(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、コリメータレンズ１２０及び第１のλ／４板１３０を経て円偏光に変換される。円偏光のうち、Ｐ偏光は反射面１４１を透過して、撮像素子１９０に参照光として照射され、Ｓ偏光は反射面１４１により測定光として反射される。測定光は、第２のλ／４板１５０、鏡面１６１、第３のλ／４板１７０、及び固定鏡１８０によりＳ偏光に変換され、撮像素子１９０に入射する。鏡面１６１が形成される錘体１６２は、偏光ビームスプリッタ１４０に対して揺動自在であるため、傾斜センサ１００が傾いているとき、鏡面１６１に入射した光と反射された光の光路が同一とならない。すなわち、参照光と測定光とにより撮像面１９１に干渉縞が形成される。傾斜角算出部１９２は、干渉縞の数及び方向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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光方向を有する第１の光及び第２の偏光方向を有する第２の光に入射光を変換する第１の偏光板と、
前記第１及び第２の光を受光して、前記第１の光を透過し、前記第２の光の進行方向を変更する光分割器と、
前記第２の光を反射する鏡及び前記鏡を揺動自在に支持する弾性体を有する傾斜鏡と、
前記光分割器を透過した前記第１の光及び前記鏡が反射した前記第２の光を受光し、前記第１の光と前記第２の光とが形成する干渉縞を観測する干渉縞測定部と
を備える傾斜センサ。
【請求項２】
発光素子をさらに備え、前記発光素子が前記第１のレンズに光を投光する請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項３】
入射した光を平行光に変換して前記第１の偏光板に照射する第１のレンズをさらに備え、
前記第１の偏光板は、前記第１のレンズから入射した平行光を変換する請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項４】
前記干渉縞測定部が観測した干渉縞を用いて前記傾斜センサの傾きを検出する傾斜角算出部をさらに備える請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項５】
前記傾斜鏡に入射する光及び前記傾斜鏡により反射された光の偏光状態を変換する第２の偏光板をさらに備える請求項１に記載の傾斜センサ。
【請求項６】
前記傾斜鏡により反射された光を反射する固定鏡と、
前記固定鏡に入射する光及び前記固定鏡により反射された光の偏光状態を変換する第３の偏光板をさらに備える請求項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、第１の偏光方向を有する第１の光及び第２の偏光方向を有する第２の光に入射光を変換する第１の偏光板と、第１及び第２の光を受光して、第１の光を透過し、第２の光の進行方向を変更する光分割器と、第２の光を反射する鏡及び鏡を揺動自在に支持する弾性体を有する傾斜鏡と、光分割器を透過した第１の光及び鏡が反射した第２の光を受光し、第１の光と第２の光とが形成する干渉縞を観測する干渉縞測定部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
発光素子をさらに備え、発光素子が第１のレンズに光を投光することが好ましい。
【０００７】
入射した光を平行光に変換して第１の偏光板に照射する第１のレンズをさらに備え、第１の偏光板が、第１のレンズから入射した平行光を変換することが望ましい。
【０００８】
干渉縞測定部が観測した干渉縞を用いて傾斜センサの傾きを検出する傾斜角算出部をさらに備えてもよい。
【０００９】
傾斜鏡に入射する光及び傾斜鏡により反射された光の偏光状態を変換する第２の偏光板をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
傾斜鏡により反射された光を反射する固定鏡と、固定鏡に入射する光及び固定鏡により反射された光の偏光状態を変換する第３の偏光板をさらに備えることが好ましい。      
【発明の効果】
【００１１】
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】
【００１２】
以下、本発明による一実施形態について図を用いて説明する。
【００１３】
まず、傾斜センサ１００の構成について説明する。
【００１４】
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のレンズであるコリメータレンズ１２０と、第１から第３の偏光板である第１から第３のλ／４板１３０、１５０、１７０と、自重により反射角度が変化する傾斜鏡１６０と、反射角度を変化しない固定鏡１８０と、干渉縞測定部をなす撮像素子１９０、例えばＣＣＤと、入射した光を分割する光分割器、つまり偏光ビームスプリッタ１４０とから主に構成される。
