JP2006047093A - 傾斜角度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高分解能であり、かつ、測定効率が向上する傾斜角度測定装置を提供する。
【解決手段】 水平を保ちながら光を反射する水準反射面３５２を有するとともに被測定面Ｓに載置される水準面形成手段３００と、水準面形成手段３００に固定的に設けられ被測定面Ｓの傾斜に応じて傾斜する参照ミラー４１０と、水準反射面３５２および参照ミラー４１０に向けて光を照射するとともに水準反射面３５２および参照ミラー４１０からの反射光による干渉縞を観察する干渉縞観察部４２０と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、傾斜角測定装置に関し、例えば、水準器等に利用できる傾斜角測定装置に関する。

従来、気泡管を利用する水準器が知られているが、このように気泡管を利用する水準器は、目分量であるので精密さに欠けるという問題がある。
一方、レーザー光源と二次元センサとを用いた水準器として例えば図９の構成が知られている（非特許文献１）。この構成では、レーザー光源７１０から発射された光を液面７２０で反射させて、液面７２０からの反射光を二次元センサ７３０で検出することにより、水準器７００が載置される面の傾斜を測定する。
また、図１０に示されるように差動トランスを用いた水準器が知られている（非特許文献２）。この水準器８００では、磁石８３０を先端に有する振り子８２０の傾きを差動トランス８１０で検出して、水準器８００が載置される面の傾斜を測定する。

LEICA GEOSYSTEMS社ＨＰ (http://www.leica-geosystems.com/ims/product/nivel20.htm) ランクテーラホブソン社、「ＴＡＬＹＶＥＬ」のカタログ

しかしながら、図９（非特許文献１）の構成における検出精度は、二次元センサ７３０の検出精度に依存するが、現在の二次元センサ７３０では傾斜角度を０．１〜１μｒａｄ程度でしか検出できないという問題がある。
また、図１０（非特許文献２）に構成では、ノイズの影響が大きいために重ねてサンプリングする必要があり、測定効率（スループット）が悪いという問題がある。

本発明の目的は、高分解能であり、かつ、測定効率が向上する傾斜角度測定装置を提供することにある。

本発明の傾斜角度測定装置は、水平を保ちながら光を反射する水準反射面を有するとともに被測定面に載置される水準面形成手段と、前記水準面形成手段に固定的に設けられ被測定面の傾斜に応じて傾斜する参照ミラーと、前記水準反射面および前記参照ミラーに向けて光を照射するとともに前記水準反射面および前記参照ミラーからの反射光による干渉縞を観察する干渉縞観察部と、を備えることを特徴とする。

このような構成において、参照ミラーは被測定面の傾斜に応じて傾斜する一方、水準反射面は水平を維持する。この状態で、参照ミラーと水準反射面とからの反射光により生じる干渉縞が干渉縞観察部により観察される。この干渉縞により参照ミラーと水準反射面との相対姿勢が測定される。すると、参照ミラーの傾斜はすなわち被測定面の傾斜であるので、被測定面の傾斜角度が測定される。
このように参照ミラーと水準反射面との相対姿勢により生じる干渉縞が干渉縞観察部により観察されるので、光の波長レベルの高精度で被測定面の傾斜角度を測定することができる。また、干渉縞の解析（例えば、画像解析）によれば、即座に被測定面の傾斜角度を算出することができ、測定時間を短縮して測定効率を向上させることができる。

本発明では、前記水準面形成手段は、底面が略平坦に形成された筐体部と、前記底面に対して略垂直な方向に前記筐体部に穿設され上端側が開口した筒穴と、前記水準反射面となる水準ミラーを上面に有するとともに前記筒穴内において前記水準ミラーを水平に保つように揺動可能に配設された浮体と、を備え、前記参照ミラーは、半透鏡であって、前記筒穴を閉塞し、かつ、前記筐体の前記底面に対して平行な状態で前記筐体部に固設され、前記干渉縞観察部は、前記筒穴の上端側に配設され、前記筒穴の上端側から前記参照ミラーおよび前記水準ミラーに光を照射するとともに、前記参照ミラーおよび前記水準ミラーからの反射光を受光することが好ましい。

