourth embodiment, the same operations and effects as (1) to (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(10) The fourth diffraction grating section 9C has a plurality of gratings 90C, and the light receiving means 5C includes a plurality of light receiving elements 51C to 54C and receives a plurality of diffracted lights passing through the plurality of gratings 90C. The plurality of diffracted lights generate interference fringes on the light receiving surface of the light receiving unit 5C along a direction parallel to the rotation axis of the first reflecting unit 4a or the second reflecting unit 4b, and the plurality of light receiving elements 51C to 54C. Can detect four-phase signals from interference fringes. The calculating means 20 can calculate the rotation direction of the object to be measured and the amount of change in the angle due to the rotation from the four-phase signal. Therefore, the optical angle sensor 1C detects the amount of change in the angle due to the rotation of the object to be measured from the interference fringe with higher accuracy than when calculating the amount of change in the angle due to the rotation of the object to be measured from the interference light. be able to.

〔第5実施形態〕
以下、本発明の第5実施形態を図7に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図7は、第5実施形態に係る光学式角度センサにおける透過型回折格子と受光手段を示す概略図である。
前記第1実施形態では、第4回折格子部9は、分割面61において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と直交する方向であるY方向に沿って並設される複数の格子90を備え、演算手段20は、受光手段5が受光する干渉光に基づいて測定対象の回動による角度の変化量を検出していた。
第5実施形態では、図7に示すように、光学式角度センサ1Dにおける第4回折格子部9Dは、分割面61(図1参照)において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と直交する直交方向に沿って並設され、光源2からの光の光軸に対して所定の傾斜角度θを有して配置される複数の傾斜格子90Dを有し、受光手段5Dは、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と平行な方向に沿って並設される複数の受光素子51D〜54Dを備え、複数の傾斜格子90Dを介した複数の回折光を受光し、演算手段20(図2参照)は、受光手段5Dが受光した複数の回折光に基づく複数の信号から測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で前記第1実施形態と異なる。
なお、図7では、説明の都合上、図1における光源2と、第1反射手段4aと、第2反射手段4bと、透過型回折格子3上の第1回折格子部6と第2回折格子部7と第3回折格子部8と、ミラー10と、を省略している。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a transmission type diffraction grating and light receiving means in the optical angle sensor according to the fifth embodiment.
In the first embodiment, the fourth diffraction grating section 9 is arranged along the Y direction which is a direction orthogonal to the X axis which is the rotation axis of the first reflecting means 4a or the second reflecting means 4b on the division surface 61. A plurality of gratings 90 are provided, and the calculating means 20 detects the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target based on the interference light received by the light receiving means 5.
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 7, the fourth diffraction grating section 9D of the optical angle sensor 1D is configured to rotate the first reflecting means 4a or the second reflecting means 4b on the division surface 61 (see FIG. 1). The light receiving unit 5D includes a plurality of inclined gratings 90D that are arranged side by side along an orthogonal direction orthogonal to the axis and are arranged with a predetermined inclination angle θ with respect to the optical axis of the light from the light source 2. A plurality of light receiving elements 51D to 54D are juxtaposed along a direction parallel to the rotation axis of the first reflecting means 4a or the second reflecting means 4b, and receive a plurality of diffracted lights via a plurality of inclined gratings 90D. The calculating means 20 (see FIG. 2) differs from the first embodiment in that the calculating means 20 calculates the amount of change in the angle due to the rotation of the measuring object from a plurality of signals based on the plurality of diffracted lights received by the light receiving means 5D. .
In FIG. 7, for convenience of explanation, the light source 2, the first reflecting means 4a, the second reflecting means 4b, the first diffraction grating section 6 on the transmission type diffraction grating 3, and the second diffraction grating in FIG. The part 7, the third diffraction grating part 8, and the mirror 10 are omitted.

複数の傾斜格子90Dを透過する第1光の進行方向は、+X方向側に回折され、複数の傾斜格子90Dを透過する第2光の進行方向は、−X方向側に回折される。ここで、第1光は例えば+1次回折光であり、第2光は例えば−1次回折光である場合、他の回折次数の光(例えば±2次回折光)は、第1光および第2光とは異なる離間する方向に回折され、受光手段5Dには照射されない。そして、第1光(+1次回折光)および第2光(−1次回折光)は、受光手段5D(複数の受光素子51D〜54D)の受光面上に、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と直交する直交方向であるY方向に沿って干渉縞を生成する。
光学式角度センサ1Dは、測定対象の回動方向を特定するために、位相差を有する4相信号(複数の正弦波信号)を用いることが好ましい。そのため、複数の受光素子51D〜54Dは、複数の受光素子51D〜54Dの受光面に生成される干渉縞の周期に合わせて4相信号を取得できるように設計されている。
The traveling direction of the first light passing through the plurality of inclined gratings 90D is diffracted toward the + X direction, and the traveling direction of the second light passing through the plurality of inclined gratings 90D is diffracted toward the -X direction. Here, when the first light is, for example, the + 1st-order diffracted light and the second light is, for example, the -1st-order diffracted light, the light of another diffraction order (for example, ± 2nd-order diffracted light) is the first light and the second light. Are diffracted in different separating directions, and are not irradiated on the light receiving means 5D. The first light (+ 1st-order diffracted light) and the second light (-1st-order diffracted light) are provided on the light receiving surface of the light receiving means 5D (the plurality of light receiving elements 51D to 54D) by the first reflecting means 4a or the second reflecting means. An interference fringe is generated along a Y direction which is a direction orthogonal to the rotation axis of 4b.
The optical angle sensor 1D preferably uses a four-phase signal (a plurality of sinusoidal signals) having a phase difference in order to specify the rotation direction of the measurement target. Therefore, the plurality of light receiving elements 51D to 54D are designed so as to be able to acquire a four-phase signal in accordance with the period of the interference fringe generated on the light receiving surfaces of the plurality of light receiving elements 51D to 54D.

具体的には、複数の受光素子51D〜54Dは、第1受光素子51Dと、第2受光素子52Dと、第3受光素子53Dと、第4受光素子54Dと、を備える。第1受光素子51Dは、複数の傾斜格子90Dを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が0度の光を受光する。第2受光素子52Dは、複数の傾斜格子90Dを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が90度の光を受光する。第3受光素子53Dは、複数の傾斜格子90Dを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が180度の光を受光する。第4受光素子54Dは、複数の傾斜格子90Dを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が180度の光を受光する。そして、複数の受光素子51D〜54Dは、X軸と平行な方向に沿って、第1受光素子51D、第2受光素子52D、第3受光素子53D、第4受光素子54Dの順に繰り返し配置されている。光学式角度センサ1Dは、この複数の受光素子51D〜54Dにて受光された信号から4相信号を検出し、演算手段20(図2参照)は、測定対象の回動方向と測定対象の回動による角度の変化量を演算することができる。   Specifically, the plurality of light receiving elements 51D to 54D include a first light receiving element 51D, a second light receiving element 52D, a third light receiving element 53D, and a fourth light receiving element 54D. The first light receiving element 51D receives light having a phase of 0 degree from the interference fringes generated on the light receiving surface via the plurality of inclined gratings 90D. The second light receiving element 52D receives light having a phase of 90 degrees from interference fringes generated on the light receiving surface via the plurality of tilt gratings 90D. The third light receiving element 53D receives light having a phase of 180 degrees from the interference fringes generated on the light receiving surface via the plurality of inclined gratings 90D. The fourth light receiving element 54D receives light having a phase of 180 degrees from the interference fringes generated on the light receiving surface via the plurality of inclined gratings 90D. The plurality of light receiving elements 51D to 54D are repeatedly arranged in the order of the first light receiving element 51D, the second light receiving element 52D, the third light receiving element 53D, and the fourth light receiving element 54D along a direction parallel to the X axis. I have. The optical angle sensor 1D detects a four-phase signal from the signals received by the plurality of light receiving elements 51D to 54D, and the arithmetic unit 20 (see FIG. 2) determines the rotation direction of the measurement target and the rotation of the measurement target. It is possible to calculate the amount of change in angle due to movement.

