(57)【要約】【課題】受光手段に照射される光の照射位置が測定対象の回動により移動することを防止し、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の提供。【解決手段】光学式角度センサ１は、光源２と、分割手段６と、光を再帰性反射する第１反射手段と第２反射手段と、合成手段７と、受光手段５と、所定の軸を機械的回動軸ＡＸ１として回動する測定対象の角度の変化量を演算する演算手段８と、を備える。第１反射手段４ａと第２反射手段４ｂとは、測定対象の回動にともなって同期して回動するための測定用回動軸ＡＸ２を備える。機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、接続部４２上の点を含むとともに第１反射手段４ａと第２反射手段４ｂとの少なくとも一方に入射する分割手段６にて分割された光に直交する平面９に含まれていることを特徴とする。【選択図】図３
2020076616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を照射する光源と、
前記光源からの光を第１光と第２光とに分割する分割手段と、
前記分割手段により分割された第１光を該第１光が入射してきた方向と逆方向に再帰性反射する第１反射手段と、
前記分割手段により分割された光のうち前記第１反射手段が反射する光とは異なる光である第２光を該第２光が入射してきた方向と逆方向に再帰性反射する第２反射手段と、
前記第１反射手段で反射された第１光と前記第２反射手段で反射された第２光とを合成して合成光とする合成手段と、
前記合成手段により合成された合成光を受光する受光手段と、
所定の軸を機械的回動軸として回動する測定対象における角度の変化量を、前記受光手段が受光した合成光に基づいて演算する演算手段と、を備え、
前記第１反射手段および前記第２反射手段は、
前記光を反射する反射面を有する略矩形状の複数の反射体と、
複数の前記反射体を互いに接続する接続部と、を備え、
前記第１反射手段と前記第２反射手段との少なくとも一方は、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ための測定用回動軸を備え、
前記機械的回動軸および前記測定用回動軸は、
前記接続部上の点を含むとともに前記第１反射手段と前記第２反射手段との少なくとも一方に入射する前記分割手段にて分割された光に直交する平面に含まれていることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載された光学式角度センサにおいて、
前記光源は、前記分割手段に対して傾斜角度θを有して光を照射し、
前記受光手段は、前記合成手段に対向して配置される前記光を受光する受光面を有し、
前記受光面は、前記合成手段に対して傾斜角度−θを有して配置され、
前記機械的回動軸および前記測定用回動軸は、
前記接続部上の点を含むとともに前記第１反射手段と前記第２反射手段との少なくとも一方に入射する前記分割手段にて分割された光から前記傾斜角度θ傾斜した傾斜直線に直交する平面に含まれていることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された光学式角度センサにおいて、
前記接続部は、複数の前記反射体を互いに直交させて接続し、
前記第１反射手段および前記第２反射手段は、前記分割手段により分割された光を該光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射することを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項４】
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、それぞれ２個の反射体を備え、
前記平面に含まれる前記接続部上の点は、
前記２個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部により成される交線であることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項５】
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反射手段と前記第２反射手段との一方は、２個の反射体を備え、
前記第１反射手段と前記第２反射手段との他方は、３個の反射体を備え、
前記平面に含まれる前記接続部上の点は、
前記２個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部により成される交線であり、前記３個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される３個の直線状の接続部により成される交点であることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項６】
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、それぞれ３個の反射体を備え、
前記平面に含まれる前記接続部上の点は、
前記３個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される３個の直線状の接続部により成される交点であることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項７】
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、
前記機械的回動軸と、前記測定用回動軸とは、同軸であることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項８】
請求項１から請求項７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、前記測定対象の測定範囲内において、前記分割手段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合成手段に到達するまでの前記第１光の光路長と、前記分割手段における前記光源からの光の分割点から第２反射手段を介して前記合成手段に到達するまでの前記第２光の光路長と、が同じ長さとなる角度を有することを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０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互いに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。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記分割手段による前記第１光を前記第１反射手段に反射し、前記第１反射手段からの光を前記合成手段に向かって反射する第１反射部と、
前記分割手段による前記第２光を前記第２反射手段に反射し、前記第２反射手段からの光を前記合成手段に向かって反射する第２反射部と、を備えることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２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反射手段の少なくとも一方は、前記分割手段により分割された光の入射方向に沿って進退可能に設けられていることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記分割手段および前記合成手段は、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であり、１枚の透過型回折格子に併設されていることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項１５】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記分割手段と前記合成手段との一方は、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であり、
前記分割手段と前記合成手段との他方は、ビームスプリッタであることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項１６】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記分割手段および前記合成手段は、ビームスプリッタであり、１個のビームスプリッタに併設されていることを特徴とする光学式角度センサ。
【請求項１７】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記分割手段は、前記光源からの光が照射される分割面を有し、
前記合成手段は、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。
【請求項１８】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記分割手段は、前記光源からの光が照射される分割面を有し、
前記合成手段は、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。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記合成手段は、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。
【請求項２０】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記分割手段は、前記複数の格子を有する回折格子であり、
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、
前記合成手段による合成光を第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１の１／４波長板と、
前記第１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２の１／４波長板と、
前記第１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２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。
【請求項２１】
請求項１から請求項１５のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記分割手段は、前記複数の格子を有する回折格子であり、
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、
前記合成手段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１回折格子部と、
前記第１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１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２回折格子部と、
前記第２回折格子部による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。
【請求項２２】
請求項１４を除く請求項１から請求項１６のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、
前記合成手段による合成光を第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１の１／４波長板と、
前記第１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２の１／４波長板と、
前記第１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２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。
【請求項２３】
請求項１４を除く請求項１から請求項１６のいずれかに記載された光学式角度センサにおいて、
前記分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、
前記合成手段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１回折格子部と、
前記第１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１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２回折格子部と、
前記第２回折格子部による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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式角度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。このため、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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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、すなわち、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１５６３１９号公報
【特許文献２】特開平１１−２３７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載のレーザ干渉計において、２個のコーナーキューブの回動軸と、測定対象の回動軸と、が所定の領域内に設けられていない場合、干渉光が受光手段に照射されないことがあるという問題がある。
図２３は、従来の光学式角度センサを示す概略図である。
図２３に示す光学式角度センサ１００は、例えば光源２００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。なお、光学式角度センサ１００は、光源２００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。また、図２３では、受光手段５００に照射される干渉光を矢印にて記載している。
【０００９】
光学式角度センサ１００は、測定対象の回動軸である機械的回動軸ＡＸ１と、第１反射手段４００ａおよび第２反射手段４００ｂの回動軸である測定用回動軸ＡＸ２と、をさらに備える。
機械的回動軸ＡＸ１と測定用回動軸ＡＸ２とは、図２３に示すように、Ｚ軸方向に離間して設けられている。測定対象が機械的回動軸ＡＸ１を軸としてα方向に回動すると、第１反射手段４００ａおよび第２反射手段４００ｂは測定用回動軸ＡＸ２を軸としてα方向に回動する。そして、第１反射手段４００ａおよび第２反射手段４００ｂは、第１反射手段４０１ａおよび第２反射手段４０１ｂの位置に移動する。また、測定対象が−α方向に回動すると、第１反射手段４００ａおよび第２反射手段４００ｂは−α方向に回動する。そして、第１反射手段４００ａおよび第２反射手段４００ｂは、第１反射手段４０２ａおよび第２反射手段４０２ｂの位置に移動する。
【００１０】
実線の第１反射手段４００ａおよび第２反射手段４００ｂの位置では、干渉光は、受光手段５００に照射される。しかし、破線の第１反射手段４０１ａ，４０２ａおよび第２反射手段４０１ｂ，４０２ｂの位置では、干渉光は、受光手段５００から外れてしまい受光手段５００に照射されない。また、干渉光が受光手段５００に照射されたとしても、測定対象の回動により、実線の第１反射手段４００ａおよび第２反射手段４００ｂの位置のときに受光手段５００に照射される位置からズレてしまうことがある。照射位置により受光精度が異なる受光手段５００である場合、干渉光の照射位置のズレは、測定誤差の原因となる。
【００１１】
また、第１反射手段４００ａおよび第２反射手段４００ｂを介した光の照射位置が透過型回折格子３００にてズレることにより、干渉光の明暗に変化が生じる。この干渉光の明暗の変化により、受光手段５００は、測定対象が回動していなくとも、測定対象が回動したと検出してしまうことがある。