このような構成において、筐体部を被測定面に載置すると、筐体部が被測定面の傾斜に従って傾斜するのにあわせて参照ミラーも筐体部とともに傾斜する。
このとき、浮体は筒穴のなかで水準ミラーの水平を保つように動く。
そして、干渉縞観察部から発射された光は参照ミラーおよび水準ミラーに照射され、この反射光が同じ経路を戻って反射光による干渉縞が観察される。
このような構成によれば、筐体部に参照ミラーが一体的に設けられているので、筐体部を被測定面に載置すれば自ずと参照ミラーが被測定面と同傾斜となる。よって、参照ミラーの角度を被測定面に合わせて逐次調整する必要などはなく、筐体部を被測定面に載置するだけで即座に被測定面の傾斜を測定することができる。
また、筒穴が参照ミラーで閉塞されているので、筒穴内に塵埃が侵入することが防止される。すると、例えば、参照ミラーの参照面（参照ミラーの下面側）や水準ミラーに塵埃が付着することもないので、参照ミラーや水準ミラーからの反射光にノイズが混じることがなく、鮮明な干渉縞を干渉縞観察部により観察できる。その結果、高精度かつ正確に参照ミラーと水準ミラーとの相対姿勢を測定でき、すなわち、被測定面の傾斜角度を高精度かつ正確に測定することができる。

本発明では、前記干渉縞観察部は、前記参照ミラーおよび前記水準反射面に向けて光を発射する発光部と、前記参照ミラーおよび前記水準反射面からの反射光の光束を少なくとも３つに分光しつつこれら分光された光束をそれぞれ所定の位相量だけシフトさせて撮像する位相シフト撮像部と、を備えることが好ましい。

このような構成によれば、位相の異なる３つの以上の干渉縞を同時に観察することができるので、これら干渉縞の観察（画像解析）により瞬時に参照ミラーと水準反射面（水準ミラー）との相対姿勢を測定することができる。
すなわち、瞬時に被測定面の傾斜角度を測定することができる。

本発明では、前記筒穴内は、前記浮体よりも比重が大きい第１液体と、前記浮体よりも比重が小さい第２液体と、にて満たされており、前記浮体の重心位置は、前記水準ミラーの中心を通る前記水準ミラーの垂線上に存在し、前記浮体は前記第１液体と前記第２液体との間に浮遊していることが好ましい。

このような構成において、浮体は液体（第１液体と第２液体）に浮遊しているので、浮体は抵抗を受けることなく自由に揺動することができる。そして、浮体の重心位置により、浮体が液体中で揺動して水準ミラーの水平が保たれる。
第２液体が第１液体の上に重ねて注入されているので、第１液体が参照ミラーに付着することを防止することができる。その結果、参照ミラーでの光の反射光および透過光にノイズが混じることがない。
また、液体中に浮体を浮遊させることにより、浮体にダンパー効果（制動効果）を付与することができる。すると、外部からの振動等に影響されずに安定した測定結果を得ることができる。その結果、測定を繰り返すなどの必要が無くなるので、測定効率（スループット）が向上する。

なお、参照ミラーと液部（第１液体および第２液体）との間には空気が入らない状態であり、すなわち、参照ミラーにて閉塞される筒穴内は、浮体の他、液体にて充満されていることが望ましい。
また、水準ミラーの中心を通る水準ミラーの垂線上に重心位置を有するような浮体の形状としては、半球形状が例として挙げられ、この半球形状の上面に水準ミラーが設けられる。

ここで、前記筒穴内には、前記浮体よりも比重が大きい第１液体が注入されており、前記浮体の重心位置は、前記水準ミラーの中心を通る前記水準ミラーの垂線上に存在することが好ましい。
このような構成によれば、浮体が第１液体に浮いているので、抵抗を受けることなく水準ミラーの水平を保つように浮体が自由に揺動することができる。そして、浮体の重心位置により、水準ミラーの水平が保たれる。