このような第5実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(11)第4回折格子部9Dは、複数の傾斜格子90Dを有し、受光手段5Dは、複数の傾斜格子90Dを介した複数の回折光を受光し、複数の回折光は、受光手段5Dの受光面上に、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸と直交する直交方向に沿って干渉縞を生成する。このため、受光手段5Dの複数の受光素子51D〜54Dは、干渉縞から4相信号を検出することができる。演算手段20は、4相信号から測定対象の回動方向と、回動による角度の変化量を演算することができる。したがって、光学式角度センサ1Dは、干渉光から測定対象の回動による角度の変化量を演算する場合と比較して、干渉縞から高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。
In the fifth embodiment, the same operations and effects as (1) to (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(11) The fourth diffraction grating section 9D has a plurality of inclined gratings 90D, and the light receiving means 5D receives a plurality of diffracted lights via the plurality of inclined gratings 90D. The interference fringes are generated on the light receiving surface along the direction perpendicular to the rotation axis of the first reflecting means 4a or the second reflecting means 4b. Therefore, the plurality of light receiving elements 51D to 54D of the light receiving unit 5D can detect a four-phase signal from the interference fringes. The calculation means 20 can calculate the rotation direction of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation from the four-phase signal. Therefore, the optical angle sensor 1D detects the change in the angle due to the rotation of the measurement target from the interference fringe with higher accuracy than when calculating the change in the angle due to the rotation of the measurement target from the interference light. be able to.

〔第6実施形態〕
以下、本発明の第6実施形態を図8に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Sixth embodiment]
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図8は、第6実施形態に係る光学式角度センサにおける透過型回折格子と受光手段を示す概略図である。具体的には図8(A)は、光学式角度センサ1Eにおける第4回折格子部9Eと受光手段5Eとの配置を示す概略図であり、図8(B)は、第4回折格子部9Eが有する複数の合成部91E〜94Eが有する複数の格子90Eの具体的な位相差を示す図である。   FIG. 8 is a schematic diagram showing a transmission type diffraction grating and a light receiving unit in the optical angle sensor according to the sixth embodiment. Specifically, FIG. 8A is a schematic diagram showing the arrangement of the fourth diffraction grating section 9E and the light receiving means 5E in the optical angle sensor 1E, and FIG. 8B is a schematic view showing the fourth diffraction grating section 9E. It is a figure which shows the specific phase difference of the some grating | lattice 90E which the several combination part 91E-94E which has has.

前記第1実施形態では、第4回折格子部9は、分割面61において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と直交する方向に沿って並設される複数の格子60を備えていた。
第6実施形態では、図8(A)に示すように、光学式角度センサ1Eにおける第4回折格子部9Eは、それぞれ位相が異なる複数の合成部91E〜94Eを備え、受光手段5Eは、複数の合成部91E〜94Eのそれぞれに対応する複数の受光部51E〜54Eを備え、演算手段20(図2参照)は、複数の受光部51E〜54Eが受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から測定対象の回動の方向および測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で前記第1実施形態と異なる。
なお、図8(A)では、説明の都合上、図1における光源2と、第1反射手段4aと、第2反射手段4bと、透過型回折格子3上の第1回折格子部6と第2回折格子部7と第3回折格子部8と、ミラー10と、を省略している。
In the first embodiment, the fourth diffraction grating section 9 includes a plurality of fourth diffraction grating portions 9 arranged in parallel along the direction orthogonal to the X axis that is the rotation axis of the first reflecting means 4a or the second reflecting means 4b on the dividing surface 61. Was provided.
In the sixth embodiment, as shown in FIG. 8A, the fourth diffraction grating section 9E in the optical angle sensor 1E includes a plurality of combining sections 91E to 94E having different phases, respectively. And a plurality of light receiving units 51E to 54E respectively corresponding to the synthesizing units 91E to 94E. The arithmetic unit 20 (see FIG. 2) includes a plurality of light receiving units 51E to 54E having different phases based on the light received by the plurality of light receiving units 51E to 54E. It differs from the first embodiment in that the direction of rotation of the measurement target and the amount of change in angle due to the rotation of the measurement target are calculated from the signal.
In FIG. 8A, for convenience of explanation, the light source 2, the first reflecting means 4a, the second reflecting means 4b, the first diffraction grating portion 6 on the transmission type diffraction grating 3, and the second The two diffraction grating portions 7, the third diffraction grating portion 8, and the mirror 10 are omitted.

第4回折格子部9Eは、複数の合成部91E〜94Eとして、第1合成部91Eと、第2合成部92Eと、第3合成部93Eと、第4合成部94Eと、を備える。
第1合成部91Eは、位相が0度に配置される複数の格子90Eを有する。第2合成部92Eは、位相が90度に配置される複数の格子90Eを有する。第3合成部93Eは、位相が180度に配置される複数の格子90Eを有する。第4合成部94Eは、位相が270度に配置される複数の格子90Eを有する。
The fourth diffraction grating section 9E includes a first combining section 91E, a second combining section 92E, a third combining section 93E, and a fourth combining section 94E as a plurality of combining sections 91E to 94E.
The first synthesis unit 91E has a plurality of gratings 90E arranged at a phase of 0 degrees. The second synthesis unit 92E has a plurality of gratings 90E whose phases are arranged at 90 degrees. The third synthesis unit 93E has a plurality of gratings 90E whose phases are arranged at 180 degrees. The fourth synthesis unit 94E has a plurality of gratings 90E whose phases are arranged at 270 degrees.

受光手段5Eは、複数の受光部51E〜54Eとして、第1受光部51Eと、第2受光部52Eと、第3受光部53Eと、第4受光部54Eと、を備える。
第1受光部51Eは、第1合成部91Eを介した位相が0度の光を受光する。第2受光部52Eは、第2合成部92Eを介した位相が90度の光を受光する。第3受光部53Eは、第3合成部93Eを介した位相が180度の光を受光する。第4受光部54Eは、第4合成部94Eを介した位相が270度の光を受光する。
The light receiving unit 5E includes a first light receiving unit 51E, a second light receiving unit 52E, a third light receiving unit 53E, and a fourth light receiving unit 54E as the plurality of light receiving units 51E to 54E.
The first light receiving unit 51E receives light having a phase of 0 degree via the first combining unit 91E. The second light receiving unit 52E receives light having a phase of 90 degrees through the second combining unit 92E. The third light receiving unit 53E receives light having a phase of 180 degrees via the third combining unit 93E. The fourth light receiving unit 54E receives light having a phase of 270 degrees via the fourth combining unit 94E.

第1実施形態における第3回折格子部8からの光を反射するミラー10や第2実施形態における第3回折格子部8Aを介した第1光および第2光は、重なるようにして複数の合成部91E〜94E全体(第4回折格子部9E)に照射される。複数の合成部91E〜94E全体に照射された光は、それぞれの位相の干渉光として同時に複数の受光部51E〜54Eのそれぞれに照射される。複数の受光部51E〜54Eは、照射された干渉光から、それぞれに対応する位相の信号として4相信号を検出する。演算手段20は、4相信号から測定対象の回動方向と、回動による角度の変化量を演算することができる。したがって、光学式角度センサ1Eは、複数の合成部91E〜94Eおよび複数の受光部51E〜54Eを備えない場合と比較して、高精度に測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。   The first light and the second light passing through the mirror 10 that reflects the light from the third diffraction grating unit 8 in the first embodiment and the third diffraction grating unit 8A in the second embodiment overlap each other to form a plurality of combined light beams. Irradiation is performed on the entire portions 91E to 94E (the fourth diffraction grating portion 9E). The light applied to the entirety of the plurality of combining units 91E to 94E is simultaneously applied to each of the plurality of light receiving units 51E to 54E as interference light of each phase. The plurality of light receiving units 51E to 54E detect four-phase signals as the corresponding phase signals from the irradiated interference light. The calculation means 20 can calculate the rotation direction of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation from the four-phase signal. Therefore, the optical angle sensor 1E can detect the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target with higher accuracy than when the optical angle sensor 1E does not include the plurality of combining units 91E to 94E and the plurality of light receiving units 51E to 54E. Can be.

