JP2016038377A - 泡水準器及び泡水準器を包含する器具 - Google Patents

Abstract

【課題】泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及び方法及びその器具を備える泡水準器を提供すること。
【解決手段】泡水準器は、円筒形の密封された筐体を備える。密封された筐体は、液体で部分的に満たされており且つ気泡を包含する。器具は、少なくとも２つの発光装置であって、各発光装置から放出された光は気泡及び泡水準器の内部底面を照らす、と、少なくとも２つの受信装置であって、各受信装置は、泡水準器の内部底面によって反射され及び気泡によって反射及び屈折される光を受信し、及びそれを電気信号に変換し、電気信号は、気泡の位置を計算するために処理される、と、を備え、ここで、少なくとも２つの発光装置のそれぞれ及び少なくとも２つの受信装置のそれぞれは、円筒形の密封された筐体の周縁に交互に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及び方法、並びに泡水準器を包含する器具に関し、より具体的には、計量器の分野における、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及び方法に関する。

多くの機器及び設備は、重力に基づいて動作する電子天秤（すなわち、計量器）のように、水平に置かれたときにのみ正しく機能し得る。天秤が傾いているときは、誤差が生じる。天秤の傾きが大きいほど、誤差は大きくなる。ある程度の精度を維持するために、天秤は、ある水平の範囲内に保持されなければならない。したがって、天秤のそれぞれは、泡水準器と、高さ調整ねじを備える調節可能脚と、を備える。泡水準器は、液体で部分的に満たされており且つ気泡又は空気泡を包含する密封された筐体を備える。筐体の上部は、透明窓を備える。透明窓の内壁は、大半径の曲面である。気泡は、装置が水平に位置合わせされているとき、泡水準器の中心に位置する。装置が傾いて水平に位置合わせされないとき、気泡の位置は、上方向に向かって移動する。使用者は、空気泡の位置を観察してもよく、これは、筐体上方の透明窓を介して電子天秤の傾いた状態を示す。使用者は、電子天秤における気泡の位置を観察しながら、気泡が泡水準器の中心に位置するまで、調整ねじのねじ山を回転させることにより調整可能脚の高さを調整することによって、水平状況を変更してもよい。

通常は、泡水準器の透明窓に標示円がある。気泡の縁が標示円を超えたとき、水平状況は受容の範囲外であり、及び計量誤差は大きくなり過ぎて、結果は信頼できない。その結果、使用者は、水平状況を調節することにより、気泡を標示円内の元の位置に戻し、及び好ましくは中心に戻す必要がある。

３つの点が平面を決定できることは良く知られている。したがって、電子天秤のような、水平状況の調節を必要とする装置は、普通は３つの支点（すなわち、３つの足）を有する。３つの足のうちの１つは固定されており、一方、他の２つの足は調節可能である。しかしながら、経験の浅いこれらの使用者にとって、気泡の位置に基づいてこれらの２つの足の高さを調節することによって水平状況を調節することは、非常に難しい。３つの足によってもたらされる三角形状により、１つの足の高さが調節されたとき、気泡は、斜め方向に移動する。それは使用者にとって非常に不便である。

したがって、電動機制御によって水準器を自動的に調節するための器具が検討されている。あるいは、気泡が標示円を超えた際に、使用者が２つの調整可能脚を回して気泡の位置により水平状況を調節することが促されてもよいように、警報を発することが検討されている。また、傾き状態と計量誤差との間の関係により計量結果を修正し、及び計量結果を修正することにより計量結果をより正確にすることが検討されている。これらの理由又は他の理由により、水平状況（傾きの状態）の電子データ（値）を得ることが望ましい。電動機制御系は、水平状況の電子信号又は電子データを受信した場合に限り、機構をどのように調節するかを決定することができる。特許ＣＮ１００３６２３２６Ｃは、警報を発し、次の計量を補正し、自動較正を開始するための電子傾斜検出器の使用法、及び水平化案内の開始法、等を開示する。

先行技術において水平状況を測定するための様々な方法及び器具がある。
特許ＣＮ２０２２０４５０９Ｕは、気泡電位型の水平検出器を開示する。各電極は、気泡が様々な位置にあるとき、異なる電位を受ける。気泡の位置は、電極の様々な電位とは一致しない可能性がある。しかしながら、密封された筐体に満たされた液体は導電性でなければならず、また、電極は泡水準器に挿入されている必要がある。それは製造工程を非常に複雑にし、及び費用が掛かる。電極は、空気の泡の視認性を遮り、及び使用者の観察を妨げる。

特許ＣＮ１６４５０７０Ａ、すなわち米国特許第７３２５３２１号Ｂ２は、電子天秤を位置合わせするための方法及び器具を開示する。傾き検出器は、気泡型水準器である。発光体は、泡水準器の最上部から下方に光を放出する。泡水準器より下に設置された少なくとも３つの受信装置がある。しかしながら、最上部に設置された発光体は、ある程度、使用者の気泡の観察に影響する。

特許ＤＥ３２３４３７２Ａ１は、電子傾き検出器を備える天秤を開示する。この電子傾き検出器は、気泡型水準器である。発光体は、泡水準器の底部から上方に光を放出する。受信装置（単数又は複数）は、泡水準器の上方に設置されており、及び使用者の気泡の観察を激しく妨げる。

