(57)【要約】【課題】  フェムト秒レーザー等を用いない低コストな位置センシング装置が強く望まれていた。【解決手段】  そこで、本発明は物体の位置を検出するための装置であって、前記物体に連続する電磁波を照射するための照射部と、前記照射部から照射される電磁波のうち前記物体から反射される電磁波を検出するための検出部と、前記検出部で検出される情報から振幅強度の変化又は位相の変化を出力する出力部を備え、前記出力される情報をもとに前記物体の位置を検知する位置センシング装置を提供するものである。【選択図】  図１
2006275910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置を検出するための装置であって、前記物体に連続する電磁波を照射するための照射部と、前記照射部から照射される電磁波のうち前記物体から反射される電磁波を検出するための検出部と、前記検出部で検出される情報から振幅強度の変化又は位相の変化を出力する出力部を備え、前記出力される情報をもとに前記物体の位置を検知することを特徴とする位置センシング装置。
【請求項２】
前記連続する電磁波は、２つのレーザーダイオードを混合したビームを電磁波を放射するための光伝導素子に照射することによって発生するものであることを特徴とする請求項１に記載の位置センシング装置。
【請求項３】
前記２つのレーザーダイオードを混合したビームの周波数は、前記２つのレーザーダイオードの差周波であり、前記差周波が３０ＧＨｚから３０ＴＨｚの周波数領域であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置センシング装置。
【請求項４】
前記位置センシング装置が、前記電磁波を遅延させるための遅延系を備え、且つ前記遅延系が複数の光路を備えていることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の位置センシング装置。
【請求項５】
前記遅延系が移動ステージであることを特徴とする請求項４記載の位置センシング装置。
【請求項６】
前記電磁波を前記遅延系で遅延させることにより、振幅強度の変化または位相の変化に相当する遅延時間を計算して、前記物体の位置を検知することを特徴とする請求項４又は５記載の位置センシング方法。
【請求項７】
前記電磁波を前記遅延系で遅延させることにより、前記遅延系の移動ステージの移動量と振幅強度の変化、又は前記遅延系の移動ステージの移動量と位相の変化を検出し、前記検出した情報をデータベースに記憶させることを特徴とする請求項５記載の位置センシング方法。
【請求項８】
検出された振幅強度の変化又は位相の変化を前記データベースに記憶させた情報と照らし合わせることによって、前記遅延系の移動ステージの移動量を求め、前記物体の位置を検知することを特徴とする請求項７記載の位置センシング方法。
【請求項９】
前記振幅強度の変化として振幅強度の絶対値の積分値を、又は前記位相の変化として位相の絶対値の積分値を用いることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の位置センシング方法。
【請求項１０】
前記振幅強度の変化として振幅強度の自乗の積分値を、又は前記位相の変化として位相の自乗の積分値を用いることを特徴とする請求項９記載の位置センシング方法。
【請求項１１】
前記電磁波を照射するための照射部が、レーザーダイオードであることを特徴とする請求項１記載の位置センシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁波を空間に伝播させて、物体の位置をセンシングする装置及びその方法に関する。特に電磁波としてはミリ波からテラヘルツ電磁波（３０ＧＨｚ〜３０ＴＨｚ）の領域の電磁波に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、テラヘルツ電磁波を用いて位置センシングするには、非特許文献１にあるように、テラヘルツ電磁波パルスが使われていた。しかしながら、テラヘルツ電磁波パルスを発生させるのに使われるフェムト秒レーザーは、高コストで、装置が大型である。