本発明では、前記水準面形成手段は、底面が略平坦に形成された筐体部と、前記底面に対して略垂直な方向に前記筐体部に穿設され上端側が開口した筒穴と、前記筒穴内に注入され液面が前記水準反射面となる第１液体と、を備え、前記参照ミラーは、前記筒穴を閉塞し、かつ、前記底面に対して平行な状態で前記筐体部に固設されていることが好ましい。

ここで、前記水準面形成手段は、底面が略平坦に形成された筐体部と、前記底面に対して略垂直な方向に前記筐体部に穿設され上端部が開口した筒穴と、前記筒穴内に注入され液面が前記水準反射面となる第１液体と、前記筒穴内に注入され前記第１液体よりも比重が軽く、かつ、前記前記第１液体とは屈折率が異なる第２液体と、を備えることが好ましい。

このような構成において、筐体部を被測定面に載置すると、第１液体の液面が水平になる。そこで、この第１液体の液面を水準反射面として、第１液体の液面と参照ミラーとの相対姿勢を測定することにより、被測定面の傾斜角度を測定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の傾斜角度測定装置に係る第１実施形態について説明する。
図１は、傾斜角度測定装置の全体構成図であり、図２は、干渉縞観察部の内部構成を示す図である。
傾斜角度測定装置１００は、被測定面Ｓに載置されて被測定面Ｓの傾斜に応じた干渉縞を形成するとともにこの干渉縞を計測する測定ユニット部２００と、測定ユニット部２００で計測された干渉縞から演算処理により被測定面Ｓの傾斜角度を算出する演算処理部５００と、を備えている。

測定ユニット部２００は、被測定面Ｓの傾斜に関わらず水準反射面３５２を形成する水準面形成手段３００と、水準反射面３５２に向けて光を照射してその反射光により形成される干渉縞を計測する干渉縞計測手段４００と、を備える。
水準面形成手段３００は、筒穴３２０を有する有底筒状の筐体部３１０と、筒穴３２０に注入された液部３３０と、液部３３０中に浮遊する状態に設けられた浮体３５０と、を備えている。
筐体部３１０は、底面３１１に対して垂直な筒軸を有する筒穴３２０を備えている。
液部３３０は、筒穴３２０の底側に満たされた第１液体３３１と、第１液体３３１の上側に満たされた第２液体３３２と、により構成されている。ここで、第１液体３３１の比重の方が、第２液体３３２よりも大きい。
浮体３５０は、半球形状であって上面に反射鏡である水準ミラー３５１を有する。ここで、水準ミラー３５１の上面が水準反射面３５２となる。浮体３５０の比重は第１液体３３１よりも軽くて第２液体３３２よりも重く、浮体３５０は水準ミラー３５１を上にして第１液体３３１に浮かんでいる。
なお、浮体３５０の重心は、その形状から明らかな通り、水準ミラー３５１の中心を通る水準ミラー３５１の垂線上にある。

干渉縞計測手段４００は、筐体部３１０の筒穴３２０内において筐体部３１０の底面３１１に対して平行に設けられた参照ミラー４１０と、筒穴３２０の上端部に配設され参照ミラー４１０および浮体３５０の水準ミラー３５１に向けて光を照射するとともにそれぞれからの反射光による干渉縞を観察する干渉縞観察部４２０と、を備えている。
参照ミラー４１０は、筒穴３２０を閉塞するように設けられている。このとき、参照ミラー４１０と液部３３０との間に空気が入らない状態で、液部３３０を参照ミラー４１０により筒穴３２０内に封緘する。
参照ミラー４１０は、ハーフミラーであり、その一面（例えば、図１中における下面側）は干渉計の参照面となるように、高精度に仕上げられている。

干渉縞観察部４２０は、図２に示されるように、いわゆるフィゾー型の位相シフト干渉計である。
干渉縞観察部４２０は、発光部４３０と、位相シフト撮像部４４０と、を備える。
発光部４３０は、光源４３１から発射された光をコリメートレンズ４３３により平行光にする構成である。
コリメートレンズ４３３からの光は、主無偏光半透鏡４３４および参照ミラー４１０を通過したのち水準ミラー３５１に照射される。そして、参照ミラー４１０および水準ミラー３５１からのそれぞれの反射光は、入射経路と同一の経路を戻って主無偏光半透鏡４３４により反射されて光路が分割される。なお、主無偏光半透鏡４３４と参照ミラー４１０との間に１／４波長板４３５が配設されている。