したがって、干渉光の位置の変化により、干渉光が受光手段５００に照射されない場合は、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ず、干渉光が受光手段５００に照射される場合であっても、測定誤差を生じることがあるという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、受光手段に照射される光の照射位置が測定対象の回動により移動することを防止し、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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光学式角度センサは、光を照射する光源と、光源からの光を第１光と第２光とに分割する分割手段と、分割手段により分割された第１光を第１光が入射してきた方向と逆方向に再帰性反射する第１反射手段と、分割手段により分割された光のうち第１反射手段が反射する光とは異なる光である第２光を第２光が入射してきた方向と逆方向に再帰性反射する第２反射手段と、第１反射手段で反射された第１光と第２反射手段で反射された第２光とを合成して合成光とする合成手段と、合成手段により合成された合成光を受光する受光手段と、所定の軸を機械的回動軸として回動する測定対象における角度の変化量を、受光手段が受光した合成光に基づいて演算する演算手段と、を備え、第１反射手段および第２反射手段は、光を反射する反射面を有する略矩形状の複数の反射体と、複数の反射体を互いに接続する接続部と、を備え、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の測定用回動軸を備え、機械的回動軸および測定用回動軸は、接続部上の点を含むとともに第１反射手段と第２反射手段との少なくとも一方に入射する分割手段にて分割された光に直交する平面に含まれていることを特徴とする。
【００１４】
このような本発明によれば、機械的回動軸および測定用回動軸は、接続部上の点を含むとともに第１反射手段と第２反射手段との少なくとも一方に入射する分割手段にて分割された光に直交する平面に含まれている。この平面に機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている場合、受光手段に照射される干渉光は、測定対象が回動したとしても、照射位置がほとんど変化しない。すなわち、干渉光は、測定対象が回動したとしても移動することなく受光手段の同じ位置に照射される。したがって、光学式角度センサは、受光手段に照射される光の照射位置が測定対象の回動により移動することを防止し、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。
【００１５】
この際、光源は、分割手段に対して傾斜角度θを有して光を照射し、受光手段は、合成手段に対向して配置される光を受光する受光面を有し、受光面は、合成手段に対して傾斜角度−θを有して配置され、機械的回動軸および測定用回動軸は、接続部上の点を含むとともに第１反射手段と第２反射手段との少なくとも一方に入射する分割手段にて分割された光から傾斜角度θ傾斜した傾斜直線に直交する平面に含まれていることが好ましい。
【００１６】
このような構成によれば、光源は、分割手段に対して傾斜角度θを有して光を照射し、受光面は、合成手段に対して傾斜角度−θを有して配置されている場合であっても、機械的回動軸および測定用回動軸が、接続部上の点を含むとともに第１反射手段と第２反射手段との少なくとも一方に入射する分割手段にて分割された光から傾斜角度θ傾斜した傾斜直線に直交する平面に含まれていることで、受光手段に照射される第１反射手段および第２反射手段を介した光は、測定対象が回動したとしても移動することなく、受光手段の同じ位置に明暗が変動する干渉光を照射する。したがって、光学式角度センサは、受光手段に照射される光の照射位置が測定対象の回動により移動することを防止し、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。
【００１７】
この際、接続部は、複数の反射体を互いに直交させて接続し、第１反射手段および第２反射手段は、分割手段により分割された光を光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射することが好ましい。
【００１８】
ここで、光学式角度センサは、第１反射手段および第２反射手段に入射し、その入射方向と逆方向に再帰性反射された光を受光することができれば、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。しかし、例えば複数の反射体が互いに直交して接続されていない場合、第１反射手段および第２反射手段に入射した光は、その入射方向と平行、かつ、逆方向には再帰性反射されない。第１反射手段および第２反射手段に入射した光がその入射方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射されないと、複数の反射体が互いに直交して接続される場合からズレた分、検出結果に誤差が生じることがある。
【００１９】
これに対して、本発明のような構成によれば、接続部は、複数の反射体を互いに直交させて接続されているため、第１反射手段および第２反射手段に入射した光を、その入射方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射させることができる。また、第１反射手段および第２反射手段は、光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射するため、光が平行、かつ、逆方向に再帰性反射しない場合と比較して、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。
【００２０】
この際、第１反射手段および第２反射手段は、それぞれ２個の反射体を備え、機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面に含まれる接続部上の点は、２個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部により成される交線であることが好ましい。
【００２１】
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、それぞれ２個の反射体を備え、機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面に含まれる接続部上の点は、２個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部により成される交線であるため、第１反射手段および第２反射手段に例えばプリズムを用いることができる。プリズムは、例えばコーナーキューブよりも安価であるため、第１反射手段および第２反射手段にプリズムを用いることで、コスト削減を図ることができる。
また、機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面に含まれる接続部上の点は、接続部により成される交線であるため、点である場合と比較して、測定用回動軸の位置を設計しやすくすることができる。
【００２２】
または、第１反射手段と第２反射手段との一方は、２個の反射体を備え、第１反射手段と第２反射手段との他方は、３個の反射体を備え、機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面に含まれる接続部上の点は、２個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部により成される交線であり、３個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される３個の直線状の接続部により成される交点であることが好ましい。
【００２３】
このような構成によれば、機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面に含まれる接続部上の点は、２個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部により成される交線であり、３個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される３個の直線状の接続部により成される交点であるため、第１反射手段と第２反射手段との構成が互いに異なるものを採用することができる。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。
【００２４】
または、第１反射手段および第２反射手段は、それぞれ３個の反射体を備え、機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面に含まれる接続部上の点は、３個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される３個の直線状の接続部により成される交点であることが好ましい。
【００２５】
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、それぞれ３個の反射体を備え、機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面に含まれる接続部上の点は、３個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される３個の直線状の接続部により成される交点であるため、第１反射手段および第２反射手段に例えばコーナーキューブを用いることができる。
【００２６】
ここで、プリズムは１方向のみに再帰性を有し、コーナーキューブは２方向に再帰性を有する。このため、コーナーキューブは、プリズムと比較して、アライメントに鈍感であるという性質を有する。したがって、第１反射手段および第２反射手段に例えばコーナーキューブを用いた場合、プリズムを用いた場合と比較して、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。また、機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面に含まれる接続部上の点は、交線ではなく交点であるため、第１反射手段および第２反射手段が２個の反射体を備える場合と比較して、自由に第１反射手段および第２反射手段の配置を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。
【００２７】
この際、機械的回動軸と、測定用回動軸とは、同軸であることが好ましい。
【００２８】
このような構成によれば、機械的回動軸と、測定用回動軸とは、同軸であるため、受光手段に照射される光の照射位置が測定対象の回動により移動することを防止するための機械的回動軸と、測定用回動軸と、の配置を容易に設計することができる。
【００２９】
この際、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、分割手段における光源からの光の分割点から第１反射手段を介して合成手段に到達するまでの第１光の光路長と、分割手段における光源からの光の分割点から第２反射手段を介して合成手段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ことが好ましい。
【００３０】
ここで、前述の特許文献２におけるレーザ干渉計の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。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。
【００３１】
特許文献２におけ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。しかし、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、特許文献２におけるレーザ干渉計は、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、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。
【００３２】
本発明の構成によれば、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、分割手段における光の分割点から第１反射手段を介して合成手段に到達するまでの第１光の光路長と、分割手段における光の分割点から第２反射手段を介して合成手段に到達するまでの第２光の光路長と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光の光路長との差を、数ｃｍ以内に収めることができる。すなわち、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。
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、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。
また、光学式角度センサは、高価なＨｅ−Ｎｅレーザを用いずに、例えばＨｅ−Ｎｅレーザと比較して低廉な半導体レーザなどを光源として生じる干渉光から、測定対象の角度変位を検出することができるため、コスト削減を図ることができる。
【００３３】
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。
【００３４】
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、所定の回動軸にて回動する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反射手段が測定対象に取付けられている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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、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。これにより、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、合成手段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。
【００３７】
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互いに線対称となる位置に配置されていることが好ましい。
【００３８】
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、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互いに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、分割手段における光源からの光の分割点から第１反射手段を介して合成手段に到達するまでの第１光の光路長と、分割手段における光源からの光の分割点から第２反射手段を介して合成手段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。
【００３９】
この際、分割手段による第１光を第１反射手段に反射し、第１反射手段からの光を合成手段に向かって反射する第１反射部と、分割手段による第２光を第２反射手段に反射し、第２反射手段からの光を合成手段に向かって反射する第２反射部と、を備えることが好ましい。
【００４０】
このような構成によれば、光学式角度センサは、第１反射部と第２反射部とを備えることで分割手段から第１反射手段および第２反射手段までの第１光および第２光の光路を短縮し、第１反射手段および第２反射手段から合成手段までの第１光および第２光の光路を短縮することができる。したがって、分割手段または合成手段に対する第１反射手段および第２反射手段の配置を自由に設計することができる。また、光学式角度センサは、第１反射部と第２反射部とにより、分割手段から合成手段までの光路を形成する構成要素を小型化することができる。
