TWI473970B

TWI473970B - Displacement measurement method and displacement measurement device

Info

Publication number: TWI473970B
Application number: TW99133905A
Authority: TW
Inventors: Masato Ikeda; Katsuhiro Oyama
Original assignee: Taiyo Yuden Kk
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2015-02-21
Also published as: EP2487453A4; US8730483B2; JP5586619B2; WO2011043354A1; TW201142244A; US20120250031A1; JPWO2011043354A1; EP2487453A1; EP2487453B1

Description

位移量測方法及位移量測裝置

本發明係關於一種利用光干涉之位移量測方法及位移量測裝置，更具體而言，係關於量測範圍之擴大者。

近年來，自環境保護與健康上之觀點，利用汽車移動之人們開始關注具備有電動輔助之腳踏車。尤其具備有電動輔助之腳踏車中，可藉由一次充電而行駛較長之距離，且進行能量之回收充電之腳踏車受到重視。基於如此背景，於煞車時之能量回收充電中，進行制動後作出對應者較為普遍。然而，由於僅是於進行制動後用於能量回收充電，則利用效率低，故若可自欲進行煞車而已開始拉煞車柄之制動前之狀態起便用於能量回收充電，則較為理想。因此，需要偵測已開始拉煞車柄之制動前之狀態，即已施加煞車線之張力之狀態，並測定與上述煞車線之張力成比例之輕微之移動量，即位移量之方法。

圖17(A)及(B)顯示電動輔助車輛之煞車柄操作量與煞車力之關係。上述之具備電動輔助之腳踏車等中，需要於開始握住煞車柄時測定與圖17(A)所示之遊隙區間中之煞車線之移動量對應之煞車柄的操作量，繼而，根據煞車線之伸展來感知煞車片欲阻止車輪旋轉而已開始進行制動之時點即機械煞車動作點P1。其原因在於：若於施加制動之前後，在能量回收制動與機械制動之間無法順暢地控制，則駕駛員亦包含搭乘者在內會感到如進行了急煞車般之不適感、或者有煞車力不足之感覺。

尤其，於電動輔助腳踏車等之煞車中，藉由駕駛員更換絲線或調整絲線張力而調整遊隙區間，從而直至產生機械煞車為止之煞車柄操作量如圖17(B)所示，容易產生自上述機械煞車動作點P1偏移至P2之情況。先前，僅檢測煞車柄之操作量，當達到預先設定之機械煞車開始之操作量時，判斷為機械煞車開始。因此，存在如下不良情況，即無法對應於上述之經使用者調整後之機械煞車動作點P2，從而無法順暢地進行能量回收制動與機械制動之間之控制。因此，為最大限度地提高能量回收充電之效率，較理想的是藉由同時或時序性地測定煞車線之移動量與煞車線之伸展量之雙方，而可直接檢測機械煞車開始時點之系統構造。

作為測定上述煞車線之移動量或伸展量等之輕微位移之方法，先前使用光干涉儀。圖18(A)所示之邁克生干涉儀300包括：雷射光源302；準直透鏡304，其使雷射光成為平行光；分光器306，其將光束一分為二，使一光束照射於固定鏡308，且使另一光束照射於可動鏡310，並使兩反射光干涉；以及光感測器312。於邁充生干涉儀300中，若可動鏡310相對於固定側單元314而在光束方向上移動1個波長，則會於檢測器上產生兩次光之明暗。該光之明暗如圖18(B)所示係作為干涉條紋316而被觀察到，1個波長以下之位移可藉由讀取該明暗之電壓值而檢測。又，對於1個波長以上之位移，可藉由測定產生了幾次該明暗(干涉條紋)而量測位移。即，相對於鏡片之移動，往復產生2倍之路徑差，因此如圖18(C)所示，可藉由位移(移動距離)=1個波長×明暗數×2計算位移(再者，另外需要檢測朝哪一方向移動之機構)。作為該利用光干涉之技術，例如有下述專利文獻1所示之相位差檢測器及相位差檢測方法。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2007-271624號公報

然而，若使用如上所述之光干涉儀，則存在如下不良情況。

(1)　量測範圍由光之波長決定，若欲量測光之波長以上之範圍，則要計數所穿過之光之波長，無法獲得光之波長以下之解析度。

(2)　光學零件之位置精度非常嚴格，有時無法以0.01度級量測角度偏移，無法以次微米級量測位置偏移。因此，需要用以根據溫度變化、濕度變化、外部振動、經過時間之類的使用環境來防止誤檢測之對策。

(3)　由於需要準直透鏡、鏡片之組合、分光器，因此難以小型化。

(4)　無法同時或時序性地測定不同之檢測靈敏度‧檢測位置下之位移，例如上述電動輔助腳踏車之煞車線之移動量與伸展量等。

本發明係著眼於如上所述之方面者，其目的在於提供一種不受光學元件之傾斜精度之影響，構成簡單且可小型化，亦不受繞射光柵之面方向之位置偏移之影響，且可進行光學解析度之調整之位移量測方法及位移量測裝置。本發明之其他目的在於提供一種可同時或時序性地進行不同之檢測靈敏度‧檢測位置下之位移測定之位移量測方法及位移量測裝置。

本發明之位移量測方法係藉由準直透鏡使自光源所發射之光成為平行光，藉由配置於上述平行光之光軸上之第1繞射光柵，使上述平行光分成與該平行光朝同方向行進之0次光及相對於該0次光具有繞射角之±n次光(n為1以上之自然數)而行進，藉由光柵間距與上述第1繞射光柵相同且配置成與該第1繞射光柵對向並可相對地移動之第2繞射光柵，使經過上述第1繞射光柵後之0次光及±n次光分別進而分成朝同方向直進之0次光、與±n次光而行進，藉由第1光感測器接收經過上述第1及第2繞射光柵後之繞射光中的沿著由上述第1繞射光柵所產生之0次光、+n次光或-n次光之任一者的光軸之至少一組干涉光，並進行光量檢測，並且自與上述第2繞射光柵之相對於上述第1繞射光柵之移動量對應之干涉條紋或其信號，測定上述第1與第2繞射光柵間之上述平行光之光軸方向之位移量。主要形態之一係上述第1及第2繞射光柵具備光柵圖案，其係調整過繞射光之光強度之比率，以便可將0次光及±1次光用於信號檢測；且測定上述第1與第2繞射光柵間之上述平行光之光軸方向之位移量。

其他形態之位移量測方法係藉由與上述第1及第2繞射光柵於相同之光軸方向上分離地配置而具有與上述第1及第2繞射光柵不同之光柵間距之第3繞射光柵，使上述0次光進而分成直進之0次光、與±n次光而行進，並藉由光柵間距與上述第3繞射光柵相同而配置成與該第3繞射光柵對向並可相對地移動之第4繞射光柵，使經過上述第3繞射光柵後之0次光及±n次光分別進而分成直進之0次光、與±n次光而行進，藉由第2光感測器接收經過上述第3及第4繞射光柵之繞射光中的沿著由上述第3繞射光柵所產生之0次光、+n次光或-n次光之任一者的光軸之至少一組干涉光，並進行光量檢測，並且自與上述第4繞射光柵之相對於上述第3繞射光柵之移動量對應之干涉條紋或其信號，測定上述第3與第4繞射光柵間之上述平行光之光軸方向之位移量。又其他之形態係上述第3及第4繞射光柵具備光柵圖案，其係調整過繞射光之光強度之比率，以便可將0次光及±1次光用於信號檢測；且測定上述第3與第4繞射光柵間之上述平行光之光軸方向之位移量。

本發明之位移量測裝置係如下者，即包括：光源；準直透鏡，其用以使自上述光源所發射之光成為平行光；第1繞射光柵，其配置於上述平行光之光軸上，使該平行光分成直進之0次光、與±n次光而行進；第2繞射光柵，其光柵間距與上述第1繞射光柵相同且配置成與該第1繞射光柵對向且可於同一軸上相對地移動，並使經過上述第1繞射光柵後之0次光及±n次光分別進而分成直進之0次光、與±n次光而行進；及第1光感測器，其接收經過上述第1及第2繞射光柵後之繞射光中的沿著由上述第1繞射光柵所產生之0次光、+n次光或-n次光之任一者的繞射光之光軸之至少一組干涉光，並進行光量檢測；且測定相對於上述第1繞射光柵之第2繞射光柵中之上述平行光之光軸方向的位移量。主要形態之一係上述第1及第2繞射光柵具備光柵圖案，其係調整過繞射光之光強度之比率，以便可將0次光及±1次光用於信號檢測；且測定上述第1及第2繞射光柵間之上述平行光之光軸方向之位移量。