位相シフト撮像部４４０は、第１分光光束系４５０と、第２分光光束系４６０と、第３分光光束系４７０と、を備えている。
第１分光光束系４５０は、主無偏光半透鏡４３４からの反射光の光路上に配設された第１無偏光半透鏡４５１と、第１無偏光半透鏡４５１からの反射光を受光して撮像する第１カメラ４５３と、第１無偏光半透鏡４５１と第１カメラとの間に配設された第１偏光板４５２と、を備える。
第２分光光束系４６０は、主無偏光半透鏡４３４からの反射光の光路上に配設された第２無偏光半透鏡４６１と、第２無偏光半透鏡４６１からの反射光を受光して撮像する第２カメラ４６４と、第２無偏光半透鏡４６１と第２カメラ４６４との間に配設された複屈折性媒質４６２および第２偏光板４６３と、を備える。
第３分光光束系４７０は、主無偏光半透鏡４３４からの反射光を反射する反射ミラー４７１と、反射ミラー４７１からの反射光を受光して撮像する第３カメラ４７４と、反射ミラー４７１と第３カメラ４７４との間に配設された複屈折性媒質４７２および第３偏光板４７３と、を備える。
なお、第２分光光束系４６０に配設された複屈折性媒質４６２と第３分光光束系に配設された複屈折性媒質４７２との屈折率は、互いに異なる。
具体的には、第１分光光束系４５０、第２分光光束系４６０、第３分光光束系４７０の各カメラ４５３・４６４・４７４により、π／２ずつ位相が異なる干渉縞画像が撮像されるように、複屈折性媒質が適宜選択される。

演算処理部５００は、干渉縞観察部４２０により取得された干渉縞に基づいて参照ミラー４１０と水準ミラー３５１との相対姿勢を演算処理により求める。

このような構成を備える第１実施形態の使用および動作について説明する。
まず、測定ユニット部２００を被測定面Ｓに載置する。図３は、傾斜した被測定面Ｓに測定ユニット部２００を載置した状態を示す図である。
このとき、参照ミラー４１０は、筐体部３１０に固定されているところ、筐体部３１０の底面３１１と平行になるので、参照ミラー４１０は被測定面Ｓと平行になる。すなわち、水平を保つ水準ミラー３５１に対する参照ミラー４１０の姿勢（相対傾斜角度）が測定されることにより、被測定面Ｓの傾斜が測定されることになる。

測定ユニット部２００を被測定面Ｓに載置した状態で、発光部４３０の光源４３１からコリメートレンズ４３３を通して参照ミラー４１０および水準ミラー３５１に向けて光が照射される。すると、参照ミラー４１０および水準ミラー３５１からの反射光が主無偏光半透鏡４３４により反射されて、この反射光が位相シフト撮像部４４０により撮像される。
このとき、主無偏光半透鏡４３４からの反射光は、第１分光光束系４５０、第２分光光束系４６０および第３分光光束系４７０において、π／２ずつ異なる位相で位相シフトされる。そして、このように位相シフトされたそれぞれの干渉縞画像が各分光光束系４５０・４６０・４７０の各カメラ４５３・４６４・４７４により撮像される。
すると、演算処理部５００において、各カメラ４５３・４６４・４７４で撮像された干渉縞画像から参照ミラー４１０と水準ミラー３５１との相対姿勢が算出され、被測定面Ｓが水平から傾斜した角度が算出される。

このような構成を備える第１実施形態によれば、次の効果を奏することができる。
（１）浮体３５０が液部３３０（第１液体３３１、第２液体３３２）の液中に浮遊しているので、何らの抵抗も受けることなく自由に動くことができる。よって、浮体３５０の水準ミラー３５１は常に正確に水平を保つことができる。その結果、参照ミラー４１０と水準ミラー３５１との相対姿勢を測定することにより被測定面Ｓの傾斜度を正確に測定することができる。

