JPH01141359A - 光学式偏位検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は半導体レーザを用いる光学式偏位検出装置、特
に高精度のサーボ加速度計等に利用できる光学式偏位検
出装置に関する。

（従来の技術） 従来の光学式偏位検出装置を第６図および第７図を参照
して説明する。

第６図は、従来の光学式偏位検出装置の断面図、第７図
は前記装置の主として光学系の部分を取り出して示した
図である。

アクチュエータ可動部は、棒状振子６０１とこれを基台
に支持するヒンジ部６０２，６０２と、棒状振子６０１
に設けられたトルカ−コイル６０３から構成されている
。

基台には、トルカ−コイル６０３をはさむようにマグネ
ｙトロ０４．６０５が固定されている。

前記棒状振子６０１をはさむ位置で、発光素子６０６と
２１１１ｉ１の受光素子６０７ａ、６０７ｂが基台に固
定されている。

アクチュエータ可動部に加速度が加わると、ヒンジ部６
０２を回転中心としてトルカ−コイル６゜３と一体の棒
状振子６０１に回転運動が生じる。

その結果、棒状振子６０１が発光素子６０６がらの出射
光の中心の一部を遮蔽して２個の受光素子６０７ａと６
０７ｂに略均等に発光素子６０６からの出射光を入射さ
せていた第７図の位置から上または下に移動する。

その結果、２個の受光素子６０７ａと６０７ｂの受光光
量が差動的に変化する。

受光素子６０７ａ、６０７ｂで光電変換された電気信号
を電流増幅し、トルカ−゛コイル６０３に負帰還させる
、このフィードバック電流により、トルカ−コイル６０
３とマグネット６０４．６０５間で発生したトルクはア
クチュエータ可動部を加速度入力以前の状態に復帰させ
るように働き、平衡状態を形成する。

したがって、この負帰還電流を測定することによりアク
チュエータ可動部に印加された加速度を知ることができ
、光学式偏位検出装置を加速度検出に利用できる。

（発明が解決しようとする問題点） 以上述べたように、従来の光学式偏位検出装置は棒状振
子６０１が発光素子６０６からの出射光の一部を遮蔽し
、残りの通過光を２個の受光素子６０７　ａ、　　６０
７　ｂで差動的に受光することにより偏位を電気信号に
変換するように構成されている。

このとき、遮蔽体としての棒状振子６０１の側面部では
、通過光は回折を生じ、遮蔽体である棒状振子６０１の
裏面への回り込みにより側面の影響が不明瞭になる恐れ
がある。

また、受光素子６０７ａ、６０７ｂがらの電気量変化は
差動検出を用いても棒状振子６０１の偏位に対応する光
量変化分であるので、感度があまり高（ない。

また、構造上棒状振子６０１にトルカ−コイル６０３を
接着一体化する必要があるが、トルカ−コイル６０３の
取付角度精度を確保するのは容易ではない。

また、棒状振子６０１とヒンジ部６０２も接着固定によ
り組立てなければならず、部品点数が多く組立が困難で
あるという製造上の問題もある。

本発明の第１の目的は、少ない部品点数で組立を容易と
する新しい形式の光学式偏位検出装置を提供することに
ある。

本発明の第２の目的は、さらに高感度で検出ができる新
しい形式の光学式偏位検出装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記第１の目的を達成するため、本発明による光学式偏
位検出装置は、支点部を回転中心として支持され外力に
より磁界内で偏位するよう設けられた可動コイルと光学
反射面をもつ可動部を有するアクチュエータと、半導体
レーザと、前記半導体レーザの出射光を前記光学反射面
に向けて投射し前記光学反射面の偏位量によって変わる
反射光を前記半導体に入射させる光学系と、前記半導体
レーザの自己結合効果による半導体レーザ出力変化を検
出する受光素子と、前記受光素子出力を前記アクチュエ
ータに負帰還結合するサーボ増幅器から構成されている
。

前記支点部は、石英ガラスの基部に円弧切り欠き支点と
して形成され、前記光学反射面は石英ガラス板上に薄膜
コーティングで形成され、前記石英ガラス板に固定され
た前記可動コイルには石英ガラス板上に薄膜コーティン
グで形成された配線を介して電流が供給されるようにす
ることができる。

前記第２の目的を達成するため、本発明による光学式偏
位検出装置は、支点部を回転中心として支持され外力に
より磁界内で偏位するよう設けられた一対の可動コイル
と一対の光学反射面をもつ可動部を有するアクチュエー
タと、一対の半導体レーザと、前記各半導体レーザの出
射光をそれぞれ対応する前記光学反射面に向けて投射し
前記光学反射面の偏位量によって変わる反射光を前記各
半導体に入射させる一対の光学系と、前記各一対の半導
体レーザの自己結合効果による半導体レーザ出力変化を
検出する一対の受光素子と、前記各受光素子出力を前記
アクチュエータに負帰還結合する一対のサーボ増幅器か
ら構成されている。

