JPH08304020A - 移動精度測定装置 - Google Patents
移動精度測定装置Info
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- JPH08304020A JPH08304020A JP10666595A JP10666595A JPH08304020A JP H08304020 A JPH08304020 A JP H08304020A JP 10666595 A JP10666595 A JP 10666595A JP 10666595 A JP10666595 A JP 10666595A JP H08304020 A JPH08304020 A JP H08304020A
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- incident
- reflection mirror
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 移動体の傾きを測定する装置によって移動量
ｄを同時に測定し、かつ初期設定誤差の影響が少なくよ
り正確に移動体の角度ずれを評価することができる移動
精度測定装置を提供する。 【構成】 移動体３上に固定された全反射鏡４に測定光
１ａを入射し、反射光４ａの位置を全反射鏡４からの距
離Ｌ1 で検出する位置検出素子５の出力と、移動体３を
移動させる駆動部６からの設定移動量出力とを入力し、
演算により移動体３の角度ずれを評価する処理部からな
る移動精度測定装置において、反射光４ａを分岐するハ
ーフミラー２と反射光４ａｒを反射する全反射鏡１４と
反射光１４ａを入力し、全反射鏡４からの距離Ｌ2 （≠
Ｌ1 ）で検出する位置検出素子１５の出力を演算に加え
て、移動量を算出し、移動体の角度ずれをより正確に評
価する。
ｄを同時に測定し、かつ初期設定誤差の影響が少なくよ
り正確に移動体の角度ずれを評価することができる移動
精度測定装置を提供する。 【構成】 移動体３上に固定された全反射鏡４に測定光
１ａを入射し、反射光４ａの位置を全反射鏡４からの距
離Ｌ1 で検出する位置検出素子５の出力と、移動体３を
移動させる駆動部６からの設定移動量出力とを入力し、
演算により移動体３の角度ずれを評価する処理部からな
る移動精度測定装置において、反射光４ａを分岐するハ
ーフミラー２と反射光４ａｒを反射する全反射鏡１４と
反射光１４ａを入力し、全反射鏡４からの距離Ｌ2 （≠
Ｌ1 ）で検出する位置検出素子１５の出力を演算に加え
て、移動量を算出し、移動体の角度ずれをより正確に評
価する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、主にヨーイングおよび
ピッチング等が十分に小さいことを要求される可変光学
キャビティ等の精密移動機構の移動精度を測定する移動
精度測定装置に関する。
ピッチング等が十分に小さいことを要求される可変光学
キャビティ等の精密移動機構の移動精度を測定する移動
精度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術による移動精度測定装置の構成
例を図８に示す。図８において、１は平行光を発する光
源、２は光源１からの出射光１ａの光路上に設けられる
ハーフミラー、３は被測定物である移動体、４は全反射
鏡であり、移動体３に設けられ、ハーフミラー２による
出射光１ａの分岐光１ａｒが入射される。
例を図８に示す。図８において、１は平行光を発する光
源、２は光源１からの出射光１ａの光路上に設けられる
ハーフミラー、３は被測定物である移動体、４は全反射
鏡であり、移動体３に設けられ、ハーフミラー２による
出射光１ａの分岐光１ａｒが入射される。
【０００３】また、５はハーフミラー２を挟んで全反射
鏡４と対向する位置に設けられる位置検出素子であり、
ハーフミラー２の透過光４ａｔのビーム位置（入射位
置）を表す信号を出力する。６は移動体３を駆動すると
ともに、移動体３の設定移動量ｄ[ｍｍ]に関する情報を
出力する駆動部、７は処理部であり、移動体３の駆動部
６からの設定移動量ｄ[ｍｍ]に関する情報とビーム位置
とを関係付けるよう演算処理する。
鏡４と対向する位置に設けられる位置検出素子であり、
ハーフミラー２の透過光４ａｔのビーム位置（入射位
置）を表す信号を出力する。６は移動体３を駆動すると
ともに、移動体３の設定移動量ｄ[ｍｍ]に関する情報を
出力する駆動部、７は処理部であり、移動体３の駆動部
６からの設定移動量ｄ[ｍｍ]に関する情報とビーム位置
とを関係付けるよう演算処理する。
【０００４】このような構成において、光源１からの出
射光１ａはハーフミラー２で分岐され、この分岐による
反射光１ａｒが全反射鏡４に入射される。なお、全反射
鏡４は、初期設定として反射光１ａｒの全反射鏡４への
入射角が零となるよう移動体３上に調整固定される。し
たがって、全反射鏡４からの反射光４ａは入射光１ａｒ
と同じ光路をとり、ハーフミラー２で再度分岐される。
この分岐によりハーフミラー２を透過した透過光４ａｔ
は位置検出素子５に入射される。
射光１ａはハーフミラー２で分岐され、この分岐による
反射光１ａｒが全反射鏡４に入射される。なお、全反射
鏡４は、初期設定として反射光１ａｒの全反射鏡４への
入射角が零となるよう移動体３上に調整固定される。し
たがって、全反射鏡４からの反射光４ａは入射光１ａｒ
と同じ光路をとり、ハーフミラー２で再度分岐される。
この分岐によりハーフミラー２を透過した透過光４ａｔ
は位置検出素子５に入射される。
【０００５】これにより、入射された透過光４ａｔのビ
ーム位置を表す信号が位置検出素子５から出力され、こ
の信号が、処理部７において、移動体３の駆動部６から