【００４１】
この際、第１反射手段および第２反射手段の少なくとも一方は、分割手段により分割された光の入射方向に沿って進退可能に設けられていることが好ましい。
【００４２】
ここで、第１反射手段および第２反射手段は、光学式角度センサの製造時に組み付けられるため、通常、あとから第１反射手段および第２反射手段の位置を調整することはできない。製造後に第１反射手段および第２反射手段の位置を調整したい場合とは、例えば、受光手段に照射される合成光のピント調整をしたい場合や、測定用回動軸の位置の調整をしたい場合などである。
しかしながら、本発明の構成によれば、第１反射手段および第２反射手段の少なくとも一方は、分割手段により分割された光の入射方向に沿って進退可能に設けられているため、製造後に第１反射手段および第２反射手段の位置を調整することができる。
【００４３】
この際、分割手段および合成手段は、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であり、１枚の透過型回折格子に併設されていることが好ましい。
【００４４】
このような構成によれば、分割手段および合成手段は、透過型回折格子であることで、容易に光源からの光を分割、または、合成することができる。また、分割手段および合成手段が１枚の透過型回折格子に併設されていることで、単一の透過型回折格子だけで光の分割および合成をすることができる。したがって、光学式角度センサは、複数の光学部品を用いた場合と比較して、複雑な光学部品を用いなくともよく、加工や組み立てを省略できるため、コスト削減を図ることができる。
【００４５】
または、分割手段と合成手段との一方は、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であり、分割手段と合成手段との他方は、ビームスプリッタであることが好ましい。
【００４６】
このような構成によれば、分割手段と合成手段として、透過型回折格子とビームスプリッタの双方を採用することができる。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。
【００４７】
または、分割手段および合成手段は、ビームスプリッタであり、１個のビームスプリッタに併設されていることが好ましい。
【００４８】
ここで、透過型回折格子の複数の格子を透過した光は複数の回折光となる。複数の回折光は、測定対象の回動による角度の変化量を検出するための信号回折光と、ノイズや誤差の原因となるノイズ回折光と、を有する。受光手段にノイズ回折光が照射された場合、検出結果に誤差が生じることがあるため、受光手段にはノイズ回折光が照射されないようにすることが好ましい。
しかしながら、本発明の構成によれば、分割手段および合成手段は、ビームスプリッタであることで、透過型回折格子の複数の格子による複数の回折光が生じない。すなわち、ビームスプリッタを用いることで、ノイズ回折光が生じなくなる。また、透過型回折格子と比較して、ビームスプリッタにて分割または合成される光は、ロスが生じにくい。さらに１個のビームスプリッタにて光源からの光を分割し、合成することができる。したがって、光学式角度センサは、分割手段および合成手段に透過型回折格子を用いる場合と比較して、ロスが少ない光を用いた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。また、光学式角度センサは、部品点数を減らし、コスト削減を図ることができる。
【００４９】
その際、分割手段は、光源からの光が照射される分割面を有し、合成手段は、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。
【００５０】
このような構成によれば、合成手段は、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。
【００５１】
または、合成手段は、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。
【００５２】
このような構成によれば、合成手段は、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。
【００５３】
この際、合成手段は、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。
【００５４】
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し、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、例えば４相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。
【００５５】
または、分割手段は、複数の格子を有する回折格子であり、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、合成手段による合成光を第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１の１／４波長板と、第１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２の１／４波長板と、第１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２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。
【００５６】
このような構成によれば、分割手段は、複数の格子を有する回折格子であり、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、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。
【００５７】
または、分割手段は、複数の格子を有する回折格子であり、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、合成手段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１回折格子部と、第１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１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２回折格子部と、第２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。
【００５８】
このような構成によれば、分割手段は、複数の格子を有する回折格子であり、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。
【００５９】
または、分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、合成手段による合成光を第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１の１／４波長板と、第１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２の１／４波長板と、第１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２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。
【００６０】
このような構成によれば、分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、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、受光手段は、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、ビームスプリッタを用いた場合であっても、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。
【００６１】
または、分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、合成手段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１回折格子部と、第１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１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２回折格子部と、第２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。
【００６２】
このような構成によれば、分割手段は、偏光ビームスプリッタであり、光学式角度センサは、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。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図
【図２】前記光学式角度センサを示すブロック図
【図３】前記光学式角度センサにおける機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面を示す概略図
【図４】前記光学式角度センサにおける機械的回動軸および測定用回動軸の位置による光路の変化を示す図
【図５】前記光学式角度センサにおける第１反射手段および第２反射手段の変形例を示す図
【図６】第２実施形態に係る光学式角度センサにおける光源および受光手段の配置を示す概略図
【図７】前記光学式角度センサにおける機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面を示す概略図
【図８】第３実施形態に係る光学式角度センサにおける機械的回動軸および測定用回動軸が含まれている平面を示す概略図
【図９】前記光学式角度センサにおける機械的回動軸および測定用回動軸の位置による光路の変化を示す図
【図１０】第４実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図
【図１１】第５実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図
【図１２】前記光学式角度センサを示すブロック図
【図１３】第６実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図
【図１４】第７実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図
【図１５】第８実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図
【図１６】第９実施形態に係る光学式角度センサにおける合成手段と受光手段を示す概略図
【図１７】第１０実施形態に係る光学式角度センサにおける合成手段と受光手段を示す概略図
【図１８】第１１実施形態に係る光学式角度センサにおける合成手段と受光手段を示す概略図
【図１９】第１２実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図
【図２０】第１３実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図
【図２１】第１４実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図
【図２２】第１５実施形態に係る光学式角度センサを示す概略図
【図２３】従来の光学式角度センサを示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００６４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図１から図４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１を示す概略図である。具体的には、図１（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１（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。
【００６５】
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、光を透過する透過型回折格子３と、透過型回折格子３を介した光源２からの光を透過型回折格子３に向かって平行、かつ、逆方向に再帰性反射する反射手段４と、反射手段４を反射し透過型回折格子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、所定の軸を機械的回動軸ＡＸ１として回動する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、測定対象および反射手段４は、Ｘ軸を軸として回動する。また、以降の説明において反射手段４の回動軸を測定用回動軸ＡＸ２とし、Ｘ軸を機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２として説明することがある。なお、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２の詳細は後述する。
【００６６】
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形成され、所定のピッチで配置される複数の格子６０，７０を有する。複数の格子６０，７０は、透過型回折格子３において光源２と対向して設けられている。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を介した光源２からの光は、複数の回折光となる。
【００６７】
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。
【００６８】
透過型回折格子３は、光源２からの光を第１光と第２光とに分割する分割手段６と、分割手段６にて分割され反射手段４にて再帰性反射された光を合成して合成光とする合成手段７と、を備える。分割手段６および合成手段７は、１枚の透過型回折格子３に併設されている。
分割手段６は、光源２からの光が照射される分割面６１を有する。分割手段６は、分割面６１において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。合成手段７も同様に、分割面６１においてＹ方向に沿って並設される複数の格子７０を有する。
【００６９】
反射手段４は、分割手段６により分割された第１光を第１光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射する第１反射手段４ａと、分割手段６により分割された光のうち第１反射手段４ａが反射する光とは異なる光である第２光を第２光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射する第２反射手段４ｂと、を備える。
具体的には、第１反射手段４ａは、第１光が入射した方向と平行に合成手段７に向かって第１光を反射し、第２反射手段４ｂは、第２光が入射した方向と平行に合成手段７に向かって第２光を反射する。
第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂは、光を反射する反射面４０を有する略矩形状の複数の反射体４１と、複数の反射体を互いに接続する接続部４２と、を備える。第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂは、それぞれ２個の反射体４１を備えるプリズムである。
【００７０】
反射面４０は、例えばミラー状に形成され、反射体４１は、略矩形状に形成された板状のミラーである。なお、反射体４１は、光を反射することができれば、ミラーでなくともよい。接続部４２は、複数の反射体４１を互いに直交させて接続しているため直線状に形成されている。
