JPS58191904A - 二方向ギヤツプ検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は互いに直角な二つの画を観察対象物としてこの
二つの面の振動や変位など二つの面と装置との間の変位
を二つの面共同時に検出する非接触式のギャップ検出装
置に関する。

従来、非接触式ギャップ検出装置としては、磁気抵抗、
渦電流、光などを利用したものが存在するが、互いに直
角な二つの面を同時に針側しようとすると、この二つの
面に対応するギヤツ！センサの相互干渉の問題が生じた
り、またギャップ検出装置の検出ヘッドの大きさに起因
して大形化してしまい、いずれの方式を用いるにしても
互いに直角な二つの面の交ｄる線のごく近傍の変位や振
動を同時に検出することは困難であった。

そこで、本発明は上述の欠点に鑑み、小形でギャップセ
ンサの相互間干渉もなくしかも応答周波数も速くして、
直角な二つの面の蜜位等の同時検出を可能とした二方向
ゼヤッゾ検出装置の提供を目的とする。

かかる目的を達成する本発明としては、互いに直角な第
１被観察面と第２被観察面とに垂直な方向の変位量を検
出する二方向ギャップ検出装置において、光源と、この
光源から出射された光束を反射および透過させる！１１
１光線分割素子と、この第１光線分割素子から反射もし
くは透過された第１光束を上記ｊｌｌ被観察面上に集光
して第１のスポットを形成させる第１集光レンズと、上
記第１のスポットの土配第１被観察面からの反射光を受
けて上記第１集光レンズと上記第１被観察面表の間のギ
ャップ変位量を検出する第１焦点誤差検出器と、上記第
１光線分割素子から透過本しくは反射された第２光束を
反射させる第２光線分割素子と、この第２光線分割素子
から反射された士紀菖２光束を上記菖２被観察向上に集
光して第２のスポットを形成させる＄１１２集光レンズ
と、上記第２のスポットの上記第２被観察面からの反射
光を受けて上記第２集光レンズと上記第２被観察面との
間のギャップ変位量を検出する第２焦点誤差検出器とを
備えたことを特徴とする。

ここで、図を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
は実施例に当る二方向ギャップ検出装置の一例で、（ａ
）Ｆｉ互いに直角な被観察面１゜２に対する二方向ギャ
ップ検出装置の概略構成を示し、（ｂ）　ｉｊ　（ａ）
のＡ　−Ａ’画からみた概略構成を示す。第１被観察面
ｌ（以下第１面ｌという）と第２被観察面２（以下第２
鈎２という）とは互い（直交する向であって第１図（ａ
）では第１ｍ１Ｆｉ紙自と直交しｊｌ１２ｉ１は紙面と
平行である。

二方向ギャップ検出装置３Ｆｉ第１画ｌと第２面２との
交わる線近傍に位置してこれらそれぞれの肉に垂直な方
向の変位量を検出するだめのものである。

第１図（ａ）において、二方向ギャップ検出装置３には
光源４が備えられ、この光源４＃′ｉ例えば半導体レー
ザが採用されている。そして、半導体レーザの備え付け
に当っては１発振光の偏光の向きを紙面と４５°の角度
になるよ？回転調整すしている。光源４の前方にはカッ
プリングレンズ５が配置され、このカップリングレンズ
５社光源４から出射したビーム状光束の発光・臂ターン
と広がり角度を修正する丸めにある。カップリングレン
ズ５として拡散レンズを用いた場合、半導体レーザであ
る光源４から出射した光束はこの拡散レンズによって広
がり角が大きくなって゛出射する。カップリングレンズ
５から出射した光束社第１偏光膜６を有する第１ｆｔ、
細分割ゾリズム７に入射し、この第１偏光膜６の働きに
より半分の光量が反射し、この反射光束の偏向の向きは
紙面と直角方向となる。滲Ｊ時に第１光細分割プリズム
７に入射した光束＃ｉ第１偏光膜６の働きにより半分の
光量が透過し、この透過光束の偏光の向きは紙面内の方
向となる。