其他形態係如下者，即於上述第2繞射光柵之繞射面設置具有階差之相位板，使用二分割光感測器作為上述光感測器，並且具有對自上述二分割光感測器所輸出之兩個信號進行合成之運算機構。又上述第2繞射光柵具有分別具備光柵間距相同之光柵圖案之兩個區域，且一方區域之光柵圖案之整體以選自與上述光柵間距之1/2、1/4或3/4相當之偏移量中之任一偏移量，相對於另一方區域之光柵圖案偏移，使用二分割光感測器作為上述光感測器，並且具有對自上述二分割光感測器所輸出之兩個信號進行合成之運算機構。又其他形態係如下者，即上述光源、準直透鏡、第1繞射光柵、第2繞射光柵、第1光感測器係設置於透明樹脂成型體內所設之空間內，並且上述透明樹脂成型體表現出能以上述第1繞射光柵與第2繞射光柵為分界線進行伸縮之彈性，使得該等兩個繞射光柵能保持平行狀態。

其他形態之位移量測裝置係如下者，即包括：第3繞射光柵，其與上述第1及第2繞射光柵於相同之光軸方向上分離地配置，具有與上述第1及第2繞射光柵不同之光柵間距，並且使經過上述第2繞射光柵後之0次光進而分成直進之0次光、與±n次光而行進；第4繞射光柵，其光柵間距與上述第3繞射光柵相同而配置成與該第3繞射光柵對向且可相對地移動，並且使經過上述第3繞射光柵後之0次光及±n次光分別進而分成直進之0次光、與±n次光而行進；及第2光感測器，其接收經過上述第3及第4繞射光柵之繞射光中的沿著由上述第3繞射光柵所產生之0次光、+n次光或-n次光之任一者的光軸之至少一組干涉光，並進行光量檢測；且測定相對於上述第3繞射光柵之第4繞射光柵之上述平行光之光軸方向的位移量。主要形態之一係上述第3及第4繞射光柵具備光柵圖案，其係調整繞射光之光強度之比率，以便可將0次光及±1次光用於信號檢測；且測定相對於上述第3繞射光柵之第4繞射光柵間之上述平行光之光軸方向的位移量。

其他形態係如下者，即於上述第2繞射光柵之繞射面或上述第4繞射光柵之繞射面的一者上設置具有階差之相位板，使用二分割光感測器作為上述第1及第2光感測器中之至少一方，並且具有對自上述二分割光感測器所輸出之兩個信號進行合成之運算機構。又上述第1或第2繞射光柵之一方及上述第3或第4繞射光柵之一方具有分別具備光柵間距相同之光柵圖案之兩個區域，且一方區域之光柵圖案之整體以選自與上述光柵間距之1/2、1/4或3/4相當之偏移量中之任一偏移量，相對於另一方區域之光柵圖案偏移，使用二分割光感測器作為上述第1及第2光感測器中之至少一方；並且具有對自上述二分割光感測器所輸出之兩個信號進行合成之運算機構。

又其他形態係如下：即上述光源、準直透鏡、第1繞射光柵、第2繞射光柵、第1光感測器係配置於透明樹脂成型體內所設之空間內，上述第3繞射光柵係配置於上述透明樹脂成型體之一方之端面，上述第4繞射光柵與上述第2光感測器係於上述透明樹脂成型體之外部，配置於與上述第3繞射光柵對向之位置上，上述透明樹脂成型體表現出能以上述第1繞射光柵與第2繞射光柵為分界線進行伸縮之彈性，使得該等兩個繞射光柵能保持平行狀態，並且上述第4繞射光柵與上述透明樹脂成型體可相對移動。

根據以下之詳細說明及隨附圖式使本發明之上述目的及其他目的、特徵、優點變得明確。

根據本發明，可不受繞射光柵之傾斜精度之影響，構成簡單且可小型化，亦不受繞射光柵之面方向之位置偏移之影響，且可進行光學解析度之調整。又，可藉由1個光源同時或時序性地進行不同之位置‧不同之檢測靈敏度下之位移量測。

以下，根據實施例詳細地說明用於實施本發明之最佳形態。

[實施例1]

<基本構造>…首先，一面參照圖1，一面說明本發明之基本構造。圖1(A)係顯示本實施例之基本構造之圖，圖1(B-1)及圖1(B-2)分別係顯示光路1及光路2之圖，圖1(C)及圖1(D)係顯示光路1及2之干涉情況之圖。如圖1(A)所示，本實施例之位移量測裝置10包括：雷射二極體等雷射光源12；準直透鏡14，其使來自雷射光源12之雷射光13成為直進之平行光15；固定側之第1繞射光柵16，其使平行光15分成直進光24與繞射光22而行進；可動側之第2繞射光柵18，其與第1繞射光柵16對向，且配設成可相對移動，並且使直進光24進而分成直進光24與繞射光26而行進；以及光電二極體等第1光感測器20。

經過第1繞射光柵16之平行光15實際上分成與平行光15同方向行進之0次光，即0次繞射光以及相對於該0次光具有繞射角之±n次光，即±n次繞射光(n為1以上之自然數)而行進，但此處為便於說明，將經過第1繞射光柵16、第2繞射光柵18後與平行光15同方向行進之0次光總稱為直進光24。又，將作為由第1繞射光柵16所產生之+1次光且經過第2繞射光柵18後亦同方向行進之光設定為繞射光22。進而，將經過上述第1繞射光柵16之0次光，即直進光24之中，經過第2繞射光柵18之+1次光設定為繞射光26。再者，於本實施例中，利用+1次光，但亦可利用其他特定次數之繞射光進行以下所說明之位移量之測定。進而，實際上除圖1所示之繞射光以外，亦存在多個繞射光，但為使以下之說明變得容易而省略圖示。實施例2以下亦相同。

第1繞射光柵16與第2繞射光柵18具有以相同之特定間距，例如以圖1(A)之光柵間距P所形成之多個槽16A、18A，且以使兩個繞射光柵之繞射方向相同之方式設定。又，第1光感測器20係接收包含藉由第2繞射光柵18而繞射之繞射光26，且沿著由第1繞射光柵16所產生之繞射光22之光軸之繞射光，並檢測干涉光30之光量者，且係根據與第2繞射光柵18之移動量或位移量對應之干涉條紋、或者其信號來測定第1繞射光柵16與第2繞射光柵18間之軸方向之位移量者。

再者，本發明中之軸方向係指藉由準直透鏡而使自光源所發射之光成為平行光之光軸上的方向。

圖1(B-1)顯示光路L1藉由第1繞射光柵16而繞射之情況，圖1(B-2)顯示光路L2藉由第2繞射光柵18而繞射之情況。此處，圖1(B-1)所示之光路L1表示經過第1繞射光柵16之繞射光，即本實施例之情形中僅表示+1次光中經過第2繞射光柵18後亦朝相同方向行進之繞射光22(+1次光→0次光)，圖1(B-2)所示之光路L2僅表示經過第1繞射光柵後直進並入射至第2繞射光柵18之光中，與上述圖1(B-1)所示之繞射光22同方向行進之繞射光26(0次光→+1次光)。又，圖1(C)顯示使該等光路L1及L2重疊之情況。於本發明中，如後述般，可藉由第2繞射光柵18之移動前與移動後之干涉光30之光量測定來測定位移量，如圖1(D)所示，光路L1、L2共有相同之光路，進而利用繞射光柵之透過繞射光不易受到繞射光柵之傾斜之影響的特性，即便第2繞射光柵18因傾斜，即振動影響等而振動，亦不會對干涉條紋產生不良影響。又，由於可削減上述先前技術之光學系統中最大之元件即分光器，因此可實現裝置之小型化及低成本化。

