(57)【要約】【課題】取り付けられた部材の傾きを正確に検出することが可能な傾斜センサを得る。【解決手段】レーザダイオード１１０が発光した光は、ビームスプリッタ１２０及び反射面１２１を介して、第１のコリメータレンズ１３０に照射される。第１のコリメータレンズ１３０は、入射した光を平行光に変換する。平行光は傾斜鏡１４０、第１のコリメータレンズ１３０、及び反射面１２１を通過して、撮像面１５１に集光される。錘体１４２は、枠体１４４に弾性部材１４３を介して接続されているため、ビームスプリッタ１２０に対し揺動自在である。傾斜センサ１００が重力に対して傾いているとき、ビームスプリッタ１２０の傾斜鏡１４０が取り付けられる面に対し鏡面１４１が平行にならない。そのため、鏡面１４１に入射した光と反射された光の光路が同一とならない。撮像面１５１上において、光路のずれを測定することにより、傾斜センサ１００の傾斜角度θを測定する。【選択図】図２
2009294151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を透過又はその進行方向を変更する光分割器と、
入射した光を反射する鏡及び前記鏡を支持する弾性部材を有し、重力の方向に応じて前記弾性部材が変形して入射した光の反射方向を変更する傾斜鏡と、
入射した光が照射される位置を検出する位置検出部とを備え、
前記光分割器により進行方向を変更された光が前記傾斜鏡に導かれ、前記傾斜鏡により前記位置検出部に向けて反射される傾斜センサ。
【請求項２】
前記位置検出部は撮像素子である請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項３】
前記位置検出部は、前記弾性部材が変形していないときにおける光の入射位置と、前記弾性部材が変形しているときにおける光の入射位置とを比較することにより、傾きを検出する請求項２に記載の傾斜センサ。
【請求項４】
入射した光を平行光に変換する第１のレンズと、
前記光分割器に光を投光する発光素子とをさらに備え、
前記第１のレンズは、前記光分割器と前記傾斜鏡との間に設けられ、前記光分割器から前記傾斜鏡に向かう光を平行光に変換する請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項５】
入射した光を平行光に変換する第２及び第３のレンズと、
前記第２のレンズに光を投光する発光素子とをさらに備え、
前記第２のレンズは、前記発光素子と前記光分割器との間に設けられ、前記発光素子から前記光分割器に向かう光を平行光に変換し、
前記第３のレンズは、前記光分割器と前記位置検出部との間に設けられ、前記光分割器から出射した光を前記位置検出部に向けて集光する請求項１に記載の傾斜センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取り付けられた部材の傾きを検出する傾斜センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、揺動可能な電極と固定された電極とを備える傾斜センサが知られている。傾斜センサが傾斜したとき、傾斜に従って揺動可能な電極が揺動し、固定された電極との間隔が変化する。この間隔の変化により電極間に蓄積された電荷量が変化するため、電荷量の変化を検出して傾きを検出する傾斜センサが知られている。
【特許文献１】特開２００３−３２９４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、装置に対する小型化の要求に従って傾斜センサを小型化すると、電極間に蓄積可能な電荷量が減少する。これにより、電極の揺動により生じる電荷の変化量も小さくなるため、電荷の変化量に応じて傾斜センサが出力する信号のＳ／Ｎ比が低下する。
【０００４】
本発明は、取り付けられた部材の傾きを正確に検出することが可能な傾斜センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願第１の発明による傾斜センサは、入射した光を透過又はその進行方向を変更する光分割器と、入射した光を反射する鏡及び鏡を支持する弾性部材を有し、重力の方向に応じて弾性部材が変形して入射した光の反射方向を変更する傾斜鏡と、入射した光が照射される位置を検出する位置検出部とを備え、光分割器により進行方向を変更された光が傾斜鏡に導かれ、傾斜鏡により位置検出部に向けて反射されることを特徴とする。
