JP2008281342A - 傾斜検出器およびレーザー墨出し器 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化による検出誤差を無くして高い精度で検出することができ、温度補正手段を必要としない傾斜検出器、およびこれを用いたレーザー墨出し器を得る。
【解決手段】ケーシング２０と、ケーシング２０に固定された光源１２と、ケーシング２０から吊り下げられて一定の姿勢を保つレンズ１８と、ケーシング２０に固定され光源１２からの光ビームがレンズ１８を通して照射される光検出器２４を備える。光検出器２４は、ケーシング２０の傾きに対応した光ビームの照射位置に応じた信号を出力する。レンズ１８はレンズホルダ１６によって保持し、レンズホルダ１６は複数のワイヤ１４によってケーシング２０に吊り下げるとよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザー墨出し器、測量機、測定器、その他、高精度の傾き角度検出が要求される装置や機器に用いる傾斜検出器およびこれを用いたレーザー墨出し器に関するものである。

レーザー墨出し器、測量機、測定器、その他、高精度の傾き角度検出が要求される装置や機器においては、傾き角度を検出しながら、手動操作により、あるいは自動的な制御により傾きがゼロとなるように調整するようにしたものがある。精度のよい傾き調整ないしは傾き制御を行うには、機器の傾きを精度良く検出する必要がある。従来、傾き角度の検出器として、気泡を利用したもの、電解液の電気抵抗を利用したものがある。

気泡を利用した傾斜検出器は、気泡管を挟んで一方側に配置した光源から光ビームを照射し、気泡管を挟んで他方側に配置した光センサで光ビームの投射位置を検出することにより傾斜を検出するものである（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の傾斜検出器は、光源からの光ビームを平行光束とし、この平行光束を気泡管に透過させ、この透過光を、レンズを通して光センサに導くようになっている。光センサは受光面が２分割または４分割されたセンサで、傾きのない状態では気泡管の気泡が中央にあって分割された各受光面の受光量に差がなく、傾きがあると気泡位置がずれて各受光面の受光量に差が生じるので、各受光面の検出出力の差をとることにより、傾きの向き、傾き角度を検出することができるように構成したものである。

電解液の電気抵抗を利用した傾斜検出器は、電解液を収容する容器の水平方向中心にコモン電極を、コモン電極の両側に所定距離をおいて外側電極を配置し、傾斜することによって、外側電極の一方と他方とで電解液の接触面積に差が生じ、コモン電極に対する外側電極の一方と他方との間に電気抵抗の差が生じるので、この電気抵抗の差を検出することにより傾斜を検出するものである（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。電解液の電気抵抗を利用した傾斜検出器も、電解液容器内に気泡が生じるように電解液を密封するもので、一種の気泡管を使用するものであるが、検出の原理が異なっている。

特開平９−３０４０６０号公報 特開平９−２５０９２３号公報 特開平１０−３１８７４７号公報 特開平８−２１９７８０号公報

気泡管を利用したものにせよ、電解液の電気抵抗を利用したものにせよ、従来の傾斜検出器には、温度変化によって検出精度が低下する難点がある。気泡管を利用した傾斜検出器によれば、温度変化によって気泡が膨張、縮小し、センサによる検出特性が変化して検出精度が低下する。電解液の電気抵抗を利用した傾斜検出器によれば、電解液の抵抗が温度変化により変化するので、温度変化によって検出結果に誤差を生じる。このように、いずれの方式にせよ、従来の傾斜検出器には温度変化によって検出結果に誤差を生じるので、温度補正を行う必要があるという難点があるとともに、検出精度を高めることも難しい。

本発明は、以上説明したような従来技術の問題点を解消し、温度変化による検出誤差を無くすことにより、高い精度で検出することができ、また、温度補正手段を必要としない傾斜検出器、およびこれを用いたレーザー墨出し器を提供することを目的とする。

本発明に係る傾斜検出器は、ケーシングと、ケーシングに固定された光源と、ケーシングから吊り下げられて一定の姿勢を保つレンズと、ケーシングに固定され上記光源からの光ビームが上記レンズを通して照射される光検出器と、を備え、光検出器は、ケーシングの傾きに対応した光ビームの照射位置に応じた信号を出力することを最も主要な特徴とする。
本発明に係るレーザー墨出し器は、上記傾斜検出器を備えていることを特徴とする。

