JP2012149921A - 傾斜検出器と傾斜検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】傾きの大きさに拘わらず検出精度に悪影響を及ぼすことのない傾斜検出器と傾斜検出装置とを提供する。
【解決手段】自由表面を形成する液体１１と、この液体１１を封入した容器１２とを備えた傾斜検出器１０であって、容器１２の周壁部１４を球面状に形成し、液体１１の自由表面の中心とその周壁部１４の球面中心位置１４ｂとを一致させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば測量機に搭載される傾斜検出器と、この傾斜検出器を備えた傾斜検出装置とに関する。

従来から、測量機などに搭載される傾斜検出装置が知られている（特許文献１参照）。

かかる傾斜検出装置は、自由表面を形成する液体と、この液体を封入した容器と、自由表面に向けて光束を照射する光源と、この光源と自由表面との間に介在されて光源の光束にパターンを形成する視野パターンと、自由表面で反射された光束のパターンを検出する受光センサと、この受光センサが受光するパターンに基づいて傾斜を求める演算手段などとを備えている。

特開２００７−１２７６２８号公報

ところで、このような傾斜検出装置にあっては、液面の中心で光束を反射させるが、その液面の中心部では液体の表面張力により中心部の液面は微小ながら湾曲状態に凹んだ状態となっている。また、容器の傾きによって液表面の形状が変化する。つまり、容器が円筒状であればその傾きによって液表面が楕円形となり、その傾きが大きくなれば短径と長径の差の大きい楕円形となる。このため、容器の傾きが大きいほど液面の中心部の湾曲状態の変化が大きくなり、その傾きが大きいほど検出精度に悪影響を及ぼすという問題があった。

この発明の目的は、傾きの大きさに拘わらず検出精度に悪影響を及ぼすことのない傾斜検出器と傾斜検出装置とを提供することにある。

請求項１の発明は、自由表面を形成する液体と、この液体を封入した容器とを備えた傾斜検出器であって、
前記容器の周壁を球面状に形成し、
前記自由表面の中心とその周壁の球面中心とを一致させたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の傾斜検出器と、この傾斜検出器の自由表面に向けて光束を照射する光源と、この光源と前記自由表面との間に介在されて前記光束にパターンを形成する視野パターンと、前記自由表面で反射された光束のパターンを検出する受光センサと、この受光センサが検出するパターンに基づいて前記自由表面に対する容器の傾斜角を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、容器の傾きの大きさに拘わらず検出精度に悪影響を及ぼすことがない。

この発明に係る傾斜検出装置の光学系の配置と傾斜検出器の構成を示し断面図である。

以下、この発明に係る傾斜検出器と傾斜検出装置の実施の形態である一実施例を図面に基づいて説明する。

図１に示す傾斜検出装置１は、傾斜検出器１０と、この傾斜検出器１０の後述する自由表面（液面）へ光束を照射する照射光学系２０と、傾斜検出器１０の自由表面で反射する反射光を受光する受光光学系３０と、受光光学系３０の受光素子３２の受光に基づいて後述する容器の傾斜角を演算する演算回路（演算手段）４０とを備えている。傾斜検出器１０と照射光学系２０と受光光学系３０とは図示しない筐体に一体的に設けられている。

傾斜検出器１０は、例えばシリコンオイルなどの液体１１と、この液体１１を封入した透明な容器１２とを有している。

容器１２は、円形の底部１３と、この底部１３に一体形成された球面状の周壁部（周壁）１４とから構成され、この底部１３の中央部には上に突出した消波部１３Ａが形成され、消波部１３Ａの中央部は球面状に形成されている。

周壁部１４の球体の中心位置１４ｂと、液体１１の自由表面（液面）１１Ａの中心位置とが一致されている。すなわち、液体１１の液位が周壁部１４の中心位置１４ｂの高さに設定されている。

照射光学系２０は、ＬＥＤ光源（光源）２１とコンデンサレンズ２２と暗視野パターン２３とビームスプリッター２４とリレーレンズ（光学リレー部）２５とを有している。

コンデンサレンズ２２とリレーレンズ２５は液体１１の自由表面１１Ａの中心位置に光の反射位置がくる（ＬＥＤ光源２１が結像する）ように構成されている。

暗視野パターン２３には、従来と同様にＸ軸方向の傾きとＹ軸方向の傾きを求めるためのパターンが形成され、このパターンは特開２００７−１２７６２８号公報に詳細に記載されているので、ここではその説明を省略する。なお、Ｘ軸とは例えば図１の紙面の左右方向であり、Ｙ軸方向とはその紙面と直交する方向である。