また、第１反射手段４ａと第２反射手段４ｂとは、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ための測定用回動軸ＡＸ２を備える。機械的回動軸ＡＸ１と、測定用回動軸ＡＸ２とは、同軸である。
【００７１】
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および第２反射手段４ｂの測定用回動軸ＡＸ２と、光源２からの光の光軸と平行な軸ＡＸ３と、のそれぞれの軸に対して互いに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ＡＸ３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。
【００７２】
受光手段５は、合成手段７により合成された合成光を受光する。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、受光手段５とは、光学式角度センサ１において、同じ高さに配置されている。
【００７３】
図２は、光学式角度センサ１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、機械的回動軸ＡＸ１を軸に回動する測定対象における角度の変化量を、受光手段５が受光した合成光に基づいて演算する演算手段８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ため、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８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いて測定対象の回動による角度の変化量を演算する。
【００７４】
ここで、光学式角度センサ１における光の光路について図１に基づいて説明する。
光学式角度センサ１において、分割手段６にて分割された第１光は、図１（Ａ）に示すように、分割手段６における分割点Ｐ１から第１反射手段４ａを介して合成手段７に照射される。分割手段６にて分割された第２光は、分割手段６における分割点Ｐ１から第２反射手段４ｂを介して合成手段７に照射される。第１光と第２光は合成手段７の合成点Ｐ２にて合成される。
【００７５】
そして、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、分割手段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を介して合成手段７に到達するまでの第１光の光路長と、分割手段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を介して合成手段７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。
【００７６】
具体的には、図１（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ＡＸ３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、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最も高い干渉光を受光することができる。
そして、図１（Ｂ）に示すように、測定対象がα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α方向に回動する。また、図１（Ｃ）に示すように、測定対象が−α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−α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１（Ａ）のときに生じる干渉光から変化する。演算手段８は、この干渉光の明暗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。
なお、図１（Ｂ）および図１（Ｃ）では、測定対象が回動する前（図１（Ａ）参照）の第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの位置を破線にて表している。
【００７７】
図３は、光学式角度センサ１における機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面９を示す概略図である。
図３に示すように、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、接続部４２上の点を含むとともに第１反射手段４ａと第２反射手段４ｂとに入射する分割手段６にて分割された光と直交する平面９に含まれている。
具体的には、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面９における接続部４２上の点は、２個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部４２により成される交線４３である。なお、平面９は、各実施形態において、Ｘ軸およびＹ軸により成される平面９として説明することがある。
【００７８】
図４は、光学式角度センサ１における機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２の位置による光路の変化を示す図である。具体的には、図４（Ａ）〜（Ｃ）は、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２がＺ軸方向に設けられているときの光路の変化を示す図であり、図４（Ｄ）〜（Ｆ）は、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２がＹ軸方向に設けられているとき、すなわち、平面９に含まれているときの光路の変化を示す図である。
以下、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２の位置による光路の変化について図４を参照して説明する。
【００７９】
図４（Ａ）では、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、反射手段４（第１反射手段４ａ，第２反射手段４ｂ（図１参照））の＋Ｚ方向側に設けられている。この状態において反射手段４が回動すると、反射手段４の回動にともない反射手段４から出射される光の光路は変化する。
図４（Ｂ）では、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、反射手段４の交線４３と同じ位置に設けられている。すなわち、平面９（図３参照）に含まれている。この状態において反射手段４が回動したとしても、反射手段４から出射される光の光路は変化しない。
図４（Ｃ）では、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、反射手段４の−Ｚ方向側に設けられている。この状態において反射手段４が回動すると、反射手段４の回動にともない反射手段４から出射される光の光路は変化する。
【００８０】
したがって、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、反射手段４に対してＺ軸方向にズレて設けられていた場合、反射手段４の回動にともない反射手段４から出射される光の光路が変化する。光路の変化により、受光手段５に照射される光の位置も変化するため、反射手段４から出射される光は受光手段５に照射されないことがあるという問題が生じる。
【００８１】
図４（Ｄ）では、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、反射手段４の−Ｙ方向側に設けられている。図４（Ｅ）では、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、反射手段４の交線４３と同じ位置に設けられている。図４（Ｆ）では、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、反射手段４の＋Ｙ方向側に設けられている。すなわち、図４（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、Ｘ軸およびＹ軸により成される平面９に含まれている。この状態において反射手段４が回動したとしても、反射手段４から出射される光の光路は変化しない。
【００８２】
したがって、機械的回動軸ＡＸ１と測定用回動軸ＡＸ２とは、平面９に含まれていることで、反射手段４が回動したとしても、反射手段４から出射される光の光路は変化せず、受光手段５では同じ位置に照射される。機械的回動軸ＡＸ１と測定用回動軸ＡＸ２とは、平面９に含まれていることで容易に受光手段５に照射される光の位置ズレより生じる問題を解決することができる。
【００８３】
図５は、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の変形例を示す図である。具体的には、図５（Ａ）〜（Ｃ）は、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２がＺ軸方向に設けられているときの光路の変化を示す図であり、図５（Ｄ）〜（Ｆ）は、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２がＹ軸方向に設けられているとき、すなわち、平面９に含まれているときの光路の変化を示す図である。
前記第１実施形態では、反射手段４（第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂ）は、接続部４２により複数の反射体４１を互いに直交させて９０°に接続されたプリズムであったが、９０°ではなく８９°や９１°等、直交からわずかにズレた角度で接続されたプリズムであってもよい。
【００８４】
具体的には、光学式角度センサ１ａにおける反射手段４４の反射体４１が接続部４２により８９°で接続されていた場合であっても、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、反射手段４４に対してＺ軸方向にズレて設けられていた場合、反射手段４４の回動にともない反射手段４４から出射される光の光路が変化する。また、図５（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、Ｙ軸方向にズレて設けられ、Ｘ軸およびＹ軸により成される平面９に含まれている。この状態において反射手段４４が回動したとしても、反射手段４４から出射される光の光路は変化しない。したがって、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
ここで、反射手段４４の複数の反射体４１は、接続部４２により８９°に接続されているため、反射手段４４から出射される光の光路は、１°傾いて出射される。したがって、反射手段４４は、平行、かつ、逆方向に光を反射しない点に留意すべきである。なお、図５では、平行、かつ、逆方向に反射される光を破線にて記載している。
【００８６】
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）機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、接続部４２上の点を含むとともに第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂに入射する第１光および第２光と直交する平面９に含まれている。平面９に機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている場合、受光手段５に照射される干渉光は、測定対象が回動したとしても移動することなく受光手段５の同じ位置に照射される。したがって、光学式角度センサ１は、受光手段５に照射される光の照射位置が測定対象の回動により移動することを防止し、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。
【００８７】
（２）接続部４２は、複数の反射体４１を互いに直交させて接続されているため、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂに入射した光を、その入射方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射させることができる。また、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂは、光が入射してきた方向と平行、かつ、逆方向に再帰性反射するため、光が平行、かつ、逆方向に再帰性反射しない場合と比較して、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。
【００８８】
（３）第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂは、それぞれ２個の反射体４１を備え、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面９における接続部４２上の点は、２個の反射体４１を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部４２により成される交線４３であるため、プリズムを用いることができる。プリズムは、コーナーキューブよりも安価であるため、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂにプリズムを用いることで、コスト削減を図ることができる。
（４）機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面９における接続部４２上の点は接続部４２により成される交線４３であるため、点である場合と比較して、測定用回動軸ＡＸ２の位置を設計しやすくすることができる。
（５）機械的回動軸ＡＸ１と、測定用回動軸ＡＸ２とは、同軸であるため、受光手段５に照射される光の照射位置が測定対象の回動により移動することを防止するための機械的回動軸ＡＸ１と、測定用回動軸ＡＸ２と、の配置を容易に設計することができる。
【００８９】
（６）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、分割手段６における光の分割点Ｐ１から第１反射手段４ａを介して合成手段７に到達するまでの第１光の光路長と、分割手段６における光の分割点Ｐ１から第２反射手段４ｂを介して合成手段７に到達するまでの第２光の光路長と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光の光路長との差を、数ｃｍ以内に収めることができる。すなわち、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で干渉を生じさせることができる。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、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。
（７）光学式角度センサ１は、高価なＨｅ−Ｎｅレーザを用いずに、例えばＨｅ−Ｎｅレーザと比較して低廉な半導体レーザなどを光源２として生じる干渉光から、測定対象の角度変位を検出することができるため、コスト削減を図ることができる。
【００９０】
（８）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。
（９）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の測定用回動軸ＡＸ２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互いに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、分割手段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を介して合成手段７に到達するまでの第１光の光路長と、分割手段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を介して合成手段７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。
