(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から発射された光をコリメータレンズにより平行光とし、
前記平行光の光軸上に配置された第１の回折格子により、前記平行光を、該平行光と同方向に進行する０次光と、該０次光に対して回折角を有する±ｎ次光（ｎは１以上の自然数）とに分けて進行させ、
前記第１の回折格子と格子ピッチが同一であって、該第１の回折格子に対向し、かつ、相対的に移動可能に配置された第２の回折格子によって、前記第１の回折格子を経由した０次光及び±ｎ次光をそれぞれ、更に、直進する０次光と、±ｎ次光とに分けて進行させ、
前記第１及び第２の回折格子を経由した回折光のうち、前記第１の回折格子による０次光，＋ｎ次光又は−ｎ次光のいずれかの光軸に沿う少なくとも一組の干渉光を、前記第１及び第２の回折格子を挟んで前記光源の反対側に配置された第１の光センサで受光して光量検出するとともに、
前記第１の回折格子に対する第２の回折格子の移動量に対応する干渉縞もしくはその信号から、前記第１及び第２の回折格子間における前記平行光の光軸方向の変位量を測定することを特徴とする変位計測方法。
【請求項２】
前記第１及び第２の回折格子が、０次光及び±１次光を信号検出に利用することができるように回折光の光強度の比率が調整された格子パターンを具備しており、
前記第１及び第２の回折格子間における光軸方向の変位量を測定することを特徴とする請求項１記載の変位計測方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の回折格子と同一の光軸方向に離間して配置されており、前記第１及び第２の回折格子と異なる格子ピッチを有する第３の回折格子により、前記０次光を、更に、直進する０次光と、±ｎ次光とに分けて進行させ、
前記第３の回折格子と格子ピッチが同一であって、該第３の回折格子に対向し、かつ、相対的に移動可能に配置された第４の回折格子によって、前記第３の回折格子を経由した０次光及び±ｎ次光をそれぞれ、更に、直進する０次光と±ｎ次光とに分けて進行させ、
前記第３及び第４の回折格子を経由した回折光のうち、前記第３の回折格子による０次光，＋ｎ次光又は−ｎ次光のいずれかの光軸に沿う少なくとも一組の干渉光を第２の光センサで受光して光量検出するとともに、
前記第３の回折格子に対する第４の回折格子の移動量に対応する干渉縞もしくはその信号から、前記第３及び第４の回折格子間における前記光軸方向の変位量を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の変位計測方法。
【請求項４】
前記第３及び第４の回折格子が、０次光及び±１次光を信号検出に利用することができるように回折光の光強度の比率が調整された格子パターンを具備しており、
前記第３及び第４の回折格子間における前記光軸方向の変位量を測定することを特徴とする請求項３に記載の変位計測方法。
【請求項５】
光源と、
前記光源から発射された光を平行光にするためのコリメータレンズと、
前記平行光の光軸上に配置されており、該平行光を、直進する０次光と、±ｎ次光とに分けて進行させる第１の回折格子と、
前記第１の回折格子と格子ピッチが同一であって、該第１の回折格子と対向し、かつ、相対的に同一軸上で移動可能に配置されており、前記第１の回折格子を経由した０次光及び±ｎ次光をそれぞれ、更に、直進する０次光と±ｎ次光とに分けて進行させる第２の回折格子と、
前記第１及び第２の回折格子を挟んで前記光源の反対側に配置されており、前記第１及び第２の回折格子を経由した回折光のうち、前記第１の回折格子による０次光，＋ｎ次光又は−ｎ次光のいずれかの回折光の光軸に沿う少なくとも一組の干渉光を受光して光量検出する第１の光センサと、
を備えており、
前記第１の回折格子に対する第２の回折格子の前記平行光の光軸方向の変位量を測定することを特徴とする変位計測装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の回折格子が、０次光及び±１次光を信号検出に利用することができるように回折光の光強度の比率が調整された格子パターンを具備しており、
前記第１及び第２の回折格子間における前記光軸方向の変位量を測定することを特徴とする請求項５に記載の変位計測装置。
【請求項７】
前記第２の回折格子の回折面に段差を有する位相板を設け、前記光センサとして２分割光センサを用いるとともに、
前記２分割光センサから出力される２つの信号を合成する演算手段，
を備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載の変位計測装置。
【請求項８】
前記第２の回折格子は、格子ピッチが同一の格子パターンをそれぞれ備えた２つのエリアを有し、かつ、一方のエリアの格子パターンの全体が、前記格子ピッチの１／２，１／４又は３／４から選択されたいずれかのずれ量で、他方のエリアの格子パターンに対してずれており、
前記光センサとして２分割光センサを用いるとともに、
前記２分割光センサから出力される２つの信号を合成する演算手段，
を備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載の変位計測装置。
【請求項９】
前記光源，コリメータレンズ，第１の回折格子，第２の回折格子，第１の光センサが、透明樹脂成型体内に設けられた空間に設置されるとともに、
前記透明樹脂成型体が、前記第１の回折格子と第２の回折格子が平行状態を保つように、これら２つの回折格子を境目にして伸縮可能なバネ性を示すことを特徴とする請求項５〜８のいずれかの一項に記載の変位計測装置。
【請求項１０】
前記第１及び第２の回折格子と同一の光軸方向に離間して配置されており、前記第１及び第２の回折格子と異なる格子ピッチを有するとともに、前記第２の回折格子を経由した０次光を、更に、直進する０次光と、±ｎ次光とに分けて進行させる第３の回折格子と、
前記第３の回折格子と格子ピッチが同一であって、該第３の回折格子に対向し、かつ、相対的に移動可能に配置されるとともに、前記第３の回折格子を経由した０次光及び±ｎ次光をそれぞれ、更に、直進する０次光と±ｎ次とに分けて進行させる第４の回折格子と、
前記第３及び第４の回折格子を経由した回折光のうち、前記第３の回折格子による０次光，＋ｎ次光又は−ｎ次光のいずれかの光軸に沿う少なくとも一組の干渉光を受光して光量検出する第２の光センサと、
を備えており、
前記第３の回折格子に対する第４の回折格子の前記光軸方向の変位量を測定することを特徴とする請求項５記載の変位計測装置。
【請求項１１】
前記第３及び第４の回折格子が、０次光及び±１次光を信号検出に利用することができるように回折光の光強度の比率を調整した格子パターンを具備しており、
前記第３の回折格子に対する第４の回折格子間の前記光軸方向の変位量を測定することを特徴とする請求項１０に記載の変位計測装置。
【請求項１２】
前記第２の回折格子の回折面、または、前記第４の回折格子の回折面の一方に、段差を有する位相板を設け、前記第１及び第２の少なくとも一方の光センサとして２分割光センサを用いるとともに、
前記２分割光センサから出力される２つの信号を合成する演算手段，
を備えたことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の変位計測装置。
【請求項１３】
前記第１又は第２の回折格子の一方と前記第３又は第４の回折格子の一方とは、格子ピッチが同一の格子パターンをそれぞれ備えた２つのエリアを有し、かつ、一方のエリアの格子パターンの全体が、前記格子ピッチの１／２，１／４又は３／４から選択されたいずれかのずれ量で、他方のエリアの格子パターンに対してずれており、
前記第１及び第２の少なくとも一方の光センサとして２分割光センサを用いるとともに、
前記２分割光センサから出力される２つの信号を合成する演算手段，
を備えたことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の変位計測装置。
【請求項１４】
前記光源，コリメータレンズ，第１の回折格子，第２の回折格子，第１の光センサが、透明樹脂成型体内に設けられた空間に配置され、
前記第３の回折格子が、前記透明樹脂成型体の一方の端面に配置され、
前記第４の回折格子と前記第２の光センサが、前記透明樹脂成型体の外部において、前記第３の回折格子と対向する位置に配置されており、
前記透明樹脂成型体が、前記第１の回折格子と第２の回折格子が平行状態を保つように、これら２つの回折格子を境目に伸縮可能なバネ性を示すとともに、
前記第４の回折格子と前記透明樹脂成型体が相対移動可能であることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかの一項に記載の変位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光干渉を利用した変位計測方法及び変位計測装置に関し、更に具体的には、計測範囲の拡大に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護と健康上の観点から、乗用車で移動していた人たちが、電動アシスト付き自転車に注目するようになってきた。特に、電動アシスト付き自転車でも、一度の充電により長い距離を走行でき、エネルギーの回生充電が行われる自転車が重視されるようになってきている。このような背景から、ブレーキ時の回生充電において、制動が掛ってから対応するものが一般的である。しかしながら、制動が掛ってから回生充電に利用するだけでは利用効率が低いため、ブレーキを掛けようとしてブレーキレバーを引き始めた制動前の状態から回生充電に利用することができれば好都合である。そのためには、ブレーキレバーを引き始めた制動前の状態，すなわち、ブレーキワイヤの張力がかかった状態を検知し、前記ブレーキワイヤの張力に比例したわずかな移動量、すなわち変位量を測定する手段が必要となる。【０００３】
