JP2008533463A

JP2008533463A - デジタル水平測定器具

Info

Publication number: JP2008533463A
Application number: JP2008500624A
Authority: JP
Inventors: ソン，チ−ムー
Original assignee: インフィニクスインコーポレイテッド
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2008-08-21
Also published as: WO2006107145A1; KR100702055B1; KR20060098132A; US20090119938A1

Abstract

本発明は一体型デジタル水平測定器具に関するもので、少なくとも１つ以上の加速度センサー；上記加速度センサーの検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ；上記デジタル信号を測定線又は測定面の基準線又は面に対する傾斜角度を得るために処理加工するコンピュータ手段；上記傾斜角度を表示するディスプレイ手段；電源手段；及び上記加速度センサー、上記Ａ／Ｄコンバータ、上記コンピュータ手段、上記電源手段を収容し上記ディスプレイ手段の表示が可視状態になるように装着され、下部に上記測定線又は測定面により支持されるマウント部を有するハウジングからなる一体型デジタル水平測定器具を提供する。このような水平測定器具は構造を小型化でき、ハウジング下部の円板ベース部と上記円板ベース部の中間にピン部を設けて、ゴルフグリーンのボールマーカーとして使用できる。本発明の水平測定器具は基準（絶対）水平面又は基準（絶対）垂直面と地面、建物の底面、又は様々な電子機械装置ベースの傾斜角度を実際現場で数字、文字、又は図形などで正確に表示することができる。

Description

本発明はデジタル水平測定器具、詳しくは加速度センサーを使用して基準面に対して傾斜をリアルタイムで感知し、傾斜方向と傾斜角度を数字、文字、又は図形でディスプレイする一体型デジタル水平測定器具に関するものである。

既存の水平又は傾斜面測定装置には、ガラス管中に液体と空気を一緒に入れたもので液体中の気泡の浮上原理を用いて肉眼で水平面との傾斜を感知する従来式水平器具がある。

より発展した傾斜角度感知装置として、特許文献１には、ガラス基板内に円形チャネルを設け、そのチャネル中に水銀を入れ、チャネル中の水銀の位置により水平面との傾斜角度を感知する水銀傾斜角度感知器具がある。尚、特許文献２と特許文献３には、光技術を用いた２軸水平センサーなどがある。しかし、これらの技術は構造が複雑であるため頻繁に故障を起こし、その上、高価であった。
大韓民国公開特許第１０−２００１−０１０４５８８号公報大韓民国公開特許第１０−２００２−００１２８４１号公報大韓民国公開特許第１０−２００２−００４３７３３号公報

本発明の目的は、基準線又は基準面に対して傾斜角度と方向をリアルタイムで示す、構造が簡単であり、且つ信頼性の高い一体型デジタル水平測定器具を提供するためのものである。他の目的は、ゴルフグリーンにおいてグリーン傾斜面を表示するボールマーカーとして使用できる一体型デジタル水平測定器具を提供するためのものである。また他の目的は、水平測定機能を有する個人用携帯情報端末機を提供するためのものである。

本発明によると、少なくとも１つ以上の加速度センサー；上記加速度センサーの検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータ；上記デジタル信号を測定線又は測定面の基準線又は面に対する傾斜角度を得るために処理加工するコンピュータ手段；上記傾斜角度を表示するディスプレイ手段；電源手段；及び上記加速度センサー、上記Ａ／Ｄコンバータ、上記コンピュータ手段、上記電源手段を収容し上記ディスプレイ手段の表示が可視状態になるように装着され、下部に上記測定線又は測定面により支持されるマウント部を有するハウジングからなる一体型デジタル水平測定器具を提供することができる。

加速度センサーの基本原理は、外部のケーシング、内部の一定な質量を有する物体、外部ケーシングと内部質量の連結スプリング（サスペンション）及びスプリングが変形すれば変形された大きさに比例する電気信号を出力する機械−電子エネルギー変換要素で構成される。このような加速度センサーは、ＭＥＭＳ（微細電気機械システム）技術で製造できる。

加速度センサーにおいて、機械式は基本原理に最も類似な構造であって、コイル内に設けられた移動体が加速により動く際に磁場の変化を測定するサーボタイプが用いられる。この機械式の加速度センサーの他に、シリコン加速度センサーも用いられる。シリコン加速度センサーは、シリコンの機械的性質が優れており、既存に確立された半導体集積回路の加工技術を使用することによって優れた信頼性と量産性を有し、素子の小型化、軽量化及びコストダウンに有利である。シリコン加速度センサーは薄膜形成が容易なポリシリコンを表面マイクロマシニングして製造した容量型（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｔｙｐｅ）と単結晶シリコンの上にピエゾ抵抗素子を製作し、これを基板マイクロマシニング（ｂｕｌｋｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ）で薄膜加工して製作したピエゾ抵抗型（ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｔｙｐｅ）に大別する。このようなシリコン加速度センサーは構造によって一つのセンサーで２次元又は３次元の加速度を感知できる。