【０００６】
位置検出部は撮像素子が好適である。
【０００７】
位置検出部は、弾性部材が変形していないときにおける光の入射位置と、弾性部材が変形しているときにおける光の入射位置とを比較することにより、傾きを検出することが好ましい。
【０００８】
入射した光を平行光に変換する第１のレンズと、光分割器に光を投光する発光素子とをさらに備え、第１のレンズは、光分割器と傾斜鏡との間に設けられ、光分割器から傾斜鏡に向かう光を平行光に変換することが好ましい。
【０００９】
入射した光を平行光に変換する第２及び第３のレンズと、第２のレンズに光を投光する発光素子とをさらに備え、第２のレンズは、発光素子と光分割器との間に設けられ、発光素子から光分割器に向かう光を平行光に変換し、第３のレンズは、光分割器と位置検出部との間に設けられ、光分割器から出射した光を位置検出部に向けて集光することが好ましい。    
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によれば、取り付けられた部材の傾きを正確に検出することが可能な傾斜センサを得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明による第１の実施形態について図１及び２を用いて説明する。
【００１２】
傾斜センサ１００は、レーザ光を発光する発光素子であるレーザダイオード１１０と、拡散光を平行光に変換する第１のレンズである第１のコリメータレンズ１３０と、自重により反射角度が変化する傾斜鏡１４０と、干渉縞測定部をなす撮像素子１５０、例えばＣＣＤと、入射した光を分割する光分割器、つまりビームスプリッタ１２０とから主に構成される。
【００１３】
傾斜鏡１４０は、角筒形状の枠体１４４と、一定の重量を有する直方体である錘体１４２と、枠体１４４の内側に設けられて枠体１４４と錘体１４２とを接続する弾性部材１４３とから成る。錘体１４２は、一定の重量を有し、片面が鏡面１４１を成し、枠体１４４の内側に設けられる。弾性部材１４３は、錘体１４２において鏡面１４１に対し垂直な側面と、枠体１４４の内側面とを接続する。傾斜鏡１４０はシリコンにより一体的に形成される。
【００１４】
ビームスプリッタ１２０は、直方体であって、その２辺を通る平面である反射面１２１を有する。反射面に入射した光の一部は反射面１２１を透過し、残りは反射される。
【００１５】
レーザダイオード１１０はビームスプリッタの特定の面に取り付けられる。ビームスプリッタ１２０の表面において、レーザダイオードが取り付けられる面と直交し、かつ反射面１２１と交わらない面に第１のコリメータレンズ１３０が取り付けられる。第１のコリメータレンズ１３０が取り付けられる面の裏面には、その撮像面１５１が対向するように撮像素子１５０が取り付けられる。
【００１６】
第１のコリメータレンズ１３０においてビームスプリッタ１２０に取り付けられた面の裏面には、傾斜鏡１４０の枠体１４４が取り付けられる。つまり、錘体１４２及び鏡面１４１がビームスプリッタ１２０に対して揺動自在となる。
【００１７】
ビームスプリッタ１２０に対して、レーザダイオード１１０、第１のコリメータレンズ１３０、及び撮像素子１５０が固定される。
【００１８】
撮像素子１５０は、撮像面１５１に結像した画像を傾斜角算出部１６０に送信する。傾斜角算出部１６０は、撮像素子１５０から送信された画像を用いて傾斜センサ１００の傾斜角度を算出する。
【００１９】
レーザダイオード１１０、第１のコリメータレンズ１３０、傾斜鏡１４０、及び撮像素子１５０をビームスプリッタ１２０に直接設けることにより、傾斜センサ１００を小型化することが可能になる。
【００２０】
また、レーザダイオード１１０として面発光レーザダイオードを用いることにより傾斜センサ１００を更に小型化することが可能になる。
【００２１】
次に図１及び２を用いて傾斜センサ１００の機能及び作用について説明する。
【００２２】