第4回折格子部9Eの複数の合成部91E〜94Eは、図8(B)に示すように、複数の格子90Eの周期をqとし、整数をmとし、オフセットをkとした場合に、第1合成部91Eおよび第2合成部92Eと、第3合成部93Eおよび第4合成部94Eは、それぞれ式(2)のような関係で配置されている。   As shown in FIG. 8 (B), the plurality of combining units 91E to 94E of the fourth diffraction grating unit 9E form a plurality of combining units when the period of the plurality of gratings 90E is q, the integer is m, and the offset is k. The first combining unit 91E and the second combining unit 92E, and the third combining unit 93E and the fourth combining unit 94E are arranged in a relationship such as Expression (2).

k1=m×q+q÷8 ・・・(2)   k1 = m × q + q ÷ 8 (2)

具体的には、第2合成部92Eは、第1合成部91Eに対し、式(2)で求められるk1の値だけオフセットされて配置されている。第3合成部93Eは、第1合成部91Eに対し、q÷4にて求められるk2の値だけY方向にオフセットされて配置されている。第4合成部94Eは、第3合成部93Eに対し、式(2)で求められるk1の値だけオフセットされて配置されている。したがって、複数の受光部51E〜54Eは、複数の合成部91E〜94Eからそれぞれ位相の異なる干渉光を受光することができる。   Specifically, the second synthesizing unit 92E is arranged offset from the first synthesizing unit 91E by the value of k1 obtained by Expression (2). The third combining unit 93E is arranged offset from the first combining unit 91E in the Y direction by the value of k2 obtained by q の 4. The fourth synthesizing unit 94E is arranged to be offset from the third synthesizing unit 93E by the value of k1 obtained by Expression (2). Therefore, the plurality of light receiving units 51E to 54E can receive interference light beams having different phases from the plurality of combining units 91E to 94E.

このような第6実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(12)光学式角度センサ1Eは、4つの合成部91E〜94Eと4つの受光部51E〜54Eを備えるため、4相信号を検出することができる。したがって、光学式角度センサ1Eは、4相信号などの複数の信号を用いて高精度に測定対象の回動による角度の変位を検出することができる。
In the sixth embodiment, the same operations and effects as (1) to (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(12) Since the optical angle sensor 1E includes four combining units 91E to 94E and four light receiving units 51E to 54E, it can detect a four-phase signal. Therefore, the optical angle sensor 1E can detect the angular displacement due to the rotation of the measurement target with high accuracy using a plurality of signals such as a four-phase signal.

〔第7実施形態〕
以下、本発明の第7実施形態を図9に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Seventh embodiment]
Hereinafter, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図9は、第7実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図である。
前記第1実施形態では、第4回折格子部9は、分割面61において第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と直交する方向に沿って並設される複数の格子90を備え、受光手段5は、複数の格子90を介した光を受光していた。
第7実施形態では、光学式角度センサ1Fは、第1反射手段4aを介する第1光または第2反射手段4bを介する第2光の光路上に配置される第1の1/4波長板45aを備え、第4回折格子部9による合成光を第1分割光11Fと第2分割光21Fとに分割する分割ビームスプリッタ30Fと、分割ビームスプリッタ30Fにより分割された第1分割光11Fと第2分割光21Fとの光路上に配置される第2の1/4波長板45bと、第2の1/4波長板45bを介した第2分割光21Fの光路上に配置される第3の1/4波長板45cと、第2の1/4波長板45bを介した第1分割光11Fを第1偏光12Fと第2偏光13Fとに分割する第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fと、第3の1/4波長板45cを介した第2分割光21Fを第3偏光22Fと第4偏光23Fとに分割する第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fと、を備え、受光手段5Fは複数の受光部51F〜54Fを有し、複数の受光部51F〜54Fは、第1偏光12Fから位相が0度の光を受光する第1受光部51Fと、第2偏光13Fから位相が180度の光を受光する第2受光部52Fと、第3偏光22Fから位相が90度の光を受光する第3受光部53Fと、第4偏光23Fから位相が270度の光を受光する第4受光部54Fと、を備える点で前記第1実施形態と異なる。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating an optical angle sensor according to the seventh embodiment.
In the first embodiment, the fourth diffraction grating section 9 includes a plurality of fourth diffraction grating portions 9 arranged in parallel along the direction orthogonal to the X axis that is the rotation axis of the first reflecting means 4a or the second reflecting means 4b on the dividing surface 61. The light receiving means 5 has received light passing through the plurality of gratings 90.
In the seventh embodiment, the optical angle sensor 1F includes a first quarter-wave plate 45a disposed on the optical path of the first light via the first reflecting means 4a or the second light via the second reflecting means 4b. And a split beam splitter 30F that splits the combined light from the fourth diffraction grating unit into a first split light 11F and a second split light 21F; a first split light 11F split by the split beam splitter 30F; A second quarter-wave plate 45b disposed on the optical path with the split light 21F, and a third quarter wave disposed on the optical path of the second split light 21F via the second quarter-wave plate 45b. A 分割 wavelength plate 45c, a first split light polarization beam splitter 31F that splits the first split light 11F via the second 波長 wavelength plate 45b into a first polarization 12F and a second polarization 13F, and a third Second split light 21 via the quarter-wave plate 45c of And a second split light polarization beam splitter 32F that splits the light into a third polarized light 22F and a fourth polarized light 23F. The light receiving unit 5F has a plurality of light receiving units 51F to 54F, and the plurality of light receiving units 51F to 54F A first light receiving portion 51F that receives light having a phase of 0 degree from the first polarized light 12F, a second light receiving portion 52F that receives light having a phase of 180 degrees from the second polarized light 13F, and a phase that is received from the third polarized light 22F. The third embodiment is different from the first embodiment in that a third light receiving unit 53F that receives 90-degree light and a fourth light-receiving unit 54F that receives light having a phase of 270 degrees from the fourth polarized light 23F are provided.

光学式角度センサ1Fは、第1の1/4波長板45aを備えることで、前記第1実施形態における第4回折格子部9による合成光から4相信号を検出し、4相信号より測定対象の回動による角度の変位を検出することができる。
また、光学式角度センサ1Fは、第4回折格子部9からの合成光を受光手段5Fに向かって反射する反射部10aをさらに備える。反射部10aは、ミラーである。なお、反射部10aは、合成光を受光手段5Fに向かって反射させることができればよく、ビームスプリッタやハーフミラー等であってもよい。
The optical angle sensor 1F includes the first quarter-wave plate 45a, detects a four-phase signal from the combined light from the fourth diffraction grating unit 9 in the first embodiment, and measures the object based on the four-phase signal. Angular displacement due to the rotation of the camera can be detected.
The optical angle sensor 1F further includes a reflecting portion 10a that reflects the combined light from the fourth diffraction grating portion 9 toward the light receiving unit 5F. The reflection unit 10a is a mirror. The reflecting section 10a only needs to reflect the combined light toward the light receiving unit 5F, and may be a beam splitter, a half mirror, or the like.

分割ビームスプリッタ30Fは、非偏光ビームスプリッタである。非偏光ビームスプリッタであるビームスプリッタ30Fは、第4回折格子部9から照射される合成光をS偏光とP偏光には分割せず、平均して非偏光の光を分割するのと同様に、第4回折格子部9を介した合成光を第1分割光11Fと第2分割光21Fとに分割する。   The split beam splitter 30F is a non-polarizing beam splitter. The beam splitter 30F, which is a non-polarized beam splitter, does not split the combined light emitted from the fourth diffraction grating unit 9 into S-polarized light and P-polarized light, but splits unpolarized light on average, The combined light passing through the fourth diffraction grating section 9 is split into a first split light 11F and a second split light 21F.

第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fおよび第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fは、偏光ビームスプリッタである。
偏光ビームスプリッタは、光をSランダム偏光の光であるS偏光と、Pランダム偏光の光であるP偏光と、の2つの偏光成分に分離するプレート型の光学部品である。
第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fは、分割ビームスプリッタ30Fからの第1分割光11Fを分割し、第1偏光12Fを反射し、第2偏光13Fを透過する。第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fは、分割ビームスプリッタ30Fからの第2分割光21Fを分割し、第3偏光22Fを反射し、第4偏光23Fを透過する。
第7実施形態では、第1偏光12Fと第3偏光22FをS偏光とし、第2偏光13Fと第4偏光23FをP偏光として説明する。
The first split light polarization beam splitter 31F and the second split light polarization beam splitter 32F are polarization beam splitters.
The polarization beam splitter is a plate-type optical component that separates light into two polarization components, S-polarized light that is S-randomly polarized light and P-polarized light that is P-randomly polarized light.
The first split light polarization beam splitter 31F splits the first split light 11F from the split beam splitter 30F, reflects the first polarized light 12F, and transmits the second polarized light 13F. The second split light polarization beam splitter 32F splits the second split light 21F from the split beam splitter 30F, reflects the third polarized light 22F, and transmits the fourth polarized light 23F.
In the seventh embodiment, the first polarized light 12F and the third polarized light 22F will be described as S polarized light, and the second polarized light 13F and the fourth polarized light 23F will be described as P polarized light.