【非特許文献１】Ｔｉｍｅ  ｄｏｍａｉｎ  ｔｅｒａｈｅｒｔｓ  ｉｍｐｕｌｓｅ  ｒａｎｇｉｎｇ  ｓｔｕｄｉｅｓ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６７，ｐ．１９６０，１９９５年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで、低コストな位置センシング装置が強く望まれていた。そこで、本発明は高コストであるフェムト秒レーザーを用いない位置センシング装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明は、物体の位置を検出するための装置であって、前記物体に連続する電磁波を照射するための照射部と、前記照射部から照射される電磁波のうち前記物体から反射される電磁波を検出するための検出部と、前記検出部で検出される情報から振幅強度の変化又は位相の変化を出力する出力部を備え、前記出力される情報をもとに前記物体の位置を検知する位置センシング装置を提供するものである。
【０００５】
また、前記物体に連続する電磁波を照射するための照射部と、前記照射部から照射される電磁波のうち前記物体から反射される電磁波を検出するための検出部と、前記検出部で検出される情報から振幅強度の変化又は位相の変化を出力する出力部を備え、前記出力される情報をもとに前記物体の位置を検知する位置センシング装置において、前記電磁波を前記遅延系で遅延させることにより、振幅強度の変化または位相の変化に相当する遅延時間を計算して、前記物体の位置を検知する位置センシング方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、高価なフェムト秒レーザーを用いることなく、位置センシングを行うことが可能になり、低価格な位置センシング装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は本発明の一実施例を示す概略図である。図１のように、２つの波長可変レーザーダイオード１から照射されるレーザーを５０：５０のビームスプリッタ１０を使って混合し、２つの混合されたビームを生成する。このとき生成される混合ビームの周波数は、２つのレーザーの差周波であり、この周波数がテラヘルツとなるようにレーザーの周波数は選択される。例えば、レーザーは８３０ｎｍ近辺で１０ｎｍ程度波長が変化できるレーザーを選択すればよい。
【０００９】
２つの混合ビームの１つは電磁波放射用光伝導素子２に、もう１つは電磁波検出用光伝導素子３に集光させる。ただし、電磁波検出用光伝導素子３に集光する混合ビームは遅延系７によって遅延時間が与えられるようになっている。
【００１０】
混合ビームが電磁波放射用光伝導素子２に集光するとテラヘルツ電磁波が発生するが、この発生したテラヘルツ電磁波を物体９に照射するために、また物体９から反射してきたテラヘルツ電磁波を電磁波検出用光伝導素子３に集光するために、図１のように放物面鏡１１が設置されている。
【００１１】
テラヘルツ電磁波はロックインアンプ５によって検出され、検出された信号はコンピュータ６に送られるようになっている。コンピュータ６は、検出された信号に基づいて、遅延系７の移動ステージを制御するようになっている。
【００１２】
図２はロックインアンプ５によって検出された信号を規格化した信号の一例である。これはロックインアンプ５によって検出された信号を、信号の最大値が１、最小値が−１、振幅の中心値が０となるように規格化したものである。
【００１３】
このような信号が得られたとき、物体９はある位置Ｘ１で静止しており、遅延系７の移動ステージは、ロックインアンプ５で最大出力（例えば図２のＡ）が得られるように制御され、ある位置ｘ１に停止しているものとする。ここで微小時間△ｔの間に、物体９がある距離△Ｘだけ移動してＸ２に移動したとすると、検出される信号は小さくなる。そこで、コンピュータ６によって遅延系７の移動ステージを制御し、ロックインアンプ５で最大出力が得られるように△ｘだけ移動したとすると、この移動量△ｘが、物体９の移動による信号変化に相当する遅延時間τを与える。
【００１４】
遅延系７の移動ステージが光路を１往復しか持たない場合には、遅延時間τと移動ステージの移動量△ｘの関係は
τ＝２△ｘ／ｃ  （ｃ：光速）
で表され、物体９の移動量△Ｘは
△Ｘ＝２△ｘ＝τ・ｃ
となる。
【００１５】
遅延系７がｎ個の往復の光路を持つ場合には、遅延時間τ’と移動ステージの移動量△ｘの関係は
τ’＝ｎτ＝２ｎ△ｘ／ｃ  （ｃ：光速）
で表され、物体９の移動量△Ｘは
△Ｘ＝２ｎ△ｘ＝τ’・ｃ
となる。
【００１６】
コンピュータ６で、微小時間△ｔごとにこの移動量△Ｘの計算を行うことによって、物体９の微小時間△ｔごとの位置を検知することができる。
【００１７】
なお、△Ｘは図２の波長より小さい必要があるため、微小時間△ｔはこの条件が満たされるように選択されるものとする。