の設定移動量ｄ[ｍｍ]に関する情報と関係付けられる。
なお、ビーム位置（例えば、ｘ[ｍｍ]）は、後述の
（１）式等に示されるように、全反射鏡４からの距離Ｌ
[ｍｍ] と、全反射鏡４すなわち移動体３の角度ずれδ
（ｄ）[rad] に比例している。また、図８に示される装
置においては、光源の出射光を平行光と仮定して説明し
たが、ある程度の発散光でも測定可能な場合がある（位
置検出素子の特性にもよる）。さらに、点光源とレンズ
系を用いる場合もある。本質的には、光軸が検出できれ
ば測定光状態は問わない。
ーム位置を表す信号が位置検出素子５から出力され、こ
の信号が、処理部７において、移動体３の駆動部６から
の設定移動量ｄ[ｍｍ]に関する情報と関係付けられる。
なお、ビーム位置（例えば、ｘ[ｍｍ]）は、後述の
（１）式等に示されるように、全反射鏡４からの距離Ｌ
[ｍｍ] と、全反射鏡４すなわち移動体３の角度ずれδ
（ｄ）[rad] に比例している。また、図８に示される装
置においては、光源の出射光を平行光と仮定して説明し
たが、ある程度の発散光でも測定可能な場合がある（位
置検出素子の特性にもよる）。さらに、点光源とレンズ
系を用いる場合もある。本質的には、光軸が検出できれ
ば測定光状態は問わない。
【０００６】ここで、「角度ずれ」の概念について、図
９を参照して説明する。図９に示すように、移動体（こ
こでは人間の頭部として説明する）の傾き角には３種あ
り、顔の正面方向をＺ方向（移動体の移動方向）とする
と、首を左右に振るヨーイング（Ｙ軸回りの回転）と、
首を縦に振るピッチング（Ｘ軸回りの回転）と、首を傾
けるローリング（Ｚ軸回りの回転）がある。
９を参照して説明する。図９に示すように、移動体（こ
こでは人間の頭部として説明する）の傾き角には３種あ
り、顔の正面方向をＺ方向（移動体の移動方向）とする
と、首を左右に振るヨーイング（Ｙ軸回りの回転）と、
首を縦に振るピッチング（Ｘ軸回りの回転）と、首を傾
けるローリング（Ｚ軸回りの回転）がある。
【０００７】これらの角度ずれのうち、２次元の全反射
鏡により得られるのは当然２種類であり、Ｚ軸方向に法
線を設定した全反射鏡では、ヨーイングとピッチングが
得られる。演算の原理上、ヨーイングとピッチングは同
一の取扱いが可能であるので、以下、ヨーイングの計算
式についてのみの説明とする。また、位置検出素子上の
最初のビーム位置を基準（ＲＥＦ）とし、この基準から
の変位（変位の正負は図９に示す通り）をビーム位置と
称することにする。
鏡により得られるのは当然２種類であり、Ｚ軸方向に法
線を設定した全反射鏡では、ヨーイングとピッチングが
得られる。演算の原理上、ヨーイングとピッチングは同
一の取扱いが可能であるので、以下、ヨーイングの計算
式についてのみの説明とする。また、位置検出素子上の
最初のビーム位置を基準（ＲＥＦ）とし、この基準から
の変位（変位の正負は図９に示す通り）をビーム位置と
称することにする。
【０００８】上記前提に基づいて、演算処理の具体例を
説明する。例えば、移動体３が ｄ[ｍｍ] 移動した時、
全反射鏡４すなわち移動体３にヨーイング角δ(ｄ)[ra
d] が生じたとすると、全反射鏡４と位置検出素子５と
の距離をＬ[ｍｍ]として、位置検出素子５上のビーム位
置ｘ[ｍｍ]は、以下の（１）式で得られる。 ｘ ＝ Ｌ × ｔａｎδ(ｄ) …… （１） 通常δ(ｄ)≪１であるので、（１）式を以下の（２）式
とすることが可能であり、この（２）式によりヨーイン
グが求められる。 δ(ｄ) ＝ ｘ / Ｌ …… （２）
説明する。例えば、移動体３が ｄ[ｍｍ] 移動した時、
全反射鏡４すなわち移動体３にヨーイング角δ(ｄ)[ra
d] が生じたとすると、全反射鏡４と位置検出素子５と
の距離をＬ[ｍｍ]として、位置検出素子５上のビーム位
置ｘ[ｍｍ]は、以下の（１）式で得られる。 ｘ ＝ Ｌ × ｔａｎδ(ｄ) …… （１） 通常δ(ｄ)≪１であるので、（１）式を以下の（２）式
とすることが可能であり、この（２）式によりヨーイン
グが求められる。 δ(ｄ) ＝ ｘ / Ｌ …… （２）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図８に示す従来の移動
精度測定装置では、測定前に全反射鏡４の法線（以後、
法線Ｎと称す）を移動体３の移動方向に平行に設置し、
さらにハーフミラー２の反射光１ａｒを法線Ｎと平行に
なるよう調整している。しかしながら、実際には、図１
０に示すように、移動体の移動方向と全反射鏡４の法線
Ｎとは微小角を成す。また、初期状態として移動体にヨ
ーイング等があれば、上記微小角を零として法線Ｎと反
射光１ａｒとを平行に調整してもヨーイング角度分の誤
差があることになる。さらに、当然ながら、分岐光１ａ
ｒと反射光４ａとを完全に同光路とすることもできない
筈である。
精度測定装置では、測定前に全反射鏡４の法線（以後、
法線Ｎと称す）を移動体３の移動方向に平行に設置し、
さらにハーフミラー２の反射光１ａｒを法線Ｎと平行に
なるよう調整している。しかしながら、実際には、図１
０に示すように、移動体の移動方向と全反射鏡４の法線
Ｎとは微小角を成す。また、初期状態として移動体にヨ
ーイング等があれば、上記微小角を零として法線Ｎと反
射光１ａｒとを平行に調整してもヨーイング角度分の誤
差があることになる。さらに、当然ながら、分岐光１ａ
ｒと反射光４ａとを完全に同光路とすることもできない
筈である。
【００１０】なお、図１０は誤差角Δ0 （≪１）がある
時の位置誤差を説明するための図であり、この図におい
ては移動体等の図示を省略している。図１０における角
度誤差Δ0 によるビーム位置誤差Δｘ[ｍｍ]は、 Δｘ ＝ ｄ × ｓｉｎΔ0 ＝ ｄΔ0 …… （３） となり、全ビーム移動量は（２），（３）式より、 ｘ ＝ Ｌδ(ｄ) ＋ ｄΔ0 …… （４） となる。よって演算により得られるヨーイングδ(ｄ)