図１７(A)及び(B)には、電動アシスト車両のブレーキレバー操作量とブレーキ力の関係が示されている。上述した電動アシスト付き自転車などでは、ブレーキレバーを握り始めたときに、図１７(A)に示す遊び区間におけるブレーキワイヤの移動量に対応するブレーキレバーの操作量を測定し、次に、ブレーキパッドが車輪の回転を妨げようとして制動をかけ始めた時点である機械ブレーキ動作点Ｐ１をブレーキワイヤの伸びで感知することが必要である。これは、制動がかかる前後において、回生制動と機械制動との間で制御がスムースに行われないと、搭乗者を含むドライバが急ブレーキをかけたような違和感を覚えたり、ブレーキ力の不足感を感じたりするためである。【０００４】
特に、電動アシスト自転車などのブレーキでは、ドライバによるワイヤの交換やワイヤテンションの調整により遊び区間が調整され、機械ブレーキが発生するまでのブレーキレバー操作量が、図１７(B)に示すように、前記機械ブレーキ動作点Ｐ１からＰ２にずれるといったことが容易に起こりうる。従来は、ブレーキレバーの操作量のみを検出し、予め設定していた機械ブレーキ開始の操作量に達したときに、機械ブレーキ開始と判断していた。このため、上述したユーザによる調整後の機械ブレーキ動作点Ｐ２に対応できず、回生制動と機械制動との間での制御がスムースに行われなくなってしまうという不都合がある。従って、回生充電の効率を最大限に高めるためには、ブレーキワイヤの移動量とブレーキワイヤの伸び量の双方を、同時又は時系列的に測定することによって、機械ブレーキ開始時点を直接検出できるシステム構造であることが望ましい。【０００５】
上述したブレーキワイヤの移動量や伸び量などの微小の変位を測定する手法として、従来は、光干渉計が用いられている。図１８(A)に示すマイケルソン干渉計３００は、レーザ光源３０２と、レーザ光を平行光に直すコリメータレンズ３０４と、ビームを２分割して一方を固定ミラー３０８に照射し、もう一方を可動ミラー３１０に照射し、２つの反射光を干渉させるスプリッタ３０６と、光センサ３１２により構成されている。マイケルソン干渉計３００では、固定側ユニット３１４に対して、可動ミラー３１０がビーム方向に１波長動くと、検出器上に光の明暗が２回発生する。この光の明暗は、図１８(B)に示すように干渉縞３１６として観察され、１波長以下の変位は、この明暗の電圧値を読み取ることで検出できる。また、１波長以上の変位に対しては、この明暗（干渉縞）が何回発生したかを発生することで変位を計測できる。すなわち、ミラーの移動に対して往復で２倍の行路差が発生することから、図１８(C)に示すように、変位(移動距離)＝１波長×明暗数×２により算出できる（なお、どちらの方向に移動したかを検出する手段は別途必要となる）。このような光干渉を利用した技術としては、例えば、下記特許文献１に示す位相差検出器及び位相差検出方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２７１６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、以上のような光干渉計を用いると次のような不都合がある。
(1)計測範囲が光の波長で決められてしまい、光の波長以上の範囲を計測しようとすると、通過した光の波長を数えるようになり、光の波長以下の分解能が得られない。
(2)光学部品の位置精度が非常に厳しく、角度ずれを０．０１度オーダ、そして位置ずれをサブμｍオーダにより計測ができなくなることがある。従って、温度変化，湿度変化，外部振動，経時といった使用環境により誤検出を防止するための対策が必要となる。
(3)コリメータレンズ，ミラーの組み合わせ，スプリッタが必須であるため、小型化が困難である。
(4)異なる検出感度・検出位置での変位、例えば、上述した電動アシスト自転車のブレーキワイヤの移動量と伸び量などを、同時ないし時系列的に測定することができない。【０００８】
本発明は、以上のような点に着目したもので、光学素子の傾き精度の影響を受けず、構成が簡単かつ小型化が可能であって、回折格子の面方向の位置ずれに対しても影響を受けず、光学分解能の調整が可能な変位計測方法及び変位計測装置を提供することを目的とする。他の目的は、異なる検出感度・検出位置での変位測定を、同時ないし時系列的に行うことができる変位計測方法及び変位計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の変位計測方法は、光源から発射された光をコリメータレンズにより平行光とし、前記平行光の光軸上に配置された第１の回折格子により、前記平行光を、該平行光と同方向に進行する０次光と、該０次光に対して回折角を有する±ｎ次光（ｎは１以上の自然数）とに分けて進行させ、前記第１の回折格子と格子ピッチが同一であって、該第１の回折格子に対向し、かつ、相対的に移動可能に配置された第２の回折格子によって、前記第１の回折格子を経由した０次光及び±ｎ次光をそれぞれ、更に、直進する０次光と、±ｎ次光とに分けて進行させ、前記第１及び第２の回折格子を経由した回折光のうち、前記第１の回折格子による０次光，＋ｎ次光又は−ｎ次光のいずれかの光軸に沿う少なくとも一組の干渉光を、前記第１及び第２の回折格子を挟んで前記光源の反対側に配置された第１の光センサで受光して光量検出するとともに、前記第１の回折格子に対する第２の回折格子の移動量に対応する干渉縞もしくはその信号から、前記第１及び第２の回折格子間における前記平行光の光軸方向の変位量を測定することである。主要な形態の一つは、前記第１及び第２の回折格子が、０次光及び±１次光を信号検出に利用することができるように回折光の光強度の比率が調整された格子パターンを具備しており、前記第１及び第２の回折格子間における前記光軸方向の変位量を測定することである。
【００１０】
他の形態の変位計測方法は、前記第１及び第２の回折格子と同一の光軸方向に離間して配置されており、前記第１及び第２の回折格子と異なる格子ピッチを有する第３の回折格子により、前記０次光を、更に、直進する０次光と、±ｎ次光とに分けて進行させ、前記第３の回折格子と格子ピッチが同一であって、該第３の回折格子に対向し、かつ、相対的に移動可能に配置された第４の回折格子によって、前記第３の回折格子を経由した０次光及び±ｎ次光をそれぞれ、更に、直進する０次光と±ｎ次光とに分けて進行させ、前記第３及び第４の回折格子を経由した回折光のうち、前記第３の回折格子による０次光，＋ｎ次光又は−ｎ次光のいずれかの光軸に沿う少なくとも一組の干渉光を第２の光センサで受光して光量検出するとともに、前記第３の回折格子に対する第４の回折格子の移動量に対応する干渉縞もしくはその信号から、前記第３及び第４の回折格子間における前記光軸方向の変位量を測定することである。更に他の形態は、前記第３及び第４の回折格子が、０次光及び±１次光を信号検出に利用することができるように回折光の光強度の比率が調整された格子パターンを具備しており、前記第３及び第４の回折格子間における前記光軸方向の変位量を測定することである。【００１１】
本発明の変位計測装置は、光源と、前記光源から発射された光を平行光にするためのコリメータレンズと、前記平行光の光軸上に配置されており、該平行光を、直進する０次光と、±ｎ次光とに分けて進行させる第１の回折格子と、前記第１の回折格子と格子ピッチが同一であって、該第１の回折格子と対向し、かつ、相対的に同一軸上で移動可能に配置されており、前記第１の回折格子を経由した０次光及び±ｎ次光をそれぞれ、更に、直進する０次光と±ｎ次光とに分けて進行させる第２の回折格子と、前記第１及び第２の回折格子を挟んで前記光源の反対側に配置されており、前記第１及び第２の回折格子を経由した回折光のうち、前記第１の回折格子による０次光，＋ｎ次光又は−ｎ次光のいずれかの回折光の光軸に沿う少なくとも一組の干渉光を受光して光量検出する第１の光センサと、を備えており、前記第１の回折格子に対する第２の回折格子の前記平行光の光軸方向の変位量を測定するものである。主要な形態の一つは、前記第１及び第２の回折格子が、０次光及び±１次光を信号検出に利用することができるように回折光の光強度の比率が調整された格子パターンを具備しており、前記第１及び第２の回折格子間における前記光軸変位方向の変位量を測定することである。
【００１２】
他の形態は、前記第２の回折格子の回折面に段差を有する位相板を設け、前記光センサとして２分割光センサを用いるとともに、前記２分割光センサから出力される２つの信号を合成する演算手段，を備えたものである。また、前記第２の回折格子は、格子ピッチが同一の格子パターンをそれぞれ備えた２つのエリアを有し、かつ、一方のエリアの格子パターンの全体が、前記格子ピッチの１／２，１／４又は３／４から選択されたいずれかのずれ量で、他方のエリアの格子パターンに対してずれており、前記光センサとして２分割光センサを用いるとともに、前記２分割光センサから出力される２つの信号を合成する演算手段，を備えたものである。更に他の形態は、前記光源，コリメータレンズ，第１の回折格子，第２の回折格子，第１の光センサが、透明樹脂成型体内に設けられた空間に設置されるとともに、前記透明樹脂成型体が、前記第１の回折格子と第２の回折格子が平行状態を保つように、これら２つの回折格子を境目にして伸縮可能なバネ性を示すものである。【００１３】
他の形態の変位計測装置は、前記第１及び第２の回折格子と同一の光軸方向に離間して配置されており、前記第１及び第２の回折格子と異なる格子ピッチを有するとともに、前記第２の回折格子を経由した０次光を、更に、直進する０次光と、±ｎ次光とに分けて進行させる第３の回折格子と、前記第３の回折格子と格子ピッチが同一であって、該第３の回折格子に対向し、かつ、相対的に移動可能に配置されるとともに、前記第３の回折格子を経由した０次光及び±ｎ次光をそれぞれ、更に、直進する０次光と±ｎ次とに分けて進行させる第４の回折格子と、前記第３及び第４の回折格子を経由した回折光のうち、前記第３の回折格子による０次光，＋ｎ次光又は−ｎ次光のいずれかの光軸に沿う少なくとも一組の干渉光を受光して光量検出する第２のセンサと、を備えており、前記第３の回折格子に対する第４の回折格子の前記光軸方向の変位量を測定するものである。主要な形態の一つは、前記第３及び第４の回折格子が、０次光及び±１次光を信号検出に利用することができるように、回折光の光強度の比率を調整した格子パターンを具備しており、前記第３の回折格子に対する第４の回折格子間の前記光軸方向の変位量を測定するものである。【００１４】
