JP2007232663A - 傾斜角検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のものより安価な傾斜角検出器を提供する。
【解決手段】発明の傾斜角検出器は、光源（２）と、光源から放射された光を平行光線（２０）とするコリメーションレンズ（４）と、前記平行光線を反射する水平な表面（９）を有する透明な液体（６）を封入した液体プリズム（１）と、液体プリズムから出てくる平行光線を受光するリニアセンサ（８）と、液体プリズムとリニアセンサとの間に配置された矢形模様の描かれたパターン（３）と、リニアセンサの出力から傾斜角を算出する演算手段（２４）とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、傾斜角を電気信号として取り出す傾斜角検出器に関する。

電子式測量機には、傾斜角を電気信号として取り出す傾斜角検出器が備えられる。このような傾斜角検出器としては、下記特許文献１に記載されたものが知られている。

下記特許文献１に記載された傾斜角検出器を図３〜図５に示す。この傾斜角検出器は、図３に示したように、水平面９を有する透明な液体６を封入した円形の容器７からなる液体プリズム１に対して、傾斜角を電気信号として取り出すために、液体プリズム１の上方に光１０を出射する光源２を備え、液体プリズム１の下方に液体プリズム１を透過した光１０を受光するリニアセンサ８を設置している。光源２から放射された光１０は、図４に示されたような矢形模様１３の描かれたパターン３を通過し、容器７の上部に固定されたコリメーションレンズ４で平行光線２０とされ、液体６へ入射する。そして、平行光線２０は、液体６と容器７の下部に固定された透明の密閉板１１とを透過し、結像レンズ５によってリニアセンサ８（ＣＣＤラインセンサ）上に集光され、図５に示したように、リニアセンサ８上に矢形模様１３の像１３’が結像するようになっている。パターン３は、矢形模様１３の像１３’の中心線１４がリニアセンサ８と直交するように配置される。

図５に示したように、リニアセンサ８にＹ軸を一致させたＸＹ座標を定め、液体プリズム１が水平なときの矢形模様１３の像１３’の頂点１２の座標（Ｘ_０，Ｙ_０）が求まっているとする。さて、液体プリズム１が傾くと、光１０の液体６への入射角が変化し、液体６による屈折角が変化するので、頂点１２の座標は（Ｘ_０，Ｙ_０）から（Ｘｓ，Ｙｓ）へ移動することになる。このとき、矢形模様１３の像１３’の各辺１５、１６がＹ軸と交わる点のＹ座標をＡ₁、Ａ₂とすると、頂点１２のＹ座標Ｙｓは、次の（１）式によって求まる。
Ｙｓ＝（Ａ_１＋Ａ_２）／２ （１）

このときの頂点１２のＸ座標Ｘｓは、矢形模様１３の半頂角をαとすると、次の（２）式によって求まる。
Ｘｓ＝（Ａ₁−Ａ₂）／２＊ｃｏｔα （２）

これで、図示しない演算手段により、リニアセンサ８で読み取ったＹ座標Ａ_１、Ａ_２から、前記（１）式及び（２）式を用い、頂点１２の変位（Ｘｓ−Ｘ_０，Ｙｓ−Ｙ_０）を算出し、この変位から液体プリズム１の２次元方向の傾斜角を求めることができる。

特許第３１１９７１５号公報

前記特許文献１に記載の傾斜角検出器では、１つのリニアセンサ８で２次元方向の傾斜角を求めることができるようになったが、高価なレンズ３、５を２枚必要としていて、低コスト化が充分ではないという問題があった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、従来のものより安価な傾斜角検出器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明の傾斜角検出器は、光源と、該光源から放射された光を平行光線とするコリメーションレンズと、前記平行光線を反射する水平な表面を有する透明な液体を封入した液体プリズムと、前記水平な表面で反射された前記平行光線を受光するリニアセンサと、前記液体プリズムと前記リニアセンサとの間に配置された矢形模様の描かれたパターンと、前記リニアセンサの出力から傾斜角を算出する演算手段とを備える。

請求項１に係る発明の傾斜角検出器は、光源と、該光源から放射された光を平行光線とするコリメーションレンズと、前記平行光線を反射する水平な表面を有する透明な液体を封入した液体プリズムと、前記水平な表面で反射された前記平行光線を受光するリニアセンサと、前記液体プリズムと前記リニアセンサとの間に配置された矢形模様の描かれたパターンと、前記リニアセンサの出力から傾斜角を算出する演算手段とを備えるものであるから、１つのコリメーションレンズと１つのリニアセンサでもって、矢形模様のパターンの影を検出することにより、２次元方向の傾斜角を検出することができ、従来のものより安価な傾斜角検出器が得られる。また、本発明の傾斜角検出器によれば、液体の表面の位置が変化しても、平行光線の光束は移動するが、パターンは固定されているので、パターンに描かれた図形の像が移動することはなく、気温が変化して液体が膨張収縮しても、この傾斜角検出器は誤差を生じない。