cal は、 δ(ｄ)cal ＝ δ(ｄ) ＋ ｄΔ0 ／ Ｌ …… （５） となる。なお、上記（５）式の第２項は従来の移動精度
測定装置のヨーイング誤差である。
時の位置誤差を説明するための図であり、この図におい
ては移動体等の図示を省略している。図１０における角
度誤差Δ0 によるビーム位置誤差Δｘ[ｍｍ]は、 Δｘ ＝ ｄ × ｓｉｎΔ0 ＝ ｄΔ0 …… （３） となり、全ビーム移動量は（２），（３）式より、 ｘ ＝ Ｌδ(ｄ) ＋ ｄΔ0 …… （４） となる。よって演算により得られるヨーイングδ(ｄ)
cal は、 δ(ｄ)cal ＝ δ(ｄ) ＋ ｄΔ0 ／ Ｌ …… （５） となる。なお、上記（５）式の第２項は従来の移動精度
測定装置のヨーイング誤差である。
【００１１】ここで、（２），（５）式の特性を示す図
１１を参照する。図１１において、横軸は設定移動量
ｄ、縦軸はヨーイングδ（位置ｘでもよい）であり、Ｒ
ＥＦを原点に図９に示す方向に符号をとっている。この
図から明かなように、（２）式のようにＲＥＦを中心に
微小変動のヨーイング特性を有する移動体を上記従来の
移動精度測定装置で測定評価すると、（５）式のように
移動体の移動に伴ってヨーイングは次第に上昇し、移動
体があたかも傾いて行くように評価されることになる。
１１を参照する。図１１において、横軸は設定移動量
ｄ、縦軸はヨーイングδ（位置ｘでもよい）であり、Ｒ
ＥＦを原点に図９に示す方向に符号をとっている。この
図から明かなように、（２）式のようにＲＥＦを中心に
微小変動のヨーイング特性を有する移動体を上記従来の
移動精度測定装置で測定評価すると、（５）式のように
移動体の移動に伴ってヨーイングは次第に上昇し、移動
体があたかも傾いて行くように評価されることになる。
【００１２】また、上記装置では移動量ｄを測定してい
ない。これに加えて、移動量ｄは、（４）式より明かな
ように、Δ0 が既知であっても算出することはできな
い。したがって、通常、図１１に示されるように横軸に
駆動部６の設定移動量ｄを用いるか、あるいは別に移動
量を測定する装置を追加して移動量ｄを測定するかして
いた。こうしたことから、移動量測定のための装置を別
に設ける必要がなく、かつ初期設定時のΔ0 による誤差
を生じない移動精度測定装置が待望されている。本発明
は移動体の傾きを測定する装置によって移動量ｄを同時
に測定し、かつ初期設定誤差の影響が少なくより正確に
移動体の角度ずれを評価することができる移動精度測定
装置を提供することを目的とするものである。
ない。これに加えて、移動量ｄは、（４）式より明かな
ように、Δ0 が既知であっても算出することはできな
い。したがって、通常、図１１に示されるように横軸に
駆動部６の設定移動量ｄを用いるか、あるいは別に移動
量を測定する装置を追加して移動量ｄを測定するかして
いた。こうしたことから、移動量測定のための装置を別
に設ける必要がなく、かつ初期設定時のΔ0 による誤差
を生じない移動精度測定装置が待望されている。本発明
は移動体の傾きを測定する装置によって移動量ｄを同時
に測定し、かつ初期設定誤差の影響が少なくより正確に
移動体の角度ずれを評価することができる移動精度測定
装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の移動精度
測定装置は、光源と、移動体と、移動体上に固定され光
源からの出射光が入射される第１の全反射鏡と、全反射
鏡から所定距離離間して設置され第１の全反射鏡による
反射光が入射されるとともにその入射位置を検出する位
置検出素子と、移動体を移動させるとともに設定移動量
を出力する駆動部と、駆動部から出力される設定移動量
と位置検出素子で検出される入射位置とに基づいて移動
時の移動体の傾き角を算出する処理部とからなる移動精
度測定装置において、前記光源からの出射光を前記第１
の全反射鏡へ零でない入射角で入射するとともに、前記
位置検出素子を有し、該第１の全反射鏡による反射光を
該第１の全反射鏡からの光学的距離がそれぞれ異なる２
点において該位置検出素子へ入射する２点測定手段を備
え、前記処理部は該位置検出素子で検出される２つの入
射位置に基づいて移動量に対する移動体の傾き角を算出
することを特徴としている。
測定装置は、光源と、移動体と、移動体上に固定され光
源からの出射光が入射される第１の全反射鏡と、全反射
鏡から所定距離離間して設置され第１の全反射鏡による
反射光が入射されるとともにその入射位置を検出する位
置検出素子と、移動体を移動させるとともに設定移動量
を出力する駆動部と、駆動部から出力される設定移動量
と位置検出素子で検出される入射位置とに基づいて移動
時の移動体の傾き角を算出する処理部とからなる移動精
度測定装置において、前記光源からの出射光を前記第１
の全反射鏡へ零でない入射角で入射するとともに、前記
位置検出素子を有し、該第１の全反射鏡による反射光を
該第１の全反射鏡からの光学的距離がそれぞれ異なる２
点において該位置検出素子へ入射する２点測定手段を備
え、前記処理部は該位置検出素子で検出される２つの入
射位置に基づいて移動量に対する移動体の傾き角を算出
することを特徴としている。
【００１４】請求項２記載の移動精度測定装置は、請求
項１記載のものにおいて、前記２点測定手段は、前記第
１の全反射鏡による反射光を分岐するハーフミラーと、
該ハーフミラーの透過光が入射される第１の位置検出素
子と、該ハーフミラーによる反射光が入射される第２の
全反射鏡と、該第２の全反射鏡の反射光が入射される第
２の位置検出素子とを備え、前記処理部は該第１の位置
検出素子および該第２の位置検出素子で検出される２つ
の入射位置に基づいて移動量に対する移動体の傾き角を