他の形態は、前記第２の回折格子の回折面、または、前記第４の回折格子の回折面の一方に、段差を有する位相板を設け、前記第１及び第２の少なくとも一方の光センサとして２分割光センサを用いるとともに、前記２分割光センサから出力される２つの信号を合成する演算手段，を備えたものである。また、前記第１又は第２の回折格子の一方及び前記第３又は第４の回折格子の一方は、格子ピッチが同一の格子パターンをそれぞれ備えた２つのエリアを有し、かつ、一方のエリアの格子パターンの全体が、前記格子ピッチの１／２，１／４又は３／４から選択されたいずれかのずれ量で、他方のエリアの格子パターンに対してずれており、前記第１及び第２の少なくとも一方の光センサとして２分割光センサを用いるとともに、前記２分割光センサから出力される２つの信号を合成する演算手段，を備えたものである。【００１５】
更に他の形態は、前記光源，コリメータレンズ，第１の回折格子，第２の回折格子，第１の光センサが、透明樹脂成型体内に設けられた空間に配置され、前記第３の回折格子が、前記透明樹脂成型体の一方の端面に配置され、前記第４の回折格子と前記第２の光センサが、前記透明樹脂成型体の外部において、前記第３の回折格子と対向する位置に配置されており、前記透明樹脂成型体が、前記第１の回折格子と第２の回折格子が平行状態を保つように、これら２つの回折格子を境目に伸縮可能なバネ性を示すとともに、前記第４の回折格子と前記透明樹脂成型体が相対移動可能なものである。【００１６】
本発明の前記目的及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭にした。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、回折格子の傾き精度の影響を受けず、構成が簡単かつ小型化が可能であって、回折格子の面方向の位置ずれに対しても影響を受けず、光学分解能の調整が可能となる。また、１つの光源で、異なる位置・異なる検出感度での変位計測が、同時または時系列的に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１を示す図であり、(A)は基本構造を示す図，(B-1)及び(B-2)は光路１及び光路２を示す図，(C)及び(D)は光路１及び２の干渉の様子を示す図である。
【図２】前記実施例１による変位計測の定性的な動作原理を示す説明図である。
【図３】前記実施例１による変位計測の定量的な動作原理を示す説明図である。
【図４】前記実施例１の応用例を示す図であり、本実施例の変位計測装置を適用した電動アシスト自転車の全体構成を示す図である。
【図５】前記応用例の電動アシスト自転車のブレーキ機構を示す概略図である。
【図６】前記応用例における変位計測ユニットの構造例を示す図である。
【図７】(A)は前記応用例におけるレーザ光源の回路構成を示す図，(B)は前記応用例における光検出回路の構成を示す図，(C)は前記光検出回路からの出力１の信号波形を示す図で、(D)は前記応用例の変位計測ユニットの実測特性を示す図、(E)は光シミュレーションの結果を示す図である。
【図８】(A)はブレーキレバー操作量とワイヤ張力の関係を示す図，(B)はブレーキレバー操作量とブレーキ力の関係を示す図である。
【図９】本発明の実施例２を示す図であり、(A)は基本構造を示す図，(B)は光検出回路の構成を示す図，(C)は変形例を示す図である。
【図１０】(A)及び(B)は前記実施例２の光検出回路からの出力Ａ及びＢの信号波形を示す図，(C)は前記出力Ａ及びＢの演算結果を示す信号波形である。
【図１１】本発明の実施例３の基本構造を示す図である。
【図１２】前記実施例３の応用例における変位測定ユニットの構造例を示す図である。
【図１３】本発明の実施例４を示す図であり、(A)は変位計測ユニットの構造を示す図，(B)は電動アシスト自転車への取付例を示す図，(C)は前記(B)を矢印Ｆ１３側から見た部品配置を示す図である。
【図１４】本発明の実施例５を示す図である。
【図１５】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１６】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１７】(A)は電動アシスト車両におけるブレーキレバー操作量とブレーキ力の関係を示す図である。(B)はブレーキレバー操作量とブレーキ力の関係において、ブレーキ動作点が変わった場合の説明図である。
【図１８】背景技術の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
＜基本構造＞・・・最初に、図１を参照しながら、本発明の基本構造を説明する。図１(A)は、本実施例の基本構造を示す図，(B-1)及び(B-2)はそれぞれ光路１及び光路２を示す図，(C)及び(D)は光路１及び２の干渉の様子を示す図である。図１(A)に示すように、本実施例の変位計測装置１０は、レーザダイオードなどのレーザ光源１２と、レーザ光源１２からのレーザ光１３を直進する平行光１５にするコリメータレンズ１４と、平行光１５を直進光２４と回折光２２に分けて進行させる固定側の第１の回折格子１６と、第１の回折格子１６と対向し、かつ、相対移動可能に配設されるとともに、直進光２４を、更に、直進光２４と回折光２６に分けて進行させる可動側の第２の回折格子１８と、フォトダイオードなどの第１の光センサ２０により構成されている。【００２１】
第１の回折格子１６を経由した平行光１５は、実際には、平行光１５と同方向に進行する０次光、すなわち０次回折光と、該０次光に対して回折角を有する±ｎ次光、すなわち±ｎ次回折光（ｎは１以上の自然数）に分かれて進行するが、ここでは便宜上、第１の回折格子１６，第２の回折格子１８を経由した後に、平行光１５と同方向に進行する０次光をまとめて直進光２４と表現している。また、第１の回折格子１６による＋１次光であって第２の回折格子１８を経由した後も同方向に進行する光を回折光２２としている。更に、前記第１の回折格子１６を経由した０次光、すなわち直進光２４のうち、第２の回折格子１８を経由した＋１次光を、回折光２６と表現している。なお、本実施例では、＋１次光を利用することとしたが、他の所定次数の回折光を利用して、以下に説明する変位量の測定を行うようにしてもよい。更に、実際には、図１に示す以外にも多数の回折光が存在するが、以下の説明を容易にするため、図示を省略している。実施例２以降についても同様である。【００２２】
第１の回折格子１６と第２の回折格子１８は、同一の所定ピッチ、例えば図１(A)の格子ピッチＰで形成された多数の溝１６Ａ，１８Ａを有しており、２枚の回折格子の回折方向が同じになるように設定されている。また、第１の光センサ２０は、第２の回折格子１８により回折する回折光２６を含め、第１の回折格子１６による回折光２２の光軸に沿う回折光を受光して、干渉光３０の光量を検出するもので、第２の回折格子１８の移動量、あるいは変位量に対応する干渉縞，もしくは、その信号から第１の回折格子１６と第２の回折格子１８間の軸方向の変位量を測定するものである。なお、本発明でいう軸方向とは、光源から発射された光がコリメータレンズにより平行光とされた光軸上の方向をさすものとする。【００２３】
図１(B-1)には、光路Ｌ１が第１の回折格子１６で回折される様子が示されており、図１(B-2)には、光路Ｌ２が第２の回折格子１８で回折される様子が示されている。ここで、図１(B-1)に示す光路Ｌ１は、第１の回折格子１６を経由した回折光、すなわち本実施例の場合は＋１次光のうち、第２の回折格子１８を経由した後も同じ向きに進む回折光２２（＋１次光→０次光）のみを示しており、図１(B-2)に示す光路Ｌ２は、第１の回折格子を経由した後に直進して第２の回折格子１８に入射した光のうち、前記図１(B-1)に示す回折光２２と同方向に進行する回折光２６（０次光→＋１次光）のみが示されている。また、図１(C)には、これら光路Ｌ１及びＬ２を重ね合わせた様子が示されている。本発明では、後述するように、第２の回折格子１８の移動前と移動後における干渉光３０の光量測定によって変位量の測定が可能となるが、図１(D)に示すように、光路Ｌ１，Ｌ２が同じ光路を共有し、更に回折格子の透過回折光が回折格子の傾きの影響を受け難い特性を利用し、チルト、すなわち振動影響などで第２の回折格子１８が振動したとしても、干渉縞に悪影響を与えることがない。また、上述した背景技術の光学系で最も大きな素子であるスプリッタの削減が可能であるため、装置の小型化及び低コスト化が可能となる。【００２４】
＜定性的動作原理＞・・・次に、図１(A)及び図２を参照しながら、本実施例の動作原理を定性的に説明する。図２は、本発明による変位計測の定性的な動作原理を示す説明図である。まず、第１の回折格子１６と第２の回折格子１８が、所定の間隔で対向配置されているところに、レーザ光源１２からコリメータレンズ１４を通過して平行光１５となったレーザ光を、第１の回折格子１６に入射させる。入射光は、第１の回折格子１６で回折した回折光２２、例えば行路１及び行路３と、直進光、すなわち図１(A)の直進光２４の２つに分かれ、第２の回折格子１８に入射される。前記直進光は、第２の回折格子１８で更に回折され（行路２）、固定側の回折光２２と可動側の回折光２６とが干渉し、これを第１の光センサ２０で光量検出する。第２の回折格子１８が、図２に実線で示す位置から点線で示す位置まで軸方向に移動すると、行路２の回折光の、回折する光軸上の位置が、位置Ｐ１からＰ２に移動する。移動前は、干渉光１は、行路１と行路２の回折光の干渉における行路差を基準として、移動後は、行路２と行路３の回折光の干渉光２となり、図２に示す行路差、すなわち行路３と行路１との行路差が発生する。従って、前記移動量に対応した光の干渉により明暗を繰り返し、移動量を検出することができる。【００２５】