【００１５】
傾斜鏡１６０は、角筒形状の枠体１６４と、一定の重量を有する直方体である錘体１６２と、枠体１６４の内側に設けられて枠体１６４と錘体１６２とを接続する弾性体１６３とから成る。錘体１６２は、一定の重量を有し、片面が鏡面１６１を成し、枠体１６４の内側に設けられる。弾性体１６３は、錘体１６２において鏡面１６１に対し垂直な側面と、枠体１６４の内側面とを接続する。傾斜鏡１６０はシリコンにより一体的に形成される。
【００１６】
偏光ビームスプリッタ１４０は、直方体であって、その２辺を通る平面である反射面１４１を有する。Ｐ偏光は反射面１４１を透過し、Ｓ偏光は反射される。
【００１７】
偏光ビームスプリッタ１４０の表面において反射面１４１と交わらない面、つまり反射面１４１と対向する面のうち、３つの面に第１から第３のλ／４板１３０、１５０、１７０が取り付けられる。残り１つの面には、その撮像面１９１が対向するように撮像素子１９０が取り付けられる。
【００１８】
コリメータレンズ１２０は、第１のλ／４板１３０において偏光ビームスプリッタ１４０に取り付けられた面の裏面に、その光軸が偏光ビームスプリッタ１４０の面に対して垂直となるよう取り付けられる。
【００１９】
コリメータレンズ１２０において第１のλ／４板１３０に取り付けられた面の裏面には、レーザダイオード１１０が取り付けられる。
【００２０】
第２のλ／４板１５０における偏光ビームスプリッタ１４０に取り付けられた面の裏面には、傾斜鏡１６０の枠体１６４が取り付けられる。つまり、錘体１６２及び鏡面１６１が偏光ビームスプリッタ１４０に対して揺動自在となる。弾性体１６３が歪んでいないとき、鏡面１６１が偏光ビームスプリッタ１４０の面に対して水平となるように傾斜鏡１６０が第２のλ／４板１５０に取り付けられる。
【００２１】
第３のλ／４板１７０において偏光ビームスプリッタ１４０に取り付けられた面の裏面には、固定鏡１８０が取り付けられる。つまり、偏光ビームスプリッタ１４０に対して、レーザダイオード１１０、コリメータレンズ１２０、第１から第３のλ／４板１３０、１５０、１７０、固定鏡１８０、撮像素子１９０が固定される。
【００２２】
撮像素子１９０は、撮像面１９１に結像した画像を傾斜角算出部１９２に送信する。傾斜角算出部１９２は、撮像素子１９０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。
【００２３】
レーザダイオード１１０、コリメータレンズ１２０、第１から第３のλ／４板１７０１３０、１５０、１７０、傾斜鏡１６０、固定鏡１８０、及び撮像素子１９０を偏光ビームスプリッタ１４０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。
【００２４】
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。
【００２５】
次に傾斜センサ１００の機能及び作用について説明する。
【００２６】
レーザダイオード１１０が発光した光は、コリメータレンズ１２０に入射する。この光は直線偏光である。コリメータレンズ１２０は、入射した光を平行光に変換する。
【００２７】
平行光は第１のλ／４板１３０に入射する。第１のλ／４板１３０は、直線偏光である平行光を円偏光に変換する。この円偏光におけるＰ偏光とＳ偏光の位相は、互いに９０度ずれている。円偏光は偏光ビームスプリッタ１４０に入射する。円偏光のうち、Ｐ偏光は反射面１４１を透過して、偏光ビームスプリッタ１４０において撮像素子１９０が取りけられた面から出射する。この光を参照光と呼び、図２において実線で示す。
【００２８】
偏光ビームスプリッタ１４０に入射する円偏光のうち、Ｓ偏光は反射面１４１により反射される。この光を測定光と呼び、図２において破線で示す。測定光は、偏光ビームスプリッタ１４０において第２のλ／４板１５０が取り付けられた面から出射し、第２のλ／４板１５０を通過する。そして、鏡面１６１により反射され、再度第２のλ／４板１５０を通過する。第２のλ／４板１５０を２回通過することにより、測定光はＳ偏光からＰ偏光に変換される。
【００２９】
そして、Ｐ偏光となった参照光は反射面１４１を透過して、第３のλ／４板１７０に入射する。第３のλ／４板１７０を透過した参照光は固定鏡１８０により反射され、再度第３のλ／４板１７０を透過する。第３のλ／４板１７０を２回通過することにより、測定光はＰ偏光からＳ偏光に変換される。Ｓ偏光となった測定光は再度反射面１４１により反射される。そして、撮像素子１９０に入射する。
【００３０】