<定性之動作原理>…其次，一面參照圖1(A)及圖2，一面定性地說明本實施例之動作原理。圖2係顯示本發明之位移量測之定性之動作原理之說明圖。首先，將第1繞射光柵16與第2繞射光柵18以特定之間隔對向配置後，使自雷射光源12穿過準直透鏡14而成為平行光15之雷射光入射至第1繞射光柵16中。入射光被分成藉由第1繞射光柵16而繞射之繞射光22例如路徑1及路徑3、與直進光即圖1(A)之直進光24之兩者，然後入射至第2繞射光柵18中。上述直進光進而藉由第2繞射光柵18而繞射(路徑2)，固定側之繞射光22與可動側之繞射光26產生干涉，並藉由第1光感測器20對其進行光量檢測。若第2繞射光柵18於軸方向上自圖2中實線所示之位置移動至虛線所示之位置，則路徑2之繞射光之於繞射之光軸上的位置自位置P1移動至P2。於移動前，干涉光1係以路徑1與路徑2之繞射光之干涉中的光程差為基準，於移動後，成為路徑2與路徑3之繞射光之干涉光2，並產生圖2所示之光程差，即光路3與光路1之路徑差。因此，可藉由與上述移動量對應之光之干涉而重複明暗，並檢測移動量。

<定量之動作原理>…其次，一面參照圖3，一面定量地說明本實施例之動作原理。圖3係顯示本發明之位移量測之定量之動作原理之圖。如圖3(A)所示，於透過型繞射光柵，即圖示之例中，例如若將入射角θ設定為0度，將λ設定為波長，將P設定為繞射光柵間距，則第2繞射光柵18之入射角θ與繞射角Φ 之關係對於1次繞射光而言成為如下述數式1般。

[數1]

sinΦ +sinθ=λ/P

另一方面，如圖3(B)所示，相對於第2繞射光柵18之Δd之移動，路徑2之路徑長變化Δd，但路徑3之路徑長Δd2成為如下述之數式2所表示般。

[數2]

Δd2=(Δd/cos(Φ ))

此處，若設定為可動側之路徑2與固定側之路徑1於移動前不存在路徑差，則移動後之路徑差Δ由下述之數式3表示。

[數3]

Δ=Δd2-Δd=Δd(1/cos(Φ )-1)

此處，基於上述定量之動作原理說明具體例。若將透過型繞射光柵之入射角θ設定為0，將波長λ設定為0.65 μm，將光柵間距P設定為1.6 μm，則根據上述數式1，繞射角Φ =ASIN(0.65/1.6)=24.0°。

而且，由於用於上述繞射光柵時之繞射角Φ 成為24度，因此根據上述數式3，相對於移動量Δd之路徑2與路徑3之路徑差Δ成為Δ=Δd(1/cos(24°)-1)=0.094，於約11個波長之移動中產生1次干涉之明暗。

於上述先前技術之干涉儀中，相對於1個波長之移動量，必定產生兩次干涉之明暗，但於本實施例中，干涉條紋之產生間隔依存於繞射角Φ ，可藉由該繞射角Φ 擴大檢測範圍。又，由於繞射角Φ 係由光柵間距P與波長所決定，因此亦可說干涉條紋之產生間隔依存於光柵間距P。藉由第1繞射光柵16、第2繞射光柵18之光柵間距P之微細化，能夠以1個波長以下之等級檢測位移量。如此，藉由檢測範圍之擴大，可檢測線性部分，且可進行自次微米區域至數十mm為止之寬廣範圍之位移檢測。

於下述表1中，作為一例，顯示第1及第2繞射光柵16、18之光柵之條數(條/mm)、光柵間距P(μm)、繞射角Φ (度)、倍率G(倍)、及檢測範圍(μm)之關係。若將第2繞射光柵18移動Δd時之路徑差設定為Δ，則Δ係由上述數式3表示。倍率G成為Δd/Δ。當G=1時，檢測範圍為光之1個波長且成為SIN波狀，若G變大，則檢測範圍成為波長λ×倍率G，且可藉由SIN波擴大而進行線性檢測。

<應用例>…繼而，一面參照圖4~圖8，一面對將本實施例之位移量測裝置10適用於電動輔助腳踏車之煞車線之伸展量的量測之應用例進行說明。圖4係顯示電動輔助腳踏車之整體構成之圖，圖5係顯示上述電動輔助腳踏車之煞車機構之概略的圖。圖6係顯示搭載於上述電動輔助腳踏車上之位移量測單元之構造例的圖。圖7(A)係顯示雷射光源之電路構成之圖，圖7(B)係顯示光檢測電路之構成之圖，圖7(C)係顯示來自上述光檢測電路之輸出1之信號波形的圖，圖7(D)係顯示本應用例之位移量測單元之實測特性的圖，圖7(E)係顯示上述位移量測單元之光模擬之結果的圖。圖8係顯示煞車柄操作量與線張力及煞車力之關係之圖。如圖4及圖5所示，電動輔助腳踏車50包括：把手52；包含煞車柄54、被管58所覆蓋之煞車線56、煞車片60等之煞車機構；控制器64；馬達66；電池68；及位移量測單元70等。

上述煞車機構如圖5(A)所示，成為藉由煞車柄54之操作而對煞車線56施加張力，從而使煞車片60抵壓於輪緣62之公知之構成。於已開始拉煞車柄54之遊隙區間，在如圖5(B)所示煞車線56移動，煞車片60與輪緣62接觸而進行機械煞車之制動之狀態下，如圖5(C)所示，煞車線56伸展。於本實施例中，對藉由位移量測單元70檢測圖5(C)所示之煞車線56之伸展量，藉此量測煞車操作力之情形進行說明。

如圖6所示，位移量測單元70係煞車線56貫穿其設置於透明樹脂成型體72上方之貫穿孔74，且煞車線56藉由螺絲76A及76B而固定於透明樹脂成型體72之側面72A及72B側之兩部位。又，在設置於側面72A側之未圖示之圓形之凹狀空間中嵌入有雷射光源12，雷射光源12係連接於雷射驅動電路78。進而，在設置於透明樹脂成型體72中，並貫穿厚度方向之空間或切口80A中配置有準直透鏡14，且其周緣係藉由接著劑等而固定。於貫穿厚度方向之空間80B中配置有第1繞射光柵16及第2繞射光柵18，且各光柵之背面係藉由透明接著劑等而固定。進而，於貫穿厚度方向之空間80D中配置有第1光感測器20，第1光感測器20上連接有I/V(電流/電壓)轉換電路82。

於空間80B與80D之間設置有其他空間80C，藉由使螺絲84自透明樹脂成型體72之另一側面72B側貫穿至空間80C，並推壓其側面，可調整第2繞射光柵18之初始位置。又，於透明樹脂成型體72中，除設置有連接空間80B與80D並成為繞射光之通道之空間80E以外，於空間80B之上方亦設置有貫穿厚度方向之狹縫86。該狹縫86係用於以如下方式賦予彈性者，即於第1繞射光柵16與第2繞射光柵18保持平行之狀態下，在該等繞射光柵16、18之分界線使透明樹脂成型體72與煞車線56一併於軸方向上伸縮(參照圖6之箭頭F6)。再者，將透明樹脂成型體72設定為不存在厚度方向之彎曲者。

作為透明樹脂成型體72，例如利用15 mm見方，厚度為5 mm左右，且為丙烯酸或聚碳酸酯等之透明樹脂者。又，作為雷射光源12，利用波長為650 nm，輸出為5 mW之雷射二極體LD，光軸係在與繞射光柵16、18之槽16A及18A平行之方向上取射出角更小者。準直透鏡14係利用NA(numerical aperture，數值孔徑)為0.65，有效直徑為4 mm，寬度為1.5 mm者，作為第1繞射光柵16及第2繞射光柵18，利用光柵間距P為1.6 μm，槽16A及18A之深度為150 nm，槽寬度為0.5 μm者。將第1繞射光柵16與第2繞射光柵18之繞射方向設定為相同之方向，且將繞射光柵間之距離設定為雷射光源12之同調長度，例如1 mm左右以內。其原因在於：若增大兩個繞射光柵16、18之間之距離，則光之干涉性變差，無法取得干涉之明暗。進而，作為另一個主要原因，若增大距離，則產生干涉之兩個光束之位置偏移變大，重疊面積減少。因此，其係由必需將光束徑保持於一定大小之範圍內這一點所決定者。