ケーシングが傾くと、光源と光検出器もケーシングとともに傾くが、ケーシングから吊り下げられたレンズは一定の姿勢を保つため、光源と光検出器に対しレンズが相対的に移動し、レンズを透過して光検出器に照射する光ビームの位置が変動する。光検出器への光ビームの照射位置変動はケーシングの傾き方向および傾き度合に対応しているので、光検出器の出力信号からケーシングの傾き方向および傾き度合を検出することができる。
ケーシングの傾きとレンズ位置との関係は、温度変動によってほとんど影響を受けることはないから、温度変化による傾き検出誤差もほとんどなく、温度補正手段を設ける必要がない。その分構成が簡単になり、検出精度を低下させる要因も少なくなる。

以下、本発明に係る傾斜検出器の実施例について図面を参照しながら説明し、併せて本発明に係る傾斜選出器を備えたレーザー墨出し器の実施例について説明する。
図１、図２において、符号２０は傾斜検出器のケーシングを示す。ケーシング２０は、ベース２１と、ベース２１から垂直に立ち上がった垂直部材２２と、垂直部材２２の上端開口部を塞ぐ平板状の光源ホルダ１１によって四角柱状の箱型に形成されている。上記垂直部材２２は周囲を塞ぐ板状の部材であってもよいし、ベース２１の四隅と光源ホルダ１１の四隅をつなぐ支柱であってもよい。

上記光源ホルダ１１の上には回路基板１０が重ねて固定されている。光源ホルダ１１の中央部には半導体レーザーからなる光源１２が光ビームの出射方向を下に向けて取り付けられている。回路基板１０と光源ホルダ１１を上下に貫いて複数のワイヤ１４が引きとおされ、ワイヤの上端部が回路基板１０に固定されている。図示の実施例では、四角形の回路基板１０の四隅近傍にそれぞれ、したがって４本のワイヤ１４が固定され、各ワイヤ１４がケーシング２０内に垂下している。各ワイヤ１４の下端部はレンズホルダ１６をその厚さ方向である上下方向に貫通し、レンズホルダ１６に結合されている。したがって、レンズホルダ１６はワイヤ１４によって吊り下げられている。レンズホルダ１４はその中心部に形成された窓孔にレンズ１８が嵌められ、レンズ１８はレンズホルダ１６で保持されている。

レンズ１６はその光軸が常に鉛直方向を保つように、上記４本のワイヤ１４の長さが調整されている。図２（ａ）に示すようなケーシング２０に傾きがない状態では、光源１２から出射される光ビームの中心とレンズ１８の光軸中心が一致するように、レンズホルダ１６の位置が調整されている。レンズ１８は凸レンズで、光源１２である半導体レーザーからの発散光を平行光束にするコリメータレンズとして機能している。

ケーシング２０のベース２１の上面、換言すればケーシング２０の内底面には光検出器２４が配置されている。光検出器２４は四角形の平板状に形成されていて、受光面が複数に等分されている。図示の例では互いに直交する十字状の線に沿って４分割されている。図２（ａ）に示すようなケーシング２０に傾きがない状態では、光源２４はその受光面がレンズ１８の光軸に対して直交するように、また、上記直交する線の交点にレンズ１８の光軸が位置するように設置されている。説明の都合上、光源２４の４つの受光面には、図２（ｂ）に示すように、左上、右上、右下、左下の順に、符号ａ，ｂ，ｃ，ｄを付しておく。

以上説明したようなケーシング２０に傾きがない状態での初期位置を設定するために、光源２４の位置調整機構が設けられている。図１において、符号２６は光源２４の左右方向の位置調整ねじで、ベース２１の側面の壁を貫いて回転可能に設けられ、この調整ねじ２６を回転操作することにより、光源２４を図１において左右方向に位置調整することができるようになっている。図１において符号２８は光源２４の前後方向の位置調整ねじで、ベース２１の前面の壁を貫いて回転可能に設けられ、この調整ねじ２８を回転操作することにより、光源２４を図１において前後方向に位置調整することができるようになっている。

次に、上記実施例にかかる傾斜検出器の動作を説明する。図２はケーシング２０に傾きがない状態を示していて、光源から出射される光束中心とレンズ１８の光軸が一直線になり、この光軸が光検出器２４の互いに直交する十字状の分割線の交点にある。したがって、光検出器２４の受光面に照射される光ビームの照射パターン２８は、図２（ｂ）に示すように、上記十字状の線の交点を中心とした円形になり、前記各受光面ａ，ｂ，ｃ，ｄの受光面積は等しく、各受光面ａ，ｂ，ｃ，ｄの出力信号は等しい。そこで、図２（ｂ）に示す左側の受光面の出力と右側の受光面の出力の差をとると、
（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）＝０
となる。また、図２（ｂ）において、ケーシング２０の前後方向の傾きを表わす上側の受光面の出力と下側の受光面の出力の差をとると、
（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）＝０
となる。このように、受光面の左右の出力差と前後の出力差がゼロになるように、ケーシング２０の左右方向の傾きと前後方向の傾きを調整ないしは制御すれば、ケーシング２０が傾きなく設置されたことになる。