（２）参照ミラー４１０は、筒穴３２０を閉塞するように筐体部３１０に一体的に設けられているので、参照ミラー４１０の参照面（参照ミラーの下面側）に塵埃などが付着するのを防止することができる。また、筒穴３２０が参照ミラー４１０で閉塞されることにより、筒穴３２０内の液部３３０および浮体３５０に塵埃が付着するのを防止することができる。その結果、参照ミラー４１０と水準ミラー３５１とからの反射光にノイズが混じらないので、干渉縞観察部４２０の光学干渉計により高精度かつ正確に参照ミラー４１０と水準ミラーとの相対姿勢を測定することができる。

（３）第１液体３３１の上に第２液体３３２が重ねて満たされているので、第１液体３３１が参照ミラー４１０に付着するのを防止することができる。よって、参照ミラー４１０からの反射光にノイズが混じらないので、干渉縞観察部４２０の光学干渉計により高精度かつ正確に参照ミラー４１０と水準ミラー３５１との相対姿勢を測定することができる。

（４）筒穴３２０内に液部３３０（第１液体３３１、第２液体３３２）を注入し、浮体３５０を液部３３０中に浮遊させることにより、浮体３５０にダンパー効果（制動効果）を持たせることができる。すると、外部からの振動等に影響されずに安定した測定結果を得ることができる。

（５）干渉縞観察部４２０は、第１分光光束系４５０、第２分光光束系４６０、第３分光光束系４７０により、同時に３つの異なる位相情報を取得する。すると、３つの異なる位相情報を有する干渉縞から参照ミラー４１０と水準ミラー３５１との相対姿勢（相対傾斜）を算出することができる。このように、瞬時に被測定面Ｓの傾斜を測定できるので、測定時間を短縮して測定効率を向上させることができる。

（変形例１）
次に、本発明の傾斜角度測定装置に係る変形例１について図４を参照して説明する。
変形例１の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、干渉縞観察手段の構成に特徴を有する。
図４は、変形例１の干渉縞観察手段の構成を示す図である。この干渉縞計測手段６００は、いわゆるマイケルソン型の位相シフト干渉計である。
干渉縞計測手段６００は、参照ミラー６１０と、干渉縞観察部６２０と、を備える。
参照ミラー６１０は、詳細には図示しないが、筐体部３１０の底面３１１に対して常に直交した状態で設けられる。
干渉縞観察部６２０は、発光部６３０と、光路分割合成部６４０と、位相シフト撮像部６５０と、を備える。
発光部６３０は、第１実施形態に説明したのと同様の構成であり、光源６３１から発射された光を、コリメートレンズ６３３により平行光として、浮体３５０の水準ミラー３５１に照射する構成である。
光路分割合成部６４０は、コリメートレンズ６３３からの光を水準ミラー３５１へ向かう光と参照ミラー６１０へ向かう光とに分割するビームスプリッタ６４１と、ビームスプリッタ６４１と参照ミラー６１０との間に配設された１／４波長板６４２と、ビームスプリッタ６４１と水準ミラー３５１との間に配設された１／４波長板６４３と、を備える。

位相シフト撮像部６５０は、反射ミラー６５１と、１／４波長板６５２と、第１分光光束系６６０と、第２分光光束系６７０と、第３分光光束系６８０と、を備えている。
参照ミラー６１０からの反射光はビームスプリッタ６４１を透過し、水準ミラー３５１からの反射光はビームスプリッタ６４１にて反射されて反射ミラー６５１へ向かう。反射ミラー６５１で反射された光は、１／４波長板６５２を透過したのち、第１分光光束系６６０、第２分光光束系６７０および第３分光光束系６８０にて受光される。
ここで、第１分光光束系６６０、第２分光光束系６７０およひ第３分光光束系６８０は、反射ミラー６５１からの反射光の光路上に配設されたハーフミラー６６１・６７１・６８１と、ハーフミラー６６１・６７１・６８１それぞれからの光を受光して撮像するカメラ６６３・６７３・６８３と、ハーフミラー６６１・６７１・６８１とカメラ６６３・６７３・６８３との間にそれぞれ配設された偏光板６６２・６７２・６８２と、を備える。
ここで、第１分光光束系６６０に配設された偏光板６６２に対し、第２分光光束系６７０に配設された偏光板６７２および第３分光光束系６８０に配設された偏光板６８２の偏光方向を、それぞれ４５度、９０度傾けられている。
これにより、第１分光光束系６６０、第２分光光束系６７０および第３分光光束系６８０により、９０度ずつ位相の異なる干渉縞画像が撮像される。