算出することを特徴としている。
項１記載のものにおいて、前記２点測定手段は、前記第
１の全反射鏡による反射光を分岐するハーフミラーと、
該ハーフミラーの透過光が入射される第１の位置検出素
子と、該ハーフミラーによる反射光が入射される第２の
全反射鏡と、該第２の全反射鏡の反射光が入射される第
２の位置検出素子とを備え、前記処理部は該第１の位置
検出素子および該第２の位置検出素子で検出される２つ
の入射位置に基づいて移動量に対する移動体の傾き角を
算出することを特徴としている。
【００１５】
【作用】請求項１記載の移動精度測定装置によれば、光
源からの出射光が移動体上に固定された第１の全反射鏡
へ零でない入射角で入射され、２点測定手段が該第１の
全反射鏡による反射光を該第１の全反射鏡からの光学的
距離がそれぞれ異なる２点において位置検出素子へ入射
する。そして、処理部が該位置検出素子で検出される２
つの入射位置に基づいて移動量に対する移動体の傾き角
を算出する。
源からの出射光が移動体上に固定された第１の全反射鏡
へ零でない入射角で入射され、２点測定手段が該第１の
全反射鏡による反射光を該第１の全反射鏡からの光学的
距離がそれぞれ異なる２点において位置検出素子へ入射
する。そして、処理部が該位置検出素子で検出される２
つの入射位置に基づいて移動量に対する移動体の傾き角
を算出する。
【００１６】また、請求項２記載の移動精度測定装置に
よれば、ハーフミラーが前記第１の全反射鏡による反射
光を分岐し、透過光を第１の位置検出素子へ、反射光を
第２の全反射鏡へ入射する。そして、該第２の全反射鏡
による反射光が第２の位置検出素子へ入射される。さら
に、前記処理部は該第１の位置検出素子および該第２の
位置検出素子で検出される２つの入射位置に基づいて移
動量に対する移動体の傾き角を算出する。
よれば、ハーフミラーが前記第１の全反射鏡による反射
光を分岐し、透過光を第１の位置検出素子へ、反射光を
第２の全反射鏡へ入射する。そして、該第２の全反射鏡
による反射光が第２の位置検出素子へ入射される。さら
に、前記処理部は該第１の位置検出素子および該第２の
位置検出素子で検出される２つの入射位置に基づいて移
動量に対する移動体の傾き角を算出する。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。本発明の一実施例では、それぞれ異なる
距離Ｌ1 、Ｌ2 の光路を用いて移動体の位置変化ｘ（実
際には距離Ｌ1 の光路を用いて得られる位置変化ｘ1 、
および距離Ｌ2 の光路を用いて得られる位置変化ｘ2 で
あるため、以後、位置変化ｘ（ｘ1 ，ｘ2 ）と表記す
る）を測定し、この位置変化ｘ（ｘ1 ，ｘ2 ）に基づい
て所定の演算を行うことによって実際の移動量ｄと正確
な移動体の傾きδ(ｄ)を求めている。
して説明する。本発明の一実施例では、それぞれ異なる
距離Ｌ1 、Ｌ2 の光路を用いて移動体の位置変化ｘ（実
際には距離Ｌ1 の光路を用いて得られる位置変化ｘ1 、
および距離Ｌ2 の光路を用いて得られる位置変化ｘ2 で
あるため、以後、位置変化ｘ（ｘ1 ，ｘ2 ）と表記す
る）を測定し、この位置変化ｘ（ｘ1 ，ｘ2 ）に基づい
て所定の演算を行うことによって実際の移動量ｄと正確
な移動体の傾きδ(ｄ)を求めている。
【００１８】図１は本発明の実施例による移動精度測定
装置の構成を示す図であり、この図において、図８の各
部と共通する部分には同一の符号を付した。図１におい
て、１４は全反射鏡（第２の全反射鏡）、１５は位置検
出素子（第２の位置検出素子）、７ａは３入力の処理部
である。図１に示される移動精度測定装置が図８のもの
と異なるのは、上述した全反射鏡１４および位置検出素
子１５を新設した点と、処理部７に代えて処理部７ａを
設けた点と、光源１からの出射光１ａを移動体３に設け
られた全反射鏡（第１の全反射鏡）４へ入射角αで入射
し、全反射鏡４の反射光４ａをハーフミラー２で分岐し
て得られる反射光４ａｒと透過光４ａｔとを別々の光路
を経由してそれぞれ位置検出子１５および位置検出素子
（第１の位置検出素子）５へ入射し、さらに各位置検出
子５，１５の出力を処理部７ａへ入力して後述する演算
に用いる点である。なお、上述したハーフミラー２、全
反射鏡１４、および位置検出素子５，１５は、前述した
２点測定手段を構成している。また、図１においては、
全反射鏡４の法線Ｎと移動体３の移動方向とが平行にな
るよう図示されているが、後述の（１２）式等により、
全反射鏡４の初期調整は事実上不要である。
装置の構成を示す図であり、この図において、図８の各
部と共通する部分には同一の符号を付した。図１におい
て、１４は全反射鏡（第２の全反射鏡）、１５は位置検
出素子（第２の位置検出素子）、７ａは３入力の処理部
である。図１に示される移動精度測定装置が図８のもの
と異なるのは、上述した全反射鏡１４および位置検出素
子１５を新設した点と、処理部７に代えて処理部７ａを
設けた点と、光源１からの出射光１ａを移動体３に設け
られた全反射鏡（第１の全反射鏡）４へ入射角αで入射
し、全反射鏡４の反射光４ａをハーフミラー２で分岐し
て得られる反射光４ａｒと透過光４ａｔとを別々の光路
を経由してそれぞれ位置検出子１５および位置検出素子
（第１の位置検出素子）５へ入射し、さらに各位置検出
子５，１５の出力を処理部７ａへ入力して後述する演算
に用いる点である。なお、上述したハーフミラー２、全
反射鏡１４、および位置検出素子５，１５は、前述した
２点測定手段を構成している。また、図１においては、
全反射鏡４の法線Ｎと移動体３の移動方向とが平行にな
るよう図示されているが、後述の（１２）式等により、
全反射鏡４の初期調整は事実上不要である。
【００１９】図１に示される移動精度測定装置によれ