図３は、ケーシング２０が例えば左側に３°傾いた例を示す。光源１２と光検出器２４はケーシング２０とともに傾くが、ワイヤ１４は常に重力方向に垂下するため、レンズ１８は常に水平を保って所定位置に留まる。その結果、図３（ｂ）に示すように、レンズ１８の光軸位置が光検出器２４の左側に移動し、光検出器２４の受光面に照射される光ビームの照射パターン２８が左側に偏る。したがって、（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）を演算するとプラスの値が出るので、この値がゼロになるようにケーシング２０の傾きを修正ないしは制御する。

図４は、ケーシング２０が例えば右側に３°傾いた例を示す。この例では、図４（ｂ）に示すように、レンズ１８の光軸位置が光検出器２４の右側に移動し、光検出器２４の受光面に照射される光ビームの照射パターン２８が右側に偏る。したがって、（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）を演算するとマイナスの値が出るので、この値がゼロになるようにケーシング２０の傾きを修正ないしは制御する。

図３、図４では、ケーシング２０が左右方向に傾いた場合を例に挙げて説明したが、ケーシング２０が前後方向に傾いた場合も同様の原理でケーシング２０の傾きを修正ないしは制御することができる。この場合は、４分割された受光面の出力から、（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）を演算し、その結果がゼロになるようにケーシング２０の傾きを修正ないしは制御する。

以上説明した傾斜検出器の実施例によれば、従来の傾斜検出器のように、気泡管、あるいは電解液を封入した容器などを使用する必要がなく、光源と光検出器との間に配置されるレンズをケーシングから吊り下げるだけの構成で足りるので、構成およびメンテナンスが容易な傾斜検出器を得ることができる。
また、液体や気泡を利用するものではないことから、温度変化の影響がほとんどなく、温度補正を不要としながら高精度の傾斜検出が可能である。

以上説明した傾斜検出器は、これをレーザー光源から出射されるレーザー光束を一方向にのみ放射して鉛直方向のライン光または水平方向のライン光を照射するレーザー墨出し器に設置するとよい。レーザー墨出し器本体に本発明にかかる傾斜検出器を設置し、レーザー墨出し器本体の傾きがゼロになるように調整する。あるいは、レーザー墨出し器本体に対して姿勢制御可能に設けられた光源ユニットホルダの傾きを本発明に係る傾斜検出器で検出し、光源ユニットホルダをその傾きがゼロになるように制御する。上に述べたような本発明に係る傾斜検出器によって得られる効果と同様の効果を得ることができるレーザー墨出し器を得ることができる。

本発明に係る傾斜検出器の実施例を示す斜視図である。 上記実施例を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は上記実施例中の光検出器および受光位置の例を示す正面図である。 上記実施例が一方向に傾いた例を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は上記実施例中の光検出器および受光位置の例を示す正面図である。 上記実施例が反対方向に傾いた例を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は上記実施例中の光検出器および受光位置の例を示す正面図である。

符号の説明

１１ 光源ホルダ
１２ 光源
１４ ワイヤ
１６ レンズホルダ
１８ レンズ
２０ ケーシング
２１ 底板
２４ 光検出器

Claims (6)

1. ケーシングと、
   上記ケーシングに固定された光源と、
   上記ケーシングから吊り下げられて一定の姿勢を保つレンズと、
   上記ケーシングに固定され上記光源からの光ビームが上記レンズを通して照射される光検出器と、を備え、
   上記光検出器は、上記ケーシングの傾きに対応した光ビームの照射位置に応じた信号を出力することを特徴とする傾斜検出器。
2. レンズは、レンズホルダによって保持され、レンズホルダは複数のワイヤによってケーシングに吊り下げられている請求項１記載の傾斜検出器。
3. レンズは、光源からの光ビームを平行光束にするコリメータレンズである請求項１記載の傾斜検出器。
4. 光検出器は、受光面が複数に分割され、各受光面に対応した出力端子から検出信号を出力する請求項１記載の傾斜検出器。
5. 光検出器の各受光面に対応した出力端子から出力される検出信号の差によってケーシングの傾きを検出する請求項４記載の傾斜検出器。
6. レーザー光源から出射されるレーザー光束を一方向にのみ放射して鉛直方向のライン光または水平方向のライン光を照射するレーザー墨出し器であって、レーザー墨出し器本体に請求項１ないし５のいずれかに記載の傾斜検出器のケーシングが取り付けられているレーザー墨出し器。

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