第1分割光11Fは、第2の1/4波長板45bを介することで第1分割光11Fとは90度位相がずれた光となり第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fに照射される。第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fに照射された第1分割光11Fは、S偏光である第1偏光12Fと、P偏光である第2偏光13Fと、に偏光されるとともに分割される。そして、第1受光部51Fは、第1偏光12Fを受光して位相が0度の光である干渉光を受光し、第2受光部52Fは、第2偏光13Fを受光して位相が180度の光である干渉光を受光する。   The first split light 11F becomes light having a phase shifted by 90 degrees with respect to the first split light 11F through the second quarter-wave plate 45b, and is irradiated to the first split light polarization beam splitter 31F. The first split light 11F applied to the first split light polarization beam splitter 31F is split into a first polarized light 12F that is S-polarized light and a second polarized light 13F that is P-polarized light. The first light receiving unit 51F receives the first polarized light 12F and receives the interference light having the phase of 0 degree, and the second light receiving unit 52F receives the second polarized light 13F and has the 180 degree phase. The interference light is received.

第2分割光21Fは、第2の1/4波長板45bおよび第3の1/4波長板45cを介することで第2分割光21Fとは180度位相がずれた光となり第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fに照射される。第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fに照射された第2分割光21Fは、S偏光である第3偏光22Fと、P偏光である第4偏光23Fと、に偏光されるとともに分割される。そして、第3受光部53Fは、第3偏光22Fを受光して位相が90度の光である干渉光を受光し、第4受光部54Fは、第4偏光23Fを受光して位相が270度の光である干渉光を受光する。これにより、演算手段20(図2参照)は、複数の受光部51F〜54Fから4相信号を取得することができる。演算手段20は、この4相信号を演算することにより、測定対象の回動の方向と、測定対象の回動による角度の変化量を演算し検出する。   The second split light 21F is a light that is 180 degrees out of phase with the second split light 21F by passing through the second quarter-wave plate 45b and the third quarter-wave plate 45c, and the second split light polarization. The light is irradiated to the beam splitter 32F. The second split light 21F applied to the second split light polarization beam splitter 32F is polarized and split into a third polarized light 22F that is S-polarized light and a fourth polarized light 23F that is P-polarized light. The third light receiving unit 53F receives the third polarized light 22F and receives the interference light having a phase of 90 degrees, and the fourth light receiving unit 54F receives the fourth polarized light 23F and has a phase of 270 degrees. The interference light is received. Thereby, the calculating means 20 (see FIG. 2) can acquire the four-phase signals from the plurality of light receiving units 51F to 54F. The calculating means 20 calculates and detects the direction of rotation of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target by calculating the four-phase signal.

このような第7実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(13)光学式角度センサ1Fは、第1反射手段4aを介する第1光または第2反射手段4bを介する第2光の光路上に配置される第1の1/4波長板45aを備え、受光手段5Fは、複数の受光部51F〜54Fとして、第1偏光12Fから位相が0度の光を受光する第1受光部51Fと、第2偏光13Fから位相が180度の光を受光する第2受光部52Fと、第3偏光22Fから位相が90度の光を受光する第3受光部53Fと、第4偏光23Fから位相が270度の光を受光する第4受光部54Fと、を備えるため、合成光から4相信号を検出することができる。したがって、光学式角度センサ1Fは、複数の回折光から取得することができる4相信号を用いて高精度に測定対象の回動による角度の変位を検出することができる。
Also in the seventh embodiment, the same operations and effects as (1) to (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(13) The optical angle sensor 1F includes a first quarter-wave plate 45a disposed on the optical path of the first light via the first reflecting means 4a or the second light via the second reflecting means 4b, The light receiving unit 5F includes, as a plurality of light receiving units 51F to 54F, a first light receiving unit 51F that receives light having a phase of 0 degree from the first polarized light 12F and a second light receiving unit that receives light having a phase of 180 degrees from the second polarized light 13F. A second light receiving unit 52F, a third light receiving unit 53F that receives light having a phase of 90 degrees from the third polarized light 22F, and a fourth light receiving unit 54F that receives light that has a phase of 270 degrees from the fourth polarized light 23F. Therefore, a four-phase signal can be detected from the combined light. Therefore, the optical angle sensor 1F can detect the angular displacement due to the rotation of the measurement target with high accuracy using the four-phase signal that can be obtained from the plurality of diffracted lights.

〔第8実施形態〕
以下、本発明の第8実施形態を図10に基づいて説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Eighth Embodiment]
Hereinafter, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the parts already described are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

図10は、第8実施形態に係る光学式角度センサを示す概図である。
前記第7実施形態では、光学式角度センサ1Fは、分割ビームスプリッタ30Fと、第1の波長板45aと、第2の1/4波長板45bと、第3の1/4波長板45cと、第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fと、第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fと、複数の受光部51F〜54Fと、を備えていた。
FIG. 10 is a schematic diagram showing an optical angle sensor according to the eighth embodiment.
In the seventh embodiment, the optical angle sensor 1F includes a split beam splitter 30F, a first wave plate 45a, a second quarter wave plate 45b, and a third quarter wave plate 45c. The first split light polarization beam splitter 31F, the second split light polarization beam splitter 32F, and the plurality of light receiving units 51F to 54F were provided.

第8実施形態では、図10に示すように、光学式角度センサ1Gは、第1反射手段4aを介する第1光または第2反射手段4bを介する第2光の光路上に配置される1/4波長板45aを備え、第4回折格子部9による合成光を複数の回折光とする複数の格子311Gが並設される照射面30Gを有する第5回折格子部31Gと、第5回折格子部31Gの複数の格子311Gが並設される方向と照射面30Gにおいて直交する方向に並設される複数の格子322Gを有し、第5回折格子部31Gによる複数の回折光をさらに複数の回折光とする第6回折格子部32Gと、第6回折格子部32Gによる複数の回折光の光路上に配置され、複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子46a〜46dと、を備え、受光手段5Gは、複数の偏光子46a〜46dのそれぞれに対応する複数の受光部51G〜54Gを備え、演算手段20(図2参照)は、複数の受光部51G〜54Gが受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から測定対象の回動の方向および前記測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で前記第7実施形態と異なる。   In the eighth embodiment, as shown in FIG. 10, the optical angle sensor 1G is arranged on the optical path of the first light via the first reflecting means 4a or the second light via the second reflecting means 4b. A fifth diffraction grating portion 31G having an irradiation surface 30G provided with a four-wavelength plate 45a, and having a plurality of gratings 311G arranged in parallel with the fourth diffraction grating portion 9 to make a plurality of diffracted light beams synthesized by the fourth diffraction grating portion 9; It has a plurality of gratings 322G arranged side by side in a direction orthogonal to the direction in which the plurality of gratings 311G of 31G are arranged side by side on the irradiation surface 30G, and further converts a plurality of diffraction lights by the fifth diffraction grating portion 31G into a plurality of diffraction lights. And a plurality of polarizers 46a to 46d arranged on the optical path of a plurality of diffracted lights by the sixth diffraction grating section 32G and converting the plurality of diffracted lights into a plurality of polarized lights having different phases. And light receiving means G includes a plurality of light receiving units 51G to 54G corresponding to the plurality of polarizers 46a to 46d, respectively, and the arithmetic unit 20 (see FIG. 2) controls the phase based on the light received by the plurality of light receiving units 51G to 54G. The third embodiment is different from the seventh embodiment in that the direction of rotation of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target are calculated from a plurality of different signals.