（実施例） 以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。

第１図は、本発明による光学式偏位検出装置の原理的な
構成を示すブロック図、第２図は、前記装置の動作を説
明するための原理図である。

第３図は、第２図の光学系において、ミラーを変位させ
たときに得られるミラーの変位と半導体レーザの出力光
の関係を示すグラフである。

第２図に示されているように、本発明による装置では、
半導体レーザ（ＬＤ）６からの出射光を２つのレンズ群
８．９からなる集束光学系により集光し、そのビームウ
ェスト近辺に反射鏡（Ｍ）を設置する。

この反射鏡（Ｍ）は、光軸方向（Ｘ方向）に移動できる
ように支持されている。

半導体レーザ（ＬＤ）６からの裏面出射光は受光素子（
ＰＤ）？で検出される。

前記反射鏡（Ｍ）をＸ方向に移動させながら受光素子（
ＰＤ）？で検出した半導体レーザ（ＬＤ）６の出力を第
３図に示す。

第３図のグラフは、反射ｉｆｆ（Ｍ）がレンズ群８゜９
からなる集束光学系の焦点位置（ＪＵＳＴ　ＦＯＣＵＳ
）にあるとき、反射光量が最大となり、半導体レーザ（
ＬＤ）６自身に戻り結合する戻り光が最大となることを
示している。

このとき、半導体レーザ（ＬＤ）６に対して、反射鏡（
Ｍ）が外部共振器の反射面として働き、半導体レーザチ
ップの前方反射率が増加したと同様の効果を生じさせ、
発光出力は顕著に増加させられる。この効果は自己結合
効果と言われている。

また第３図のグラフから、反射鏡（Ｍ）がｘｌの位置近
辺にあるときが、ミラー変位に対する光出力の変化率が
最大になっていることがわかる。

第１図は、この自己結合効果を利用した本発明による光
学式偏位検出装置の構成をやや具体的に示したブロック
図である。

アクチュエータ可動部は、ヒンジ部３を有する板ｌの一
部に反射鏡（Ｍ）を形成し、永久磁石５と関連するトル
カ−コイル２を一体化して構成しである。

アクチュエータ可動部では、加速度入力に対して、ヒン
ジ部を回転中心として反射鏡（Ｍ）とトルカ−コイル２
は偏位する構造である。

トルカ−コイル２は図示を省略した基台に取付けられた
永久磁石５の磁力線を横切るように配置されている。

半導体レーザ（ＬＤ）６の前方出力光は、光学系８．９
により、アクチュエータ可動部の反射鏡（Ｍ）近辺に焦
点を結ぶように配置されている。

今、加速度入力が無の状態で半導体レーザ（ＬＤ）６の
出力と反射ｉｌｌ　（Ｍ）の位置関係を第３図ｘ１とな
るように設置する。

加速度入力が加わり、アクチュエータ可動部１が偏位し
た時、半導体レーザ（ＬＤ）６への戻り光量が変化し、
自己結合効果により半導体レーザ（ＬＤ）６の出力は大
きく変化する。この半導体レーザ（ＬＤ）６の出力を受
光素子（ＰＤ）？で検出し、図示したサーボアンプを介
して、アクチュエータ可動部のトルカ−コイル２ヘフイ
ードバンクする。

トルカ−コイル２と永久磁石５から構成されたトルカ−
は力を発生し、アクチュエータ可動部を偏位する前の状
態へ押し戻す方向に（り１く。

この力の平衡状態で、加速度入力はフィードバック電流
に比例するので、このアナログ出力を検出することによ
り加速度入力を知ることができる。

このように、半導体レーザの自己結合効果を利用した新
規で高感度な光学式偏位検出装置が得られる。

第４図は、サーボ加速置針用光学式偏位検出装置のさら
に具体的な実施例を示す図、第５図は、その側面図であ
る。

石英ガラス板からなるアクチュエータ可動部１の両側面
にトルカ−コイル２・２が同心に固定されている。

アクチュエータ可動部ｌの基台への取付部近くで支点機
能を果たすために、板厚方向から見て両面からの円弧切
り欠きにより局部的に薄くした支点部３が設けられてい
る。

アクチュエータ可動部ｌの両側面の中央部は、光学薄膜
コーティングにより高い反射率を有する鏡面部４（第５
図参照）が設けられている。

トルカ−コイル２の電線端は、アクチュエータ可動部１
の両側面の円弧切り欠き支点部３を含む一部に導電薄膜
コーティングしたコイル電極部２ａ。

２ｂに接続されている。

アクチュエータ可動部１がその円弧切り欠き支点部３を
支点として偏位するとき、そのトルカ−コイル２が磁束
を横切るように配置された一組の永久磁石５が基台に固
定されている。