１次元方向の加速度を感知する加速度センサーを中心に説明すると、加速度センサーが静止状態の時は重力のみ作用する。よって、重力方向に直交する平面には重力が作用せず、絶対水平である基準平面となり、この平面方向に軸が配置された加速度センサーのセンサー信号値は、基準又は０になる。このような絶対水平基準平面の他に任意の基準平面を決めることもできる。上記加速度センサーが１軸センサーである場合には１次元的な傾斜、即ち、測定線の傾斜を測定できる。上記加速度センサーは、好ましくは２つ又は２軸感知センサーであり、感知軸が夫々異なり、上記マウント部と平行するか平行な条件でキャリブレーションする。

加速度センサーから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号をコンピュータ手段により処理して基準水平面との、又は基準垂直面との角度の大きさを数字、文字又は図形でディスプレイ手段に表示する。最も簡単に表示すると角度を数字で示し、複雑に表示すると縮尺によってマップ形態で示すことができる。上記コンピュータ手段は、好ましくはマイコン（Ｍｉｃｒｏ−ｃｏｍｐｕｔｅｒ）でデジタル信号値を比例演算子を使用して適切な角度単位に変更するか、ディスプレイの同心円状のマップ上に方向と大きさにより設定された縮尺で座標値に送出して表示する。上記ディスプレイ手段は、例えば、ＬＣＤ（液晶表示装置）又はＬＥＤ（発光ダイオード）、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）などがある。上記ディスプレイ手段は、測定器具をコンパクト化するために、例えば、グラフィックＬＣＤを使用して傾斜角度を数字で表示し、傾斜方向を時計表示板のように配置された方向板にドット形式で表示する。或いは、同心円状に配置されたドット状のグラフィックＬＣＤ又はＬＥＤで表示することもできる。

外部の純粋な慣性力、純粋な重力、又は純粋な衝撃力などと関係のないノイズ成分をフィルター又はコンピュータ手段のソフトウェアで除去することができる。

本発明の好ましい構造は、２軸感知加速度センサー、Ａ／Ｄコンバータ、コンピュータ手段が搭載されたプリント回路基板がハウジングに内蔵され、上記プリント回路基板の上部にＬＣＤ、ＬＥＤ又はＯＬＥＤの平面表示素子が、表示部が上部に露出されるように上記ハウジングに装着され、上記ハウジングの下部には電源手段であるバッテリーが取り外し可能に装着される蓄電池箱が設けられ、尚、ハウジングの下部には上記測定線又は測定面により支持されるマウント部を有し、上記ハウジングの上側面には電源を開閉するスイッチが装着される構造である。

このような水平測定器具により基準（絶対）水平面又は基準（絶対）垂直面と地面、建物の底面、又は様々な電子機械装置面との傾斜角度の差異を実際現場で数字、文字、又は図形などで正確に表示することができる。

このような水平測定器具の最も簡単な形態として、ハウジングの下部が円板状に形成され、上記下部円板部の中心から下方に延長される固定用ピン部を有し、ハウジングの上部には円形の表示素子を装着し小型に製作してゴルフグリーンにおいてボールマーカーとして使用することができる。円形の表示素子は、同心円状のマップを設け、中心でポインタ（もしくは、カーソル）の位置により傾斜の方向と傾斜角度が測定できる。又は、グラフィックＬＣＤを使用して傾斜角度を数字で表し、傾斜方向を時計表示板のように配置された方向板にドット形式で表示する。又、画素が同心円状に配置されたドット状のグラフィックＬＣＤ又はＬＥＤで表示することができる。このようなボールマーカーは、ボールが位置したゴルフグリーン平面の傾斜方向と傾斜角度を正確に測定してゴルファーがパッティングしやすくする。

尚、本発明により、携帯電話又はＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）のような個人用携帯情報端末機のディスプレイ手段と、場合によってコンピュータ手段を使用するために、これらの構造に統合される少なくとも１つ以上の加速度センサー；上記加速度センサーの検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ；測定線又は測定面により支持されるマウント部を有するケーシングが設けられる、水平測定機能を有する個人用携帯情報端末機が提供される。

本発明の水平測定器具によると、基準（絶対）水平面又は基準（絶対）垂直面と地面、建物の底面、又は様々な電子機械装置ベースの傾斜角度を実際現場で数字、文字、又は図形などで正確に表示することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。