また、光学式角度センサ1Gは、第4回折格子部9からの合成光を受光手段5Gに向かって反射する反射部10aをさらに備える。反射部10aは、ミラーである。なお、反射部10aは、合成光を受光手段5Gに向かって反射させることができればよく、ビームスプリッタやハーフミラー等であってもよい。
複数の偏光子46a〜46dは、偏光レンズであり、第1偏光子46aと、第2偏光子46bと、第3偏光子46cと、第4偏光子46dと、を備える。なお、複数の偏光子46a〜46dは、入射した光を偏光することができればよく、どのようなものを用いて偏光してもよい。
The optical angle sensor 1G further includes a reflecting portion 10a that reflects the combined light from the fourth diffraction grating portion 9 toward the light receiving unit 5G. The reflection unit 10a is a mirror. The reflecting section 10a only needs to reflect the combined light toward the light receiving means 5G, and may be a beam splitter, a half mirror, or the like.
The plurality of polarizers 46a to 46d are polarizing lenses and include a first polarizer 46a, a second polarizer 46b, a third polarizer 46c, and a fourth polarizer 46d. The plurality of polarizers 46a to 46d need only be able to polarize the incident light, and may use any type of polarizer.

受光手段5Gは、複数の偏光子46a〜46dに対向して設けられている。また、受光手段5Gは、複数の受光部51G〜54Gとして、第1受光部51Gと、第2受光部52Gと、第3受光部53Gと、第4受光部54Gと、を備える。複数の受光部51G〜54Gは、同一面上に設けられている。
第5回折格子部31Gおよび第6回折格子部32Gにより分割された複数の光は、複数の偏光子46a〜46dを透過すると、それぞれ位相の異なる偏光となる。
第1受光部51Gは、第1偏光子46aを介した位相が0度の光を受光する。第2受光部52Gは、第2偏光子46bを介した位相が90度の光を受光する。第3受光部53Gは、第3偏光子46cを介した位相が180度の光を受光する。第4受光部54Gは、第4偏光子46dを介した位相が270度の光を受光する。
The light receiving unit 5G is provided to face the plurality of polarizers 46a to 46d. The light receiving unit 5G includes a first light receiving unit 51G, a second light receiving unit 52G, a third light receiving unit 53G, and a fourth light receiving unit 54G as the plurality of light receiving units 51G to 54G. The plurality of light receiving units 51G to 54G are provided on the same surface.
The plurality of lights split by the fifth diffraction grating unit 31G and the sixth diffraction grating unit 32G become polarized lights having different phases when transmitted through the plurality of polarizers 46a to 46d.
The first light receiving unit 51G receives light having a phase of 0 degree via the first polarizer 46a. The second light receiving unit 52G receives light having a phase of 90 degrees via the second polarizer 46b. The third light receiving unit 53G receives light having a phase of 180 degrees via the third polarizer 46c. The fourth light receiving unit 54G receives light having a phase of 270 degrees via the fourth polarizer 46d.

これにより、演算手段20は、複数の受光部51G〜54Gから4相信号を取得することができる。演算手段20は、この4相信号を演算することにより、測定対象の回動の方向と、測定対象の回動による角度の変化量を演算し検出する。
また、複数の受光部51G〜54Gは、複数の偏光子46a〜46dに対向する同一面上に設けられているため、モジュール化することができる。このため、光学式角度センサ1Gは、前記第7実施形態のように光が照射される位置ごとに複数の受光部51G〜54Gを備える必要がないため、コスト削減を図るとともに省スペース化を図ることができる。
Thereby, the calculating means 20 can acquire four-phase signals from the plurality of light receiving units 51G to 54G. The calculating means 20 calculates and detects the direction of rotation of the measurement target and the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target by calculating the four-phase signal.
In addition, since the plurality of light receiving units 51G to 54G are provided on the same surface facing the plurality of polarizers 46a to 46d, they can be modularized. For this reason, the optical angle sensor 1G does not need to include the plurality of light receiving units 51G to 54G for each position to be irradiated with light as in the seventh embodiment, so that cost reduction and space saving are achieved. be able to.

このような第8実施形態においても、前記第1実施形態における(1)〜(6)と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
(14)光学式角度センサ1Gは、第5回折格子部31Gおよび第6回折格子部32Gにより回折された複数の回折格子に対応する複数の偏光子46a〜46dと、複数の偏光子46a〜46dのそれぞれに対応する複数の受光部51G〜54Gを備えるため、前記第7実施形態の分割ビームスプリッタ30Fと、第1分割光偏光ビームスプリッタ31Fと、第2分割光偏光ビームスプリッタ32Fと、を備える場合と比較して、これらの光学部品を用いなくとも4相信号を取得することができる。したがって、光学式角度センサ1Gは、光学式角度センサ1Fと比較して、高精度化を図りつつ省スペース化やコスト削減を図ることができる。
(15)受光手段5Gは、複数の偏光子46a〜46dに対向して同一面上に設けられるとともに、複数の偏光子46a〜46dのそれぞれに対応する複数の受光部51G〜54Gを備えるため、複数の受光部51G〜54Gをモジュール化することで小型化をすることができる。
In the eighth embodiment as well, the same operations and effects as (1) to (6) in the first embodiment can be obtained, and the following operations and effects can be obtained.
(14) The optical angle sensor 1G includes a plurality of polarizers 46a to 46d corresponding to a plurality of diffraction gratings diffracted by the fifth diffraction grating unit 31G and the sixth diffraction grating unit 32G, and a plurality of polarizers 46a to 46d. In order to provide the plurality of light receiving units 51G to 54G corresponding to each of the above, the split beam splitter 30F of the seventh embodiment, the first split light polarization beam splitter 31F, and the second split light polarization beam splitter 32F are provided. Compared with the case, a four-phase signal can be obtained without using these optical components. Therefore, compared with the optical angle sensor 1F, the optical angle sensor 1G can achieve space saving and cost reduction while achieving higher accuracy.
(15) The light receiving unit 5G is provided on the same surface facing the plurality of polarizers 46a to 46d, and includes the plurality of light receiving units 51G to 54G corresponding to the plurality of polarizers 46a to 46d, respectively. By making the plurality of light receiving units 51G to 54G modular, downsizing can be achieved.

〔実施形態の変形〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、光学式角度センサ1,1A〜1Gは測定器に設けられていたが、測定器ではなく、その他のものに設けられていてもよく、どのようなものに設けられるかは特に限定されるものではない。
[Modification of Embodiment]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in each of the above-described embodiments, the optical angle sensors 1 and 1A to 1G are provided in the measuring device. However, the optical angle sensors 1 and 1G may be provided in other devices instead of the measuring device. Is not particularly limited.

前記各実施形態では、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bはプリズムであったが、プリズムではなく、光を反射する性質を持つ3枚の平面の板を互いに直角に組み合わせ、立方体の頂点型にしたコーナーキューブであってもよい。要するに、第1反射手段は、第2回折格子部を介して回折された第1光を第1光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射し、第2反射手段は、第2回折格子部を介して回折された第2光を第2光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射することができれば、どのようなものであってもよい。   In each of the above embodiments, the first reflecting means 4a and the second reflecting means 4b are prisms. However, instead of prisms, three flat plates having a property of reflecting light are combined at right angles to each other, and the apex of the cube is formed. It may be a shaped corner cube. In short, the first reflecting means reflects the first light diffracted through the second diffraction grating portion in a direction parallel to and in a direction opposite to the direction in which the first light has entered, and the second reflecting means serves as the second reflecting means. Any structure may be used as long as the second light diffracted through the diffraction grating portion can be reflected in a direction parallel to the direction in which the second light is incident and in the opposite direction.