於如上所述之構成之位移量測單元70中，為檢測煞車線56之伸展，而形成如下之構造，即當藉由第1繞射光柵16與第2繞射光柵18之分界線，即圖6之虛線部分將透明樹脂成型體72分成兩個部分時，利用螺絲76A、76B將各個部分固定於煞車線56上，並且所分開之兩個部分具有於狹縫86之周圍連接之彈性。因此，若煞車線56伸展，則兩個繞射光柵16、18於保持平行之狀態下配合煞車線56之伸縮而間隔發生變化，因此可檢測伸展量。

圖7(A)顯示雷射光源12之電路構成。於本例中，利用雷射二極體LD作為雷射光源12，該雷射二極體LD係經由電流限制電阻R1而連接於電源。另一方面，圖7(B)顯示本例之光檢測電路。於本例中，利用光電二極體PD作為第1光感測器20。光電二極體PD對應於所接收之干涉光之光量產生電流，該電流被輸入至運算放大器OP之負輸入端子，然後被轉換成電壓而作為輸出1輸出。即，運算放大器OP相當於I/V轉換電路82。再者，於圖7(B)所示之電路中，設置有電阻R2及R3兩個電阻。一側之電阻R2決定運算放大器OP之輸出之動作點，即光信號為0時之輸出電壓，兩端連接於運算放大器OP之電阻R3係相對於入射至第1光感測器20，例如光電二極體PD之入射光量決定輸出電壓之增益的電阻，電阻越大，於相同之光量下輸出電壓越大。

圖7(C)顯示自運算放大器OP所輸出之輸出1之波形。該圖中之橫軸表示位移X，縱軸表示檢測電壓。如該圖所示，於本例之檢測方式中，檢測特性成為sinX狀，因此可根據電氣信號之強度求出位移X。再者，圖7(C)所示之檢測特性之sin波可100%使用，但若設想由光感測器20之原點位置調整之偏移所引起的檢測範圍之偏移，則可設定20%之容限，使用振幅之±80%左右之範圍。圖7(D)顯示實際之位移量測單元之實測特性，圖7(E)顯示實際之位移量測單元之光模擬的結果。圖7(D)之實測測定係使繞射光柵18以相對於繞射光柵16自固定位置離開之方式於軸上移動時之光功率的檢測結果。該測定中所使用之繞射光柵16、18之光柵間距P為10 μm，對於移動之檢測之1個週期根據圖7(E)所示之模擬結果為307 μm，實測值亦為300 μm左右，如理論般進行動作這一點得以確認。

位移量測單元70係設置於煞車柄54之附近，其檢測由煞車柄54之操作所引起之煞車線56之伸展，即位移，控制器64決定與來自位移量測單元70之輸出對應之最佳之能量回收煞車力，並以使最佳之能量回收煞車控制發揮作用之方式控制馬達66。如此一來，馬達66作為發電機發揮功能，並將所產生之電充至電池68中。又，控制器64偵測電池68之電池性能或狀況。於搭載有此種位移量測單元70之電動輔助腳踏車50中，可藉由位移量測單元70偵測由煞車線56之張力所產生之微小變形，因此於圖8(A)所示之先前煞車之遊隙之部分，可實施使馬達66成為發電機而對電池68進行充電之能量回收煞車(參照圖8(B))。進而，如圖8(B)所示，於機械煞車時，即煞車片與輪胎接觸之區域亦並列地控制能量回收煞車而使其動作，因此可提高利用效率。

如此，根據實施例1，藉由固定側之第1繞射光柵16使自雷射光源12經過準直透鏡14之平行光15分成直進光與繞射光而行進，並使該直進光與繞射光穿過與第1繞射光柵16對向之可動側之第2繞射光柵18，利用第1光感測器20接收包含藉由該第2繞射光柵18而繞射之繞射光在內，沿著由第1繞射光柵16所產生之特定次數之繞射光之光軸的繞射光，並進行光量檢測。而且，根據對應於第2繞射光柵18之移動量之干涉條紋或其信號，測定軸方向之位移量，因此可獲得如下之效果。

(1)　藉由光路共有方式消除傾斜影響，可防止由干擾例如振動所引起之誤檢測。

(2)　由於不利用分光器，因此可削減零件數而謀求小型化‧低成本化。又，由於構成簡單，因此亦無懼位置偏移。

(3)　將量測範圍擴大至1個波長以上，可連續地量測1個波長以下之位移至1個波長以上之位移，並可藉由繞射光柵之間距進行光學解析度之調整。

(4)　藉由將本實施例之位移量測裝置10用作用以測定電動輔助腳踏車50之煞車線56之伸展量之位移量測單元70，即便為先前煞車之遊隙之部分，亦可實施使馬達66成為發電機而對電池68進行充電之能量回收煞車。

[實施例2]

繼而，一面參照圖9及圖10一面說明本發明之實施例2。再者，對於與上述實施例1相同或對應之構成要素使用相同之符號(以下之實施例亦相同)。圖9(A)係顯示本實施例之位移量測裝置之基本構造的圖，圖9(B)係顯示光檢測電路之構成之圖，圖9(C)係顯示本實施例之變形例之圖。又，圖10(A)及圖10(B)係顯示來自上述光檢測電路之輸出A及B之信號波形的圖，圖10(C)係顯示上述輸出A及B之運算結果之信號波形。本實施例係藉由使兩個光學區域具有相位差而進行相位差檢測之例。首先，圖9(A)及圖9(B)所示之例係如下之例，即於可動側之繞射光柵中設置階差，並使二分割光感測器之輸出相除，藉此即便有雷射光源之光量之變動，亦使檢測位置不發生變化，並且將sin波狀之檢測特性成為直線狀。

如圖9(A)所示，位移量測裝置100除於可動側之第2繞射光柵102之大致下半部分設置相位板104來附加階差，並且使用二分割光感測器106代替第1光感測器20以外，成為與上述實施例1相同之構成。相位板104係藉由與第2繞射光柵102相同之材料，並利用階差之加工或成型之模具等而以例如3 μm左右之厚度d一體地形成於基板之一面上。自雷射光源12穿過準直透鏡14而成為平行光之直進光藉由固定側之第1繞射光柵16而分成繞射光與直進光，進而，該直進光入射至可動側之第2繞射光柵102中並藉由不存在相位板104之部分之表面而繞射(圖9(A)之粗線)，並且於存在相位板104之部分，穿過相位板104並藉由第2繞射光柵102之表面而亦繞射(圖9(A)之一點鏈線)。於本實施例中，二分割光感測器106如圖9(B)所示，係利用包含兩個光電二極體PD1及PD2之二分割光電二極體。

於使用二相轉移法之情形時，製作路徑差Δ為λ/4*(1/cos(Φ )-1)之不同之兩個干涉條紋，並藉由運算而換算成位移。於此情形時，若將n設定為基板之彎曲率，則階差之深度d由下述數式4表示。

[數4]

d=λ/(1/cos(Φ )-1)*(In-1)

例如，若將波長λ設定為0.65 μm，將基板之彎曲率In設定為1.58，並代入至上述數式4中，則將階差之深度d決定為

d=λ/(1/cos(Φ )-1)/(In-1)/4=0.65/0.094/(1.58-1)*1/4→2.98 μm。

穿過設置有以上述方式決定厚度(階差之深度d)之相位板104之第2繞射光柵102的光係入射至各個二分割光感測器106中。此處，如圖9(B)所示，於二分割光感測器106之一側之光電二極體PD1中對應於所接收之干涉光之光量產生電流，該電流被輸入至運算放大器OP1之負輸入端子，然後被轉換成電壓而作為輸出信號A輸出。輸出信號A如圖10(A)所示般作為sin波而自運算放大器OP1輸出。於運算放大器OP1之兩端並聯地連接有電阻R5，且以與電阻R5及運算放大器OP1串聯地方式連接有電阻R4。另一方面，若由另一方之光電二極體PD2接收干涉光，則對應於該干涉光之光量而產生電流，該電流被輸入至運算放大器OP2之負輸入端子，然後被轉換成電壓而作為輸出信號B輸出。輸出信號B係作為相對於位移X，與輸出信號A偏移了90度相位之sin波，即，作為如圖10(B)所示之cos波而輸出。於運算放大器OP2上連接有電阻R6及R7。再者，電阻R4~7之作用與上述實施例1之電阻R2及R3相同。