【００９１】
（１０）分割手段６および合成手段７は、透過型回折格子３であることで、容易に光源２からの光を分割、または、合成することができる。また、分割手段６および合成手段７が１枚の透過型回折格子３に併設されていることで、単一の透過型回折格子３だけで光の分割および合成をすることができる。したがって、光学式角度センサ１は、複数の光学部品を用いた場合と比較して、複雑な光学部品を用いなくともよく、加工や組み立てを省略できるため、コスト削減を図ることができる。
【００９２】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態を図６および図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。
【００９３】
図６は、第２実施形態に係る光学式角度センサ１Ａにおける光源２Ａおよび受光手段５Ａの配置を示す概略図である。
前記第１実施形態では、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、受光手段５とは、光学式角度センサ１において、同じ高さに配置されていた。
【００９４】
第２実施形態の光学式角度センサ１Ａでは、図６に示すように、光源２Ａは、分割手段６に対して傾斜角度θを有して光を照射し、受光手段５Ａは、合成手段７に対向して配置される光を受光する受光面５０を有し、受光面５０は、合成手段７に対して傾斜角度−θを有して配置されている点で前記第１実施形態と異なる。分割手段６に対して傾斜角度θを有して光源２Ａから照射された光は、反射手段４（第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂ（図１参照））に傾斜角度θを有して照射される。反射手段４に照射された傾斜角度θを有する光は、合成手段７に向かって傾斜角度−θを有して出射される。受光手段５Ａの受光面５０には、合成手段７を介した傾斜角度−θを有する光が照射される。
【００９５】
図７は、光学式角度センサ１Ａにおける機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面を示す概略図である。なお、図７では、分割手段６および合成手段７は省略している。
前記第１実施形態では、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、２個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部４２により成される交線４３を含むとともに第１反射手段４ａと第２反射手段４ｂとに入射する分割手段６にて分割された光と直交する平面９に含まれていた。
【００９６】
光学式角度センサ１Ａでは、図７に示すように、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、接続部４２上の点を含むとともに第１反射手段４ａと第２反射手段４ｂとに入射する分割手段６（図６参照）にて分割された光から傾斜角度θ傾斜した傾斜直線と直交する平面９Ａに含まれている点で前記第１実施形態と異なる。
具体的には、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面９Ａにおける接続部４２上の点は、２個の反射体４１を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部４２により成される交線４３である。
【００９７】
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）〜（１０）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）光源２Ａは、分割手段６に対して傾斜角度θを有して光を照射し、受光面５０は、合成手段７に対して傾斜角度−θを有して配置されている場合であっても、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が、接続部上の点を含むとともに第１反射手段４ａと第２反射手段４ｂとの少なくとも一方に入射する分割手段６にて分割された光から傾斜角度θ傾斜した傾斜直線と直交する平面９Ａに含まれていることで、受光手段５Ａに照射される反射手段４を介した光は、測定対象が回動したとしても移動することなく、同じ位置に明暗が変動する干渉光を照射する。したがって、光学式角度センサ１Ａは、受光手段５Ａに照射される光の照射位置が測定対象の回動により移動することを防止し、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。
【００９８】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図８および図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。
【００９９】
図８は、第３実施形態に係る光学式角度センサ１Ｂにおける機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面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、それぞれ２個の反射体４１を備えるプリズムであった。
第３実施形態における光学式角度センサ１Ｂでは、図８に示すように、反射手段４Ｂ（第１反射手段および第２反射手段）は、それぞれ３個の反射体４１を備えるコーナーキューブである点で前記第１実施形態と異なる。
【０１００】
また、前記第１実施形態では、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面９における接続部４２上の点は、２個の反射体４１を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部４２により成される交線４３であった。
第３実施形態では、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面９Ｂにおける接続部４２上の点は、３個の反射体４１を互いに直交させて接続することで形成される３個の直線状の接続部４２により成される交点４３Ｂである点で前記第１実施形態と異なる。
【０１０１】
図９は、光学式角度センサ１Ｂにおける機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２の位置による光路の変化を示す図である。具体的には、図９（Ａ）〜（Ｃ）は、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２がＺ軸方向に設けられているときの光路の変化を示す図であり、図９（Ｄ）〜（Ｆ）は、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２がＹ軸方向に設けられているとき、すなわち、平面９Ｂに含まれているときの光路の変化を示す図である。
【０１０２】
光学式角度センサ１Ｂにおける反射手段４Ｂがコーナーキューブであっても、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、反射手段４Ｂに対してＺ軸方向にズレて設けられていた場合、反射手段４Ｂの回動にともない反射手段４Ｂから出射される光の光路が変化する。また、図９（Ｄ）〜（Ｆ）に示すように、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２は、Ｙ軸方向にズレて設けられ、Ｘ軸およびＹ軸により成される平面９Ｂに含まれている。この状態において反射手段４Ｂが回動したとしても、反射手段４Ｂから出射される光の光路は変化しない。したがって、反射手段４Ｂにプリズムではなくコーナーキューブを用いた場合であっても前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
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），（２），（５）〜（１０）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）反射手段４Ｂ（第１反射手段および第２反射手段）は、それぞれ３個の反射体４１を備え、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面に含まれる接続部４２上の点は、３個の反射体４１を互いに直交させて接続することで形成される３個の直線状の接続部４２により成される交点４３Ｂであるため、コーナーキューブを用いることができる。
（１３）反射手段４Ｂにコーナーキューブを用いた場合、プリズムと比較して、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。また、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面９Ｂにおける接続部４２上の点は、交線４３ではなく交点４３Ｂであるため、反射手段４Ｂが２個の反射体４１を備える場合と比較して、自由に第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂ（図１参照）の配置を設計することができる。したがって、光学式角度センサ１Ｂは、設計の自由度を向上させることができる。
【０１０４】
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４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。
【０１０５】
図１０は、第４実施形態に係る光学式角度センサ１Ｃ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、Ｘ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。
第４実施形態では、図１０に示すように、光学式角度センサ１Ｃにおける第１反射手段４ａＣは、測定対象に取付けられ、第２反射手段４ｂＣは光学式角度センサ１Ｃ内に固定されて設けられ、第１反射手段４ａＣ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実施形態と異なる。第４実施形態においても、機械的回転軸ＡＸ１と測定用回動軸ＡＸ２とは同軸である。
【０１０６】
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、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互いに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４実施形態では、第１反射手段４ａＣと第２反射手段４ｂＣ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。
【０１０７】
第１反射手段４ａＣと第２反射手段４ｂＣ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１Ｃにおいても、第１反射手段４ａＣは、測定対象の測定範囲内において、分割手段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４ａＣを介して合成手段７に到達するまでの第１光の光路長と、分割手段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４ｂＣを介して合成手段７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４実施形態においても、演算手段８（図２参照）は、第１反射手段４ａＣ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。
【０１０８】
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）〜（７），（１０）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）第２反射手段４ｂＣは、光学式角度センサ１Ｃ内に固定されて設けられ、第１反射手段４ａＣは、測定対象に取付けられているため、第１実施形態における第１反射手段４ａＣおよび第２反射手段４ｂＣ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１Ｃ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。
【０１０９】
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態を図１１と図１２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。
【０１１０】
図１１は、第５実施形態に係る光学式角度センサ１Ｄを示す概略図である。
第１実施形態から第４実施形態では、分割手段６および合成手段７は、１枚の透過型回折格子３に併設されていた。
第５実施形態では、図１１に示すように、光学式角度センサ１Ｄにおける分割手段６Ｄおよび合成手段７Ｄは、ビームスプリッタ３Ｄであり、１個のビームスプリッタ３Ｄに併設されている点で、第１実施形態から第４実施形態と異なる。
なお、図１１では、測定対象の回動により変化する第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの位置を破線にて表している。
【０１１１】
ビームスプリッタ３Ｄは、光源２からの光を第１光および第２光の２つの光に分割する分割手段６Ｄと、第１光および第２光を合成する合成手段７Ｄと、を備えるプレート型の光学部品である。
第１反射手段４ａは、ビームスプリッタ３Ｄの分割手段６Ｄにより分割された第１光をビームスプリッタ３Ｄの合成手段７Ｄに向かって反射する。第２反射手段４ｂは、ビームスプリッタ３Ｄの分割手段６Ｄにより分割された第２光をビームスプリッタ３Ｄの合成手段７Ｄに向かって反射する。
合成手段７Ｄは、第１光および第２光の合成光を受光手段５に照射する。受光手段５は、合成手段７Ｄによる合成光を受光する。
【０１１２】
図１２は、光学式角度センサ１Ｄを示すブロック図である。
図１２に示すように、演算手段８は、その信号から測定対象の回動による角度変位を演算する。この際、第１実施形態と同様に、機械的回動軸ＡＸ１と測定用回動軸ＡＸ２とは、同軸である。そして、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、分割手段６Ｄ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を介して合成手段７Ｄに到達するまでの第１光の光路長と、分割手段６Ｄ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を介して合成手段７Ｄ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。
【０１１３】
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）〜（９）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。
（１５）光学式角度センサ１Ｄは、分割手段６Ｄおよび合成手段７Ｄをビームスプリッタ３Ｄとすることで、例えば第１実施形態における透過型回折格子３による複数の回折光が生じない。このため、透過型回折格子３と比較して、分割または合成される光にロスが生じにくい。したがって、光学式角度センサ１Ｄは、分割手段６Ｄおよび合成手段７Ｄをビームスプリッタ３Ｄとすることで、ロスが少ない光を用いた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。
【０１１４】
（１６）光学式角度センサ１Ｄは、分割手段６Ｄおよび合成手段７Ｄが例えば第１実施形態における透過型回折格子３の複数の格子６０，７０を形成する必要がなく、１個のビームスプリッタ３Ｄにて光源２からの光を分割し、合成することができる。したがって、光学式角度センサ１Ｄは、部品点数を減らし、コスト削減を図ることができる。
【０１１５】
〔第６実施形態〕
以下、本発明の第６実施形態を図１３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。