図11は、変形例に係る光学式角度センサを示す概略図である。
前記各実施形態では、光源2と、透過型回折格子3,3Aと、第1反射手段4a,4Baと、第2反射手段4b,4Bbと、受光手段5,5C〜5Gとは、光学式角度センサ1,1A〜1Gにおいて、同じ高さになるように配置されていた。本変形例における光学式角度センサ1Hは、図11に示すように、光源2Hは透過型回折格子3に向かって上方(紙面上方向)から光を照射し、受光手段5Hは、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bを反射し、さらにミラー10を反射した光を下方(紙面下方向)から受光し、光源2Hおよび受光手段5Hは、同じ高さになるように配置されていない点で前記各実施形態と異なる。すなわち、受光手段は、第1回折格子部にて分割され、第1反射手段と第2反射手段とを反射し、第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光することができればよく、どのような高さに配置されていてもよい。光源や受光手段は、例えばY方向からみた状態において、X方向にそれぞれずれて配置されていてもよい。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an optical angle sensor according to a modification.
In the above embodiments, the light source 2, the transmission type diffraction gratings 3, 3A, the first reflecting means 4a, 4Ba, the second reflecting means 4b, 4Bb, and the light receiving means 5, 5C to 5G are optically angled. In the sensors 1, 1A to 1G, they were arranged so as to have the same height. In the optical angle sensor 1H in this modification, as shown in FIG. 11, a light source 2H irradiates light toward the transmission diffraction grating 3 from above (upward on the paper), and a light receiving unit 5H includes a first reflecting unit. The light reflected by the mirror 4a and the second reflecting means 4b and further reflected by the mirror 10 is received from below (downward in the drawing), and the light source 2H and the light receiving means 5H are not arranged at the same height. This is different from the above embodiments. That is, the light receiving unit is split by the first diffraction grating unit, reflects the first reflection unit and the second reflection unit, and is a combined light of the first light and the second light combined by the fourth diffraction grating unit. And any height may be used. The light source and the light receiving unit may be arranged so as to be shifted from each other in the X direction when viewed from the Y direction, for example.

前記各実施形態では、第1回折格子部6,6Aおよび第4回折格子部9,9A,9C〜9Eは、1枚の透過型回折格子3(第1透過型回折格子3Aa)に併設されていたが、第1回折格子部および第4回折格子部は、1枚の透過型回折格子に併設されていなくてもよく、それぞれ個別の透過型回折格子として設けられていてもよい。
前記第1実施形態では、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、第1反射手段4aまたは第2反射手段4bの回動軸であるX軸と、光源2からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置されていたが、第1反射手段および第2反射手段は線対称にて配置されていなくてもよく、前記第3実施形態のように、非対称に配置されていてもよい。
In each of the above embodiments, the first diffraction grating portions 6 and 6A and the fourth diffraction grating portions 9, 9A and 9C to 9E are provided in a single transmission diffraction grating 3 (first transmission diffraction grating 3Aa). However, the first diffraction grating portion and the fourth diffraction grating portion need not be provided in one transmission diffraction grating, and may be provided as individual transmission diffraction gratings.
In the first embodiment, the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b are arranged so that the X axis, which is the rotation axis of the first reflection unit 4a or the second reflection unit 4b, and the optical axis of the light from the light source 2 Although the first and second reflection units are arranged at positions that are line-symmetric with respect to the respective axes, the third reflection unit and the second reflection unit do not have to be arranged with line symmetry. As in the form, they may be arranged asymmetrically.

前記第1実施形態では、第1反射手段4aおよび第2反射手段4bは、回動軸にて回動する測定対象に接続され、測定対象の回動にともなって同期して回動していたが、前記第3実施形態のように、第1反射手段4Baのみが測定対象に接続され取付けられていてもよい。また、前記第3実施形態では、第1反射手段4Baのみが測定対象に取付けられていたが、第1反射手段4Baではなく第2反射手段4Bbのみが測定対象に取付けられていてもよい。要するに、第1反射手段と第2反射手段との少なくとも一方は、測定対象に接続され、測定対象の回動にともなって同期して回動すればよい。   In the first embodiment, the first reflection unit 4a and the second reflection unit 4b are connected to the measurement object that rotates around the rotation axis, and rotate in synchronization with the rotation of the measurement object. However, as in the third embodiment, only the first reflecting means 4Ba may be connected and attached to the measurement target. Further, in the third embodiment, only the first reflecting means 4Ba is attached to the object to be measured, but only the second reflecting means 4Bb, not the first reflecting means 4Ba, may be attached to the object to be measured. In short, at least one of the first reflection means and the second reflection means may be connected to the object to be measured and rotate in synchronization with the rotation of the object to be measured.

前記各実施形態では、第4回折格子部9,9A,9C〜9Eは透過型回折格子であったが、例えばビームスプリッタであってもよい。すなわち、第4回折格子部は、第1光および第2光を合成することができればどのようなものであってもよい。
前記第4実施形態では、第1回折格子部6の複数の格子60は1μmの周期になるように設計され、第4回折格子部9Cの複数の格子90Cと複数の受光素子51C〜54Cは1.005μmの周期となるように設計されていたが、第1回折格子部の複数の格子や、第1回折格子部の複数の格子、複数の受光手段は、受光手段の受光面に干渉縞が形成され、その干渉縞から測定対象の回動による角度の変化量を取得することができれば、どのように設計されていてもよい。
In each of the above embodiments, the fourth diffraction grating portions 9, 9A, 9C to 9E are transmission diffraction gratings, but may be, for example, beam splitters. That is, the fourth diffraction grating portion may be any type as long as the first light and the second light can be combined.
In the fourth embodiment, the plurality of gratings 60 of the first diffraction grating unit 6 are designed to have a period of 1 μm, and the plurality of gratings 90C of the fourth diffraction grating unit 9C and the plurality of light receiving elements 51C to 54C are one. Although it was designed to have a period of 0.005 μm, the plurality of gratings of the first diffraction grating unit, the plurality of gratings of the first diffraction grating unit, and the plurality of light receiving units have interference fringes on the light receiving surface of the light receiving unit. Any design is possible as long as it is formed and the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement object can be acquired from the interference fringes.

前記第7実施形態および前記第8実施形態では、光学式角度センサ1F,1Gは、第4回折格子部9からの合成光を受光手段5F,5Gに向かって反射する反射部10aを備えていたが、光学式角度センサは、反射部を備えていなくてもよい。光学式角度センサは、反射部を備えていない場合は、第4回折格子部からの合成光が照射される位置に受光手段を配置することで測定対象の回動による角度の変化量を検出することができる。   In the seventh embodiment and the eighth embodiment, the optical angle sensors 1F and 1G include the reflection unit 10a that reflects the combined light from the fourth diffraction grating unit 9 toward the light receiving units 5F and 5G. However, the optical angle sensor does not have to include the reflection unit. When the optical angle sensor is not provided with the reflection unit, the optical angle sensor detects the amount of change in the angle due to the rotation of the measurement target by arranging the light receiving unit at a position where the combined light from the fourth diffraction grating unit is irradiated. be able to.

以上のように、本発明は、光学式角度センサに好適に利用できる。   As described above, the present invention can be suitably used for an optical angle sensor.

1,1A〜1H 光学式角度センサ
2,2H 光源
3,3A 透過型回折格子
4a,4Ba 第1反射手段
4b,4Bb 第2反射手段
5,5C〜5H 受光手段
6,6A 第1回折格子部
7,7A 第2回折格子部
8,8A 第3回折格子部
9,9A,9C〜9E 第4回折格子部
10 ミラー
10a 反射部
20 演算手段
61 分割面
P1 分割点
1, 1A to 1H Optical angle sensor 2, 2H Light source 3, 3A Transmission diffraction grating 4a, 4Ba First reflecting means 4b, 4Bb Second reflecting means 5, 5C to 5H Light receiving means 6, 6A First diffraction grating section 7 , 7A Second diffraction grating unit 8, 8A Third diffraction grating unit 9, 9A, 9C to 9E Fourth diffraction grating unit 10 Mirror 10a Reflecting unit 20 Calculation unit 61 Division plane P1 Division point

Claims (11)