このような構成を備える変形例１の使用および動作は、基本的に第１実施形態と同様であり、マイケルソン型の位相シフトにより、参照ミラー６１０と水準ミラー３５１との相対姿勢が測定される。そして、参照ミラー６１０は筐体部３１０とともに被測定面Ｓの傾斜に伴なって傾斜する一方、水準ミラー３５１は常に水平を保つので、参照ミラー６１０と水準ミラー３５１との相対姿勢から、被測定面Ｓの傾斜角度が求められる。

（変形例２）
次に、本発明の傾斜角度測定装置の変形例２について図５を参照して説明する。
変形例２の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、測定ユニット部２００の水準面形成手段３００の構成に特徴を有する。
水準面形成手段３００は、筐体部３１０を備えているところ、筒穴３２０には第１液体３３１のみが注入されている。
筒穴３２０は参照ミラー４１０で閉塞されているが、参照ミラー４１０と第１液体３３１との間には空間が存在しており、第１液体３３１は、筒穴３２０の底面３２１から参照ミラー４１０までの約半分の高さまで注入されている。

このような構成において、測定ユニット部２００を被測定面Ｓに載置すると、参照ミラー４１０は筐体部３１０とともに被測定面Ｓの傾斜に伴なって傾斜する。その一方、第１液体３３１の液面は、水平を保つ。そして、干渉縞計測手段４００により参照ミラー４１０と第１液体３３１の液面との相対姿勢が測定されて、被測定面Ｓの傾斜角度が測定される。

（変形例３）
次に、本発明の傾斜角度測定装置に係る変形例３について図６を参照して説明する。
変形例３の基本的構成は、第１実施形態に同様であるが、測定ユニット部２００の水準面形成手段３００の構成に特徴を有する。
水準面形成手段３００は、筐体部３１０を備えているところ、筒穴３２０には第１液体３３１および第２液体３３２が注入されている。ここで、第１実施形態と比較すると、変形例３は浮体３５０を備えていない。さらに、第１液体３３１と第２液体３３２とでは比重が異なることに加えて、屈折率が異なる。
このような構成において、測定ユニット部２００を被測定面Ｓに載置すると、参照ミラー４１０は筐体部３１０とともに被測定面Ｓの傾斜に伴なって傾斜する。その一方、第１液体３３１の液面は、水平を保つ。ここで、第１液体３３１と第２液体３３２との屈折率が異なることにより、第２液体３３２を通過した光が第１液体３３１の液面で反射される。そして、干渉縞計測手段４００により参照ミラー４１０と第１液体３３１の液面との相対姿勢が測定されて、被測定面Ｓの傾斜角度が測定される。

（変形例４）
次に、本発明の傾斜角度測定装置に係る変形例４について図７を参照して説明する。
変形例４の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、測定ユニット部の水準面形成手段の構成に特徴を有する。
水準面形成手段３００は、筐体部３１０を備えているところ、筐体部３１０の筒穴３２０には浮体３５０が配設されている。そして、筒穴３２０の底面３２１と浮体３５０との間には複数のボール３６０が介装されている。
なお、図面上では詳細に図示しないが、各ボール３６０の位置を一定に保持するために例えばリテーナなどが設けられてもよい。
このような構成において、測定ユニット部２００を被測定面Ｓに載置すると、参照ミラー４１０は筐体部３１０とともに被測定面Ｓの傾斜に伴なって傾斜する。その一方、浮体３５０は、その重心位置の関係から水準ミラー３５１を水平に保つように動く。
このとき、筒穴３２０の底面３２１と浮体３５０との間にボール３６０が介装されているので、浮体３５０は抵抗を受けずに水準ミラー３５１の水平を保つように動くことができる。そして、干渉縞計測手段４００により参照ミラー４１０と浮体３５０の水準ミラー３５１との相対姿勢が測定されて、被測定面Ｓの傾斜角度が測定される。