＜定量的動作原理＞・・・次に、図３を参照しながら、本実施例の動作原理を定量的に説明する。図３は、本発明による変位計測の定量的な動作原理を示す図である。図３(A)に示すように、透過型回折格子、すなわち図示の例では、第２の回折格子１８の入射角θと回折角φの関係は、例えば入射角θは０度とし、は、λを波長，Ｐを回折格子ピッチとすると、１次回折光では下記数式１のようになる。
【数１】
0005586619.tif 000002
【００２６】
一方、図３(B)に示すように、第２の回折格子１８のΔｄの移動に対して、行路２の行路長はΔｄ変化するが、行路３の行路長Δｄ２は、下記の数式２で表わされる通りとなる。
【数２】
0005586619.tif 000003
ここで、移動前は、可動側の行路２と固定側の行路１は行路差がないとすると、移動後の行路差Δは、下記の数式３で表わされる。
【数３】
0005586619.tif 000004
【００２７】
ここで、前記定量的動作原理に基づき、具体例を説明する。透過型回折格子の入射角θを０とし、波長λを０．６５μｍ，格子ピッチＰを１．６μｍとすると、前記数式１から、
回折角φ＝ASIN（０．６５／１．６）＝２４．０°
となる。そして、前記回折格子を用いたときの回折角φは２４度となることから、移動量Δｄに対する行路２と行路３の行路差Δは、上記数式３から、
Δ＝Δｄ（１／cos（２４°）−１）＝０．０９４
となり、約１１波長の移動で１回の干渉の明暗が発生することとなる。【００２８】
上述した背景技術の干渉計では、１波長の移動量に対して、干渉の明暗は必ず２回発生するが、本実施例では、干渉縞の発生間隔は回折角φに依存し、該回折角φにより検出範囲の拡大が可能となる。また、回折角φは、格子ピッチＰと波長により決定されるため、干渉縞の発生間隔は、格子ピッチＰに依存すると言い替えることができる。第１の回折格子１６，第２の回折格子１８の格子ピッチＰの微細化により、１波長以下のオーダで変位量の検出が可能となる。このように、検出範囲の拡大により、リニアの部分の検出が可能となり、サブμｍ領域から数十ｍｍまでの広範囲の変位検出が可能となる。【００２９】
下記表１には、一例として、第１及び第２の回折格子１６，１８の格子の本数（本／ｍｍ），格子ピッチＰ（μｍ），回折角φ（度），倍率Ｇ（倍），検出範囲（μｍ）の関係が示されている。第２の回折格子１８がΔｄ移動したときの行路差をΔとすれば、Δは、上述した数式３で示される。倍率Ｇは、Δｄ／Δとなる。Ｇ＝１のときは、検出範囲は光の１波長でＳＩＮ波状となり、Ｇが大きくなると、検出範囲は、波長λ×倍率Ｇとなり、ＳＩＮ波拡大によってリニア検出が可能となる。
【表１】
0005586619.tif 000005
【００３０】
＜応用例＞・・・次に、図４〜図８を参照しながら、本実施例の変位計測装置１０を、電動アシスト自転車のブレーキワイヤの伸び量の計測に適用した応用例について説明する。図４は、電動アシスト自転車の全体構成を示す図であり、図５は、前記電動アシスト自転車のブレーキ機構の概略を示す図である。図６は、前記電動アシスト自転車に搭載する変位計測ユニットの構造例を示す図である。図７(A)はレーザ光源の回路構成を示す図，図７(B)は光検出回路の構成を示す図，図７(C)は前記光検出回路からの出力１の信号波形を示す図、図７(D)は本応用例の変位計測ユニットの実測特性を示す図，図７(E)は前記変位計測ユニットの光シミュレーションの結果を示す図である。図８は、ブレーキレバー操作量とワイヤ張力及びブレーキ力の関係を示す図である。図４及び図５に示すように、電動アシスト自転車５０は、ハンドル５２と、ブレーキレバー５４，チューブ５８に覆われたブレーキワイヤ５６，ブレーキパッド６０などを含むブレーキ機構と、コントローラ６４，モータ６６，バッテリー６８，変位計測ユニット７０などを備えている。【００３１】
前述のブレーキ機構は、図５(A)に示すように、ブレーキレバー５４の操作によってブレーキワイヤ５６に張力をかけ、ブレーキパッド６０をリム６２に押し当てる公知の構成となっている。ブレーキレバー５４を引き始めた遊び区間では、図５(B)に示すようにブレーキワイヤ５６が移動し、ブレーキパット６０がリム６２に接触して機械ブレーキによる制動がかかっている状態では、図５(C)に示すように、ブレーキワイヤ５６が伸びる。本実施例では、変位計測ユニット７０によって、図５(C)に示すブレーキワイヤ５６の伸び量を検出することによって、ブレーキ操作力を計測する場合について説明する。【００３２】
図６に示すように、変位計測ユニット７０は、透明樹脂成型体７２の上方に設けられた貫通孔７４をブレーキワイヤ５６が貫通しており、ブレーキワイヤ５６は、透明樹脂成型体７２の側面７２Ａ及び７２Ｂ側の２箇所で、ネジ７６Ａ及び７６Ｂにより固定されている。また、側面７２Ａ側に設けられた図示しない円形の凹状スペースにレーザ光源１２が嵌めこまれており、レーザ光源１２は、レーザ駆動回路７８に接続されている。更に、透明樹脂成型体７２に設けられており、厚み方向に貫通したスペース、あるいは切れ込み８０Ａにコリメータレンズ１４が配置され、周縁が接着剤などで固定されている。厚み方向に貫通したスペース８０Ｂには、第１の回折格子１６及び第２の回折格子１８が配置され、それぞれの背面が透明接着剤等で固定されている。更に、厚み方向に貫通したスペース８０Ｄに第１の光センサ２０が配置されており、第１の光センサ２０には、Ｉ／Ｖ変換回路８２が接続されている。【００３３】
スペース８０Ｂと８０Ｄの間には、他のスペース８０Ｃが設けられており、透明樹脂成型体７２の他方の側面７２Ｂ側からスペース８０Ｃまでネジ８４を貫通させて、その側面を押すことで、第２の回折格子１８の初期位置を調整することができる。また、透明樹脂成型体７２には、スペース８０Ｂと８０Ｄを接続して回折光の通り道となるスペース８０Ｅのほか、スペース８０Ｂの上方に厚み方向に貫通したスリット８６が設けられている。このスリット８６は、第１の回折格子１６と第２の回折格子１８が平行状態を保ったまま、これらの回折格子１６，１８の境目で透明樹脂成型体７２がブレーキワイヤ５６とともに軸方向に伸縮（図６の矢印Ｆ６参照）するようにバネ性を付与するためのものである。なお、透明樹脂成型体７２は、厚み方向の撓みがないものとする。【００３４】
透明樹脂成型体７２としては、例えば、アクリルやポリカーボネートなどの透明樹脂であって、１５ｍｍ角で、厚さが５ｍｍ程度のものを利用した。また、レーザ光源１２としては、波長６５０ｎｍ，出力５ｍＷのレーザダイオードＬＤを利用し、光軸は射出角の小さい方を回折格子１６，１８の溝１６Ａ及び１８Ａに平行な方向にとった。コリメータレンズ１４は、ＮＡ０．６５，有効径４ｍｍ，幅１．５ｍｍのものを利用し、第１の回折格子１６及び第２の回折格子１８としては、格子ピッチＰが１．６μｍ，溝１６Ａ及び１８Ａの深さが１５０ｎｍ，溝幅が０．５μｍのものを利用した。第１の回折格子１６と第２の回折格子１８の回折方向は同じ方向に設定し、回折格子間の距離は、レーザ光源１２のコヒーレンス長、例えば１ｍｍ程度以内に設定する。これは、２つの回折格子１６，１８の間の距離を大きくすると、光の干渉性が悪くなり、干渉の明暗が取れなくなるためである。さらにもうひとつの要因として距離を大きくすると、干渉させる２つのビームの位置ずれが大きくなり、重なる面積が減少するからである。このために光ビーム径を一定の大きさの範囲に保つ必要があることによるものである。【００３５】
以上のような構成の変位計測ユニット７０では、ブレーキワイヤ５６の伸びを検出するために、第１の回折格子１６と第２の回折格子１８を境目、すなわち図６の点線部分で透明樹脂成型体７２を２つの部分に分けたときに、各々の部分をネジ７６Ａ，７６Ｂでブレーキワイヤ５６に固定するとともに、分かれた２つの部分がスリット８６の周囲でつながったバネ性を有する構造となっている。このため、ブレーキワイヤ５６が伸びると、２つの回折格子１６，１８が、平行な状態を保ったままブレーキワイヤ５６の伸縮に合わせて間隔が変化するため、伸び量が検出できる。【００３６】
図７(A)には、レーザ光源１２の回路構成が示されている。本例では、レーザ光源１２としてレーザダイオードＬＤを利用しており、該レーザダイオードＬＤは、電流制限抵抗Ｒ１を介して電源に接続されている。一方、図７(B)には、本例の光検出回路が示されている。本例では、第１の光センサ２０としてフォトダイオードＰＤを利用している。フォトダイオードＰＤでは、受光した干渉光の光量に応じて電流が発生し、オペアンプＯＰのマイナス入力端子に入力され、電圧に変換されて出力１として出力される。すなわち、オペアンプＯＰがＩ／Ｖ変換回路８２に相当する。なお、図７(B)に示す回路では、２つの抵抗Ｒ２及びＲ３が設けられている。一方の抵抗Ｒ２は、オペアンプＯＰの出力の動作点、すなわち光信号が０の時の出力電圧を決定し、両端がオペアンプＯＰに接続されている抵抗Ｒ３は、第１の光センサ２０、例えばフォトダイオードＰＤへの入射光量に対して出力電圧の利得を決定する抵抗であって、抵抗が大きいほど、同じ光量で出力電圧が大きくなる。【００３７】
