[发明专利]光学式角度传感器

说明书

本发明提供一种光学式角度传感器，即使光源波长因环境的变化而发生了变化，也能够使向受光单元照射的合成光的重叠量稳定，并且高精度地检测因测定对象的转动而产生的角度的变化量。光学式角度传感器具备衍射单元、光源、受光单元、多个反射单元以及运算单元。衍射单元具备生成合成光的第一衍射部以及使第一光及第二光多次衍射的第二衍射部。多个反射单元具备第一反射单元、第二反射单元、使经由了第二衍射部(22)的第一光及第二光朝向第二衍射部反射的第三反射单元、第四反射单元以及第五反射单元。运算单元伴随着衍射单元的转动，基于在受光面产生的由合成光形成的干涉信号的变化，来运算角度的变化量。

技术领域

本发明涉及一种光学式角度传感器。

背景技术

以往，已知一种光学式角度传感器，具备：光源，其照射光；受光单元，其接收来自光源的光；以及运算单元，其运算因测定对象的转动而产生的角度的变化量。

例如，日本特开2003-156319号公报中记载的二维角度传感器具备：光源，其用于向检测对象投射光束；透镜，其设置于光束从检测对象反射的反射光的光路中；以及检测元件(受光单元)，其设置于透镜的焦点附近，由光电二极管形成。二维角度传感器通过计算由检测元件检测出的光电流，来对检测对象的角度进行检测。

具体地说，二维角度传感器根据向检测元件投射的光的形状和该光的光量的大小，来对检测对象的倾斜度进行检测。在向检测元件投射的光的形状和该光的光量的大小因透镜等而发生了变化的情况下，该变化有时作为噪声而对检测结果给予影响。因而，二维角度传感器必须具备高品质且昂贵的透镜等光学部件以抑制噪声，从而存在成本高的问题。

针对这种问题，例如在日本特开平11-237207号公报中使用了激光干涉仪。激光干涉仪利用激光的干涉来测定因测定对象的转动而产生的角度的变化量。该激光干涉仪具备：激光源(光源)，其照射激光束；第一光纤，其用于传递从激光源照射出的激光束；第一透镜，其使来自第一光纤的激光束变为平行；旋转角度检测用偏振分束器，其将通过第一透镜而变为平行的激光束进行分割并使其经由两个角隅棱镜(corner cube)，之后将分割后的激光束进行合成；偏振片，其使从旋转角度检测用偏振分束器照射出的激光束发生偏振；第二透镜，其使激光束在第二光纤的端面会聚，该第二光纤用于传递经由了偏振片的激光束；以及受光信号处理部(受光单元和运算单元)，其将经由了第二光纤的激光束变换为电信号。

激光源为照射由受光信号处理部检测的电信号的可干涉性(相干性)良好的激光束的He-Ne激光器。而且，经由旋转角度检测用偏振分束器向受光信号处理部照射的激光束在受光信号处理部的被激光束照射的照射面产生干涉。激光干涉仪利用受光信号处理部将由于因转动引起的光路长度的变化而产生的干涉信号的强度变化变换为电信号来进行运算，由此能够测定因测定对象的转动而产生的角度的变化量。

具体地说，当激光干涉仪所具备的两个角隅棱镜转动时，由旋转角度检测用偏振分束器分割出的两个激光束的光路长度之差发生变化，能够观测到干涉光(合成光)的亮暗、即干涉信号的强度的变化。此时，光路长度之差的变化为将两个角隅棱镜的排列距离乘以旋转角所得到的长度的2倍。激光干涉仪通过检测干涉信号的强度的变化量，由此能够测定因两个角隅棱镜的转动而产生的角度。因而，激光干涉仪不依据光的形状和该光的光量的大小而进行检测，因此即使不具备高品质且昂贵的透镜等光学部件，也能够检测测定对象的旋转角度。此外，即使旋转角度检测用偏振分束器为衍射光栅，也能够获得同样的效果。

发明内容

发明要解决的问题

在此，从光学式角度传感器中的光源照射的光的波长(以后有时称为光源波长。)有时随着温度、湿度等环境的变化而变化。而且，在日本特开平11-237207号公报所记载的激光干涉仪中，基于通过使两个角隅棱镜转动而产生的两个激光束的光路长度之差，来检测角度的变化量。