鏡面１６１を有する錘体１６２は、枠体１６４に弾性体１６３を介して接続されているため、偏光ビームスプリッタ１４０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、鏡面１６１は、偏光ビームスプリッタ１４０における傾斜鏡１６０が取り付けられる面に対して平行である（図１参照）。そのため、撮像面１９１に入射する参照光及び測定光の進行方向は平行となり、参照光と測定光との間に干渉が発生しない（図４参照）。
【００３１】
一方、傾斜センサ１００が重力に対して傾いているとき、偏光ビームスプリッタ１４０における傾斜鏡１６０が取り付けられる面に対して鏡面１６１が平行にならない。そのため、鏡面１６１に入射した光と反射された光の光路が同一とならず、撮像面１９１に入射する参照光及び測定光の進行方向は平行にならない（図２参照）。そのため、撮像面１９１において参照光と測定光との間に位相差が生じ、参照光と測定光との間に干渉が発生する。この干渉により、撮像面１９１に干渉縞が形成される（図５から７参照）。
【００３２】
次に、干渉縞の数及び方向から傾斜角度を算出する原理について説明する。
【００３３】
図３は、鏡面１６１を偏光ビームスプリッタ１４０側から見た図である。右手系に従い、鏡面１６１上においてレーザダイオード１１０に向けてＹ軸を、鏡面１６１に対して垂直に偏光ビームスプリッタ１４０方向へ向けてＺ軸を、図１において手前から奥に向けてＸ軸を置く。重力はＹ軸負方向に作用する。
【００３４】
図５は、錘体１６２がＸ軸周りにθｘ°だけ重力に対して傾斜するとき、撮像面１９１に現れる干渉縞を示す。このとき、干渉縞はＸ軸に対して平行となる。Ｘ軸の反時計周りに錘体１６２が傾斜すると、傾斜角度θｘ°が大きくなるにつれてＺ軸負方向から正方向に向けて干渉縞が移動しながら、その数が増加する。Ｘ軸の時計周りに錘体１６２が傾斜すると、傾斜角度θｘ°が大きくなるにつれてＺ軸正方向から負方向に向けて干渉縞が移動する。この移動方向を観察することにより、錘体１６２がＸ軸周りのいずれの方向に傾斜しているのかを検知できる。また、干渉縞の数を調べることにより、θｘ°の値を検知できる。
【００３５】
図６は、錘体１６２がＹ軸周りにθｙ°だけ重力に対して傾斜するとき、撮像面１９１に現れる干渉縞を示す。このとき、干渉縞はＺ軸に対して平行となる。Ｙ軸の反時計周りに錘体１６２が傾斜すると、傾斜角度θｙ°が大きくなるにつれてＸ軸負方向から正方向に向けて干渉縞が移動しながら、その数が増加する。Ｙ軸の時計周りに錘体１６２が傾斜すると、傾斜角度θｙ°が大きくなるにつれてＸ軸正方向から負方向に向けて干渉縞が移動する。この移動方向を観察することにより、錘体１６２がＹ軸周りのいずれの方向に傾斜しているのかを検知できる。また、干渉縞の数を調べることにより、θｙ°の値を検知できる。
【００３６】
図７は、Ｘ軸とα°をなす軸周りに錘体１６２がθα°だけ重力に対して傾斜するときに、撮像面１９１に現れる干渉縞を示す。このとき、干渉縞はＸ軸に対してα°をなす方向に延びる。Ｘ軸又はＹ軸周りに錘体１６２が傾斜するときと同様にして、錘体１６２の傾斜方向及び傾斜角度θα°を検知できる。
【００３７】
本実施形態によれば、傾斜センサ１００が出力する信号は撮像素子１９０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。
【００３８】
また、本実施形態は光の干渉を利用するため、弾性体１６３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。
【００３９】
なお、傾斜鏡１６０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】
【００４０】
【図１】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】鏡面を偏光ビームスプリッタ側から見た図である。
【図４】傾斜センサが傾いていないときに撮像面を偏光ビームスプリッタから見た図である。
【図５】傾斜センサが傾いているときに撮像面を偏光ビームスプリッタから見た図である。
【図６】傾斜センサが傾いているときに撮像面を偏光ビームスプリッタから見た図である。
【図７】傾斜センサが傾いているときに撮像面を偏光ビームスプリッタから見た図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００  傾斜センサ
１１０  レーザダイオード
１２０  コリメータレンズ
１３０  第１のλ／４板
１４０  偏光ビームスプリッタ
１５０  第２のλ／４板
１６０  傾斜鏡
１７０  第３のλ／４板
１８０  固定鏡
１９０  撮像素子
【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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