ば、光源１よりの出射光１ａは入射角αで全反射鏡４に
入射される。全反射鏡４からの反射光４ａは、ハーフミ
ラー２により分岐され、この分岐による透過光４ａｔは
位置検出素子５へ入射される。これにより、位置検出素
子５は全反射鏡４と自素子５との距離Ｌ1 に依存する位
置変化ｘ1 を処理部７ａへ出力する。
ば、光源１よりの出射光１ａは入射角αで全反射鏡４に
入射される。全反射鏡４からの反射光４ａは、ハーフミ
ラー２により分岐され、この分岐による透過光４ａｔは
位置検出素子５へ入射される。これにより、位置検出素
子５は全反射鏡４と自素子５との距離Ｌ1 に依存する位
置変化ｘ1 を処理部７ａへ出力する。
【００２０】一方、上記分岐による反射光４ａｒは全反
射鏡１４へ入射される。この入射による全反射鏡１４の
反射光１４ａは位置検出素子１５へ入射される。位置検
出素子１５は全反射鏡４と自素子１５との距離Ｌ2 に依
存する位置変化ｘ2 を処理部７ａへ出力する。また、駆
動部６は移動体３を移動させるとともに、移動完了した
旨を処理部７ａへ出力する。なお、駆動部６から設定移
動量ｄが参考のために処理部７ａへ出力される。
射鏡１４へ入射される。この入射による全反射鏡１４の
反射光１４ａは位置検出素子１５へ入射される。位置検
出素子１５は全反射鏡４と自素子１５との距離Ｌ2 に依
存する位置変化ｘ2 を処理部７ａへ出力する。また、駆
動部６は移動体３を移動させるとともに、移動完了した
旨を処理部７ａへ出力する。なお、駆動部６から設定移
動量ｄが参考のために処理部７ａへ出力される。
【００２１】移動量ｄにおけるヨーイング角δ(ｄ)[ra
d] より、位置変化ｘ1 、ｘ2は 以下の（６），（７）
式で与えられる。 ｘ1 ＝ ２Ｌ1 δ(ｄ)＋ｄ×ｓｉｎα ……（６） ｘ2 ＝ ２Ｌ2 δ(ｄ)＋ｄ×ｓｉｎα ……（７） 上記（６），（７）式より、以下の（８），（９）式が
得られる。 δ(ｄ) ＝ (ｘ1−ｘ2)／[２(Ｌ1−Ｌ2)] ……（８） ｄ ＝ (ｘ2Ｌ1−ｘ1Ｌ2)／[(Ｌ1−Ｌ2)ｓｉｎα] ……（９） したがって、原理上はヨーイングδ(ｄ)と移動量ｄとを
正確に評価できる。
d] より、位置変化ｘ1 、ｘ2は 以下の（６），（７）
式で与えられる。 ｘ1 ＝ ２Ｌ1 δ(ｄ)＋ｄ×ｓｉｎα ……（６） ｘ2 ＝ ２Ｌ2 δ(ｄ)＋ｄ×ｓｉｎα ……（７） 上記（６），（７）式より、以下の（８），（９）式が
得られる。 δ(ｄ) ＝ (ｘ1−ｘ2)／[２(Ｌ1−Ｌ2)] ……（８） ｄ ＝ (ｘ2Ｌ1−ｘ1Ｌ2)／[(Ｌ1−Ｌ2)ｓｉｎα] ……（９） したがって、原理上はヨーイングδ(ｄ)と移動量ｄとを
正確に評価できる。
【００２２】次に、従来例と同様に初期設定において各
種誤差が生じていて、誤差角Δ0 が存在する場合の位置
誤差について、図２を参照して説明する。なお、図２に
おいては、移動体等の図示を略した。このような場合、
上記（６），（７）式は以下の（１０），（１１）式に
相当する。 ｘ1 ＝ ２Ｌ1 δ(ｄ)＋ｄ×ｓｉｎ(α＋Δ0 ) ……（１０） ｘ2 ＝ ２Ｌ2 δ(ｄ)＋ｄ×ｓｉｎ(α＋Δ0 ) ……（１１）
種誤差が生じていて、誤差角Δ0 が存在する場合の位置
誤差について、図２を参照して説明する。なお、図２に
おいては、移動体等の図示を略した。このような場合、
上記（６），（７）式は以下の（１０），（１１）式に
相当する。 ｘ1 ＝ ２Ｌ1 δ(ｄ)＋ｄ×ｓｉｎ(α＋Δ0 ) ……（１０） ｘ2 ＝ ２Ｌ2 δ(ｄ)＋ｄ×ｓｉｎ(α＋Δ0 ) ……（１１）
【００２３】上記（１０），（１１）式より、上記
（８）式と以下の（１２）式が得られる。 ｄ ＝ (ｘ2 Ｌ1 −ｘ1 Ｌ2 )／[(Ｌ1 −Ｌ2 )ｓｉｎ(α＋Δ0 )] ＝ (１＋Δ0 ／tanα) ×(ｘ2 Ｌ1 −ｘ1 Ｌ2 )／[(Ｌ1 −Ｌ2 )ｓｉｎα] ……（１２） したがって、角度誤差Δ0 がある場合においてもヨーイ
ングの正確な評価が可能であることが分かる。なお、移
動量ｄを算出する式に誤差項が生じるため、移動量ｄを
正確に評価する目的なら問題となる。しかしながら、本
実施例では、移動量ｄはヨーイングδ(ｄ)の評価のため
に使用されるのであり、上記誤差項の存在は問題ない。
（８）式と以下の（１２）式が得られる。 ｄ ＝ (ｘ2 Ｌ1 −ｘ1 Ｌ2 )／[(Ｌ1 −Ｌ2 )ｓｉｎ(α＋Δ0 )] ＝ (１＋Δ0 ／tanα) ×(ｘ2 Ｌ1 −ｘ1 Ｌ2 )／[(Ｌ1 −Ｌ2 )ｓｉｎα] ……（１２） したがって、角度誤差Δ0 がある場合においてもヨーイ
ングの正確な評価が可能であることが分かる。なお、移
動量ｄを算出する式に誤差項が生じるため、移動量ｄを
正確に評価する目的なら問題となる。しかしながら、本
実施例では、移動量ｄはヨーイングδ(ｄ)の評価のため
に使用されるのであり、上記誤差項の存在は問題ない。
【００２４】その他の誤差要因としては、従来例と共通
であるが、位置検出素子の法線が入射光に対してΔ傾い
ていた場合の位置誤差、および距離Ｌの測定誤差があ
る。まず、Δによる位置誤差は、以下の（１３）式で与
えられる。 Δｘ1 ＝ ｘ1 ／ｃｏｓΔ1 −ｘ1 ＝ ｘ1 Δ1 2／２ ……（１３） ここで、ｘ1 ＜１０ｍｍ，Δ＜１．７×１０-2rad(１
゜)とすれば、Δｘ1 ＜ １．５μｍとなり、δ＜１．７
×１０-4rad(０．０１゜)、（距離Ｌの測定誤差）＜ １
０ｍｍとすれば位置誤差は約３．５μｍ以下となる。位
置検出素子の測定誤差が３．５μｍより大ならば、これ
らの誤差は評価に影響してこない。
であるが、位置検出素子の法線が入射光に対してΔ傾い
ていた場合の位置誤差、および距離Ｌの測定誤差があ
る。まず、Δによる位置誤差は、以下の（１３）式で与
えられる。 Δｘ1 ＝ ｘ1 ／ｃｏｓΔ1 −ｘ1 ＝ ｘ1 Δ1 2／２ ……（１３） ここで、ｘ1 ＜１０ｍｍ，Δ＜１．７×１０-2rad(１