レーザダイオード１１０が発光した光は、ビームスプリッタ１２０に入射する。入射した光の一部は反射面１２１により反射され、第１のコリメータレンズ１３０に照射される。第１のコリメータレンズ１３０は、入射した光を平行光に変換する。
【００２３】
平行光は傾斜鏡１４０に入射し、鏡面１４１により反射される。鏡面１４１により反射された光は、再度、第１のコリメータレンズ１３０を通過する。第１のコリメータレンズ１３０を通過した光の一部は反射面１２１を通過し、撮像面に向けて集光される。
【００２４】
鏡面１４１を有する錘体１４２は、枠体１４４に弾性部材１４３を介して接続されているため、ビームスプリッタ１２０に対して揺動自在である。傾斜センサ１００が重力に対して傾いていないとき、ビームスプリッタ１２０において傾斜鏡１４０が取り付けられる面に対し鏡面１４１が平行になる（図１参照）。このときの反射光を基準光と呼び、図２において破線で示す。傾斜角算出部１６０は、撮像面において基準光が照射される位置を予め記憶する。
【００２５】
一方、傾斜センサ１００が重力に対して傾いているとき、ビームスプリッタ１２０において傾斜鏡１４０が取り付けられる面に対して鏡面１４１が平行にならない。そのため、鏡面１４１に入射した光と反射された光の光路が同一とならない（図２参照）。このときの反射光を測定光と呼び、図２において一点鎖線で示す。
【００２６】
これにより、撮像面１５１において、基準光が照射される位置と測定光が照射される位置との間にずれが生じる。このずれを測定することにより、傾斜センサ１００の傾斜角度θを測定する。
【００２７】
撮像素子１５０は、照射された光の画像を撮像して、傾斜角算出部１６０に送信する。傾斜角算出部１６０は、予め記憶している基準光の照射位置と、受信した画像における測定光の照射位置とを比較し、照射位置におけるずれ量を測定することにより、傾斜センサ１００の傾斜角度θを測定し、ずれ方向を測定することにより傾斜センサ１００の傾斜方向を測定する。
ずれ量ｙから傾斜角度θを算出する式は以下の通りである。
θ＝ｙ／（２×ｆ）
ここで、ｆは第１のコリメータレンズ１３０の焦点距離である。
【００２８】
なお本実施形態では、測定光が撮像面１５１に照射されることが必要であるため、レーザダイオード１１０とビームスプリッタ１２０との距離は、レーザダイオード１１０からの拡散光を第１のコリメータレンズ１３０が撮像面１５１に集光可能であるような距離に制限される。
【００２９】
本実施形態によれば、少ない部品点数でＳ／Ｎ比が高い信号を得ることができる。
【００３０】
次に、第２の実施形態について図３及び４を用いて説明する。第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００３１】
傾斜センサ２００は、レーザ光を発光する発光素子であるレーザダイオード２１０と、拡散光を平行光に変換する第２及び第３のレンズである第２及び第３のコリメータレンズ２３０、２７０と、自重により反射角度が変化する傾斜鏡２４０と、干渉縞測定部をなす撮像素子２５０、例えばＣＣＤと、入射した光を分割する光分割器、つまりビームスプリッタ２２０とから主に構成される。
【００３２】
傾斜鏡２４０は、枠体２４４と、錘体２４２と、弾性部材２４３とから成る。錘体２４２の片面には鏡面２４１が形成される。ビームスプリッタ２２０の構成は第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３３】
ビームスプリッタ２２０の表面において反射面２２１と交わらない面、つまり反射面２２１と対向する面のうち、互いに直交する２つの面に第２及び第３のコリメータレンズ２３０、２７０が取り付けられる。ビームスプリッタ２２０において、第２のコリメータレンズ２３０が取り付けられる面に直交し、かつ第３のコリメータレンズ２７０が取り付けられる面に対向する面に傾斜鏡２４０が取り付けられる。
【００３４】
傾斜鏡２４０は、枠体２４４がビームスプリッタ２２０の表面に固定されることにより、ビームスプリッタ２２０に取り付けられる。つまり、錘体２４２及び鏡面２４１がビームスプリッタ２２０に対して揺動自在となる。
【００３５】
第２のコリメータレンズ２３０においてビームスプリッタ２２０に取り付けられた面の裏面には、レーザダイオード２１０が取り付けられる。