若使上述兩個輸出信號A與B相除，則成為TanX，因此如下述數式5所示，藉由計算使兩個信號相除所得之結果之ATAN，即Tan^-1 ，可求出位移X。

[數5]

Tan^-1 (A/B)

此種運算係藉由將輸出信號A及B輸入至圖9(B)所示之運算裝置108中，並利用AD(Analog/Digital，類比/數位)轉換等進行數位化而進行，圖10(C)顯示其結果。於此情形時，與上述實施例1之檢測方式之情形相同，將振幅之±80%設定為檢測範圍亦較佳。如此，根據實施例2，藉由相位板104而於可動側之第2繞射光柵102中設置深度為d之階差，並利用二分割光感測器106接收干涉光，因此具有可藉由相位偏移使特性線性化之效果。

繼而，一面參照圖9(C)一面說明本實施例之變形例。如上述圖9(A)及圖9(B)所示之例般，於第2繞射光柵102上設置相位板104來附加階差之構造係於以μm級之檢測特性為目的之情形時有效的方法。然而，假設製作具有20 mm之檢測範圍之感測器，則藉由相位板104而設置之階差之深度d成為8.7 mm左右，製作較困難。因此，於圖9(C)所示之例中，藉由使第2繞射光柵110之圖案錯開，僅賦予穿過繞射光柵之±n次之繞射光之相位差，而不對0次光產生影響。第2繞射光柵110包括：區域110A，其具有包含多個光柵槽112A之光柵圖案；以及區域110B，其包含多個光柵槽112B之光柵圖案之整體相對於區域110A之光柵圖案，偏移了光柵間距P之1/2或1/4。圖9(C)顯示偏移了1/2間距之例。再者，上述1/4偏移若偏移之方向不同，則結果相同，因此亦可為最終僅偏移了相當於光柵間距P之3/4之部分之光柵圖案。光柵槽112A、112B之光柵間距P本身於區域110A與區域110B中相同。上述第2繞射光柵110以外之位移量測裝置之構成要素與圖9(A)所示之變形量測裝置100相同。藉由使用此種第2繞射光柵110，可使穿過光柵圖案已偏移之兩個區域110A、110B之光的相位差成為180度或90度，可獲得與使用上述圖9(A)所示之階差之情形相同的效果。

[實施例3]

繼而，一面參照圖11及圖12，一面說明本發明之實施例3。於上述實施例1中，將本發明適用於圖5(C)所示之煞車線56之伸展量的測定。若除該伸展量以外，亦可檢測圖5(B)所示之煞車線56之移動量，則可獲得與該移動量對應之煞車柄操作量(參照圖16(B))，並可直接偵測機械煞車動作點，因此亦可對應於機械煞車動作點之偏移，並可使遊隙區間中之能量回收成為最大，而進一步提高能量回收充電之效率。如上述實施例1中所說明般，本發明之位移量測裝置可進行次微米~幾十mm級之位移檢測，因此其構成與上述實施例1中所示之位移量測單元70相同，且將可進行幾十mm級之位移測定之其他量測單元設置於可偵測煞車線56之移動之位置，藉此可測定煞車線56之伸展量與移動量之兩者。然而，於此情形時，必需於每個量測單元中準備光源。相對於此，本實施例3係利用1個光源進行不同之位置.不同之檢測靈敏度時之位移測定者。圖11係顯示本實施例之基本構造之圖，圖12係顯示本實施例之應用例中之位移量測單元之構造例的圖。

如圖11所示，本實施例之位移量測裝置200包括：可測定μm級或次微米級之位移之第1感測器單元210、以及可測定mm級之位移之第2感測器單元220。第1感測器單元210之構成與上述實施例1之位移量測裝置10相同。另一方面，第2感測器單元220包括雷射光源12、準直透鏡14、第3繞射光柵222、第4繞射光柵224、以及第2光感測器226。第3繞射光柵222係配置於經過第1感測器單元210之第2繞射光柵18並直進之0次光，即直進光24之光軸上，其具有與第1及第2繞射光柵16、18不同之光柵間距P'。而且，入射至第3繞射光柵222中之光進而分成直進之0次光，即直進光24與±n次光，即圖示之例中之1次繞射光223而行進。第4繞射光柵224之光柵間距P'與第3繞射光柵222相同，其與第3繞射光柵222對向，且配置成可相對地移動。第4繞射光柵224使經過第3繞射光柵222之0次光，即直進光24與±n次光分別進而分成直進之0次光即直進光24，以及±n次光，即圖示之例中之1次繞射光225而行進。

上述第2光感測器226係接收經過第3繞射光柵222及第4繞射光柵224之繞射光中，沿著由第3繞射光柵222所產生之特定次數之繞射光，即本實施例中之1次光之光軸的繞射光，即繞射光223及225，並檢測干涉光228之光量者。而且，根據與相對於第3繞射光柵222之第4繞射光柵224之移動量對應之干涉條紋或其信號，測定第3繞射光柵222與第4繞射光柵224間之軸方向之位移量。此時之位移量之測定原理與第2繞射光柵18相對於第1繞射光柵16之位移量之測定之情形相同。

繼而，參照圖12，對將本實施例之位移量測裝置適用於電動輔助腳踏車50之位移量測單元的應用例進行說明。再者，電動輔助腳踏車50及其煞車機構與上述實施例1中所說明之圖4及圖5相同。如圖12所示，位移量測單元230係在安裝於煞車柄54上之框體232中，沿煞車線56可移動地安裝有透明樹脂成型體236。煞車線56貫穿設置於透明樹脂成型體236之上方之貫穿孔238，且煞車線56藉由螺絲240A、240B而固定於透明樹脂成型體236之側面236A、236B側之兩部位。又，在設置於側面236A側之未圖示之圓形凹狀的空間內嵌入有雷射光源12，雷射光源12係連接於設置在框體232之側面232A上之雷射驅動電路242。進而，在設置於透明樹脂成型體236中，並貫穿厚度方向之空間，例如切口244A中配置有準直透鏡14，且其周緣係藉由接著劑等而固定。又，於貫穿厚度方向並與空間244A連續之空間244B內配置有第1繞射光柵16及第2繞射光柵18，且各光柵之背面係藉由透明接著劑等而固定。

於透明樹脂成型體236之另一側面236B上，在未圖示之凹部中嵌入有第3繞射光柵222。於透明樹脂成型體236中，設置有成為經過第2繞射光柵18並入射至第3繞射光柵222中之光之通路的空間244C、以及成為經過第1繞射光柵16及第2繞射光柵18之繞射光之通路的空間244D，於空間244D之末端設置有第1光感測器20。第1光感測器20係連接於設置在框體232之外側之I/V轉換電路246。進而，於透明樹脂成型體236中，在空間244B之上方設置有貫穿厚度方向之狹縫244E。狹縫244E係用於以如下方式賦予彈性者，即於第1繞射光柵16與第2繞射光柵18之分界線使透明樹脂成型體236與煞車線56一併在軸方向上伸縮(參照圖12之箭頭F12b)。再者，將透明樹脂成型體236設定為不存在厚度方向之彎曲者。

兩端固定於框體232上之導軸234貫穿此種透明樹脂成型體236之下方，且透明樹脂成型體236可沿著導軸234於框體232內移動(參照圖12之箭頭F12a)。另一方面，於框體232之側面232B之內側，在與第3繞射光柵222對向之位置上設置有第4繞射光柵224，於該第4繞射光柵224之背面，在光軸上接近之位置設置有第2光感測器226。將第2光感測器226設置於光軸上接近之位置係為接收繞射角較小之繞射光。第2光感測器226係連接於框體232之外部所設置之I/V轉換電路248。