ｍ１光巌分割プリズム７で反射した第１０光束ｔｉ第１
四分の一波長板８に入射し、この第１四分の一波長板８
で祉光束が円偏光に変換される。１ａｉＨ分の一波長板
８を透過した光束は第１集光レンズ９に入射され集光さ
れて第１画１土にスポットを形成する。ついで、第１面
ｌを反射した光束は入射時の光束と比でて逆廼りの円偏
光となって入射時の光路を逆に戻る。戻る光束は再度第
１集光レンズ９を透過し第１四分の一波長板８に入射し
て偏光の向きが変換され透過光束の偏光の向きが紙面内
の直線偏向となる。謔ｌ四分の一波長板８の透過光束は
紙面内の方向に偏向されるので今度は第１偏光膜６の働
きにより全てが透過する。そして、この第１−光膜６を
透過した戻プ光束＃ｉ、＊１ナイフ゛エツソ１０と第１
分割フォトダイオード１１ａ。

１１ｂによって構成される第１焦点誤差検出器１２に入
射する。

第１焦点誤差検出器１２に入射して分割フォトダイオー
ドｌｌａおよびｌｌｂの受光面上に形成されるビームス
ポットは、篤１面１がこの画Ｋｌｉ直方向に沿って変位
し九とき第１集光レンズ９とｇｌｍｌとの間のギャップ
変位量が変化することになるので、この変化に対応して
第１ナイフェツジ１００作順゛菖１分割フォトダイオー
ドｌｌａおよびｌｌｂの長手方向に移動する。この第１
分割フォトダイオードｌｌａおよび１１ｂの受光面上の
ビームスポットの勤キハ両方の第１分割フォトダイオー
ド１１１およびｌｌｂそれぞれにて電気信号に？換され
、この第１分割フォトダイオード１１１およびｌｌｂの
両川力信号を差動増Ｓ器（図示省略）に入力することに
よって、この差動増幅器の出力は菖１集光レンズ９の焦
点誤差信号として出力される。第２図はギヤツブ蜜位量
に対する焦点誤差信号の一カ整示すものである。

一方、第１光線分割！リズム７を透過し九光束は第１図
（ａ）に示す第２偏光ａ［１３を有する菖２光巌分割！
リズム１４に入射し、この第２偏光膜１３の働きによシ
偏光の向きが紙面内の直線偏光はすべて紙面と直角方向
に反射される。

！Ｉ　１　ｆｆ１（ｂ）Ｆｉｉ　２　ｆｔｌｌｌ分割ｆ
　リｙｅ　Ａ　１４　以１ｋｏ透過光束の経路を説明す
るための械略図である。

第２光線分割！リズム１４で第１図（ａ）における紙面
と直角方向に反射された光束は第１図（ｂ）にあって鹸
述の第１光線分割プリズム７で反射した光束と同様の振
舞いを経過する。すなわち、第２四分の一波長板１５に
て円偏光され第２集光レンズ１６を透過して第２面２上
に焦点を結びスポットを形成した光束は、第２面２を反
射し入射時の光路を逆に戻って第２集光レンズ１６゜第
２四分の一波長板１５および第２光線分割グリズム１４
を通る。そして、この第２光線分割！リズム１４に入射
した第２四分の一波長板１４に入射した戻り光束は全て
′ｌ１４２ナイフェツジ１７と第２分割フォトダイオー
ド１８ａおよび１８ｂによって構成される第２焦点誤差
検出器１９に入射する。したがって、＄１２焦点誤差検
出器１９に入射し第２分割フォトダイオード１８ａ。

１８ｂ上の受光面に形成されるビームス号ピットは、第
２向２がこの面に垂直方向に変位したとき分割フォトダ
イオード１８ｍ、１８ｂの長さ方向に移動する。この移
動は電気的出力信号の変動となって表われるのて、差動
増幅器（図示省略）を通すことによって、第２図に示す
ような焦点誤差信号特性として得られる。なお、菖１図
中光源４から第２焦点誤差検出器１９までの１６部品は
全て本実施例の二方向ギャップ検出装置ｉ１３に固定し
て搭載されている。

本実施例では光源４として半導体レーデを用いたのであ
るが、通常の白熱光や発光ダイオードを使ってもよく、
また偏光膜６．１３を有する光線分割！リズム７．１４
と四分の一波長板８．１５を組合せて使用する代りに、
／・−７ミラーを置換えて用いても可能である。さらに
、本実施例では焦点誤差検出器１２．１９としてナイフ
ェツジ１０．１７を組込んだものを用いたが、シリンド
リカルレンズや臨界角ノリｆ卓を利用した焦点誤差検出
器を用いてもよい。