゜)とすれば、Δｘ1 ＜ １．５μｍとなり、δ＜１．７
×１０-4rad(０．０１゜)、（距離Ｌの測定誤差）＜ １
０ｍｍとすれば位置誤差は約３．５μｍ以下となる。位
置検出素子の測定誤差が３．５μｍより大ならば、これ
らの誤差は評価に影響してこない。
【００２５】次に、本実施例による移動精度測定装置の
物理的な構成例について、図３を参照して説明する。図
３は図１に示される移動精度測定装置の物理的な構成例
を示す図であり、この図に示す各部は、図１の各部に対
応して設けられている。図３においては、光源としては
Ｈｅ−Ｎｅレーザ２０、移動体としては精密直動型モー
タであるリニアアクチュエータ２１の移動ロッド２１ａ
そのものを用いた。さらに、上記移動ロッド２１ａの先
端には、ガラス表面にＡｌ蒸着を施した全反射鏡２２を
接着固定した。
物理的な構成例について、図３を参照して説明する。図
３は図１に示される移動精度測定装置の物理的な構成例
を示す図であり、この図に示す各部は、図１の各部に対
応して設けられている。図３においては、光源としては
Ｈｅ−Ｎｅレーザ２０、移動体としては精密直動型モー
タであるリニアアクチュエータ２１の移動ロッド２１ａ
そのものを用いた。さらに、上記移動ロッド２１ａの先
端には、ガラス表面にＡｌ蒸着を施した全反射鏡２２を
接着固定した。
【００２６】また、位置検出素子としては浜松ホトニク
スのＳ１８８０を使用した。Ｓ１８８０はフォトダイオ
ードの表面抵抗を利用した２次元位置検出素子であり、
有効面積１２×１２[ｍｍ2] を±５Ｖのアナログ出力と
する基板回路Ｃ４６７４を併用するようにした。なお、
位置分解能の仕様は６μｍである。上述した光源、移動
体、および位置検出素子は、除振台上に固定されるとと
もに、Ｓ１８８０が可視光用の位置検出素子であるた
め、背景光を除去する目的で暗室内に設置される。
スのＳ１８８０を使用した。Ｓ１８８０はフォトダイオ
ードの表面抵抗を利用した２次元位置検出素子であり、
有効面積１２×１２[ｍｍ2] を±５Ｖのアナログ出力と
する基板回路Ｃ４６７４を併用するようにした。なお、
位置分解能の仕様は６μｍである。上述した光源、移動
体、および位置検出素子は、除振台上に固定されるとと
もに、Ｓ１８８０が可視光用の位置検出素子であるた
め、背景光を除去する目的で暗室内に設置される。
【００２７】また、処理部として設けられたコンピュー
タ（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有する）２３には、図
示を略すが、１２ビットのＡ／Ｄ変換基板とＧＰ−ＩＢ
基板が増設される。コンピュータ２３は、上記Ａ／Ｄ変
換基板を介してＣ４６７４のアナログ出力端に接続さ
れ、Ｃ４６７４のアナログ出力が変換されたディジタル
信号に基づいて演算処理を行う。なお、１２ビットのＡ
／Ｄ変換器の分解能は１２ｍｍ／２12＝２．９μｍであ
るため、Ｓ１８８０の分解能６μｍに対して十分に高い
精度となっている。さらに、コンピュータ２３は、上記
ＧＰ−ＩＢ基板を介して、リニアアクチュエータ２１の
駆動部であるコントローラ２４と接続されており、ＧＰ
−ＩＢ基板を介して移動情報を入手する。
タ（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有する）２３には、図
示を略すが、１２ビットのＡ／Ｄ変換基板とＧＰ−ＩＢ
基板が増設される。コンピュータ２３は、上記Ａ／Ｄ変
換基板を介してＣ４６７４のアナログ出力端に接続さ
れ、Ｃ４６７４のアナログ出力が変換されたディジタル
信号に基づいて演算処理を行う。なお、１２ビットのＡ
／Ｄ変換器の分解能は１２ｍｍ／２12＝２．９μｍであ
るため、Ｓ１８８０の分解能６μｍに対して十分に高い
精度となっている。さらに、コンピュータ２３は、上記
ＧＰ−ＩＢ基板を介して、リニアアクチュエータ２１の
駆動部であるコントローラ２４と接続されており、ＧＰ
−ＩＢ基板を介して移動情報を入手する。
【００２８】本来、移動精度測定をより高い精度で行う
場合には、図１に示されるように２つの位置検出素子で
の同時測定が望ましいが、図３に示す例では１つの位置
検出素子で距離Ｌを２回測定することによって距離Ｌ1
およびＬ2 を測定し、２回の測定結果（距離Ｌ1 ，Ｌ
2 ）に基づいて演算処理を行うようにしている。すなわ
ち、上記演算処理によって得られる評価結果には、移動
状態の再現性までも含まれていることになる。
場合には、図１に示されるように２つの位置検出素子で
の同時測定が望ましいが、図３に示す例では１つの位置
検出素子で距離Ｌを２回測定することによって距離Ｌ1
およびＬ2 を測定し、２回の測定結果（距離Ｌ1 ，Ｌ
2 ）に基づいて演算処理を行うようにしている。すなわ
ち、上記演算処理によって得られる評価結果には、移動
状態の再現性までも含まれていることになる。
【００２９】また全反射鏡２２への入射角α（αx ）は
１９゜である。これは水平方向のヨーイングに関する角
度であり、垂直方向（ピッチング関連）にはほとんど角
度をつけていない（αy ＝０゜）。すなわち２回の測定
は、それぞれ、ヨーイングについてはほとんどｄ×ｓｉ
ｎ１９゜を測定し、ピッチングについては従来例と同様
に測定したことに相当し、２回の測定結果に基づいた演
算により、ヨーイング、ピッチング共に本実施例の評価
方法となる。
１９゜である。これは水平方向のヨーイングに関する角
度であり、垂直方向（ピッチング関連）にはほとんど角
度をつけていない（αy ＝０゜）。すなわち２回の測定
は、それぞれ、ヨーイングについてはほとんどｄ×ｓｉ
ｎ１９゜を測定し、ピッチングについては従来例と同様
に測定したことに相当し、２回の測定結果に基づいた演