作為上述透明樹脂成型體236，可使用材質、形狀、尺寸與上述實施例1之透明樹脂成型體72相同者。又，雷射光源12係與上述實施例1同樣地利用雷射二極體，且其電路構成亦與上述圖7(A)相同。準直透鏡14、第1繞射光柵16、第2繞射光柵18亦與實施例1相同。作為第3繞射光柵222、第4繞射光柵224，利用光柵間距P'為300 μm者。將該等第3繞射光柵222、第4繞射光柵224之繞射方向設定為相同之方向。作為第1光感測器20及第2光感測器226，利用與上述實施例1相同之光電二極體，作為I/V轉換電路246、248，利用與上述實施例1之I/V轉換電路82相同者。由該等所形成之光檢測電路之構成及輸出波形亦與上述圖7(B)及(C)相同。

於位移量測單元230中，若駕駛員自圖5(A)所示之狀態起開始拉煞車柄54，則於框體232內，透明樹脂成型體236沿著箭頭F12a移動。而且，可根據第3繞射光柵222與第4繞射光柵224間之位移量，以mm級量測煞車線56之移動量，即，與移動量對應之煞車柄54之操作量。又，根據第1繞射光柵16與第2繞射光柵18間之箭頭F12b方向之μm級的位移量檢測施加於煞車線56之張力。藉此，可感知電動輔助腳踏車50之自遊隙區間朝機械煞車區間之轉移，並於機械煞車開始前使能量回收煞車成為最大。根據本例，即便於機械煞車動作點因由駕駛員所進行之煞車調整而偏移之情形時，亦可直接感知調整後之機械煞車動作點，因此可始終維持較高之能量回收效率。

如此，根據實施例3，具有如下之效果。

(1)　除第1繞射光柵16及第2繞射光柵18以外，設置具有與該等繞射光柵16、18不同之光柵間距P'之第3繞射光柵222及第4繞射光柵224，因此可利用1個雷射光源12，進行不同之檢測靈敏度下，複數個位置處之位移量的量測。

(2)　將本實施例之位移量測裝置200用作電動輔助腳踏車50之位移量測單元230，藉此根據與煞車柄54之操作量對應之煞車線56之移動量的量測結果檢測已開始拉煞車柄54。又，根據與煞車操作力對應之煞車線56之張力，即伸展量之量測結果檢測煞車片60與輪緣62接觸而開始機械煞車。根據該等兩個檢測結果，可直接感知機械煞車開始點，因此可謀求能量回收充電之效率提升。

[實施例4]

繼而，一面參照圖13，一面說明本發明之實施例4。與上述實施例3相同，本實施例亦為用於檢測煞車柄之操作量與操作力兩者之實施例，於上述實施例3中，藉由煞車線56之伸展量檢測操作力，但本實施例係藉由偵測用以使煞車柄與煞車線結合之金屬件，即線配件之伸展而進行操作力之檢測的構成。圖13(A)係顯示本實施例之位移量測單元之構造的圖，圖13(B)係顯示安裝於電動輔助腳踏車上之安裝例之圖，圖13(C)係顯示自箭頭F13側觀察上述(B)之零件配置之圖。如圖13(A)所示，本實施例之位移量測單元250包括：設置有第1繞射光柵16、第2繞射光柵18、第3繞射光柵222、雷射光源12、第1光感測器20之透明樹脂成型體252，以及配置於該透明樹脂成型體252之外側之第4繞射光柵224及第2光感測器226。此處，簡單說明線配件262。線配件262包括：保持安裝於煞車線56之前端之線固定部56A的側面壁部262A、以及自該側面壁部262A之上下之緣側朝煞車柄54側延伸之相互對向的上面板部262B與下面板部262C。該線配件262之材料係將鐵、鋁、銅等作為主成分之合金等，較理想的是由當承受來自煞車線56之張力時，可於幾μm~幾十μm左右之範圍內伸展之材質構成。

於上述透明樹脂成型體252之一方之端面252A上，藉由螺絲256而安裝有設置有雷射光源12之電路基板254A，於另一方之端面252B上，藉由螺絲256而安裝有設置有第1光感測器20與第3繞射光柵222之電路基板254B。又，於透明樹脂成型體252之中央部附近形成有空間252E，於空間252E之內面之一個側面上安裝有第1繞射光柵16，於另一個側面上安裝有第2繞射光柵18。於透明樹脂成型體252中，在空間252E之兩側，即圖13(A)之例中之上下形成有包含複數個狹縫之伸縮部252C、252D。進而，於透明樹脂成型體252之內部，在光源12與第1繞射光柵16之間配置有準直透鏡14。於如上所述之透明樹脂成型體252之底面設置有突起258。又，第4繞射光柵224及第2光感測器226係安裝於透明樹脂成型體266上。

如圖13(B)所示，於用於安裝本實施例之位移量測單元250之電動輔助腳踏車側，在把手52之柄上固定有安裝用金屬件260之長邊部分260A，於該長邊部分260A之適當之位置上可轉動地安裝有煞車柄54。該煞車柄54與煞車線56係藉由線配件262而結合。於線配件262之上面板部262B上設置有凹部264，於凹部264中嵌入有設置於透明樹脂成型體252之下面側之突起258，利用接著劑等進行接著，藉此將透明樹脂成型體252安裝於線配件262上。再者，較理想的是使煞車柄54側之凹部264成為橢圓，並調整透明樹脂成型體266之安裝位置而可於上面板部262B上進行安裝。另一方面，設置有第4繞射光柵224及第2光感測器226之透明樹脂成型體266係以使第4繞射光柵224與第3繞射光柵222對向之方式，藉由嵌入等適當之方法將凸部268固定於安裝用金屬件260之短邊部分260B上所設置之未圖示之凹部中。

於本實施例中，藉由施加於煞車線56之操作力對線配件262施加拉伸應力，並根據貼附於線配件262上之透明樹脂成型體252內之第1繞射光柵16及第2繞射光柵18之相對的位移，以與實施例3相同之方式進行與上述位移對應之操作力的檢測。另一方面，關於煞車之操作量，根據相對於固定側(安裝用金屬件短邊部分260B側)上所安裝之第4繞射光柵224之可動側(線配件262側)之第3繞射光柵222的相對移動，以與上述實施例3相同之方式進行檢測。如此，根據本實施例，即便不將透明樹脂成型體固定於煞車線56上，亦可獲得與上述實施例3相同之效果。

[實施例5]

繼而，參照圖14(A)及圖14(B)說明本發明之實施例5。圖14(B)所示之例係將本發明之位移量測裝置適用於透明體之檢測之例。於上述實施例1中，將第2繞射光柵18移動時之移動量作為干涉狀態之變化進行檢測，但本實施例係於第1繞射光柵16、第2繞射光柵18之間插入有折射率為1以上之介質時，檢測干涉狀態之變化，並應用於液體之量檢測等者。圖14(A)所示之透明體檢測感測器270係於透明樹脂成型體272之內側設置有雷射光源12、準直透鏡14、第1繞射光柵16、第2繞射光柵18、第1光感測器20之構成。透明樹脂成型體272形成有坑窪狀之凹部274，且可調整第1繞射光柵16與第2繞射光柵18間之距離。

於未將透明體276插入至凹部274內之初始狀態下，構成繞射光柵16、18之間隔d之繞射干涉系統，此時之第1光感測器20中入射有與下述數式6所示之路徑差Δd對應之干涉光量(Φ 為繞射角)。

[數6]

Δd=d/cos(Φ )

繼而，若透明體276進入至第1繞射光柵16與第2繞射光柵18之間，則產生相當於透明體276之折射率之光的路徑差，可進行透明體276之厚度檢測。例如，若將透明體之長度(厚度)設定為D，將折射率設定為n，則路徑長變化ΔD由下述數式7表示，因此可檢測透明體276之厚度。

[數7]

ΔD=(D/cos(Φ ))/In

圖14(B)係將透明體檢測感測器270應用於透明液體之殘量檢測之例，其顯示於第1繞射光柵16與第2繞射光柵18之間設置有液體罐278，並根據液體罐278內之透明液體280之厚度(或深度)檢測殘量之例。如此，根據實施例4，可根據經過第1繞射光柵16與第2繞射光柵18之光之干涉狀態的變化，進行插入至繞射光柵16、18之間的透明體之厚度檢測或透明體之殘量檢測。