光を照射する光源と、
前記光源からの光を回折する複数の格子を有する透過型回折格子と、
前記透過型回折格子を介した光を前記透過型回折格子に向かって反射する第1反射手段と、
前記透過型回折格子を介した前記第1反射手段が反射する光とは異なる光を前記透過型回折格子に向かって反射する第2反射手段と、
前記透過型回折格子を介した光を受光する受光手段と、
所定の軸を回動軸として回動する測定対象における角度の変化の信号として前記受光手段が受光した光を演算する演算手段と、を備え、
前記透過型回折格子は、
前記光源からの光を第1光と第2光とに分割する第1回折格子部と、
前記第1回折格子部により分割された第1光および第2光を回折する第2回折格子部と、
前記第1反射手段を介した第1光および前記第2反射手段を介した第2光を回折する第3回折格子部と、
前記第3回折格子部を介した第1光および第2光を合成して合成光とする第4回折格子部と、を備え、
前記第1反射手段は、前記第2回折格子部を介して回折された第1光を該第1光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射し、
前記第2反射手段は、前記第2回折格子部を介して回折された第2光を該第2光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に反射し、
前記第1反射手段および前記第2反射手段は、前記測定対象の測定範囲内において、前記第1回折格子部における前記光源からの光の分割点から前記第1反射手段を介して前記第4回折格子部に到達するまでの第1光の光路長と、前記第1回折格子部における前記光源からの光の分割点から前記第2反射手段を介して前記第4回折格子部に到達するまでの第2光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有し、
前記受光手段は、前記第1回折格子部にて分割され、前記第2回折格子部にて回折され、前記第1反射手段または前記第2反射手段にて反射し、前記第3回折格子部にて回折され、前記第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、
前記演算手段は、前記受光手段が受光した合成光に基づく前記信号から前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。
A light source for emitting light,
A transmission diffraction grating having a plurality of gratings for diffracting light from the light source,
First reflecting means for reflecting light passing through the transmission type diffraction grating toward the transmission type diffraction grating;
Second reflecting means for reflecting light, which is different from light reflected by the first reflecting means via the transmission diffraction grating, toward the transmission diffraction grating,
Light receiving means for receiving light through the transmission type diffraction grating,
Calculating means for calculating the light received by the light receiving means as a signal of a change in the angle of the object to be measured which rotates about a predetermined axis as a rotation axis,
The transmission diffraction grating,
A first diffraction grating section for dividing light from the light source into first light and second light;
A second diffraction grating unit that diffracts the first light and the second light split by the first diffraction grating unit;
A third diffraction grating unit that diffracts the first light via the first reflecting unit and the second light via the second reflecting unit;
A fourth diffraction grating unit that combines the first light and the second light via the third diffraction grating unit to generate combined light,
The first reflecting means reflects the first light diffracted through the second diffraction grating portion in a direction parallel to and in a direction opposite to the direction in which the first light is incident;
The second reflection means reflects the second light diffracted through the second diffraction grating portion in a direction parallel to and in a direction opposite to the direction in which the second light has entered,
The first reflection unit and the second reflection unit may be configured to perform the fourth diffraction via the first reflection unit from a division point of the light from the light source in the first diffraction grating unit within a measurement range of the measurement target. The optical path length of the first light until reaching the grating portion, and the length of the light from the splitting point of the light from the light source in the first diffraction grating portion to the fourth diffraction grating portion via the second reflecting means Has an angle such that the optical path length of the second light is the same as the optical path length;
The light receiving unit is divided by the first diffraction grating unit, diffracted by the second diffraction grating unit, reflected by the first reflection unit or the second reflection unit, and transmitted to the third diffraction grating unit. Receiving the combined light of the first light and the second light that has been diffracted and combined by the fourth diffraction grating section,
The optical angle sensor according to claim 1, wherein the calculating means calculates an amount of change in the angle due to the rotation of the object to be measured from the signal based on the combined light received by the light receiving means.
請求項1に記載された光学式角度センサにおいて、
1枚の前記透過型回折格子を有し、
前記1枚の透過型回折格子は、前記第1回折格子部と前記第2回折格子部と前記第3回折格子部と前記第4回折格子部とを併設し、
前記第1回折格子部にて分割された第1光と第2光とを前記1枚の透過型回折格子に向かって反射し、前記第3回折格子部にて回折された第1光と第2光とを前記1枚の透過型回折格子に向かって反射するミラーを備え、
前記受光手段は、前記第1回折格子部にて分割され、前記ミラーにて反射し、前記第2回折格子部にて回折され、前記第1反射手段または前記第2反射手段にて反射し、前記第3回折格子部にて回折され、前記ミラーにて反射し、前記第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、
前記演算手段は、前記受光手段が受光した合成光に基づく前記信号から前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor according to claim 1,
Having one transmission diffraction grating,
The one transmission diffraction grating includes the first diffraction grating portion, the second diffraction grating portion, the third diffraction grating portion, and the fourth diffraction grating portion, and
The first light and the second light split by the first diffraction grating portion are reflected toward the one transmission diffraction grating, and the first light and the second light diffracted by the third diffraction grating portion are reflected. A mirror for reflecting the two lights toward the one transmission diffraction grating;
The light receiving unit is divided by the first diffraction grating unit, reflected by the mirror, diffracted by the second diffraction grating unit, reflected by the first reflection unit or the second reflection unit, Receiving a combined light of the first light and the second light that is diffracted by the third diffraction grating, reflected by the mirror, and combined by the fourth diffraction grating;
The optical angle sensor according to claim 1, wherein the calculating means calculates an amount of change in the angle due to the rotation of the object to be measured from the signal based on the combined light received by the light receiving means.
請求項1に記載された光学式角度センサにおいて、
複数の前記透過型回折格子を有し、
前記複数の透過型回折格子は、
前記第1回折格子部と前記第4回折格子部とを併設する第1透過型回折格子と、
前記第2回折格子部と前記第3回折格子部とを併設する第2透過型回折格子と、を備え、
前記受光手段は、前記第1透過型回折格子の前記第1回折格子部にて分割され、前記第2透過型回折格子の前記第2回折格子部にて回折され、前記第1反射手段または前記第2反射手段にて反射し、前記第2透過型回折格子の前記第3回折格子部にて回折され、前記第1透過型回折格子の前記第4回折格子部にて合成された第1光および第2光の合成光を受光し、
前記演算手段は、前記受光手段が受光した合成光に基づく前記信号から前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor according to claim 1,
Having a plurality of the transmission type diffraction gratings,
The plurality of transmission diffraction gratings,
A first transmission type diffraction grating provided with the first diffraction grating portion and the fourth diffraction grating portion,
A second transmission type diffraction grating provided with the second diffraction grating portion and the third diffraction grating portion,
The light receiving unit is divided by the first diffraction grating unit of the first transmission diffraction grating, is diffracted by the second diffraction grating unit of the second transmission diffraction grating, and is divided by the first reflection unit or the first reflection grating. The first light reflected by the second reflection means, diffracted by the third diffraction grating portion of the second transmission type diffraction grating, and combined by the fourth diffraction grating portion of the first transmission type diffraction grating. And a combined light of the second light,
The optical angle sensor according to claim 1, wherein the calculating means calculates an amount of change in the angle due to the rotation of the object to be measured from the signal based on the combined light received by the light receiving means.
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反射手段または前記第2反射手段の一方は、固定して設けられ、
前記第1反射手段または前記第2反射手段の他方は、前記測定対象に取付けられ、前記測定対象の回動にともなって同期して回動することを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 3,
One of the first reflecting means or the second reflecting means is fixedly provided,
An optical angle sensor, wherein the other of the first reflecting means and the second reflecting means is attached to the object to be measured, and rotates in synchronization with rotation of the object to be measured.
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反射手段および前記第2反射手段は、前記測定対象に取付けられ、前記測定対象の回動にともなって同期して回動することを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 3,
The optical angle sensor according to claim 1, wherein the first reflection unit and the second reflection unit are attached to the object to be measured, and rotate in synchronization with rotation of the object to be measured.
請求項1から請求項5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反射手段および前記第2反射手段は、前記第1反射手段または前記第2反射手段の回動軸と、前記光源からの光の光軸と平行な軸と、のそれぞれの軸に対して線対称となる位置に配置されていることを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 5,
The first reflecting means and the second reflecting means are respectively arranged with respect to a rotation axis of the first reflecting means or the second reflecting means and an axis parallel to an optical axis of light from the light source. An optical angle sensor, wherein the optical angle sensor is arranged at a position which is line-symmetrical.
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1回折格子部は、前記光源からの光が照射される分割面を有し、
前記第4回折格子部は、前記分割面において前記第1反射手段または前記第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って並設される複数の格子を有し、
前記受光手段は、前記直交方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、前記複数の格子を介した複数の回折光を受光し、
前記演算手段は、前記複数の受光素子が受光した前記複数の回折光に基づく複数の信号から前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 6,
The first diffraction grating portion has a division surface on which light from the light source is irradiated,
The fourth diffraction grating portion includes a plurality of gratings arranged in a line along an orthogonal direction orthogonal to a rotation axis of the first reflecting means or the second reflecting means on the division surface,
The light receiving unit includes a plurality of light receiving elements arranged in parallel along the orthogonal direction, and receives a plurality of diffracted lights through the plurality of gratings,
The optical angle sensor, wherein the calculating means calculates an amount of change in angle due to rotation of the measurement target from a plurality of signals based on the plurality of diffracted lights received by the plurality of light receiving elements.
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1回折格子部は、前記光源からの光が照射される分割面を有し、
前記第4回折格子部は、前記分割面において前記第1反射手段または前記第2反射手段の回動軸と直交する直交方向に沿って並設され、前記光源からの光の光軸に対して所定の傾斜角度を有して配置される複数の傾斜格子を有し、
前記受光手段は、前記第1反射手段または前記第2反射手段の回動軸と平行な方向に沿って並設される複数の受光素子を備え、前記複数の傾斜格子を介した複数の回折光を受光し、
前記演算手段は、前記受光手段が受光した前記複数の回折光に基づく複数の信号から前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 6,
The first diffraction grating portion has a division surface on which light from the light source is irradiated,
The fourth diffraction grating portion is arranged in parallel along a direction orthogonal to a rotation axis of the first reflection means or the second reflection means on the division surface, and is arranged with respect to an optical axis of light from the light source. Having a plurality of inclined gratings arranged with a predetermined inclination angle,
The light receiving means includes a plurality of light receiving elements arranged side by side along a direction parallel to a rotation axis of the first reflecting means or the second reflecting means, and a plurality of diffracted lights passing through the plurality of inclined gratings. Receiving light,
The optical angle sensor according to claim 1, wherein the calculating means calculates a change in angle due to rotation of the measurement target from a plurality of signals based on the plurality of diffracted lights received by the light receiving means.
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、
前記第4回折格子部は、それぞれ位相が異なる複数の合成部を備え、
前記受光手段は、前記複数の合成部のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、
前記演算手段は、前記複数の受光部が受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から前記測定対象の回動の方向および前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 8,
The fourth diffraction grating section includes a plurality of combining sections each having a different phase,
The light receiving unit includes a plurality of light receiving units corresponding to each of the plurality of combining units,
The calculation means calculates a direction of rotation of the measurement target and a change amount of an angle due to the rotation of the measurement target from a plurality of signals having different phases based on the light received by the plurality of light receiving units. Optical angle sensor.
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、
前記第1反射手段を介する第1光または前記第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される第1の1/4波長板を備え、
前記第4回折格子部による合成光を第1分割光と第2分割光とに分割する分割ビームスプリッタと、
前記分割ビームスプリッタにより分割された第1分割光と第2分割光との光路上に配置される第2の1/4波長板と、
前記第2の1/4波長板を介した第2分割光の光路上に配置される第3の1/4波長板と、
前記第2の1/4波長板を介した第1分割光を第1偏光と第2偏光とに分割する第1分割光偏光ビームスプリッタと、
前記第3の1/4波長板を介した第2分割光を第3偏光と第4偏光とに分割する第2分割光偏光ビームスプリッタと、
前記第1偏光から位相が0度の光を受光する第1受光部と、前記第2偏光から位相が180度の光を受光する第2受光部と、前記第3偏光から位相が90度の光を受光する第3受光部と、前記第4偏光から位相が270度の光を受光する第4受光部と、を備えることを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 8,
A first quarter-wave plate disposed on an optical path of the first light passing through the first reflecting means or the second light passing through the second reflecting means,
A split beam splitter that splits the combined light by the fourth diffraction grating unit into a first split light and a second split light;
A second quarter-wave plate disposed on an optical path of the first split light and the second split light split by the split beam splitter;
A third quarter-wave plate disposed on the optical path of the second split light via the second quarter-wave plate;
A first split light polarization beam splitter that splits the first split light through the second quarter-wave plate into a first polarized light and a second polarized light;
A second split light polarization beam splitter that splits the second split light through the third quarter-wave plate into a third polarized light and a fourth polarized light;
A first light receiving unit for receiving light having a phase of 0 degree from the first polarized light, a second light receiving unit for receiving light having a phase of 180 degrees from the second polarized light, and a light receiving unit having a phase of 90 degrees from the third polarized light; An optical angle sensor comprising: a third light receiving unit that receives light; and a fourth light receiving unit that receives light having a phase of 270 degrees from the fourth polarized light.
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、
前記第1反射手段を介する第1光または前記第2反射手段を介する第2光の光路上に配置される1/4波長板を備え、
前記第4回折格子部による合成光を複数の回折光とする複数の格子が並設される照射面を有する第5回折格子部と、
前記第5回折格子部の前記複数の格子が並設される方向と前記照射面において直交する方向に並設される複数の格子を有し、前記第5回折格子部による複数の回折光をさらに複数の回折光とする第6回折格子部と、
前記第6回折格子部による前記複数の回折光の光路上に配置され、該複数の回折光をそれぞれ位相の異なる複数の偏光にする複数の偏光子と、を備え、
前記受光手段は、前記複数の偏光子のそれぞれに対応する複数の受光部を備え、
前記演算手段は、前記複数の受光部が受光した光に基づくそれぞれ位相の異なる複数の信号から前記測定対象の回動の方向および前記測定対象の回動による角度の変化量を演算することを特徴とする光学式角度センサ。
The optical angle sensor according to any one of claims 1 to 8,
A quarter-wave plate disposed on the optical path of the first light via the first reflecting means or the second light via the second reflecting means,
A fifth diffraction grating portion having an irradiation surface on which a plurality of gratings each of which makes the combined light by the fourth diffraction grating portion a plurality of diffracted lights are arranged in parallel;
The fifth diffraction grating section has a plurality of gratings arranged side by side in a direction orthogonal to the direction in which the plurality of gratings are arranged side by side on the irradiation surface, and further includes a plurality of diffracted lights by the fifth diffraction grating section. A sixth diffraction grating section for a plurality of diffracted lights,
A plurality of polarizers arranged on an optical path of the plurality of diffracted lights by the sixth diffraction grating unit, and a plurality of polarizers for converting the plurality of diffracted lights into a plurality of polarized lights having different phases.
The light receiving unit includes a plurality of light receiving units corresponding to each of the plurality of polarizers,
The calculation means calculates a direction of rotation of the measurement target and a change amount of an angle due to the rotation of the measurement target from a plurality of signals having different phases based on the light received by the plurality of light receiving units. Optical angle sensor.
JP2018178751A 2018-09-25 2018-09-25 Optical angle sensor Pending JP2020051782A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018178751A JP2020051782A (en) 2018-09-25 2018-09-25 Optical angle sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018178751A JP2020051782A (en) 2018-09-25 2018-09-25 Optical angle sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020051782A true JP2020051782A (en) 2020-04-02