半導体レーザ６、受光素子７．レンズ８．９からなる集
光光学系はそれぞれ組立品として、アクチエエータ可動
部１に対して対称位置に取付けられている。

半導体レーザ６から出射されたレーザ光がレンズ８．９
からなる集光光学系により集光された位置にアクチュエ
ータ可動部１の鏡面部４が位置し、アクチエエータ可動
部ｌが偏位ゼロのとき、第３図に示すミラー変位に対す
る光出力変化最大となる位置Ｘｌに相当する位置に、半
導体レーザ６゜受光素子７．集光光学素子としてのレン
ズ８．９の組立品を調整固定する。

ストッパ１０は基台に固定されたアクチュエータ可動部
１の過大偏位を阻止するストッパである。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように、本発明による光学式偏位検
出装置は、発光素子としての半導体レーザを用い、半導
体レーザからの出射光を、アクチュエータ可動部に一体
化された鏡面で反射し、半導体レーザ自身への戻り光と
なるように構成し、外力によりアクチュエータ可動部が
、その支点部を回転中心として偏位すると戻り光量が変
化し、半導体レーザの自己結合効果による半導体レーザ
出力変化を検出する方式をとっている。

したがって、従来の光学式偏位検出装置に比較して構成
が簡単となり高感度検出が可能となる。

また、アクチュエータ可動部が石英ガラス板の一部に円
弧切り欠き支点を有し、かつ、その石英ガラス板上に薄
膜コーティングで鏡面と電極とを形成することにより、
部品点数の減少と軽量化を実現している。

また可動部の両面にコイルと反射鏡を設け、可動部に設
けられた一対の反射面の差動的に現れる影響を利用する
ことにより、−層感度を向上させた装置を提供すること
ができる。

本発明による装置は微少偏位の検出に通し、特に高精度
のサーボ加速度針に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光学式偏位検出装置の原理的な
構成を示すブロック図である。 第２図は、本発明による光学式偏位検出装置の作用を説
明するための光学系原理図である。 第３図は、第２図の光学系において、ミラーを変位させ
たときに得られるミラー変位と光出力の関係を示すグラ
フである。 第４図は、本発明による光学式偏位検出装置の実施例で
あるサーボ加速置針用光学式偏位検出装置の基本的な構
成例である。 第５図は、第４図に示すサーボ加速変針用偏位検出装置
を切断して示した側断面図である。 第６図は、従来の光学式偏位検出装置の断面図である。 第７図は、第６図に示した光学式偏位検出装置の一部分
の平面断面図である。 ｌ・・・アクチュエータ可動部 ２・・・トルカ−コイル ３・・・円弧切り欠き支点 ４・・・鏡面部 ５・・・永久磁石 ６・・・半導体レーザ（ＬＤ） ７・・・受光素子（Ｐ　Ｄ） ８．９・・・レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）支点部を回転中心として支持され外力により磁界
   内で偏位するよう設けられた可動コイルと光学反射面を
   もつ可動部を有するアクチュエータと、半導体レーザと
   、前記半導体レーザの出射光を前記光学反射面に向けて
   投射し前記光学反射面の偏位量によって変わる反射光を
   前記半導体に入射させる光学系と、前記半導体レーザの
   自己結合効果による半導体レーザ出力変化を検出する受
   光素子と、前記受光素子出力を前記アクチュエータに負
   帰還結合するサーボ増幅器から構成した光学式偏位検出
   装置。
2. （２）前記支点部は石英ガラスの基部に円弧切り欠き支
   点として形成され、前記光学反射面は石英ガラス板上に
   薄膜コーティングで形成され、前記石英ガラス板に固定
   された前記可動コイルには石英ガラス板上に薄膜コーテ
   ィングで形成された配線を介して電流が供給される特許
   請求の範囲第１項記載の光学式偏位検出装置。
3. （３）支点部を回転中心として支持され外力により磁界
   内で偏位するよう設けられた一対の可動コイルと一対の
   光学反射面をもつ可動部を有するアクチュエータと、一
   対の半導体レーザと、前記各半導体レーザの出射光をそ
   れぞれ対応する前記光学反射面に向けて投射し前記光学
   反射面の偏位量によって変わる反射光を前記各半導体に
   入射させる一対の光学系と、前記各一対の半導体レーザ
   の自己結合効果による半導体レーザ出力変化を検出する
   一対の受光素子と、前記各受光素子出力を前記アクチュ
   エータに負帰還結合する一対のサーボ増幅器から構成し
   た光学式偏位検出装置。