（変形例５）
次に、本発明の傾斜角度測定装置に係る変形例５について図８を参照して説明する。
変形例５の基本的構成は、第１実施形態と同様であるが、水準面形成手段３００と干渉縞観察部４２０とが別体として構成されている点に特徴を有する。
図８において、干渉縞観察部４２０は、支持部４８０によって水平な状態を保つように支持されている。支持部４８０は、水平な状態を保つように設置された基台４８１と、基台４８１に立設された支柱４８２と、支柱４８２から水平方向へ向けて突設された支持アーム４８３と、を備えている。支持アーム４８３の先端により干渉縞観察部４２０が支持されている。
なお、水準面形成手段３００は、被測定面Ｓに載置される。
このような構成において、水準面形成手段３００を被測定面Ｓに載置すると、参照ミラー４１０は筐体部３１０とともに被測定面Ｓの傾斜に伴なって傾斜する。その一方、水準ミラー３５１を水平に保つように動く。
このとき、干渉縞観察部４２０は、安定した支持部４８０により支持されているので、振動の影響などを受けることなく、参照ミラー４１０と水準ミラー３５１との相対姿勢により形成される干渉縞を高精度、かつ、正確に観察することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
干渉縞観察部４２０としては、参照ミラー４１０および水準ミラー３５１（水準反射面）からの反射光を分光するとともにそれぞれを所定位相ずつ位相シフトさせて干渉縞を撮像する干渉縞観察部４２０の構成を示したが、これに限らず、例えば、参照ミラー４１０の位置を移動させることにより位相シフトされた干渉縞を順次撮像する構成であってもよい。あるいは、位相シフトをしないフィゾー型またはマイケルソン型などの光学干渉計であってもよい。
なお、位相シフトにおいて、干渉縞を分光する数は３つに限らず、４つでもいいことはもちろんである。
第１液体３３１、第２液体３３２としては水、オイルなどが利用でき、例えば、シリコンオイルなどが例として挙げられる。

本発明は、傾斜角度測定装置に利用でき、例えば水準器として利用できる。

本発明の傾斜角度測定装置に係る第１実施形態において、全体構成を示す図。 前記第１実施形態において、干渉縞観察部の内部構成を示す図。 前記第１実施形態において、傾斜した被測定面に測定ユニット部を載置した状態を示す図。 本発明の傾斜角度測定装置に係る変形例１において、干渉縞観察部の内部構成を示す図。 本発明の傾斜角度測定装置に係る変形例２の構成を示す図。 本発明の傾斜角度測定装置に係る変形例３の構成を示す図。 本発明の傾斜角度測定装置に係る変形例４の構成を示す図。 本発明の傾斜角度測定装置に係る変形例５の構成を示す図。 従来の水準器において、レーザー光源と二次元センサとを用いた構成を示す図。 従来の水準器において、差動トランスを用いた構成を示す図。