図１は、本発明に使用する機械的加速度センサーの作動原理を示す。重力の方向と大きさによって、質量（おもり）が移動し変位量が発生する。この変位量を電気的信号に変換して加速度を感知する。

図２と図３は、本発明の一実施例を示す。水平測定器具１０のハウジングに内蔵するプリント回路基板には加速度センサー１、Ａ／Ｄコンバータ２、蓄電池箱３、マイコン４、スイッチ５が搭載される。ハウジング７の上部に搭載されたディスプレイ６’には同心円状マップ形状が背景で表示される。ハウジングの上部側面にはスイッチタップ５１が露出される。ハウジングの下部にはマウント部８として加速度センサーの感知軸と平行した円板状の平板が設けられる。

図4は、本発明における加速度センサーの信号処理ブロック図を示す。少なくとも１つ以上の加速度センサー１から出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２からデジタル信号に変換され、このデジタル信号はマイコン４により加工されディスプレイ６’で数字、文字、又は図形などの多様な情報形態で表示される。

図５と図６は、本発明によるゴルフボールマーカー２０で、２軸感知加速度センサー、Ａ／Ｄコンバータとマイコンが搭載されるプリント回路基板がハウジング７に内蔵され、ハウジングのマウント部８が下部円板状に形成され、上記下部円板部の中心に固定用ピン部１１を有し、ハウジングの側面にはスイッチタップ５１を備え、上部には円形の表示素子６を有して、ゴルフグリーンにおいてグリーン傾斜角度をマップ上の座標で表示する。上記ピン部１１は、ハウジングに取り外し可能に結合され、連結部に蓄電池箱（図示せず）を有して電池を交換することができる。

図７と図８は、本発明による水平測定機能がある個人用携帯情報端末機３０である。マウント部１２は、測定面に搭載され傾斜角度はディスプレイ６’のマップ６１上に表示される。

本発明に使用される加速度センサーの作動原理を示す概略図である。本発明の一実施例を示す斜視図である。上記実施例におけるプリント回路基板の配置図である。本発明の概略的な流れ図である。本発明によるゴルフボールマーカーの斜視図である。本発明によるゴルフボールマーカーの斜視図である。本発明による水平測定機能がある個人用携帯情報端末機の斜視図である。図７を下から見た斜視図である。

Claims

少なくとも１つ以上の加速度センサー；上記加速度センサーの検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ；上記デジタル信号を測定線又は測定面の基準線又は面に対する傾斜角度を得るために処理加工するコンピュータ手段；上記傾斜角度を表示するディスプレイ手段；電源手段；及び上記加速度センサー、上記Ａ／Ｄコンバータ、上記コンピュータ手段、上記電源手段を収容し上記ディスプレイ手段の表示が可視状態になるように装着され、下部に上記測定線又は測定面により支持されるマウント部を有するハウジングからなる一体型デジタル水平測定器具。
上記加速度センサーが２軸感知センサーであり、感知軸が上記マウント部と平行する平面上にあり、上記コンピュータ手段はマイコンであり、上記デジタル信号値を計算して傾斜方向と傾斜角度を送出し、上記ディスプレイ手段は傾斜方向と傾斜角度を数字、文字、又は図形で表示する請求項１に記載の一体型デジタル水平測定器具。
上記ディスプレイ手段は、ＬＣＤ、ＬＥＤ又はＯＬＥＤである請求項２に記載の一体型デジタル水平測定器具。
上記ディスプレイ手段がグラフィックＬＣＤであり、傾斜角度を数字で表示し傾斜方向を時計表示板のように配置された方向板にドット形式で表示する請求項３に記載の一体型デジタル水平測定器具。
上記ディスプレイ手段がグラフィックＬＣＤ又はＬＥＤであり、画素が同心円状に配置されたドット状で表示する請求項４に記載の一体型デジタル水平測定器具。
２軸感知加速度センサー、上記Ａ／Ｄコンバータと上記コンピュータ手段が搭載されるプリント回路基板が上記ハウジングに内蔵され、上記ハウジングのマウント部が下部円板状に形成され、上記下部円板部の中心に固定用ピン部を有し、ハウジングの上部には表示素子を有してゴルフグリーンにおいてグリーン傾斜角度を表示するボールマーカーとして使用できる請求項３に記載の一体型デジタル水平測定器具。
携帯電話、又はＰＤＡのような個人用携帯情報端末機のディスプレイ手段と、場合によってコンピュータ手段を使用するためにこれらの構造に統合される少なくとも１つ以上の加速度センサー；上記加速度センサーの検出信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ；測定線又は測定面により支持されるマウント部を有する本体を含めて水平測定機能を有する個人用携帯情報端末機。