【０１１６】
図１３は、第６実施形態に係る光学式角度センサ１Ｅを示す概略図である。
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、光学式角度センサ１，１Ａ〜１Ｄの製造時に組み付けられているため、第１反射手段４ａ，４ａＣおよび第２反射手段４ｂ，４ｂＣ、反射手段４Ｂの位置を調整することはできなかった。
第６実施形態では、光学式角度センサ１Ｅにおける第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂは、分割手段６Ｄにより分割された光の入射方向に沿って進退可能に設けられている点で前記各実施形態と異なる。
【０１１７】
光学式角度センサ１Ｅは、図１３に示すように、第１反射手段４ａを光の入射方向に沿って進退させる第１進退部４ａＥと、第２反射手段４ｂを光の入射方向に沿って進退させる第２進退部４ｂＥと、を備える。第１進退部４ａＥおよび第２進退部４ｂＥは、光学式角度センサ１Ｅにおける測定開始前に自動で第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの位置を調整する。
具体的には、使用者が測定器の電源を投入した後、光源２は、光を照射する。受光手段５は光源２より照射された光を受光し、照射された光の状態を検出する。この際、必要に応じて、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂを回動させる。
【０１１８】
受光手段５により、光が所定の位置からズレていたり、ピントがあっていないと検出された場合、第１進退部４ａＥおよび第２進退部４ｂＥは、光源２からの光が受光手段５の所定の位置に照射され、ピントがあうように第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの位置を調整する。なお、第１進退部４ａＥおよび第２進退部４ｂＥは、自動ではなく、手動であってもよい。また、図１３では、分割手段６Ｄおよび合成手段７Ｄはビームスプリッタ３Ｄであるが、図１における透過型回折格子３であってもよい。
【０１１９】
このような第６実施形態においても、前記各実施形態と同様の作用、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。
（１７）第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂは、分割手段６Ｄにより分割された光の入射方向に沿って進退可能に設けられているため、製造後に第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの位置を調整することができる。
【０１２０】
〔第７実施形態〕
以下、本発明の第７実施形態を図１４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。
【０１２１】
図１４は、第７実施形態に係る光学式角度センサ１Ｆを示す概略図である。
前記第１実施形態および前記第５実施形態では、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂは分割手段６，６Ｄからの光を合成手段７，７Ｄに平行、かつ、逆方向に再帰性反射していた。
第７実施形態では、図１４に示すように、光学式角度センサ１Ｆにおける分割手段６Ｄによる第１光を第１反射手段４ａに反射し、第１反射手段４ａからの光を合成手段７Ｄに向かって反射する第１反射部４５ａと、分割手段６Ｄによる第２光を第２反射手段４ｂに反射し、第２反射手段４ｂからの光を合成手段７Ｄに向かって反射する第２反射部４５ｂと、を備える点で、前記第１実施形態および前記第５実施形態と異なる。
【０１２２】
第１反射部４５ａおよび第２反射部４５ｂは、ミラーである。なお、第１反射部４５ａおよび第２反射部４５ｂは、ミラーでなくてもよく、第１光および第２光を反射することができればどのようなものでもよい。また、図１４では、測定対象の回動により変化する第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの位置を破線にて表している。さらに、分割手段６Ｄおよび合成手段７Ｄはビームスプリッタ３Ｄであるが、図１における透過型回折格子３であってもよい。第６実施形態に第７実施形態を適用する場合は、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの進退の妨げとならない位置に第１反射部４５ａおよび第２反射部４５ｂを配置する必要がある点に留意するべきである。
【０１２３】
このような第７実施形態においても、前記各実施形態と同様の作用、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。
（１８）光学式角度センサ１Ｆは、第１反射部４５ａと第２反射部４５ｂとを備えることで分割手段６Ｄから第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂまでの第１光および第２光の光路を短縮し、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂから合成手段７Ｄまでの第１光および第２光の光路を短縮するため、分割手段６Ｄまたは合成手段７Ｄに対する第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの配置を自由に設計することができる。
（１９）光学式角度センサ１Ｆは、第１反射部４５ａおよび第２反射部４５ｂにより分割手段６Ｄから合成手段７Ｄまでの光路を形成する構成要素を小型化することができる。
【０１２４】
〔第８実施形態〕
以下、本発明の第８実施形態を図１５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。
【０１２５】
図１５は、第８実施形態に係る光学式角度センサ１Ｇを示す概略図である。
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、測定対象の測定範囲内において、分割手段６，６Ｄ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を介して合成手段７，７Ｄに到達するまでの第１光の光路長と、分割手段６，６Ｄ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を介して合成手段７，７Ｄ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ていた。
第８実施形態では、図１５に示すように、光学式角度センサ１Ｇにおける光源２Ｇは、Ｈｅ−Ｎｅレーザであり、分割手段６Ｇにより分割された第１光と第２光とのそれぞれの光路長が互いに２倍程の差がある点で前記各実施形態と異なる。
【０１２６】
光学式角度センサ１Ｇは、分割手段６Ｇおよび合成手段７Ｇとして偏光ビームスプリッタ３Ｇを備える。偏光ビームスプリッタ３Ｇは、略三角柱状に形成されている。偏光ビームスプリッタ３Ｇは、光源２Ｇからの光を、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光学部品である。偏光ビームスプリッタ３Ｇは、Ｐ偏光である第１光を透過し、Ｓ偏光である第２光を反射する。第８実施形態では、Ｐ偏光を第１光とし、Ｓ偏光を第２光として説明する。
【０１２７】
偏光ビームスプリッタ３Ｇにて分割される第１光と第２光は、分割手段６Ｇの分割点Ｐ１から、第１反射手段４ａまたは第２反射手段４ｂを介した合成手段７Ｇまでの光路長が、それぞれ異なる。具体的には、第１光の光路長をＬとした場合、第２光の光路長は、第１光の光路長Ｌの２倍の光路長２Ｌとなる。
Ｈｅ−Ｎｅレーザである光源２Ｇのコヒーレント長は数ｍであるため、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、受光手段５は干渉光を受光することができる。なお、光源２Ｇは、Ｈｅ−Ｎｅレーザではなく、コヒーレント長が数ｍある光源であれば、どのようなものを採用してもよい。
第８実施形態においても、機械的回動軸ＡＸ１と測定用回動軸ＡＸ２とは同軸であり、接続部４２上の点を含むとともに第１反射手段４ａと第２反射手段４ｂとの少なくとも一方に入射する分割手段６Ｇにて分割された光に直交する平面９（図３参照）に含まれている。
【０１２８】
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）〜（５），（８），（９）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。
（２０）光学式角度センサ１Ｇは、コヒーレント長が数ｍのＨｅ−Ｎｅレーザを光源２Ｇとするため、分割手段６Ｇにて分割される第１光と第２光とのそれぞれの光路長が同じ長さとならなくても、コヒーレント性の制限によらずに、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。
【０１２９】
〔第９実施形態〕
以下、本発明の第９実施形態を図１６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。
【０１３０】
図１６は、第９実施形態に係る光学式角度センサ１Ｈにおける合成手段７Ｈと受光手段５Ｈを示す概略図である。
第１実施形態から第４実施形態では、演算手段８（図２参照）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９実施形態では、図１６に示すように、光学式角度センサ１Ｈにおける合成手段７Ｈ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の測定用回動軸ＡＸ２と直交する直交方向に沿って並設される複数の格子７０Ｈを有し、受光手段５Ｈは、直交方向に沿って並設される複数の受光素子５１Ｈ〜５４Ｈを備え、複数の格子７０Ｈを介した複数の回折光を受光し、演算手段８は、複数の受光素子５１Ｈ〜５４Ｈが受光した複数の回折光に基づいて測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で第１実施形態から第４実施形態と異なる。
なお、図１６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上の分割手段６と、を省略している。
【０１３１】
複数の格子７０Ｈを透過する第１光の進行方向は、−Ｙ方向側に回折され、複数の格子７０Ｈ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５Ｈ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５Ｈ（複数の受光素子５１Ｈ〜５４Ｈ）の受光面上に、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの測定用回動軸ＡＸ２と平行な方向であるＸ方向に沿って干渉縞を生成する。
【０１３２】
光学式角度センサ１Ｈ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５１Ｈ〜５４Ｈ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。
例えば分割手段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、合成手段７Ｈの複数の格子７０Ｈは、１．００５μｍの周期となるように、分割手段６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５１Ｈ〜５４Ｈは、合成手段７Ｈの複数の格子７０Ｈと同じ周期となるように１．００５μｍに設計される。
【０１３３】
具体的には、複数の受光素子５１Ｈ〜５４Ｈは、第１受光素子５１Ｈと、第２受光素子５２Ｈと、第３受光素子５３Ｈと、第４受光素子５４Ｈと、を備える。
第１受光素子５１Ｈは、複数の格子７０Ｈ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５２Ｈは、複数の格子７０Ｈ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５３Ｈは、複数の格子７０Ｈ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５４Ｈは、複数の格子７０Ｈを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が２７０度の光を受光する。
【０１３４】
そして、複数の受光素子５１Ｈ〜５４Ｈは、Ｘ軸と直交するＹ方向に沿って、第１受光素子５１Ｈ、第２受光素子５２Ｈ、第３受光素子５３Ｈ、第４受光素子５４Ｈの順に繰り返し配置されている。光学式角度センサ１Ｈは、この複数の受光素子５１Ｈ〜５４Ｈにて受光された信号から４相信号を検出し、演算手段８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。
【０１３５】
このような第９実施形態においても、第１実施形態から第４実施形態と同様の作用、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。
（２１）合成手段７Ｈは、複数の格子７０Ｈを有し、受光手段５Ｈは、複数の受光素子５１Ｈ〜５４Ｈを備え、複数の格子７０Ｈ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５Ｈの受光面上に、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの測定用回動軸ＡＸ２と平行な方向に沿って干渉縞を生成し、複数の受光素子５１Ｈ〜５４Ｈ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８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１Ｈ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。
【０１３６】
〔第１０実施形態〕
以下、本発明の第１０実施形態を図１７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。
【０１３７】
図１７は、第１０実施形態に係る光学式角度センサ１Ｉにおける合成手段７Ｉと受光手段５Ｉを示す概略図である。
第１実施形態から第４実施形態では、演算手段８（図２参照）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、合成手段７は、分割面６１において第１反射手段４および第２反射手段４ｂの測定用回動軸ＡＸ２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を備えていた。
【０１３８】
第１０実施形態では、図１７に示すように、光学式角度センサ１Ｉにおける合成手段７Ｉは、分割面６１（図１参照）において第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの測定用回動軸ＡＸ２と直交する直交方向であるＹ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βを有して配置される複数の傾斜格子７０Ｉを有し、受光手段５Ｉは、測定用回動軸ＡＸ２と平行な方向であるＸ方向に沿って並設される複数の受光素子５１Ｉ〜５４Ｉを備え、複数の傾斜格子７０Ｉを介した複数の回折光を受光し、演算手段８は、受光手段５Ｉが受光した複数の回折光に基づいて測定対象の回動による角度の変化量を演算する点で第１実施形態から第４実施形態と異なる。
なお、図１７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上の分割手段６と、を省略している。
【０１３９】