図７(C)には、オペアンプＯＰから出力された出力１の波形が示されている。同図における横軸は、変位Ｘを示し、縦軸は検出電圧を示している。同図に示すように、本例の検出方式では、検出特性は、ｓｉｎＸ状となるため、電気信号の強度から変位Ｘを求めることができる。なお、図７(C)に示す検出特性のｓｉｎ波は、１００％使用することができるが、光センサ２０の原点位置調整のずれによる検出範囲のずれを想定すると、２０％のマージンを設定し、振幅の±８０％程度の範囲を使用するとよい。図７(D)に実際の変位計測ユニットの実測特性を示し、図７(E)に実際の変位計測ユニットの光シミュレーションの結果を示す。図７(D)の実測測定は、回折格子１８を回折格子１６に対して固定位置から離れるように軸上を移動させたときの光パワーの検出結果である。この測定に使用した回折格子１６，１８の格子ピッチＰは１０μｍで、移動に対する検出の１周期は、図７(E)に示すシミュレーション結果から３０７μｍであったが、実測値でも３００μｍ程度となり、理論通りに動作していることが確認された。【００３８】
変位計測ユニット７０は、ブレーキレバー５４の近傍に設けられており、ブレーキレバー５４の操作によるブレーキワイヤ５６の伸び、すなわち変位を検出し、コントローラ６４では、変位計測ユニット７０からの出力に応じた最適な回生ブレーキ力を決定し、最適な回生ブレーキ制御が働くようにモータ６６を制御する。すると、モータ６６が発電機として機能し、発生した電気をバッテリー６８に充電する。また、コントローラ６４は、バッテリー６８の電池性能や状況を検知している。このような変位計測ユニット７０を搭載した電動アシスト自転車５０では、変位計測ユニット７０によってブレーキワイヤ５６の張力による微小変形を検知することが可能になるため、図８(A)に示す従来ブレーキの遊びの部分で、モータ６６を発電機にしてバッテリー６８に充電を行う回生ブレーキをかけることができる（図８(B)参照）。更に、図８(B)に示すように、機械ブレーキ時、すなわちブレーキパッドがタイヤに接触する領域も、回生ブレーキを並列に制御して動作させるため、利用効率を高めることができる。【００３９】
このように、実施例１によれば、レーザ光源１２からコリメータレンズ１４を経由した平行光１５を固定側の第１の回折格子１６により直進光と回折光とに分けて進行させ、第１の回折格子１６に対向する可動側の第２の回折格子１８を通過させ、この第２の回折格子１８により回折する回折光を含め、第１の回折格子１６による所定次数の回折光の光軸に沿う回折光を第１の光センサ２０で受光して光量検出する。そして、第２の回折格子１８の移動量に対応する干渉縞もしくはその信号から、軸方向の変位量を測定することとしたので、次のような効果が得られる。
(1)光路共有方式により、チルト影響がキャンセルされ、外乱、例えば振動による誤検出を防止することができる。
(2)スプリッタを利用しないため、部品点数を削減して小型化・低コスト化を図ることができる。また、構成が簡単なため、位置ずれに対しても強い。
(3)計測範囲を１波長以上に広げ、１波長以下の変位から１波長以上の変位までを連続的に計測でき、回折格子のピッチにより光学分解能の調整が可能である。
(4)本実施例の変位計測装置１０を、電動アシスト自転車５０のブレーキワイヤ５６の伸び量を測定するための変位計測ユニット７０として使用することにより、従来ブレーキの遊びの部分でも、モータ６６を発電機にしてバッテリー６８に充電を行う回生ブレーキをかけることができる。
【実施例２】
【００４０】
次に、図９及び図１０を参照しながら本発明の実施例２を説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には同一の符号を用いることとする（以下の実施例についても同様）。図９(A)は、本実施例の変位計測装置の基本構造を示す図，図９(B)は光検出回路の構成を示す図，図９(C)は、本実施例の変形例を示す図である。また、図１０(A)及び(B)は、前記光検出回路からの出力Ａ及びＢの信号波形を示す図，図１０(C)は前記出力Ａ及びＢの演算結果を示す信号波形である。本実施例は、２つの光学エリアに位相差を持たせることで位相差検出を行う例である。まず、図９(A)及び(B)に示す例は、可動側の回折格子に段差を設けて、２分割光センサの出力を割り算することで、レーザ光源の光量の変動があっても、検出位置が変化しないようにするとともに、ｓｉｎ波状の検出特性を直線状にする例である。【００４１】
図９(A)に示すように、変位計測装置１００は、可動側の第２の回折格子１０２のほぼ下半分に位相板１０４を設けて段差を付けるとともに、第１の光センサ２０の代わりに２分割光センサ１０６を使用したほかは、上述した実施例１と同様の構成となっている。位相板１０４は、基板の一方の面上に例えば３μｍ程度の厚みｄで、第２の回折格子１０２と同じ材料によって、段差の加工または成型の金型などによって一体に形成される。レーザ光源１２からコリメータレンズ１４を通過して平行光となった直進光は、固定側の第１の回折格子１６によって回折光と直進光に分かれ、更にその直進光は、可動側の第２の回折格子１０２に入射して位相板１０４がない部分の表面で回折される（図９(A)の太線）とともに、位相板１０４がある部分では、位相板１０４を通って第２の回折格子１０２の表面でも回折される（図９(A)の一点鎖線）。２分割光センサ１０６は、本実施例では、図９(B)に示すように２つのフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２からなる２分割フォトダイオードを利用している。【００４２】
２相シフト法を用いる場合は、行路差Δがλ／４＊（１／ｃｏｓ（φ）−１）異なる２つの干渉縞を作成し、演算により変位に換算する。この場合、段差の深さｄは、Iｎを基板の屈曲率とすると、下記数式４で表される。
【数４】
0005586619.tif 000006
例えば、波長λを０．６５μｍ，基板の屈曲率Iｎを１．５８として、前記数式４に代入すると、段差の深さｄは、
ｄ＝λ／（１／ｃｏｓ（φ）−１）／（Iｎ−１）／４
＝０．６５／０．０９４／（１．５８−１）＊１／４→２．９８μｍ
と決定される。【００４３】
以上のようにして厚み（段差の深さｄ）が決定された位相板１０４が設けられた第２の回折格子１０２を通過した光は、各々の２分割光センサ１０６に入射される。ここで、図９(B)に示すように、２分割光センサ１０６の一方のフォトダイオードＰＤ１で受光した干渉光の光量に応じて電流が発生し、オペアンプＯＰ１のマイナス入力端子に入力され、電圧に変換されて出力信号Ａとして出力される。出力信号Ａは、図１０(A)に示すようにｓｉｎ波としてオペアンプＯＰ１から出力される。オペアンプＯＰ１の両端には、抵抗Ｒ５が並列に接続され、抵抗Ｒ５及びオペアンプＯＰ１に直列となるように抵抗Ｒ４が接続されている。一方、他方のフォトダイオードＰＤ２で干渉光を受光すると、その光量に応じて電流が発生し、オペアンプＯＰ２のマイナス入力端子に入力され、電圧に変換されて出力信号Ｂとして出力される。出力信号Ｂは、変位Ｘに対して、出力信号Ａと９０度位相がずれたｓｉｎ波，すなわち、図１０(B)に示すようなｃｏｓ波として出力される。オペアンプＯＰ２には、抵抗Ｒ６及びＲ７が接続されている。なお、抵抗Ｒ４〜７の作用は、上述した実施例１の抵抗Ｒ２及びＲ３と同様である。【００４４】
前述の２つの出力信号ＡとＢを割り算すると、ＴａｎＸとなることから、下記数式５に示すように、２つの信号を割り算した結果のＡＴＡＮ、すなわち、Ｔａｎ−１の計算をすることで、変位Ｘが求められる。
【数５】
0005586619.tif 000007
このような演算は、出力信号Ａ及びＢを、図９(B)に示す演算装置１０８に入力して、ＡＤ変換などでデジタル化することで行われ、図１０(C)にはその結果が示されている。この場合も、振幅の±８０％を検出範囲とすると好都合であることは、上述した実施例１の検出方式の場合と同様である。このように、実施例２によれば、位相板１０４によって可動側の第２の回折格子１０２に深さｄの段差を設け、干渉光を２分割光センサ１０６で受光することとしたので、位相シフトにより特性をリニア化することができるという効果がある。【００４５】
次に、図９(C)を参照しながら本実施例の変形例を説明する。前記図９(A)及び(B)に示した例のように、第２の回折格子１０２に位相板１０４を設けて段差を付ける構造は、μｍオーダの検出特性を目的とする場合には有効な手法である。しかしながら、仮に２０ｍｍの検出範囲を有するセンサを製作するとなると、位相板１０４により設ける段差の深さｄは８．７ｍｍ程度となり、製作が困難である。そこで、図９(C)に示す例では、第２の回折格子１１０のパターンをずらすことによって、回折格子を通過した±ｎ次の回折光だけの位相差を付与することとし、０次光に対しては影響を与えないようにすることとしている。第２の回折格子１１０は、多数の格子溝１１２Ａからなる格子パターンを有するエリア１１０Ａと、エリア１１０Ａの格子パターンに対して、多数の格子溝１１２Ｂからなる格子パターンの全体が、格子ピッチＰの１／２又は１／４ずれたエリア１１０Ｂを有している。図９(C)には、１／２ピッチずらした例を示した。なお、前述の１／４ずれは、ずれの方向が異なれば同じことになるので、結果的に格子ピッチＰの３／４に相当する分だけずれた格子パターンでも良い。格子溝１１２Ａ、１１２Ｂの格子ピッチＰ自体は、エリア１１０Ａとエリア１１０Ｂで同じである。前述の第２の回折格子１１０以外の変位計測装置の構成要素については、図９(A)に示す変形計測装置１００と同様である。このような第２の回折格子１１０を用いることで、格子パターンがずれた２つのエリア１１０Ａ，１１０Ｂを通過した光の位相差を、１８０度ないし９０度にすることが可能となり、前記図９(A)に示した段差を用いた場合と同様の効果が得られる。
【実施例３】
【００４６】