【実施例２】
【００１８】
本発明の別の実施例として、遅延系７の移動ステージを微小時間△ｔごとに制御することなく物体９の位置をセンシングする方法について説明する。
【００１９】
本発明の基本的な考え方は、遅延系７の移動ステージが図２の波長より長い距離を移動したとき、ロックインアンプ５の出力から移動したパルス数を数えることで、移動ステージの移動量△Ｘを求めることである。
【００２０】
図１は本発明の一実施例を示す概略図であり、実施例１と同じである。実施例１と異なる点は、位置センシングする方法が異なる点である。実施例１では微小時間△ｔごとに遅延系７の移動ステージを制御し、移動ステージの移動量△ｘから物体９の移動量△Ｘを求めていたが、本実施例での位置センシング方法は、あらかじめ移動ステージの移動量△ｘとロックインアンプ５の出力との間に１対１対応となる関係を構築し、それをデータベースとしてコンピュータ６に保存しておき、ロックインアンプ５の出力をこのデータベースと照らし合わせることにより、物体９の位置をセンシングするものである。
【００２１】
まず、物体９はある位置Ｘ１で静止しており、ロックインアンプ５の出力が図２のように得られているものとする。図２の縦座標は、ロックインアンプ５によって検出された信号を、信号の最大値が１、最小値が−１、振幅の中心値が０となるように規格化されている。
【００２２】
このような状態において、遅延系７の移動ステージを移動させ、ロックインアンプ５の出力が０（例えば図２のＢ）となるようにし、そのときの移動ステージの位置をｘ１とする。ここで、移動ステージを一方向に移動させ、そのときのロックインアンプ５の出力の絶対値の積分値を記録していくと図３のように、移動ステージの移動量△ｘとロックインアンプ５の出力との間に１対１対応となる関係が構築できる。図３の縦軸は必要に応じて座標変換してもよい。
【００２３】
あらかじめ、移動ステージの移動量△ｘとロックインアンプ５の出力の絶対値の積分値の関係をデータベースとしてコンピュータ６に保存しておけば、物体９が移動したときに、その移動によって変化するロックインアンプ５の出力の絶対値の積分値をコンピュータ６で算出し、その算出した値をあらかじめ保存しておいたデータベースと照らし合わせることによって、移動ステージの移動量△ｘを知ることができる。移動ステージの移動量Δｘが分かれば、以下の関係から物体９の移動量△Ｘを求めることができる。
【００２４】
遅延系７の移動ステージが光路を１往復しか持たない場合には、物体９の移動量△Ｘは、
△Ｘ＝２△ｘ
で求められ、遅延系７がｎ個の往復の光路を持つ場合には、物体９の移動量△Ｘは
△Ｘ＝２ｎ△ｘ
で求められる。
【００２５】
このようにして、物体６の移動によるロックインアンプ５の出力の変化から、物体９の移動量△Ｘを求めることができる。なお、本実施例の場合、物体９の移動量△Ｘは図３の波長より小さい必要はない。
【００２６】
本実施例において、移動ステージの移動量△ｘとロックインアンプ５の出力との間に１対１対応となる関係を構築するのにロックインアンプ５の出力の絶対値の積分値を使用したが、ロックインアンプ５の出力の絶対値の積分値の代わりに、ロックインアンプ５の出力の自乗の積分値を用いてもよい。図４はロックインアンプ５の出力の自乗の積分値をプロットした図であり、図４の縦軸は必要に応じて座標変換してもよい。
【００２７】
この発明によれば、例えば、フェムト秒レーザーを用いず、低価格で小型のレーザーダイオードを２つ用いて連続する電磁波を発生させ、位置センシングを行うことができるため、低コストで小型の位置センシング装置および位置センシング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施例を示す概略図
【図２】ロックインアンプによって検出された信号を規格化した信号の一例
【図３】ロックインアンプの出力の絶対値の積分値をプロットした図
【図４】ロックインアンプの出力の自乗の積分値をプロットした図
【符号の説明】
【００２９】
１  レーザーダイオード
２  電磁波放射用光伝導素子
３  電磁波検出用光伝導素子
４  光チョッパ
５  ロックインアンプ
６  コンピュータ
７  遅延系
８  電流増幅器
９  物体
１０  ビームスプリッタ
１１  放物面鏡
１２  ミラー
【図１】
2006275910.tif 000003
【図２】
2006275910.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006275910.tif 000006