Family

ID=69996653

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018178751A Pending JP2020051782A (en) 2018-09-25 2018-09-25 Optical angle sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020051782A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112683198A (en) * 2020-12-01 2021-04-20 江西省中久光电产业研究院 Three-degree-of-freedom angle photoelectric measuring device and measuring method thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112683198A (en) * 2020-12-01 2021-04-20 江西省中久光电产业研究院 Three-degree-of-freedom angle photoelectric measuring device and measuring method thereof
CN112683198B (en) * 2020-12-01 2023-02-21 江西省中久光电产业研究院 Three-degree-of-freedom angle photoelectric measuring device and measuring method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8829420B2 (en) Two dimensional encoder system and method
JP6076589B2 (en) Displacement detector
JP2586120B2 (en) encoder
CN112033306B (en) Optical angle sensor
JP6702666B2 (en) Displacement detection device
JP3495783B2 (en) Encoder
JPH01284715A (en) Encoder
JP4023923B2 (en) Optical displacement measuring device
US20190120609A1 (en) Optical position-measuring device
JP2683117B2 (en) encoder
JPS63277926A (en) Length measuring instrument
JP2020051782A (en) Optical angle sensor
JP2006322835A (en) Interference measuring device and linear encoder
JP3185373B2 (en) Encoder
JP4023917B2 (en) Optical displacement measuring device
JP7141313B2 (en) Displacement detector
JP2557967B2 (en) Grating interference displacement meter
JP2675317B2 (en) Moving amount measuring method and moving amount measuring device
JP7362218B2 (en) optical displacement sensor
CN113532279B (en) Optical displacement sensor
JP2020180930A (en) Optical angle sensor
US10627215B1 (en) Optical sensor
JP2020046311A (en) Optical angle sensor
JP2003035570A (en) Diffraction interference type linear scale
JP2020076616A (en) Optical angle sensor