複数の傾斜格子７０Ｉ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７０Ｉ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５Ｉ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５Ｉ（複数の受光素子５１Ｉ〜５４Ｉ）の受光面上に、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの測定用回動軸ＡＸ２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１Ｉ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５１Ｉ〜５４Ｉは、複数の受光素子５１Ｉ〜５４Ｉ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。
【０１４０】
具体的には、複数の受光素子５１Ｉ〜５４Ｉは、第１受光素子５１Ｉと、第２受光素子５２Ｉと、第３受光素子５３Ｉと、第４受光素子５４Ｉと、を備える。第１受光素子５１Ｉは、複数の傾斜格子７０Ｉ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５２Ｉは、複数の傾斜格子７０Ｉ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５３Ｉは、複数の傾斜格子７０Ｉ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５４Ｉは、複数の傾斜格子７０Ｉを介して受光面上に生成された干渉縞から位相が２７０度の光を受光する。そして、複数の受光素子５１Ｉ〜５４Ｉは、Ｘ軸と平行な方向に沿って、第１受光素子５１Ｉ、第２受光素子５２Ｉ、第３受光素子５３Ｉ、第４受光素子５４Ｉの順に繰り返し配置されている。光学式角度センサ１Ｉは、この複数の受光素子５１Ｉ〜５４Ｉにて受光された信号から４相信号を検出し、演算手段８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。
【０１４１】
このような第１０実施形態においても、第１実施形態から第４実施形態と同様の作用、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。
（２２）合成手段７Ｉは、複数の傾斜格子７０Ｉを有し、受光手段５Ｉは、複数の傾斜格子７０Ｉ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５Ｉの受光面上に、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの測定用回動軸ＡＸ２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５Ｉの複数の受光素子５１Ｉ〜５４Ｉ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８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１Ｉ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。
【０１４２】
〔第１１実施形態〕
以下、本発明の第１１実施形態を図１８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。
【０１４３】
図１８は、第１１実施形態に係る光学式角度センサ１Ｊにおける合成手段７Ｊと受光手段５Ｊを示す概略図である。具体的には図１８（Ａ）は、光学式角度センサ１Ｊにおける合成手段７Ｊと受光手段５Ｊとの配置を示す概略図であり、図１８（Ｂ）は、合成手段７Ｊの複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊが有する複数の格子７０Ｊの具体的な位相差を示す図である。
【０１４４】
第１実施形態から第４実施形態では、合成手段７は、分割面６１において第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂ（図１参照）の測定用回動軸ＡＸ２であるＸ軸と直交するＹ方向に沿って並設される複数の格子７０を備えていた。
第１１実施形態では、図１８（Ａ）に示すように、光学式角度センサ１Ｊにおける合成手段７Ｊは、それぞれ位相が異なる複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊを備え、受光手段５Ｊは、複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊのそれぞれに対応する複数の受光部５１Ｊ〜５４Ｊを備え、演算手段８（図２参照）は、複数の受光部５１Ｊ〜５４Ｊ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第１実施形態から第４実施形態と異なる。
なお、図１８（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上の分割手段６と、を省略している。
【０１４５】
合成手段７Ｊは、複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊとして、第１合成部７１Ｊと、第２合成部７２Ｊと、第３合成部７３Ｊと、第４合成部７４Ｊと、を備える。
第１合成部７１Ｊは、位相が０度に配置される複数の格子７０Ｊを有する。第２合成部７２Ｊは、位相が９０度に配置される複数の格子７０Ｊを有する。第３合成部７３Ｊは、位相が１８０度に配置される複数の格子７０Ｊを有する。第４合成部７４Ｊは、位相が２７０度に配置される複数の格子７０Ｊを有する。
【０１４６】
受光手段５Ｊは、複数の受光部５１Ｊ〜５４Ｊとして、第１受光部５１Ｊと、第２受光部５２Ｊと、第３受光部５３Ｊと、第４受光部５４Ｊと、を備える。
第１受光部５１Ｊは、第１合成部７１Ｊを介した位相が０度の光を受光する。第２受光部５２Ｊは、第２合成部７２Ｊを介した位相が９０度の光を受光する。第３受光部５３Ｊは、第３合成部７３Ｊを介した位相が１８０度の光を受光する。第４受光部５４Ｊは、第４合成部７４Ｊを介した位相が２７０度の光を受光する。
【０１４７】
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、重なるようにして複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊ全体に照射される。複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊ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５１Ｊ〜５４Ｊのそれぞれに照射される。複数の受光部５１Ｊ〜５４Ｊ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８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１Ｊは、複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊおよび複数の受光部５１Ｊ〜５４Ｊ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。
【０１４８】
合成手段７Ｊの複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊは、図１８（Ｂ）に示すように、複数の格子７０Ｊの周期をｐとし、整数をｎとし、オフセットをｋとした場合に、Ｙ方向に並設された複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊは、互いに式（１）のような関係で配置されている。
【０１４９】
ｋ１＝ｎ×ｐ＋ｐ÷８  ・・・（１）
【０１５０】
具体的には、第２合成部７２Ｊは、第１合成部７１Ｊに対し、式（１）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７３Ｊは、第１合成部７１Ｊに対し、ｐ÷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７４Ｊは、第３合成部７３Ｊに対し、式（１）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５１Ｊ〜５４Ｊは、複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊ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。
【０１５１】
このような第１１実施形態においても、第１実施形態から第４実施形態と同様の作用、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。
（２３）光学式角度センサ１Ｊは、複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊにより複数の合成光を生成し、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１Ｊは、４相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。
【０１５２】
〔第１２実施形態〕
以下、本発明の第１２実施形態を図１９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。
【０１５３】
図１９は、第１２実施形態に係る光学式角度センサ１Ｋを示す概略図である。
第５実施形態では、受光手段５は、合成手段７Ｄを介した合成光を受光していた。
第１２実施形態では、光学式角度センサ１Ｋにおける分割手段６Ｋは、偏光ビームスプリッタ３Ｋであり、合成手段７Ｋによる合成光を第１分割光１１Ｋと第２分割光２１Ｋとに分割する分割ビームスプリッタ３０Ｋと、分割ビームスプリッタ３０Ｋにより分割された第１分割光１１Ｋと第２分割光２１Ｋとの光路上に配置される第１の１／４波長板４６ａと、第１の１／４波長板４６ａを介した第２分割光２１Ｋの光路上に配置される第２の１／４波長板４６ｂと、第１の１／４波長板４６ａを介した第１分割光１１Ｋを第１偏光１２Ｋと第２偏光１３Ｋとに分割する第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｋと、第２の１／４波長板４６ｂを介した第２分割光２１Ｋを第３偏光２２Ｋと第４偏光２３Ｋとに分割する第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｋと、第１偏光１２Ｋから位相が０度の光を受光する第１受光部５１Ｋと、第２偏光１３Ｋから位相が１８０度の光を受光する第２受光部５２Ｋと、第３偏光２２Ｋから位相が９０度の光を受光する第３受光部５３Ｋと、第４偏光２３Ｋから位相が２７０度の光を受光する第４受光部５４Ｋと、を備える点で前記第６実施形態と異なる。
【０１５４】
偏光ビームスプリッタ３Ｋである分割手段６Ｋは、光源２からの光を、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。偏光ビームスプリッタ３Ｋは、Ｓ偏光である第１光を反射し、Ｐ偏光である第２光を透過する。第１２実施形態では、Ｓ偏光を第１光とし、Ｐ偏光を第２光として説明する。
分割ビームスプリッタ３０Ｋは非偏光ビームスプリッタである。第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｋおよび第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｋは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分割ビームスプリッタ３０Ｋは、合成手段７Ｋ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、合成手段７Ｋからの合成光を第１分割光１１Ｋと第２分割光２１Ｋとに分割する。
【０１５５】
第１分割光１１Ｋは、第１の１／４波長板４６ａを介することで第１分割光１１Ｋ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３１Ｋに照射される。第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｋに照射された第１分割光１１Ｋは、Ｓ偏光である第１偏光１２Ｋと、Ｐ偏光である第２偏光１３Ｋと、に偏光されるとともに分割される。そして、第１受光部５１Ｋは、第１偏光１２Ｋ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５２Ｋは、第２偏光１３Ｋを受光して位相が１８０度の光である干渉光を受光する。
【０１５６】
第２分割光２１Ｋは、第１の１／４波長板４６ａおよび第２の１／４波長板４６ｂを介することで第２分割光２１Ｋ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３２Ｋに照射される。第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｋに照射された第２分割光２１Ｋは、Ｓ偏光である第３偏光２２Ｋと、Ｐ偏光である第４偏光２３Ｋと、に偏光されるとともに分割される。そして、第３受光部５３Ｋは、第３偏光２２Ｋ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５４Ｋは、第４偏光２３Ｋ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８（図１２参照）は、複数の受光部５１Ｋ〜５４Ｋから４相信号を取得することができる。演算手段８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。なお、図１９では、測定対象の回動により変化する第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの位置を破線にて表している。
【０１５７】
このような第１２実施形態においても、前記各実施形態と同様の作用、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。
（２４）分割手段６Ｋは、偏光ビームスプリッタ３Ｋであり、複数の受光部５１Ｋ〜５４Ｋとして、第１偏光１２Ｋから位相が０度の光を受光する第１受光部５１Ｋと、第２偏光１３Ｋから位相が１８０度の光を受光する第２受光部５２Ｋと、第３偏光２２Ｋから位相が９０度の光を受光する第３受光部５３Ｋと、第４偏光２３Ｋから位相が２７０度の光を受光する第４受光部５４Ｋと、を備えるため、受光手段５Ｋは、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１Ｋは、例えば第５実施形態におけるビームスプリッタ３Ｄを用いた場合であっても、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。
【０１５８】
〔第１３実施形態〕
以下、本発明の第１３実施形態を図２０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。
【０１５９】
図２０は、第１３実施形態に係る光学式角度センサ１Ｌを示す概略図である。
第１２実施形態では、光学式角度センサ１Ｋにおける分割手段６Ｋは、偏光ビームスプリッタ３Ｋであった。
第１３実施形態では、図２０に示すように、光学式角度センサ１Ｌは、第１実施形態の透過型回折格子３と略同様の構成を有し、第１反射手段４ａを介する第１光の光路上に配置される１／４波長板４０Ｌを備える点で第１２実施形態と異なる。
光学式角度センサ１Ｌは、１／４波長板４０Ｌを備えることで、第１２実施形態における受光手段５Ｋを用いて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。
なお、図２０では、測定対象の回動により変化する第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの位置を破線にて表している。
【０１６０】
このような第１３実施形態においても、前記各実施形態と同様の作用、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。