再者，本發明並不限定於上述實施例，可於不脫離本發明之主旨之範圍內施加各種變更。

(1)　上述實施例中所示之形狀、尺寸、材質為一例，若係取得相同之效果者，則可視需要適當變更。例如，於上述實施例1之應用例中，在位移量測單元70中利用了透明樹脂成型體72，但就利用與由煞車線56之溫度所產生之線膨脹係數相同者這一觀點而言，亦可利用金屬，例如鋁或鋅等之合金，藉由壓鑄等而形成。於如圖15(C)所示之位移量測單元70B般利用金屬成型體73之情形時，必需設置連結雷射光源12與空間80A之通路80F。又，空間80E為大致圓筒狀，但於製作此種空間80E時，如圖15(C)所示，亦可自側面72B起形成與空間80E同軸同徑之空間80G。又，如該圖中一點鏈線所示般，亦可在與空間80D對應之位置將金屬成型體73一分為二，然後進行貼合。空間80E之形成方法亦與利用透明樹脂之情形相同。

(2)　於上述實施例1之應用例中，藉由形成於兩個繞射光柵16、18附近之狹縫86，對透明樹脂成型體72賦予彈性，但此亦為一例，亦可如圖15(A)所示之位移量測單元70般設置狹縫86A與狹縫86B，上述狹縫86A係於第1繞射光柵16側與空間80B連續而設置者，上述狹縫86B係設置於第2繞射光柵18側並朝向透明樹脂成型體72之上面側開口者。或者，亦可如圖15(B)所示之位移量測單元70A般，於軸方向、即煞車線56之軸方向上調換狹縫86A、86B之位置。如該等位移量測單元70、70A般設置兩個狹縫86A、86B，藉此可動側之第2繞射光柵18可相對於固定側之第1繞射光柵16確實地平行移動，並可測定準確之移動量。當然，圖15(A)及(B)所示之例亦為一例，若為取得相同之效果之範圍內，則可適當地進行設計變更。實施例3之應用例亦相同。

(3)　上述實施例3亦為一例，亦可於第3及第4繞射光柵222、224之後方進而配置具有相同之作用之另外之一對以上的繞射光柵。

(4)　於上述實施例1中，利用0次繞射光與+1次繞射光進行位移測定，但此亦為一例，亦可利用+1次繞射光以外之任意之次數的繞射光(例如，2次光等)。例如，作為經過上述實施例1之繞射光柵16、18之光，除上述光路L1、L2以外，亦存在例如圖16(A)所示之光路L3、L4。光路L3係為第1繞射光柵16之1次光，且為第2繞射光柵18之-1次光，光路L4係為第1繞射光柵16之0次光且為第2繞射光柵18之0次光。若參照該例，則光路L3與L4產生干涉，亦可根據其干涉光進行位移量測。即，若由第1繞射光柵16所產生之不同之繞射光(亦包含0次光)經過第2繞射光柵18後成為同軸上之繞射光，則可作為干涉光進行測定。上述實施例3之第3繞射光柵222與第4繞射光柵224亦相同。

又，亦可將上述圖16(A)所示之例應用於mm感測器。於mm感測器中，為延長檢測距離，使用繞射角較小之繞射光柵。例如，如上述表1所示，於檢測範圍約為15.4 mm之感測器中，繞射光柵之間距成為100 μm，繞射角Φ 成為約0.37度。當繞射角Φ 如此小時，以出射角度進行分離而自幾個干涉光束之中發現一組干涉光束較困難。假設於藉由出射角度進行分離之情形時，必需自第2繞射光柵18起隔開幾十mm之距離，並以使兩個干涉光束不重疊之方式進行分離，然後藉由第1光感測器20進行檢測。於此情形時，感測器之設置位置之光源變遠，因此難以實現位移量測裝置整體之小型化。

然而，於本發明中，不藉由出射角度分離干涉光束，若幾個干涉光束之明暗全部成為相同，則可藉由集合複數個干涉光束而非經分離之1個光束之干涉進行明暗檢測。繞射光柵16與繞射光柵18通常藉由變更欲製作之光柵之設計參數，調整0次光、1次光、2次以上之繞射光之光強度的比率。藉由使作為設計參數之光柵之深度與寬度最佳化，進行如下之設計，即，使0次光與1次光之比率成為2:1，且使2次以上之繞射光之強度成為幾乎可忽視之強度。若使用下述條件之繞射光柵16、18，則如圖16(B)所示，入射至第1繞射光柵16中之平行光15藉由穿過第1繞射光柵16而分成0次光與±1次光而行進，進而，各個光穿過第2繞射光柵18，藉此分成0次光與±1次光而行進。

如圖16(B)所示，穿過第2繞射光柵18之光中可產生干涉之光係作為第1繞射光柵16之+1次光且為第2繞射光柵18之0次光的光路L1、以及作為第1繞射光柵16之0次光且為第2繞射光柵18之+1次光的光路L2，兩者之光軸與行進方向成為相同而產生干涉。進而，可產生干涉之光係作為第1繞射光柵16之-1次光且為第2繞射光柵18之0次光的光路L1'、以及作為第1繞射光柵16之0次光且為第2繞射光柵18之-1次光的光路L2'，兩者之光軸與行進方向成為相同而產生干涉。

除此以外，可產生干涉之光係作為第1繞射光柵16之+1次光且為第2繞射光柵之-1次光的光路L3、以及作為第1繞射光柵16之-1次光且為第2繞射光柵18之+1次光的光路L3'。其中，光路L3與作為第1繞射光柵16之0次光且為第2繞射光柵18之0次光的光路L4之光軸與行進方向成為相同而產生干涉。另一方之光路L3'與光路L4係同樣地光軸與行進方向成為相同而產生干涉。即，相對於第2繞射光柵18之軸方向之移動，該等L1與L2之干涉、L1'與L2'之干涉、L3與L4之干涉、L3'與L4之干涉的結果，產生相同之明暗之信號，因此即便不以出射角度進行分離，亦可進行藉由第1光感測器20之檢測。

(5)　關於上述實施例3，亦可於第2繞射光柵18或第4繞射光柵224上設置與上述實施例2相同之相位板104，或者如實施例2之變形例般，將具有光柵圖案偏移了光柵間距之1/2、1/4或3/4之兩個區域的繞射光柵用作第2或第4繞射光柵，並使用二分割光感測器作為第1光感測器20、第2光感測器226。再者，於設置上述光柵圖案之偏移之情形時，只要設置於第1繞射光柵16或第2繞射光柵18之一個繞射光柵與第3繞射光柵222或第4繞射光柵224之一個繞射光柵上即可。對於第1繞射光柵16或第2繞射光柵18之組與第3繞射光柵222或第4繞射光柵224之組而言，光柵圖案之光柵間距之偏移的選擇係可自1/2、1/4或3/4之中獨立且自由地選擇。

(6)　於上述實施例中，使用了雷射光源12作為光源，但其亦為一例，亦可使用低價之LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等低同調光源。此時，於利用同調長度為數μm左右之LED之情形時，進行如使圖3(A)及(B)所示之路徑差Δ成為LED之同調長度以下之設計。圖3(B)所示之路徑差如由上述數式3所示般，因此例如於構成檢測範圍為3.6 mm之感測器之情形時，若設定為Δd=3.6 mm，繞射角Φ =0.76°之條件，則成為光程差Δ=0.36 μm。即，干涉之兩個路徑差較可干涉距離，即LED之數μm之同調長度更小，因此進入至測定界限內，而可進行測定。再者，上述繞射角Φ 如上所述，可藉由光柵間距P之變更而任意地對應。

(7)　於上述實施例1中，作為應用例係測定由電動輔助腳踏車50之煞車線之伸展，即張力所產生之位移量，藉此檢測煞車力，但亦可於支撐煞車線56之管58之間夾持位移量測單元70，並根據施加於位移量測單元70之煞車線56之長度方向的應力檢測煞車力。