受光光学系３０は、リレーレンズ２５とビームスプリッター２４と投影レンズ３１とＣＣＤなどのエリアセンサである受光センサ３２とを有している。そして、暗視野パターン２３と受光センサ３２とが共役関係となっている。

演算回路４０は、受光センサ３２が受光するパターンに基づいてＸ，Ｙ軸方向の傾きを求めるものであり、その詳細は特開２００７−１２７６２８号公報に記載されているので、ここではその説明を省略する。
［動 作］
次に、上記のように構成される傾斜検出装置１および傾斜検出器１０の動作について説明する。

ＬＥＤ光源２１から光が射出され、この光がコンデンサレンズ２２により平行光束とされ、暗視野パターン２３を投影する。暗視野パターン２３を透過したパターン光束はビームスプリッタ２４を透過し、リレーレンズ２５を介して容器１２の液体１１に入射する。そして、液体１１の自由表面１１Ａ上に集光されるとともに反射される。

液体１１の自由表面１１Ａで反射された反射光は、リレーレンズ２５を通ってビームスプリッタ２４の傾斜面２４Ａで反射され、この反射光は投影レンズ３１を介して受光センサ３２に達し、この受光センサ３２上にパターンが結像される。

演算回路４０は、受光センサ３２上に形成されるパターンに基づいてＸ，Ｙ軸方向の傾きを求める。

ここで、容器１２が傾いていない場合、すなわち、傾斜検出装置１が傾かずに設置されている場合、液体１１の自由表面１１Ａは鎖線Ｈで示す位置となり、この鎖線Ｈが水平を示すことになる。

そして、ビームスプリッタ２４を透過したパターン光束は、リレーレンズ２５により液体１１の自由表面１１Ａの中心位置すなわち周壁部１４の球体の中心位置１４ｂに集光され、ここで反射することになる。

この場合、容器１２の周壁部１４が球体状に形成されていることにより、液体１１の自由表面（液面）１１Ａの形状は円形となっている。

容器１２が傾いている場合、すなわち、傾斜検出装置１が傾いて設置されている場合、例えば、液体１１の自由表面１１Ａが実線で示す位置となっている場合、液体１１の自由表面１１Ａの中心位置は周壁部１４の球体の中心位置１４ｂに一致し、ビームスプリッタ２４を透過したパターン光束は、周壁部１４の球体の中心位置１４ｂに集光され、ここで反射することになる。

また、容器１２が傾いている場合、周壁部１４が球体状に形成されていることにより、液体１１の自由表面（液面）１１Ａの形状は円形となっている。

この自由表面１１Ａの形状（液面の形状）は、容器１２の傾きの大小に拘わりなく常に円形でその大きさも一定であり、このため、自由表面１１Ａの中心位置（１４ｂ）における湾曲形状、すなわち中心位置１４ｂにおける液面の湾曲形状は容器１２の傾きの大小に拘わらず常に一定となる。

このため、水平に対する容器１２の傾きの大きさに拘わらず検出精度に悪影響を及ぼすことがなく、常に高精度で容器１２の傾きを求めることができることになる。

また、容器１２の周壁部１４を球体状に形成したものであるから、水平に対する容器１２の大きな傾きを検出することも可能となる。さらに、消波部１３Ａの中央部が球面状に形成されているので、容器１２の大きな傾きに対しても消波効果が得られることになる。

上記実施例では、容器１２の周壁部１４の上部も球体状に形成しているが、この上部は必ずしも球体状に形成する必要はない。 また、傾斜検出装置１は例えば測量機であるレーザ照準装置などに適用することができる。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

１ 傾斜検出装置
１０ 傾斜検出器
１１ 液体
１２ 容器
１４ 周壁部
１４ｂ 中心位置
２１ ＬＥＤ光源（光源）
２３ 暗視野パターン（視野パターン）
３２ 受光センサ
４０ 演算回路（演算手段）

Claims (3)

1. 自由表面を形成する液体と、この液体を封入した容器とを備えた傾斜検出器であって、
   前記容器の周壁を球面状に形成し、
   前記自由表面の中心とその周壁の球面中心とを一致させたことを特徴とする傾斜検出器。
2. 前記容器の底部に球面状に突出した消波部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の傾斜検出器。
3. 請求項１または請求項２に記載の傾斜検出器と、この傾斜検出器の自由表面に向けて光束を照射する光源と、この光源と前記自由表面との間に介在されて前記光束にパターンを形成する視野パターンと、略自由表面中心に光の反射位置がくるように配置された光学リレー部と、前記自由表面で反射された光束のパターンを検出する受光センサと、この受光センサが検出するパターンに基づいて前記自由表面に対する容器の傾斜角を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする傾斜検出装置。