算により、ヨーイング、ピッチング共に本実施例の評価
方法となる。
【００３０】図４および図５は、それぞれＬ1 ＝ ５０
０ｍｍ、Ｌ2 ＝ ２００ｍｍでの測定結果である。これ
らの図において、横軸はコントローラ２４の設定移動量
ｄであり、縦軸は位置検出素子（Ｓ１８８０）上のＲＥ
Ｆを基準とするｘ，ｙ方向の位置を示す。ｘ，ｙ方向の
符号は図９に示したとおりである。ｘ方向の位置はｄ×
ｓｉｎ１９゜により直線的に変化しているが、ｙ方向で
はαy ＝０゜のためにほぼ従来例（図１２参照）と同じ
結果となる。ただし、距離Ｌの違いによって図４に示す
変動幅が図１２に示す変動幅より大きく測定されてい
る。なお、図１２は、従来例（Ｌ＝ ３００ｍｍ）で測
定した角度揺らぎ評価結果を示す図である。
０ｍｍ、Ｌ2 ＝ ２００ｍｍでの測定結果である。これ
らの図において、横軸はコントローラ２４の設定移動量
ｄであり、縦軸は位置検出素子（Ｓ１８８０）上のＲＥ
Ｆを基準とするｘ，ｙ方向の位置を示す。ｘ，ｙ方向の
符号は図９に示したとおりである。ｘ方向の位置はｄ×
ｓｉｎ１９゜により直線的に変化しているが、ｙ方向で
はαy ＝０゜のためにほぼ従来例（図１２参照）と同じ
結果となる。ただし、距離Ｌの違いによって図４に示す
変動幅が図１２に示す変動幅より大きく測定されてい
る。なお、図１２は、従来例（Ｌ＝ ３００ｍｍ）で測
定した角度揺らぎ評価結果を示す図である。
【００３１】また、図６は図４および図５に示される測
定結果に基づいて（８）式の演算を行った結果であり、
本実施例による最終的な評価である。ただし、縦軸はｘ
1 −ｘ2 あるいはｙ1 −ｙ2 表示とし、２(Ｌ1 −Ｌ2 )
で除算してない。横軸は測定移動量である。図７は
（９）式の演算を行った結果であり、移動量の測定結果
を示す。図７において、縦軸は測定移動量からコントロ
ーラの設定移動量ｄを減算した「測定移動量の設定値
（設定移動量）からのずれ」である。
定結果に基づいて（８）式の演算を行った結果であり、
本実施例による最終的な評価である。ただし、縦軸はｘ
1 −ｘ2 あるいはｙ1 −ｙ2 表示とし、２(Ｌ1 −Ｌ2 )
で除算してない。横軸は測定移動量である。図７は
（９）式の演算を行った結果であり、移動量の測定結果
を示す。図７において、縦軸は測定移動量からコントロ
ーラの設定移動量ｄを減算した「測定移動量の設定値
（設定移動量）からのずれ」である。
【００３２】これらの図から明らかなように、移動体の
移動において、移動初期では、バックラッシのような不
動領域があり、その後は微小変動しているようである。
なお、図１２では図６に示されるものに比較してわずか
に正方向への変化が小さくなっている。以上説明したよ
うに、本発明の一実施例によれば、初期設定誤差の影響
をほとんど受けずに、実際の移動量に対応した移動体の
傾きが得られる。したがって、角度ずれをより正確に評
価することができる。
移動において、移動初期では、バックラッシのような不
動領域があり、その後は微小変動しているようである。
なお、図１２では図６に示されるものに比較してわずか
に正方向への変化が小さくなっている。以上説明したよ
うに、本発明の一実施例によれば、初期設定誤差の影響
をほとんど受けずに、実際の移動量に対応した移動体の
傾きが得られる。したがって、角度ずれをより正確に評
価することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光源からの出射光が移動体上に固定された第１の全反射
鏡へ零でない入射角で入射され、２点測定手段が該第１
の全反射鏡による反射光を該第１の全反射鏡からの光学
的距離がそれぞれ異なる２点において位置検出素子へ入
射し、処理部が該位置検出素子で検出される２つの入射
位置に基づいて移動量に対する移動体の傾き角を算出す
るようにしたので、移動量をも同時に測定し、かつ初期
設定誤差の影響をほとんど受けずに実際の移動量に対応
した移動体の角度ずれを正確に評価することができると
いう効果がある（請求項１）。また、第１の位置検出素
子および第２の位置検出素子へそれぞれ異なる距離の光
路を介して前記第１の全反射鏡による反射光を入射し、
これらの位置検出素子で検出される２つの入射位置に基
づいて移動量に対する移動体の傾き角を算出するように
したので、前記角度ずれをより正確に評価することがで
きるという効果がある（請求項２）。
光源からの出射光が移動体上に固定された第１の全反射
鏡へ零でない入射角で入射され、２点測定手段が該第１
の全反射鏡による反射光を該第１の全反射鏡からの光学
的距離がそれぞれ異なる２点において位置検出素子へ入
射し、処理部が該位置検出素子で検出される２つの入射
位置に基づいて移動量に対する移動体の傾き角を算出す
るようにしたので、移動量をも同時に測定し、かつ初期
設定誤差の影響をほとんど受けずに実際の移動量に対応
した移動体の角度ずれを正確に評価することができると
いう効果がある（請求項１）。また、第１の位置検出素
子および第２の位置検出素子へそれぞれ異なる距離の光
路を介して前記第１の全反射鏡による反射光を入射し、
これらの位置検出素子で検出される２つの入射位置に基
づいて移動量に対する移動体の傾き角を算出するように
したので、前記角度ずれをより正確に評価することがで
きるという効果がある（請求項２）。
【図１】本発明の一実施例による移動精度測定装置の概
略構成を示す図である。
略構成を示す図である。
【図２】同装置において発生する誤差について説明する
ための図である。
ための図である。
【図３】同装置の物理的な構成例を示す図である。
【図４】図３に示される移動精度測定装置による距離Ｌ
1 での測定例を示す図である。
1 での測定例を示す図である。
【図５】同装置による距離Ｌ2 での測定例を示す図であ
る。
る。