(8)　於上述實施例中，列舉了如下之裝置作為具體例，即為於電動輔助腳踏車50中高效率地進行能量回收煞車，而檢測煞車線56之伸展量、或者伸展量與移動量兩者之裝置，但其為一例，本發明可如機械系統之應變測定等般，適用於微小位移之全面量測或微小長度之量測器的校正等。例如，相機之變焦或聚焦功能目前係藉由機械開關陣列進行位置檢測，但藉由適用本發明，可對應於位置檢測裝置之小型化與可撓性之要求。又，藉由檢測範圍之擴大，可對波長以上之移動進行線性檢測，因此亦可應用於光麥克風等。進而，亦可進行微小振動等之檢測，亦可應用於振動感測器等。

[產業上之可利用性]

根據本發明，藉由固定側之第1繞射光柵使自光源經過準直透鏡直進之平行光分成直進之0次光與±n繞射光而行進，並使上述0次光與±n次光分別穿過具有與上述第1繞射光柵相同之光柵間距，且與該第1繞射光柵對向之可動側之第2繞射光柵而進而分成直進之0次光與±n次光而行進。而且，利用第1光感測器接收由上述第1及第2繞射光柵所產生之繞射光中，沿著由第1繞射光柵所產生之特定次數之繞射光的光軸之至少一組干涉光，並進行光量檢測。而且，可根據對應於上述第2繞射光柵之移動量之干涉條紋或其信號，於自次微米至幾十mm左右為止之寬廣之範圍內測定第1繞射光柵與第2繞射光柵間之軸方向之位移，因此可適用於用以測定微小位移之位移量測裝置之用途。尤其，可不進行溫度或環境之修正而準確地量測，因此適合於測定機械系統之應變或扭曲等、或者檢測電動輔助腳踏車之煞車線之伸展的用途。

又，視需要，使經過上述第2繞射光柵之0次光經過具有與上述第1及第2繞射光柵相同之作用，且具有不同之光柵間距之第3及第4繞射光柵，並藉由第2光感測器接收經過該等繞射光柵之繞射光中，沿著由上述第3繞射光柵所產生之特定次數之繞射光的光軸之至少一組干涉光。而且，根據對應於上述第4繞射光柵之移動量之干涉條紋或其信號，測定第3繞射光柵與第4繞射光柵間之軸方向之位移量，藉此可利用1個光源同時或時序性地進行與上述第1及第2繞射光柵間不同之位置‧不同之檢測靈敏度時之位移測定。因此，作為有複數個位移測定之檢測對象之情形時(例如，電動輔助腳踏車之煞車線之伸展量與移動量等)的感測器較合適。

10．．．位移量測裝置

12．．．雷射光源

13．．．雷射光

14．．．準直透鏡

15．．．平行光

16．．．第1繞射光柵

16A、18A．．．槽

18．．．第2繞射光柵

20．．．第1光感測器

22、26．．．繞射光

24．．．直進光

30．．．干涉光

50．．．電動輔助腳踏車

52．．．把手

54．．．煞車柄

56．．．煞車線

56A．．．線固定部

58．．．管

60．．．煞車片

62．．．輪緣

64．．．控制器

66．．．馬達

68．．．電池

70、70A、70B．．．位移量測單元

72．．．透明樹脂成型體

72A、72B．．．側面

73．．．金屬成型體

73A、73B．．．側面

74．．．貫穿孔

76A、76B．．．螺絲

78．．．雷射驅動電路

80A~80E、80G．．．空間

80F．．．通路

82．．．I/V轉換電路

84．．．螺絲

86、86A、86B．．．狹縫

90．．．放大電路

92．．．雙向限幅器

94．．．時鐘計數器

96．．．運算裝置

100．．．位移量測裝置

102．．．第2繞射光柵

104．．．相位板

106．．．二分割光感測器

108．．．運算裝置

110．．．第2繞射光柵

110A、110B．．．區域

112A、112B．．．光柵槽

200．．．位移量測裝置

210．．．第1感測器單元

220．．．第2感測器單元

222．．．第3繞射光柵

223、225．．．繞射光(1次繞射光)

224．．．第4繞射光柵

226．．．第2光感測器

228．．．干涉光

230．．．位移量測單元

232．．．框體

232A、232B．．．側面

234．．．導軸

236．．．透明樹脂成型體

236A、236B．．．側面

238．．．貫穿孔

240A、240B．．．螺絲

242．．．雷射驅動電路

244A~244D．．．空間

244E．．．狹縫

246、248．．．I/V轉換電路

250．．．位移量測單元

252．．．透明樹脂成型體

252A、252B．．．端面

252C、252D．．．伸縮部

252E．．．空間

254A、254B．．．電路基板

256．．．螺絲

258．．．突起

260．．．安裝用金屬件

260A．．．長邊部

260B．．．短邊部

262．．．線配件

262A．．．側面壁部

262B．．．上面板部

262C．．．下面板部

264．．．凹部

266．．．透明樹脂成型體

268．．．安裝部

270．．．透明體檢測感測器

272．．．透明樹脂成型體

274．．．凹部

276．．．透明體

278．．．液體罐

280．．．透明液體

300．．．邁克生干涉儀

302．．．雷射光源

304．．．準直透鏡

306．．．分光器

308．．．固定鏡

310．．．可動鏡

312．．．光感測器

314．．．固定側單元

316．．．干涉條紋

d．．．階差之深度

F6、F12a、F12b、F13．．．箭頭

L1~L4、L1'~L3'．．．光路

LD．．．雷射二極體

OP、OP1、OP2．．．運算放大器

P、P'．．．光柵間距

P1、P2．．．機械煞車動作點

PD、PD1、PD2．．．光電二極體

R1．．．電流限制電阻

R2~R7．．．電阻

X．．．位移

Δd．．．移動量

Δd2．．．路徑長

圖1係顯示本發明之實施例1之圖，圖1(A)係顯示基本構造之圖，圖1(B-1)及圖1(B-2)係顯示光路1及光路2之圖，圖1(C)及圖1(D)係顯示光路1及2之干涉情況之圖；

圖2係顯示上述實施例1之位移量測之定性之動作原理之說明圖；

圖3(A)、圖3(B)係顯示上述實施例1之位移量測之定量之動作原理之說明圖；

圖4係顯示上述實施例1之應用例之圖，其係顯示適用本實施例之位移量測裝置之電動輔助腳踏車之整體構成的圖；

圖5(A)~圖5(C)係顯示上述應用例之電動輔助腳踏車之煞車機構的概略圖；

圖6係顯示上述應用例中之位移量測單元之構造例的圖；

圖7(A)係顯示上述應用例中之雷射光源之電路構成的圖，圖7(B)係顯示上述應用例中之光檢測電路之構成的圖，圖7(C)係顯示來自上述光檢測電路之輸出1之信號波形的圖，圖7(D)係顯示上述應用例之位移量測單元之實測特性的圖，圖7(E)係顯示光模擬之結果之圖；

圖8(A)係顯示煞車柄操作量與線張力之關係之圖，圖8(B)係顯示煞車柄操作量與煞車力之關係之圖；

圖9係顯示本發明之實施例2之圖，圖9(A)係顯示基本構造之圖，圖9(B)係顯示光檢測電路之構成之圖，圖9(C)係顯示變形例之圖；

圖10(A)及圖10(B)係顯示來自上述實施例2之光檢測電路之輸出A及B之信號波形的圖，圖10(C)係顯示上述輸出A及B之運算結果之信號波形；

圖11係顯示本發明之實施例3之基本構造的圖；

圖12係顯示上述實施例3之應用例中之位移測定單元之構造例的圖；

圖13係顯示本發明之實施例4之圖，圖13(A)係顯示位移量測單元之構造之圖，圖13(B)係顯示安裝於電動輔助腳踏車上之安裝例之圖，圖13(C)係顯示自箭頭F13側觀察上述圖13(B)之零件配置之圖；

圖14(A)、圖14(B)係顯示本發明之實施例5之圖；

圖15(A)~圖15(C)係顯示本發明之其他實施例之圖；

圖16(A)、圖16(B)係顯示本發明之其他實施例之圖；

圖17(A)係顯示電動輔助車輛中之煞車柄操作量與煞車力之關係的圖。圖17(B)係於煞車柄操作量與煞車力之關係中，煞車動作點已變化之情形之說明圖；及

圖18(A)~圖18(C)係顯示先前技術之一例之圖。