第３図は上記実施例の二方向ギャップ検出装置を適用し
九応用例を示すものであって、二つの二方向ギャップ検
出装置３ａ、３ｂ＃ｉ可動物体２１に固定されている。

可動物体２１には更に電磁石２２ｍ　、２２ｂ　、２２
ｃ　、２２ｄが固定されている。可動物体２１は表面に
磁性体を有する長方形断面溝が形成されたがイド機構２
０に対して非接触で支持される。二方向ギャップ検出装
置３ａはがイド機構２０の互いに直交する二つの向Ｂと
Ｃ，また二方向ギャップ検出装置３ｂはがイド機構２０
の互いに直交する二つのｌｌ１ＣとＤのそれぞれのギャ
ップを検出するものである。そして、これら二つの二方
向ギャップ検出装置３１と３ｂの各電気的出力はフィー
ドバックされ、電磁石２２ａ　、２２ｂ　＋２２ｃ　、
２２ｄに流す電流を制御することにより、重力等によっ
て矢印方向に力を受けている可動物体２１をがイド機構
２０から磁気的に浮上させている。

＠４図は上記実施例の二方向ギャップ検出装置を適用し
た他の応用例を示すものであって、二方向ギャップ検出
装置３によって、回転する段付き円筒形状物体２３０備
画Ｅの偏心としての半径方向変位と回転軸に垂直なｉ［
ＩＦの而振れとしての軸方向の変位とを同時に針側する
ことを可能としたものである。

以上実施例にて説明したように本発明によれば、光源や
レンズ等光学部品も極めて小形な部品を用いることによ
って幾可学的にねじれの位置に分割させた二つの光束の
光軸間距離も数置程度小さくすることができるので、非
常に小形化でき互いに直交する二つの面の交わる線のご
く近傍まで近接させることも可能となり、さらＫ、互い
ＶＣ直交する二つの面の交線からの間隔や面の変位、振
動の検出感度も光束を集光するために用いる集光レンズ
の焦点距離や開口数を適切に選択することによって適正
に変えることができ応答周波数も速くでき、従来の如き
相互間干渉もなくて二つの面の変位等の同時検出を好適
に可能とした。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による二方向ギャップ検出装置の実施例
を示し、（ａ）　ｔ′ｉ概略構成図、（ｂ）は（ａ）図
のＡ　−Ａ’からみた概略構成図、第２図はギャッゾ変
位量に対する焦点誤差信号特性曲線図、第３図は二方向
ギャップ検出装置を磁気軸受に応用した簡略構成図、第
４図は円筒の面振れと偏心の同時計側に二方向ギヤラグ
検出装置を応用した斜視図である。 図面中、 １＃ｉ、第１被観察面、 ２は第２被観察向、 ３は二方向ギヤラグ検出装置、 ４は光源、 ５はカップリングレンズ、 ６は第１偏光膜、 ７＃′ｉ第１光線分割プリズム、 ８は第１四分の一波長板、 ９は第１集光レンズ、 １２ｔｉ第１焦点誤差検出器、 １３祉菖２偏光膜、 １４ＩＩｉ第２光線分割グリズム、 １５ＦｉａＩ２四分の一波長板、 １６は第２集光レンズ、 １９ｔ′ｉ第２焦点誤差検出器、 ２０はがイド機構、 ２１は可動物体、 ２２＃′ｉ電磁石 ２３は円筒形状物体である。 特許出願人　日本電信電話公社 代理人弁理士　光　石　士　部　（他１名）第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに直角な！１１被観察面と第２被観察画とに垂直な
   方向の変位量を検出する二方向ギャップ検出装置におい
   て、光源と、この光源から出射された光束を反射および
   透過させる第１光線分割素子と、この１１１光線分割素
   子から反射４しくは透過され九ｊｌｌｌ光束を上記菖ｌ
   被観察画上に集光して第１のスポットを形成させる第１
   集光レンズと、上記菖１のスポットの上記第１被観察向
   からの反射光を受けて±紀第１集光レンズと上記第１被
   観察面との間のイヤツブ変位量を検出する第１焦点誤差
   検出器と、上記第１光線分割素子から透過もしくは反射
   された第２光束を反射させる第２光線分割素子と、この
   纂２光線分割素子から反射された上記第２光束を上記第
   ２被観察面±に集光して１１２のスポットを形成させる
   第２集光レンズと、上記第２０スポツトの上記ｔＪ４２
   被観察内からの反射光を受けて上記第２集光レンズと上
   記第２被観察面との間のイヤツブ変位量を検出する第２
   焦点誤差検出器とを備えたことを特徴とする二方向ギャ
   ップ検出装置。