【図６】図４および図５に示される測定例に基づいた本
発明の一実施例による移動精度測定装置の角度揺れ演算
の結果を示す図である。
発明の一実施例による移動精度測定装置の角度揺れ演算
の結果を示す図である。
【図７】同装置の移動量演算の結果を示す図である。
【図８】従来の移動精度測定装置の一例を示す概略構成
図である。
図である。
【図９】角度揺れについて説明するための図である。
【図１０】従来の移動精度測定装置において発生する誤
差について説明するの図である。
差について説明するの図である。
【図１１】同誤差について説明するための測定結果例を
示す図である。
示す図である。
【図１２】従来の移動精度測定装置による実際の測定例
を示す図である。
を示す図である。
１ 光源 ２ ハーフミラー ３ 移動体 ４，１４，２２ 全反射鏡 ５，１５ 位置検出素子 ６ 駆動部 ７ａ 処理部 ２０ Ｈｅ−Ｎｅレーザ ２１ａ 移動ロッド ２３ コンピュータ
Claims (2)
- 【請求項１】 光源と、移動体と、移動体上に固定され
光源からの出射光が入射される第１の全反射鏡と、全反
射鏡から所定距離離間して設置され第１の全反射鏡によ
る反射光が入射されるとともにその入射位置を検出する
位置検出素子と、移動体を移動させるとともに設定移動
量を出力する駆動部と、駆動部から出力される設定移動
量と位置検出素子で検出される入射位置とに基づいて移
動時の移動体の傾き角を算出する処理部とからなる移動
精度測定装置において、 前記光源からの出射光を前記第１の全反射鏡へ零でない
入射角で入射するとともに、 前記位置検出素子を有し、該第１の全反射鏡による反射
光を該第１の全反射鏡からの光学的距離がそれぞれ異な
る２点において該位置検出素子へ入射する２点測定手段
を備え、 前記処理部は該位置検出素子で検出される２つの入射位
置に基づいて移動量に対する移動体の傾き角を算出する
ことを特徴とする移動精度測定装置。 - 【請求項２】 前記２点測定手段は、前記第１の全反射
鏡による反射光を分岐するハーフミラーと、該ハーフミ
ラーの透過光が入射される第１の位置検出素子と、該ハ
ーフミラーによる反射光が入射される第２の全反射鏡
と、該第２の全反射鏡の反射光が入射される第２の位置
検出素子とを備え、 前記処理部は該第１の位置検出素子および該第２の位置
検出素子で検出される２つの入射位置に基づいて移動量
に対する移動体の傾き角を算出することを特徴とする請
求項１記載の移動精度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10666595A JPH08304020A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 移動精度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10666595A JPH08304020A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 移動精度測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08304020A true JPH08304020A (ja) | 1996-11-22 |
Family
ID=14439381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10666595A Withdrawn JPH08304020A (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 移動精度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08304020A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0867151A2 (en) | 1997-03-25 | 1998-09-30 | Terumo Kabushiki Kaisha | Medical laser irradiation apparatus |
| US7542130B2 (en) | 2004-03-09 | 2009-06-02 | The Yokohama Rubber Co., Ltd. | Moving body measuring apparatus |
| JP2009168488A (ja) * | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Toyota Motor Corp | 位置情報取得装置、位置推定装置、及び移動体 |
-
1995
- 1995-04-28 JP JP10666595A patent/JPH08304020A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0867151A2 (en) | 1997-03-25 | 1998-09-30 | Terumo Kabushiki Kaisha | Medical laser irradiation apparatus |
| US7542130B2 (en) | 2004-03-09 | 2009-06-02 | The Yokohama Rubber Co., Ltd. | Moving body measuring apparatus |
| JP2009168488A (ja) * | 2008-01-11 | 2009-07-30 | Toyota Motor Corp | 位置情報取得装置、位置推定装置、及び移動体 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020702 |