次に、図１１及び図１２を参照しながら、本発明の実施例３を説明する。上述した実施例１では、図５(C)に示すブレーキワイヤ５６の伸び量の測定に本発明を適用することとした。この伸び量に加え、図５(B)に示すブレーキワイヤ５６の移動量を検出することができれば、該移動量に対応するブレーキレバー操作量（図１７(B)参照）が得られ、機械ブレーキ動作点を直接検知できるため、機械ブレーキ動作点のズレにも対応可能となり、遊び区間での回生を最大にして、回生充電の効率を一層高めることができる。前述の実施例１で説明したように、本発明の変位計測装置は、サブμｍ〜数十ｍｍオーダでの変位検出が可能であることから、前述の実施例１で示した変位計測ユニット７０と同様の構成であって、かつ、数十ｍｍオーダの変位測定が可能な他の計測ユニットを、ブレーキワイヤ５６の移動を検知できる位置に設置することで、ブレーキワイヤ５６の伸び量と移動量の双方を測定することが可能となる。しかしながらその場合には、計測ユニット毎に光源を用意する必要がある。これに対し、本実施例３は、１つの光源で異なる位置・異なる検出感度での変位測定を行うものである。図１１は、本実施例の基本構造を示す図，図１２は、本実施例の応用例における変位計測ユニットの構造例を示す図である。【００４７】
図１１に示すように、本実施例の変位計測装置２００は、μｍオーダ、あるいはサブμｍオーダの変位を測定可能な第１センサユニット２１０と、ｍｍオーダの変位を測定可能な第２センサユニット２２０により構成されている。第１センサユニット２１０の構成は、上述した実施例１の変位計測装置１０と同様である。一方、第２センサユニット２２０は、レーザ光源１２，コリメータレンズ１４，第３の回折格子２２２，第４の回折格子２２４，第２の光センサ２２６を含んでいる。第３の回折格子２２２は、第１センサユニット２１０の第２の回折格子１８を経由して直進する０次光、すなわち直進光２４の光軸上に配置されており、第１及び第２の回折格子１６，１８と異なる格子ピッチＰ´を有している。そして、第３の回折格子２２２に入射した光は、更に、直進する０次光、すなわち直進光２４と、±ｎ次光、図示の例では、１次回折光２２３とに分かれて進行する。第４の回折格子２２４は、第３の回折格子２２２と格子ピッチＰ´が同一であって、第３の回折格子２２２と対向し、かつ、相対的に移動可能に配置されている。第４の回折格子２２４は、第３の回折格子２２２を経由した０次光、すなわち直進光２４と、±ｎ次光をそれぞれ、更に、直進する０次光である直進光２４と、±ｎ次光、図示の例では、１次回折光２２５とに分けて進行させる。【００４８】
前記第２の光センサ２２６は、第３の回折格子２２２及び第４の回折格子２２４を経由した回折光のうち、第３の回折格子２２２による所定次数の回折光、すなわち本実施例では１次光の光軸に沿う回折光，すなわち、回折光２２３及び２２５を受光して、干渉光２２８の光量を検出するものである。そして、第３の回折格子２２２に対する第４の回折格子２２４の移動量に対応する干渉縞もしくはその信号から、第３の回折格子２２２と第４の回折格子２２４間の軸方向の変位量を測定する。このときの変位量の測定原理は、第１の回折格子１６に対する第２の回折格子１８の変位量の測定の場合と同様である。【００４９】
次に、図１２を参照して、本実施例の変位計測装置を、電動アシスト自転車５０の変位計測ユニットに適用した応用例について説明する。なお、電動アシスト自転車５０及びそのブレーキ機構については、前述の実施例１で説明した図４及び図５と同じである。図１２に示すように、変位計測ユニット２３０は、ブレーキレバー５４に取り付けられた筐体２３２の中に、透明樹脂成型体２３６がブレーキワイヤ５６に沿って移動可能に取り付けられている。透明樹脂成型体２３６は、上方に設けられた貫通孔２３８をブレーキワイヤ５６が貫通しており、ブレーキワイヤ５６は、透明樹脂成型体２３６の側面２３６Ａ，２３６Ｂ側の２箇所で、ネジ２４０Ａ，２４０Ｂにより固定されている。また、側面２３６Ａ側に設けられた図示しない円形凹状のスペースに、レーザ光源１２が嵌め込まれており、レーザ光源１２は、筐体２３２の側面２３２Ａに設けられたレーザ駆動回路２４２に接続されている。更に、透明樹脂成型体２３６に設けられており、厚み方向に貫通したスペース、例えば切れ込み２４４Ａに、コリメータレンズ１４が配置され、周縁が接着剤などで固定されている。また、厚み方向に貫通するとともにスペース２４４Ａと連続したスペース２４４Ｂには、第１の回折格子１６及び第２の回折格子１８が配置され、それぞれの背面が、透明接着剤等で固定されている。【００５０】
透明樹脂成型体２３６の他方の側面２３６Ｂには、図示しない凹部に第３の回折格子２２２が嵌め込まれている。透明樹脂成型体２３６には、第２の回折格子１８を経由して第３の回折格子２２２に入射する光の通路となるスペース２４４Ｃと、第１の回折格子１６及び第２の回折格子１８を経由した回折光の通路となるスペース２４４Ｄが設けられており、スペース２４４Ｄの奥には、第１の光センサ２０が設けられている。第１の光センサ２０は、筐体２３２の外側に設けられたＩ／Ｖ変換回路２４６に接続されている。更に、透明樹脂成型体２３６には、スペース２４４Ｂの上方に、厚み方向に貫通したスリット２４４Ｅが設けられている。スリット２４４Ｅは、第１の回折格子１６と第２の回折格子１８の境目で透明樹脂成型体２３６がブレーキワイヤ５６とともに軸方向に伸縮（図１２(A)の矢印Ｆ１２ｂ参照）するようにバネ性を付与するためのものである。なお、透明樹脂成型体２３６は、厚み方向の撓みはないものとする。【００５１】
このような透明樹脂成型体２３６の下方には、筐体２３２に両端が固定されたガイドシャフト２３４が貫通しており、ガイドシャフト２３４に沿って透明樹脂成型体２３６が筐体２３２内を移動可能となっている（図１２(A)の矢印Ｆ１２ａ参照）。一方、筐体２３２の側面２３２Ｂの内側には、第３の回折格子２２２と対向する位置に、第４の回折格子２２４が設けられており、この第４の回折格子２２４の背面には、第２の光センサ２２６が光軸上の近い位置に設けられている。第２の光センサ２２６を光軸上の近い位置に設けたのは、回折角の小さい回折光を受光するためである。第２の光センサ２２６は、筐体２３２の外部に設けられたＩ／Ｖ変換回路２４８に接続されている。【００５２】
前記透明樹脂成型体２３６としては、前述の実施例１の透明樹脂成型体７２と同様の材質，形状，寸法のものが用いられる。また、レーザ光源１２は、前述の実施例１と同様にレーザダイオードが利用され、その回路構成も前記図７(A)と同様である。コリメータ１４，第１の回折格子１６，第２の回折格子１８も実施例１と同様である。第３の回折格子２２２，第４の回折格子２２４としては、格子ピッチＰ´が３００μｍのものを利用した。これら第３の回折格子２２２，第４の回折格子２２４の回折方向は同じ方向に設定されている。第１の光センサ２０及び第２の光センサ２２６としては、前述の実施例１と同様のフォトダイオードが利用され、Ｉ／Ｖ変換回路２４６，２４８としては、前述の実施例１のＩ／Ｖ変換回路８２と同様のものが利用される。これらによる光検出回路の構成及び出力波形も、前述の図７(B)及び(C)と同様である。【００５３】
変位計測ユニット２３０では、図５(A)に示す状態からドライバがブレーキレバー５４を引き始めると、筐体２３２内で透明樹脂成型体２３６が矢印Ｆ１２ａに沿って動く。そして、第３の回折格子２２２と第４の回折格子２２４間の変位量から、ブレーキワイヤ５６の移動量，すなわち、移動量に対応するブレーキレバー５４の操作量をｍｍオーダで計測することができる。また、ブレーキワイヤ５６に加わる張力を、第１の回折格子１６と第２の回折格子１８間の矢印Ｆ１２ｂ方向のμｍオーダの変位量から検出する。これによって、電動アシスト自転車５０の遊び区間から機械ブレーキ区間への移行を感知し、機械ブレーキ開始前に回生ブレーキを最大にすることができる。本例によれば、ドライバによるブレーキ調整により機械ブレーキ動作点がずれた場合でも、調整後の機械ブレーキ動作点を直接感知できるため、高い回生効率を常に維持できる。【００５４】
このように、実施例３によれば、次のような効果がある。
(1)第１の回折格子１６及び第２の回折格子１８に加え、これら回折格子１６，１８と異なる格子ピッチＰ´を有する第３の回折格子２２２及び第４の回折格子２２４を設けることとしたので、１つのレーザ光源１２を利用して、異なる検出感度で、複数の位置での変位量の計測が可能となる。
(2)本実施例の変位計測装置２００を、電動アシスト自転車５０の変位計測ユニット２３０として利用することにより、ブレーキレバー５４の操作量に対応するブレーキワイヤ５６の移動量の計測結果からブレーキレバー５４を引き始めたことを検出する。また、ブレーキ操作力に対応するブレーキワイヤ５６の張力、すなわち伸び量の計測結果から、ブレーキパッド６０がリム６２に接触し、機械ブレーキが開始されたことを検出する。これら２つの検出結果から、機械ブレーキ開始点を直接感知できるため、回生充電の効率向上を図ることができる。
【実施例４】
【００５５】
次に、図１３を参照しながら、本発明の実施例４を説明する。本実施例も、上述した実施例３と同様に、ブレーキレバーの操作量と、操作力の双方を検出するためのものであるが、前述の実施例３では、ブレーキワイヤ５６の伸び量によって操作力を検出することとしたが、本実施例は、ブレーキレバーとブレーキワイヤを結合させるための金具、すなわちワイヤアタッチメントの伸びを検知することにより操作力の検出を行う構成となっている。図１３(A)は、本実施例の変位計測ユニットの構造を示す図，図１３(B)は電動アシスト自転車への取付例を示す図，図１３(C)は前記(B)を矢印Ｆ１３側から見た部品配置を示す図である。図１３(A)に示すように、本実施例の変位計測ユニット２５０は、第１の回折格子１６，第２の回折格子１８，第３の回折格子２２２，レーザ光源１２，第１の光センサ２０が設けられた透明樹脂成型体２５２と、この透明樹脂成型体２５２の外側に配置された第４の回折格子２２４及び第２の光センサ２２６により構成されている。ここで、ワイヤアタッチメント２６２を簡単に説明する。ワイヤアタッチメント２６２は、ブレーキワイヤ５６の先端に取付けられたワイヤ止め部５６Ａを保持する側面壁部２６２Ａと、この側面壁部２６２Ａの上下の縁側からブレーキレバー５４側に延びる互いに対向する上面板部２６２Ｂと下面板部２６２Ｃとで構成されている。このワイヤアタッチメント２６２の材料は、鉄、アルミニウム、銅などを主成分とする合金などで、ブレーキワイヤ５６からの張力が掛かったときに、数μｍ〜数十μｍ程度の範囲で伸張可能な材質で構成されることが望ましい。【００５６】