符号の説明

１００…傾斜角度測定装置、２００…測定ユニット部、３００…水準面形成手段、３１０…筐体部、３１１…（筐体部の）底面、３２０…筒穴、３２１…（筒穴の）底面、３３０…液部、３３１…第１液体、３３２…第２液体、３５０…浮体、３５１…水準ミラー、３５２…水準反射面、３６０…ボール、４００…干渉縞計測手段、４１０…参照ミラー、４２０…干渉縞観察部、４３０…発光部、４３１…光源、４３３…コリメートレンズ、４３４…主無偏光半透鏡、４３５…１／４波長板、４４０…位相シフト撮像部、４５０…第１分光光束系、４５１…第１無偏光半透鏡、４５２…第１偏光板、４５３…第１カメラ、４６０…第２分光光束系、４６１…第２無偏光半透鏡、４６２…複屈折性媒質、４６３…第２偏光板、４６４…第２カメラ、４７０…第３分光光束系、４７１…反射ミラー、４７２…複屈折性媒質、４７３…第３偏光板、４７４…第３カメラ、４８０…支持部、４８１…支柱、４８３…支持アーム、５００…演算処理部、６００…干渉縞計測手段、６１０…参照ミラー、６２０…干渉縞観察部、６３０…発光部、６３１…光源、６３３…コリメートレンズ、６４０…光路分割合成部、６４１…ビームスプリッタ、６４２…１／４波長板、６４３…１／４波長板、６５０…位相シフト撮像部、６５１…反射ミラー、６５２…１／４波長板、６６０…第１分光光束系、６６１…ハーフミラー、６６２…偏光板、６６３…カメラ、６７０…第２分光光束系、６７１…ハーフミラー、６７２…偏光板、６７３…カメラ、６８０…第３分光光束系、６８２…偏光板、７００…水準器、７１０…レーザー光源、７２０…液面、７３０…二次元センサ、８００…水準器、８１０…差動トランス、８２０…振り子、８３０…磁石、Ｓ…被測定面

Claims (5)

1. 水平を保ちながら光を反射する水準反射面を有するとともに被測定面に載置される水準面形成手段と、
   前記水準面形成手段に固定的に設けられ被測定面の傾斜に応じて傾斜する参照ミラーと、
   前記水準反射面および前記参照ミラーに向けて光を照射するとともに前記水準反射面および前記参照ミラーからの反射光による干渉縞を観察する干渉縞観察部と、を備える
   ことを特徴とする傾斜角度測定装置。
2. 請求項１に記載の傾斜角度測定装置において、
   前記水準面形成手段は、
   底面が略平坦に形成された筐体部と、
   前記底面に対して略垂直な方向に前記筐体部に穿設され上端側が開口した筒穴と、
   前記水準反射面となる水準ミラーを上面に有するとともに前記筒穴内において前記水準ミラーを水平に保つように揺動可能に配設された浮体と、を備え、
   前記参照ミラーは、半透鏡であって、前記筒穴を閉塞し、かつ、前記筐体の前記底面に対して平行な状態で前記筐体部に固設され、
   前記干渉縞観察部は、前記筒穴の上端側に配設され、前記筒穴の上端側から前記参照ミラーおよび前記水準ミラーに光を照射するとともに、前記参照ミラーおよび前記水準ミラーからの反射光を受光する
   ことを特徴とする傾斜角度測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の傾斜角度測定装置において、
   前記干渉縞観察部は、
   前記参照ミラーおよび前記水準反射面に向けて光を発射する発光部と、
   前記参照ミラーおよび前記水準反射面からの反射光の光束を少なくとも３つに分光しつつこれら分光された光束をそれぞれ所定の位相量だけシフトさせて撮像する位相シフト撮像部と、を備える
   ことを特徴とする傾斜角度測定装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の傾斜角度測定装置において、
   前記筒穴内は、前記浮体よりも比重が大きい第１液体と、前記浮体よりも比重が小さい第２液体と、にて満たされており、
   前記浮体の重心位置は、前記水準ミラーの中心を通る前記水準ミラーの垂線上に存在し、前記浮体は前記第１液体と前記第２液体との間に浮遊している
   ことを特徴とする傾斜角度測定装置。
5. 請求項１に記載の傾斜角度測定装置において、
   前記水準面形成手段は、
   底面が略平坦に形成された筐体部と、
   前記底面に対して略垂直な方向に前記筐体部に穿設され上端側が開口した筒穴と、
   前記筒穴内に注入され液面が前記水準反射面となる第１液体と、を備え、
   前記参照ミラーは、前記筒穴を閉塞し、かつ、前記底面に対して平行な状態で前記筐体部に固設されている
   ことを特徴とする傾斜角度測定装置。

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