（２５）分割手段６は、複数の格子６０を有する透過型回折格子３であり、光学式角度センサ１Ｌは、第１反射手段４ａを介する第１光の光路上に配置される１／４波長板４０Ｌを備え、受光手段５Ｋは、複数の受光部５１Ｋ〜５４Ｋとして、第１偏光１２Ｋから位相が０度の光を受光する第１受光部５１Ｋと、第２偏光１３Ｋから位相が１８０度の光を受光する第２受光部５２Ｋと、第３偏光２２Ｋから位相が９０度の光を受光する第３受光部５３Ｋと、第４偏光２３Ｋから位相が２７０度の光を受光する第４受光部５４Ｋと、を備えるため、受光手段５Ｋは、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１Ｌは、第１２実施形態と同様の受光手段５Ｋを用いて、４相信号から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。
【０１６１】
〔第１４実施形態〕
以下、本発明の第１４実施形態を図２１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。
【０１６２】
図２１は、第１４実施形態に係る光学式角度センサ１Ｎを示す概略図である。
第１２実施形態では、分割手段６Ｋは、偏光ビームスプリッタ３Ｋであり、光学式角度センサ１Ｋは、分割ビームスプリッタ３０Ｋと、第１の１／４波長板４６ａと、第２の１／４波長板４６ｂと、第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｋと、第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｋと、複数の受光部５１Ｋ〜５４Ｋと、を備えていた。
【０１６３】
第１４実施形態では、図２１に示すように、光学式角度センサ１Ｎは、合成手段７Ｋによる合成光を複数の回折光とする複数の格子３１１Ｎが並設される照射面３０Ｎを有する第１回折格子部３１Ｎと、第１回折格子部３１Ｎの複数の格子３１１Ｎが並設される方向と照射面３０Ｎにおいて直交する方向に並設される複数の格子３２２Ｎを有し、第１回折格子部３１Ｎによる複数の回折光をさらに複数の回折光とする第２回折格子部３２Ｎと、第２回折格子部３２Ｎ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４７ａ〜４７ｄと、を備え、受光手段５Ｎは、複数の偏光子４７ａ〜４７ｄのそれぞれに対応する複数の受光部５１Ｎ〜５４Ｎを備え、演算手段８（図８参照）は、複数の受光部５１Ｎ〜５４Ｎ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７実施形態と異なる。
【０１６４】
回折格子である第１回折格子部３１Ｎおよび第２回折格子部３２Ｎは、合成手段７Ｋ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、４つの回折光に分割する。
複数の偏光子４７ａ〜４７ｄは、偏光レンズであり、第１偏光子４７ａと、第２偏光子４７ｂと、第３偏光子４７ｃと、第４偏光子４７ｄと、を備える。なお、複数の偏光子４７ａ〜４７ｄは、偏光レンズでなくてもよく、入射した光を偏光することができれば、どのようなものを用いて偏光してもよい。
【０１６５】
受光手段５Ｎは、複数の受光部５１Ｎ〜５４Ｎとして、第１受光部５１Ｎと、第２受光部５２Ｎと、第３受光部５３Ｎと、第４受光部５４Ｎと、を備える。複数の受光部５１Ｎ〜５４Ｎは、複数の偏光子４７ａ〜４７ｄに対向して受光手段５Ｎの同一面上に設けられている。
第１回折格子部３１Ｎおよび第２回折格子部３２Ｎにより分割された複数の光は、複数の偏光子４７ａ〜４７ｄ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５１Ｎは、第１偏光子４７ａを介した位相が０度の光を受光する。第２受光部５２Ｎは、第２偏光子４７ｂを介した位相が９０度の光を受光する。第３受光部５３Ｎは、第３偏光子４７ｃを介した位相が１８０度の光を受光する。第４受光部５４Ｎは、第４偏光子４７ｄを介した位相が２７０度の光を受光する。
【０１６６】
これにより、演算手段８は、複数の受光部５１Ｎ〜５４Ｎから４相信号を取得することができる。演算手段８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５１Ｎ〜５４Ｎは、複数の偏光子４７ａ〜４７ｄに対向する受光手段５Ｎの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１Ｎは、第１２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５１Ｋ〜５４Ｋ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。
なお、図２１では、測定対象の回動により変化する第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの位置を破線にて表している。
【０１６７】
このような第１４実施形態においても、前記各実施形態と同様の作用、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。
（２６）光学式角度センサ１Ｎは、第１回折格子３１Ｎおよび第２回折格子３２Ｎ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４７ａ〜４７ｄと、複数の偏光子４７ａ〜４７ｄのそれぞれに対応する複数の受光部５１Ｎ〜５４Ｎを備えるため、第１２実施形態の分割ビームスプリッタ３０Ｋと、第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｋと、第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｋ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１Ｎは、光学式角度センサ１Ｋ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。
（２７）受光手段５Ｎは、複数の偏光子４７ａ〜４７ｄ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４７ａ〜４７ｄのそれぞれに対応する複数の受光部５１Ｎ〜５４Ｎを備えるため、複数の受光部５１Ｎ〜５４Ｎをモジュール化することで小型化をすることができる。
【０１６８】
〔第１５実施形態〕
以下、本発明の第１５実施形態を図２２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。
【０１６９】
図２２は、第１５実施形態に係る光学式角度センサ１Ｍを示す概略図である。
第１４実施形態では、光学式角度センサ１Ｎにおける分割手段６Ｋは、偏光ビームスプリッタ３Ｋであった。第１５実施形態では、図２２に示すように、光学式角度センサ１Ｍは、第１実施形態の透過型回折格子３と略同様の構成を有し、第１反射手段４ａを介する第１光の光路上に配置される１／４波長板４０Ｌを備える点で第１４実施形態と異なる。
光学式角度センサ１Ｍは、１／４波長板４０Ｌを備えることで、第１４実施形態における受光手段５Ｎを用いて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。
なお、図２２では、測定対象の回動により変化する第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂの位置を破線にて表している。
【０１７０】
このような第１５実施形態においても、前記各実施形態と同様の作用、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。
（２８）分割手段６は、複数の格子６０を有する透過型回折格子３であり、光学式角度センサ１Ｍは、第１反射手段４ａを介する第１光の光路上に配置される１／４波長板４０Ｌを備え、第１回折格子３１Ｎおよび第２回折格子３２Ｎ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４７ａ〜４７ｄと、複数の偏光子４７ａ〜４７ｄのそれぞれに対応する複数の受光部５１Ｎ〜５４Ｎを備えるため、分割手段６が複数の格子６０を備えていても、第１３実施形態の分割ビームスプリッタ３０Ｋと、第１分割光偏光ビームスプリッタ３１Ｋと、第２分割光偏光ビームスプリッタ３２Ｋ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１Ｍは、光学式角度センサ１Ｌ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。
【０１７１】
〔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〜１Ｍ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。
【０１７２】
前記各実施形態では、光学式角度センサ１，１Ａ〜１Ｍは、±１次回折光から角度の変化量を検出していたが、光学式角度センサがどの光に基づき角度の変化量を検出するかについては設計事項である。
前記各実施形態では、機械的回動軸ＡＸ１と測定用回動軸ＡＸ２とは同軸であったが、同軸でなくてもよい。要するに、機械的回動軸および測定用回動軸は、接続部上の点を含むとともに第１反射手段と第２反射手段との少なくとも一方に入射する分割手段にて分割された光に直交する平面に含まれていれば、どのような位置に設けられていてもよい。
【０１７３】
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、前記第３実施形態のようにコーナーキューブであってもよい。
また、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、双方ともにプリズムであったが、第１反射手段と第２反射手段との一方は、２個の反射体４１を備えるプリズムであり、第１反射手段と第２反射手段との他方は、３個の反射体４１を備えるコーナーキューブであってもよい。この際、機械的回動軸ＡＸ１および測定用回動軸ＡＸ２が含まれている平面に含まれる接続部４２上の点は、２個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される直線状の接続部により成される交線であり、３個の反射体を互いに直交させて接続することで形成される３個の直線状の接続部により成される交点であることが好ましい。このような変形例によれば、第１反射手段および第２反射手段としてプリズムおよびコーナーキューブを採用することができるため、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。
【０１７４】
前記第１実施形態から第４実施形態では、分割手段６および合成手段７は、１枚の透過型回折格子３に併設されていたが、分割手段および合成手段は、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。
前記各実施形態では、分割手段６および合成手段７は１枚の透過型回折格子３に併設され、分割手段６Ｄおよび合成手段７Ｄは１個のビームスプリッタに併設されていたが、分割手段と合成手段との一方は、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であり、分割手段と合成手段との他方は、ビームスプリッタであってもよい。このような変形例によれば、分割手段と合成手段として、透過型回折格子とビームスプリッタの双方を採用することができる。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。
【０１７５】
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、測定対象の回動軸であるＸ軸と、光源２からの光の光軸と平行な軸ＡＸ３と、のそれぞれの軸に対して互いに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４実施形態のように、非対称に配置されていてもよい。
【０１７６】
前記各実施形態では、第１反射手段４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４実施形態のように、第１反射手段４ａＣ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４実施形態では、第１反射手段４ａＣのみが測定対象に取付けられていたが、第１反射手段４ａＣではなく第２反射手段４ｂＣ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、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すればよい。
【０１７７】
前記第１実施形態から前記第４実施形態では、透過型回折格子３における複数の格子６０，７０は、光源２と対向して設けられていたが、透過型回折格子において光源と対向している面とは反対側の面に複数の格子が設けられていてもよい。また、複数の格子６０，７０は、透過型回折格子の全長にわたって設けられていたが、光源からの光を分割することができ、第１反射手段と第２反射手段とを介した第１光と第２光を合成することができれば、一部にのみ設けられていてもよい。
【０１７８】
前記第５実施形態では、ビームスプリッタ３Ｄはプレート型であったが、光源２からの光を偏光し分割することができればどのようなものであってもよく、例えばキューブ型であってもよい。
前記第７実施形態では、第１反射部４５ａおよび第２反射部４５ｂはビームスプリッタ３Ｄからの光を反射し、第１反射手段４ａおよび第２反射手段４ｂからの光をビームスプリッタ３Ｄに反射していたが、第１反射部および第２反射部はビームスプリッタ３Ｄではなく、分割手段６および合成手段７を備えた前記第１実施形態から前記第４実施形態の透過型回折格子３に光を反射してもよい。
【０１７９】
前記第１１実施形態では、複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊと、複数の受光部５１Ｊ〜５４Ｊはそれぞれ４つずつ設けられていたが、４つではなく、２つずつでもよいし４つ以上それぞれ設けられていてもよい。また、複数の合成部７１Ｊ〜７４Ｊの複数の格子７０Ｊは傾斜を有していなかったが、前記第１０実施形態のように、複数の合成部の複数の格子は、所定の角度に傾斜した複数の傾斜格子であってもよい。
【０１８０】
要するに、分割手段は、光源からの光が照射される分割面を有し、分割手段と合成手段との少なくとも一方は、分割面において測定対象の回動軸と直交する方向に沿って並設される複数の格子を有する透過型回折格子であればよく、分割手段と合成手段との少なくとも一方は、ビームスプリッタであればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
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。
【符号の説明】
【０１８２】
１，１Ａ〜１Ｍ                光学式角度センサ
２，２Ａ，２Ｇ                光源
３                            透過型回折格子
３Ｄ，３Ｋ，３Ｆ              ビームスプリッタ
４ａ，４Ｂ                    第１反射手段
４ｂ，４Ｂ                    第２反射手段
５，５Ａ，５Ｈ〜５Ｋ，５Ｎ    受光手段
６，６Ｄ，６Ｋ                分割手段
７，７Ｄ，７Ｈ〜７Ｋ，７Ｎ    合成手段
８                            演算手段
９，９Ａ，９Ｂ                平面
４１                          反射体
４２                          接続部
４３                          交線
４３Ｂ                        交点
ＡＸ１                        機械的回動軸
ＡＸ２                        測定用回動軸
【図１】
2020076616.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020076616.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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