前述の透明樹脂成型体２５２の一方の端面２５２Ａには、レーザ光源１２が設けられた回路基板２５４Ａが、ネジ２５６によって取り付けられており、他方の端面２５２Ｂには、第１の光センサ２０と第３の回折格子２２２が設けられた回路基板２５４Ｂが、ネジ２５６によって取り付けられている。また、透明樹脂成型体２５２の中央部付近には、スペース２５２Ｅが形成されており、スペース２５２Ｅの内面の一方の側面に第１の回折格子１６が取り付けられ、他方の側面に第２の回折格子１８が取り付けられている。透明樹脂成型体２５２には、スペース２５２Ｅの両側、すなわち図１３(A)の例では上下に、複数のスリットにより構成された伸縮部２５２Ｃ，２５２Ｄが形成されている。更に、透明樹脂成型体２５２の内部には、光源１２と第１の回折格子１６の間に、コリメータ１４が配置されている。以上のような透明樹脂成型体２５２の底面には、突起２５８が設けられている。また、第４の回折格子２２４及び第２の光センサ２２６は、透明樹脂成型体２６６に取り付けられている。【００５７】
図１３(B)に示すように、本実施例の変位計測ユニット２５０を取り付けるための電動アシスト自転車側では、ハンドル５２の柄に、取付金具２６０の長辺部分２６０Ａが固定されており、この長辺部分２６０Ａの適宜な位置に、ブレーキレバー５４が回動可能に取り付けられている。このブレーキレバー５４とブレーキワイヤ５６は、ワイヤアタッチメント２６２により結合されている。ワイヤアタッチメント２６２の上面板部２６２Ｂには、凹部２６４が設けられており、凹部２６４に、透明樹脂成型体２５２の下面側に設けられた突起２５８を嵌め込み、接着剤などで接着することで、透明樹脂成型体２５２がワイヤアタッチメント２６２に取り付けられる。なお、ブレーキレバー５４側の凹部２６４は、長円のようにしておき、透明樹脂成型体２６６の取り付け位置を調整して上面板部２６２Ｂに取り付けができるようにしておくことが望ましい。一方、第４の回折格子２２４及び第２の光センサ２２６が設けられた透明樹脂成型体２６６は、第４の回折格子２２４が、第３の回折格子２２２と対向するように、取付金具２６０の短辺部分２６０Ｂに設けられた図示しない凹部に、凸部２６８を嵌め込む等の適宜な手段で固定される。【００５８】
本実施例では、ブレーキワイヤ５６にかかる操作力によって、ワイヤアタッチメント２６２に引っ張り応力がかかり、ワイヤアタッチメント２６２に貼り付けた透明樹脂成型体２５２内の第１の回折格子１６及び第２の回折格子１８の相対的変位から、実施例３と同様にして前記変位に対応する操作力の検出を行う。一方、ブレーキの操作量については、固定側（取付金具短辺部分２６０Ｂ側）に取り付けられた第４の回折格子２２４に対する可動側（ワイヤアタッチメント２６２側）の第３の回折格子２２２の相対移動から、前述の実施例３と同様に検出を行う。このように、本実施例によれば、ブレーキワイヤ５６に透明樹脂成型体を固定しなくても、前述の実施例３と同様の効果が得られる。
【実施例５】
【００５９】
次に、図１４(A)及び(B)を参照して、本発明の実施例５を説明する。図１４(B)に示す例は、本発明の変位計測装置を、透明体の検出に適用した例である。上述した実施例１では、第２の回折格子１８が動いたときの移動量を干渉状態の変化として検出したが、本実施例は、第１の回折格子１６，第２の回折格子１８の間に、屈折率が１以上の媒体が挿入されたときに、干渉状態の変化を検出して、液体の量検出などに応用するものである。図１４(A)に示す透明体検出センサ２７０は、透明樹脂成型体２７２の内側に、レーザ光源１２，コリメータレンズ１４，第１の回折格子１６，第２の回折格子１８，第１の光センサ２０が設けられた構成となっている。透明樹脂成型体２７２は、窪み状の凹部２７４が形成されており、第１の回折格子１６と第２の回折格子１８間の距離が調整可能となっている。【００６０】
凹部２７４に透明体２７６が挿入されていない初期状態では、回折格子１６，１８の間隔ｄの回折干渉系が構成され、このときの第１の光センサ２０には、下記数式６に示す行路差Δｄに対応した干渉光量が入射される（φは回折角）。
【数６】
0005586619.tif 000008
次に、第１の回折格子１６と第２の回折格子１８の間に、透明体２７６が入ると、透明体２７６の屈折率に相当する光の行路差が発生し、透明体２７６の厚み検出が可能となる。例えば、透明体の長さ（厚み）をＤ，屈折率をＩｎとすると、行路長変化ΔＤは、下記数式７で示されるため、透明体２７６の厚みを検出することができる。
【数７】
0005586619.tif 000009
【００６１】
図１４(B)は、透明体検出センサ２７０を、透明液体の残量検出に応用した例であって、第１の回折格子１６と第２の回折格子１８の間に、液体タンク２７８が設置されており、液体タンク２７８内の透明液体２８０の厚み（ないし深さ）から、残量が検出されることを示している。このように、実施例４によれば、第１の回折格子１６と第２の回折格子１８を経由した光の干渉状態の変化から、回折格子１６，１８の間に挿入された透明体の厚み検出や、透明体の残量検出が可能となる。【００６２】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。
(1)前述の実施例で示した形状，寸法，材質は一例であり、同様の効果を奏するものであれば、必要に応じて適宜変更してよい。例えば、前述の実施例１の応用例では、変位計測ユニット７０に透明樹脂成型体７２を利用することとしたが、ブレーキワイヤ５６の温度による線膨張率と同じものを利用するという観点から、金属、例えばアルミニウムや亜鉛などの合金を利用して、ダイキャストなどにより形成してもよい。図１５(C)に示す変位計測ユニット７０Ｂのように、金属成型体７３を利用する場合は、レーザ光源１２とスペース８０Ａを結ぶ通路８０Ｆを設ける必要がある。また、スペース８０Ｅは、略円筒状であるが、このようなスペース８０Ｅを作成するには、図１５(C)に示すように、側面７３Ｂからスペース８０Ｅと同軸同径のスペース８０Ｇを形成するようにしてもよい。また、同図に一点鎖線で示すように、金属成型体７３をスペース８０Ｄに対応する位置で２分し、貼り合わせるようにしてもよい。スペース８０Ｅの形成方法については、透明樹脂を利用した場合も同様である。【００６３】
(2)前述の実施例１の応用例では、２つの回折格子１６，１８の付近に形成されたスリット８６によって、透明樹脂成型体７２にバネ性を付与することとしたが、これも一例であり、図１５(A)に示す変位計測ユニット７０のように、第１の回折格子１６側にスペース８０Ｂに連続して設けたスリット８６Ａと、第２の回折格子１８側に設けられており透明樹脂成型体７２の上面側に向けて開口したスリット８６Ｂを設けるようにしてもよい。あるいは、図１５(B)に示す変位計測ユニット７０Ａのように、スリット８６Ａ，８６Ｂの位置を軸方向、すなわちブレーキワイヤ５６の軸方向で入れ替えてもよい。これら変位計測ユニット７０，７０Ａのように、２つのスリット８６Ａ，８６Ｂを設けることにより、可動側の第２の回折格子１８が、固定側の第１の回折格子１６に対して確実に平行に移動可能となり、正確な移動量を測定することができる。むろん、図１５(A)及び(B)に示す例も一例であり、同様の効果を奏する範囲内であれば適宜設計変更可能である。実施例３の応用例についても同様である。
(3)前述の実施例３も一例であり、第３及び第４の回折格子２２２，２２４の後方に、同様の作用を有する更に他の一対以上の回折格子を配置してもよい。【００６４】
(4)前述の実施例１では、０次回折光と＋１次回折光を利用して変位測定を行うこととしたが、これも一例であり、＋１次回折光以外の任意の次数の回折光（例えば、２次光など）を利用してもよい。例えば、前述の実施例１の回折格子１６，１８を経由する光としては、上述した光路Ｌ１，Ｌ２の他にも、例えば、図１６(A)に示す光路Ｌ３，Ｌ４がある。光路Ｌ３は、第１の回折格子１６の１次光であって、第２の回折格子１８の−１次光であり、光路Ｌ４は、第１の回折格子１６の０次光かつ第２の回折格子１８の０次光である。この例をみると、光路Ｌ３とＬ４は干渉しており、その干渉光からも変位計測が可能となっている。すなわち、第１の回折格子１６による異なる回折光（０次光も含む）が、第２の回折格子１８を経由した後に同軸上の回折光になっていれば、干渉光として測定可能である。前述の実施例３の第３の回折格子２２２と第４の回折格子２２４についても同様である。【００６５】
また、前述の図１６(A)に示す例を、ｍｍセンサに応用することも可能である。ｍｍセンサにおいては、検出距離を伸ばすために、回折角の小さい回折格子を用いる。例えば、前記表１に示すように、検出範囲が約１５．４ｍｍのセンサにおいては、回折格子のピッチは１００μｍとなり、回折角φは約０．３７度となる。このように回折角φが小さいときに、いくつかの干渉ビームの中から、出射角度で分離して一組の干渉ビームを見つけることは困難である。仮に、出射角度で分離する場合には、第２の回折格子１８から数十ｍｍの距離をおいて、２つの干渉ビームが重ならないように分離した上で、第１の光センサ２０によって検出する必要がある。この場合、センサの設置位置の光源が遠くなるため、変位計測装置全体としての小型化が難しくなる。【００６６】
しかしながら、本発明では、出射角度で干渉ビームを分離せずに、いくつかの干渉ビームの明暗が全て同じになれば、分離した１つのビームの干渉ではなく、複数の干渉ビームをまとめることで明暗検出が可能となる。回折格子１６と回折格子１８は、作製する格子の設計パラメータを変更することで、０次光、１次光、２次以上の回折光の光強度の比率を調整することが一般的に行われている。設計パラメータである格子の深さと幅を最適化することで、０次光と１次光の比率を２：１にし、２次以上の回折光の強度はほとんど無視できる強度となるような設計を行う。左記条件の回折格子１６、１８を用いると、図１６(B)に示すように、第１の回折格子１６に入射した平行光１５は、第１の回折格子１６を通過することにより、０次光と、±１次光に分かれて進行し、更に、それぞれが第２の回折格子１８を通過することにより、０次光と、±１次光に分かれて進行する。【００６７】