以下、図面に基づいて、本発明を説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る傾斜角検出器の縦断面図である。

この傾斜角検出器は、図１に示したように、水平面９を有する透明な液体６を封入した円形の容器７からなる液体プリズム１に対して、傾斜角を電気信号として取り出すために、液体プリズム１の上方に平行光線２０を出射する発光部２２を備え、液体プリズム１の下方に平行光線２０を受光するリニアセンサ８を設置している。発光部２２は、光源２と、光源２から放射された光１０を平行光線２０とするコリメーションレンズ４とからなる。

この傾斜角検出器では、矢形模様１３（図４参照）が描かれたパターン３が、液体プリズム１とリニアセンサ８との間に配置された点と、平行光線２０を集束させる結像レンズ５を備えない点とが、図３〜図５に示した従来のものと相違する。ただし、リニアセンサ８の出力は増幅器２６及びＡ／Ｄ変換器２８を経て演算手段（ＣＰＵ）２４に入力されていて、演算手段２４によって、リニアセンサ８上に投影された矢形模様１３の影１３’の各辺１５、１６がＹ軸と交わる点のＹ座標Ａ₁、Ａ₂を読み取り、このＹ座標Ａ_１、Ａ_２を用いて液体プリズム１の２次元方向の傾斜角を求めることは、従来のものと同じである。

本実施例によれば、１つのコリメーションレンズ４と１つのリニアセンサ８であっても、矢形模様１３のパターン３の影１３’を検出することにより、２次元方向の傾斜角を検出することができるので、前記特許文献１に開示されたような２つのレンズを必要とする従来のものより安価な傾斜角検出器が得られる。また、気温が上昇して、図６に示したように、液体６が膨張して、表面９がａの位置からｂの位置まで変化したとしても、液体プリズム１から出てくる平行光線２０は、その位置が変わっても液体プリズム１からの出射角度βに変わりがない。そして、液体プリズム１とリニアセンサ８との間にパターン３を配置しているから、液体の表面９がａの位置からｂの位置まで変化しても、平行光線２０の光束は移動するが、パターン３は固定されているので、パターン３の影１３’が移動することはない。このため、気温が変化して液体６が膨張収縮しても、本実施例の傾斜角検出器は誤差を生じない。

次に、図２に基づいて、本発明の傾斜角検出器の第２実施例を説明する。この傾斜角検出器では、液体プリズム１は、図２に示したように、液体プリズム１の容器７の下半部は透明なガラスで構成され、液体プリズム１の左右の斜め下方それぞれに発光部２２とリニアセンサ８とが配置され、液体プリズム１とリニアセンサ８との間に矢形模様１３が描かれたパターン３が配置される。発光部２２は、光源２と、光源２から放射された光１０を平行光線２０とするコリメーションレンズ４とからなる。発光部２２から平行光線２０を液体プリズム１の液体６に入射させ、この平行光線２０を液体６の表面９でパターン３に向けて反射させ、パターン３の影をリニアセンサ８上に投影するようにしている。

本実施例の場合も、前記第１実施例と同様に、従来のものより簡単な構成になり、安価な傾斜角検出器が得られる。また、気温が変化して液体６が膨張収縮しても、この傾斜角検出器は誤差を生じない。さらに、液体プリズム１がわずかに傾斜しても、光てこの働きにより、矢形模様１３の影の位置が大きく移動するから、極めて小さな傾斜角を検出できる。

本発明の第１実施例に係る傾斜角検出器の縦断面図である。 本発明の第２実施例に係る傾斜角検出器の縦断面図である。 従来の傾斜角検出器の縦断面図である。 従来の傾斜角検出器に用いられるパターンの平面図である。 従来の傾斜角検出器により傾斜角を検出する原理を説明する図である。 本発明の傾斜角検出器が気温変化によって誤差が出ないことを説明する図である。

符号の説明

１ 液体プリズム
２ 光源
３ パターン
４ コリメーションレンズ
６ 液体
８ リニアセンサ
９ 表面
２４ 演算手段

Claims (1)

1. 光源と、該光源から放射された光を平行光線とするコリメーションレンズと、前記平行光線を反射する水平な表面を有する透明な液体を封入した液体プリズムと、前記水平な表面で反射された平行光線を受光するリニアセンサと、前記液体プリズムと前記リニアセンサとの間に配置された矢形模様の描かれたパターンと、前記リニアセンサの出力から傾斜角を算出する演算手段とを備えた傾斜角検出器。

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