【００３６】
第３のコリメータレンズ２７０においてビームスプリッタ２２０に取り付けられた面の裏面には、その撮像面２５１が対向するように撮像素子２５０が取り付けられる。
【００３７】
すなわち、レーザダイオード２１０、第２及び第３のコリメータレンズ２３０、２７０、並びに撮像素子２５０がビームスプリッタ２２０に固定される。
【００３８】
撮像素子２５０は、撮像面２５１に結像した画像を傾斜角算出部２６０に送信する。
【００３９】
次に図３及び４を用いて傾斜センサ２００の機能及び作用について説明する。
【００４０】
レーザダイオード２１０が発光した拡散光は、第２のコリメータレンズ２３０に入射し、平行光に変換される。平行光はビームスプリッタ２２０に入射する。入射した光の一部は反射面２２１により反射され、傾斜鏡２４０に入射する。入射した光は鏡面２４１により反射され、ビームスプリッタ２２０に入射する。ビームスプリッタ２２０に入射した光の一部は反射面２２１を通過し、第３のコリメータレンズ２７０に入射する。第３のコリメータレンズ２７０は、入射光を撮像面２５１に向けて集光する。
【００４１】
鏡面２４１を有する錘体２４２は、枠体２４４に弾性部材２４３を介して接続されているため、ビームスプリッタ２２０に対して揺動自在である。傾斜センサ２００が重力に対して傾いていないとき、ビームスプリッタ２２０において傾斜鏡２４０が取り付けられる面に対し鏡面２４１が平行になる（図３参照）。このときの反射光を基準光と呼び、図４において破線で示す。傾斜角算出部２６０は、撮像面において基準光が照射される位置を予め記憶する。
【００４２】
一方、傾斜センサ２００が重力に対して傾いているとき、ビームスプリッタ２２０において傾斜鏡２４０が取り付けられる面に対して鏡面２４１が平行にならない。そのため、鏡面２４１に入射した光と反射された光の光路が同一とならない（図４参照）。このときの反射光を測定光と呼び、図４において一点鎖線で示す。
【００４３】
これにより、撮像面２５１において、基準光が照射される位置と測定光が照射される位置との間にずれが生じる。このずれを測定することにより、傾斜センサ２００の傾斜角度θを測定する。傾斜角度θは実施形態１と同様にして算出される。
【００４４】
本実施形態によれば、レーザダイオード２１０とビームスプリッタ２２０との間に第２のコリメータレンズ２３０を設けるため、レーザダイオード２１０からの拡散光が必要以上に拡散せず、レーザダイオード２１０の位置が制限されない。
【００４５】
また、これらの実施形態によれば、傾斜センサ１００、２００が出力する信号は撮像素子１５０、２５０が出力する信号であるため、電極間に蓄積された電荷を出力する従来の傾斜センサと比較してＳ／Ｎ比が高い信号を得ることができる。
【００４６】
また、これらの実施形態は光の干渉を利用するため、弾性部材１４３、２４３の弾性を調節することにより、微小な傾斜角度を測定することが可能になる。
【００４７】
なお、傾斜鏡１４０、２４０はシリコンから成るものでなくても良く、一体的に形成されなくても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１の実施形態による傾斜センサの断面を概念的に示した図である。
【図２】傾斜センサが傾いているときの断面を概念的に示した図である。
【図３】第２の実施形態による傾斜センサの断面を概念的に示した図である。
【図４】傾斜センサが傾いているときの断面を概念的に示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  傾斜センサ
１１０  レーザダイオード
１２０  ビームスプリッタ
１３０  第１のコリメータレンズ
１４０  傾斜鏡
１５０  撮像素子
１６０  傾斜角算出部
【図１】
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【図２】
2009294151.tif 000004
【図３】
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【図４】
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