図１６(B)に示すように、第２の回折格子１８を通過した光のうち、第１の回折格子１６の＋１次光であって、第２の回折格子１８の０次光である光路Ｌ１と、第１の回折格子１６の０次光であり、第２の回折格子１８の＋１次光である光路Ｌ２とは、光軸と進行方向が同じとなり、干渉する。更に第１の回折格子１６の−１次光であり、第２の回折格子１８の０次光である光路Ｌ１´と、第１の回折格子１６の０次光であり、第２の回折格子１８の−１次光である光路Ｌ２´とは、光軸と進行方向が同じとなり、干渉する。【００６８】
他に干渉可能な光は、第１の回折格子１６の＋１次光であり、第２の回折格子の−１次光である光路Ｌ３と、第１の回折格子１６の−１次光であり、第２の回折格子１８の＋１次光である光路Ｌ３´である。このうち、光路Ｌ３と、第１の回折格子１６の０次光かつ第２の回折格子１８の０次光である光路Ｌ４とは、光軸と進行方向が同じとなり、干渉する。もう一方の光路Ｌ３´と光路Ｌ４とは、同様に光軸と進行方向が同じとなり、干渉する。すなわち、第２の回折格子１８の軸方向の移動に対して、これらＬ１とＬ２の干渉、Ｌ１´とＬ２´の干渉、Ｌ３とＬ４の干渉、Ｌ３´とＬ４の干渉の結果、同じ明暗の信号が発生しているため、出射角度で分離しなくても、第１の光センサ２０での検出が可能となる。【００６９】
(5)前述の実施例３についても、第２の回折格子１８や第４の回折格子２２４に、前述の実施例２と同様の位相板１０４を設ける，あるいは、実施例２の変形例のように、格子パターンが格子ピッチの１／２，１／４又は３／４ずれた２つのエリアを有する回折格子を第２又は第４の回折格子として利用し、第１の光センサ２０，第２の光センサ２２６として、２分割光センサを用いてもよい。なお、前記格子パターンのずれを設ける場合、第１の回折格子１６又は第２の回折格子１８の一方と、第３の回折格子２２２又は第４の回折格子２２４の一方の回折格子に設けるようにすればよい。第１の回折格子１６又は第２の回折格子１８の組と、第３の回折格子２２２又は第４の回折格子２２４の組とは、格子パターンの格子ピッチのずれの選択は、１／２，１／４又は３／４の中から独立して自由に選択ができる。
(6)上述した実施例では、光源としてレーザ光源１２を用いることとしたが、これも一例であり、安価なＬＥＤなどの低コヒーレンス光源を利用してもよい。このとき、コヒーレンス長が、数μｍ程度であるＬＥＤを利用する場合、図３(A)及び(B)に示す行路差ΔがＬＥＤのコヒーレンス長以下になるような設計を行う。図３(B)に示す行路差は、上述した数式３で示す通りであるから、例えば、検出範囲３．６ｍｍのセンサを構成する場合には、Δｄ＝３．６ｍｍ，回折角φ＝０．７６°の条件とすると、行路差Δ＝０．３６μｍとなる。すなわち、干渉する２つの行路差が、可干渉距離、すなわちＬＥＤの数μｍのコヒーレンス長よりも小さくなるため、測定限界内に入り、測定が可能となる。なお、前記回折角φは、上述したように、格子ピッチＰの変更によって任意に対応可能である。【００７０】
(7)前述の実施例１では、応用例として電動アシスト自転車５０のブレーキワイヤの伸び、すなわち張力による変位量を測定することで、ブレーキ力を検出することとしたが、ブレーキワイヤ５６を支えているチューブ５８の間に変位計測ユニット７０を挟み、変位計測ユニット７０へのブレーキワイヤ５６の長さ方向の応力からブレーキ力を検出してもよい。
(8)上述した実施例では、電動アシスト自転車５０で回生ブレーキを効率良くかけるためにブレーキワイヤ５６の伸び量，または、伸び量と移動量の双方を検出する装置を具体例として挙げたが、これは一例であり、本発明は、機械系の歪測定などのように、微小変位の計測全般や、微小長さの計測器の校正などに適用可能である。例えば、カメラのズームやフォーカス機能は、現状では、メカＳＷアレーで位置検出を行っているが、本発明を適用することにより、位置検出装置の小型化とフレキレスの要求に応えることが可能となる。また、検出範囲の拡大により、波長以上の移動に対してリニアな検出が可能となることから、光マイクロホンなどへの応用も可能である。更に、微小振動などの検出も可能であり、振動センサなどへの応用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明によれば、光源からコリメータレンズを経由して直進する平行光を固定側の第１の回折格子により直進する０次光と、±ｎ回折光とに分けて進行させ、前記０次光及び±ｎ次光をそれぞれ、前記第１の回折格子と同一の格子ピッチを有し、かつ、該第１の回折格子に対向する可動側の第２の回折格子を通過させて、更に、直進する０次光と、±ｎ次光とに分けて進行させる。そして、前記第１及び第２の回折格子による回折光のうち、第１の回折格子による所定次数の回折光の光軸に沿う少なくとも一組の干渉光を、前記第１及び第２の回折格子を挟んで前記光源の反対側に配置された第１の光センサで受光して光量検出する。そして、前記第２の回折格子の移動量に対応する干渉縞もしくはその信号から、第１の回折格子と第２の回折格子間の前記平行光の光軸方向の変位をサブμｍから数十ｍｍ前後までの広範囲で測定可能としたので、微小変位を測定するための変位計測装置の用途に適用できる。特に、温度や環境の補正なしに正確に計測できるため、機械系の歪やねじれなどを測定したり、電動アシスト自転車のブレーキワイヤの伸びを検出したりする用途に好適である。
【００７２】
また、必要に応じて、前記第２の回折格子を経由した０次光を、前記第１及び第２の回折格子と同様の作用を有し、かつ、異なる格子ピッチを有する第３及び第４の回折格子を経由させ、これら回折格子を経由した回折光のうち、前記第３の回折格子による所定次数の回折光の光軸に沿う少なくとも一組の干渉光を、第２の光センサで受光する。そして、前記第４の回折格子の移動量に対応する干渉縞もしくはその信号から、第３の回折格子と第４の回折格子間の前記平行光の光軸方向の変位量を測定することで、１つの光源で、前記第１及び第２の回折格子間とは異なる位置・異なる検出感度での変位測定が、同時または時系列的に可能となる。このため、変位測定の検出対象が複数ある場合（例えば、電動アシスト自転車のブレーキワイヤの伸び量と移動量など）のセンサとして好適である。
【符号の説明】
【００７３】
１０：変位計測装置
１２：レーザ光源
１３：レーザ光
１４：コリメータレンズ
１５：平行光
１６：第１の回折格子
１６Ａ，１８Ａ：溝
１８：第２の回折格子
２０：第１の光センサ
２２，２６：回折光
２４：直進光
３０：干渉光
５０：電動アシスト自転車
５２：ハンドル
５４：ブレーキレバー
５６：ブレーキワイヤ
５６Ａ：ワイヤ止め部
５８：チューブ
６０：ブレーキパッド
６２：リム
６４：コントローラ
６６：モータ
６８：バッテリー
７０，７０Ａ，７０Ｂ：変位計測ユニット
７２：透明樹脂成型体
７２Ａ，７２Ｂ：側面
７３：金属成型体
７３Ａ，７３Ｂ：側面
７４：貫通孔
７６Ａ，７６Ｂ：ネジ
７８：レーザ駆動回路
８０Ａ〜８０Ｅ，８０Ｇ：スペース
８０Ｆ：通路
８２：Ｉ／Ｖ変換回路
８４：ネジ
８６，８６Ａ，８６Ｂ：スリット
９０：増幅回路
９２：スライサ
９４：クロックカウンタ
９６：演算装置
１００：変位計測装置
１０２：第２の回折格子
１０４：位相板
１０６：２分割光センサ
１０８：演算装置
１１０：第２の回折格子
１１０Ａ，１１０Ｂ：エリア
１１２Ａ，１１２Ｂ：格子溝
２００：変位計測装置
２１０：第１センサユニット
２２０：第２センサユニット
２２２：第３の回折格子
２２３，２２５：回折光（１次回折光）
２２４：第４の回折格子
２２６：第２の光センサ
２２８:干渉光
２３０：変位計測ユニット
２３２：筐体
２３２Ａ，２３２Ｂ：側面
２３４：ガイドシャフト
２３６：透明樹脂成型体
２３６Ａ，２３６Ｂ：側面
２３８：貫通孔
２４０Ａ，２４０Ｂ：ネジ
２４２：レーザ駆動回路
２４４Ａ〜２４４Ｄ：スペース
２４４Ｅ：スリット
２４６，２４８：Ｉ／Ｖ変換回路
２５０：変位計測ユニット
２５２：透明樹脂成型体
２５２Ａ，２５２Ｂ：端面
２５２Ｃ，２５２Ｄ：伸縮部
２５２Ｅ：スペース
２５４Ａ，２５４Ｂ：回路基板
２５６：ネジ
２５８：突起
２６０：取付金具
２６０Ａ：長辺部分
２６０Ｂ：短辺部分
２６２：ワイヤアタッチメント
２６２Ａ：側面壁部
２６２Ｂ：上面板部
２６２Ｃ：下面板部
２６４：凹部
２６６：透明樹脂成型体
２６８：凸部
２７０：透明体検出センサ
２７２：透明樹脂成型体
２７４：凹部
２７６：透明体
２７８：液体タンク
２８０：透明液体
３００：マイケルソン干渉計
３０２：レーザ光源
３０４：コリメータレンズ
３０６：スプリッタ
３０８：固定ミラー
３１０：可動ミラー
２１２：光センサ
３１４：固定側ユニット
３１６：干渉縞
Ｌ１〜Ｌ４：光路
ＬＤ：レーザダイオード
ＯＰ，ＯＰ１，ＯＰ２：オペアンプ
ＰＤ，ＰＤ１，ＰＤ２：フォトダイオード
Ｒ１：電流制限抵抗
Ｒ２〜Ｒ７：抵抗
【図１】
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【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】
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【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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