特許第５８０３３１１４号は、気泡水準器を備える器具を開示する。これは、１つの側には点灯セルを、及び他の側には複数の光学検出器を備えている。この器具は、透明立方体を有する。点灯セルは、立方体の１つの側に設置されており、一方、複数の光学検出器は、立方体の他の側に設置されている。立方構造によって、この器具は、２−Ｄの水平状況に適していない。

特許ＣＮ１００３６２３２６Ｃ 特許ＣＮ２０２２０４５０９Ｕ 特許ＣＮ１６４５０７０Ａ 米国特許第７３２５３２１号Ｂ２ ＤＥ３２３４３７２Ａ１ 特許第５８０３３１１４号

先行技術における上記で特定された欠点に取り組むために、本発明は、遮られていない視認性を保証し、及び電子的又は光電的な方法で泡水準器の水平状況を測定する間に、使用者に気泡及びその位置に対する開けた視界を与える、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及び方法、並びに泡水準器を包含する器具を提供する。

本発明の態様によると、それは、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具を提供する。泡水準器は、円筒形状の密封された筐体を備える。円筒形状の密封された筐体は、液体で部分的に満たされており且つ前記気泡を包含する。器具は、少なくとも２つの発光装置と、少なくとも２つの受光装置と、を備える。各発光装置から放出される光は、気泡及び泡水準器の内部底面を照らす。内部底面は、密封された筐体の一部である。操作位置において、底面は、主に水平に位置合わせされる。有利な実施形態において、底面は、主に平坦な平面である。しかしながら、円錐形など、底面の他の形状は可能である。円筒形状の密封された筐体の上面に、窓が位置する。窓は、透明な材料を備え、これは、使用者が気泡の場所を観察し及び器具の正しい位置合わせを目視検査することを可能にする。操作位置において、窓は、主に水平に位置合わせされる。円筒形状の密封された筐体の円筒形状の側壁は、底面及び窓を取り囲む。泡及び液体は、底面と窓との間に位置する。操作位置において、円筒形状の側壁は、主に垂直に位置合わせされる。円筒形状の側壁及び底面は、互いに直角に配置される。

各受信装置は、泡水準器の内部底面によって反射され及び気泡によって反射及び屈曲された光を受信し、及びそれを電気信号に変換する。電気信号は、気泡の位置を計算するために処理され、ここで、少なくとも２つの発光装置のそれぞれ及び少なくとも２つの受信装置のそれぞれは、円筒形状の密封された筐体の周縁に交互に配置される。すなわち、前記発光装置及び前記受信装置は、円筒形状の密封された筐体と同心である円の上に配置されている。有利には、操作位置において、円は主に水平に配向された平面に位置する。

本発明の態様によると、器具は配光器をさらに備える。配光器は、発光装置から放出された部分的な光を、隣接する受信装置をそれが照らさないように遮り、発光装置から放出された光が可能な限り前記気泡及びその周辺を直接的に照らすことを可能にし、及び受信装置が可能な限り気泡の表面又は周辺に光を受信することを可能にする。

本発明の態様によると、筐体の円形側壁は透明である。
本発明の態様によると、筐体の円形側壁は不透明である。少なくとも２つの発光装置のそれぞれ及び少なくとも２つの受信装置のそれぞれは、円筒形状の密封された筐体の上方の周縁に交互に配置される。理想的には、全ての発光装置及び全ての受信装置は、１つの水平に位置合わせされた平面内の円上に位置する。

本発明の態様によると、器具は、２つの発光装置及び２つの受信装置、３つの発光装置及び３つの受信装置、４つの発光装置及び４つの受信装置、５つの発光装置及び５つの受信装置、又は６つの発光装置及び６つの受信装置のうちの少なくとも１つを備える。

本発明の態様によると、発光装置及び受信装置の両方は、およそ一様に間隔が空けられている。
本発明の態様によると、各受信装置からの信号は、各発光装置の照射の際に記録され、発光装置のそれぞれが一旦照射された後に、信号ＵｉｊのＭ×Ｎ数が導出され、ここで、ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ、Ｍは発光装置の数であり、Ｎは受光装置の数であり、信号Ｕｉｊは気泡の位置を計算するために使用される。好ましくは、発光装置はその後に光を放出し、つまりこれは、他の発光装置が光を放出した後に次々と、を意味する。すなわち、発光装置は同時に光を放出しない。この取り組みの利点は、単一の発光単位によって放出された光が各受光装置に信号をもたらすことである。その結果、各放出された光の信号はＮ個の受光信号をもたらし、及び信号は各発光装置に関連付けられる。したがって、泡の位置の計算は、より情報に基づいており、これはより良い結果を導き、又は正確な結果が、より少ない受信装置を用いて達成され得る。

本発明の態様によると、気泡の基準位置が画定され、気泡が基準位置に位置するときの各受信装置の信号Ｕ０ｉｊが記録され、信号Ｕｉｊと信号Ｕ０ｉｊとの間の差が気泡の位置を計算するために使用され、ここで、ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎである。

本発明の態様によると、各発光装置は発光ダイオードである。各発光装置は、連続パルスで点灯することにより光を放出する。
本発明の態様によると、光は可視光又は赤外光である。

本発明の態様によると、各受信装置はフォトダイオード又はフォトトリオード又はフォトトランジスタと呼ばれるものである。
本発明は、また、発明の泡水準器を備える器具を提供する。

本発明は、また、泡水準器内の気泡の位置を測定するための方法を提供する。泡水準器は、円筒形状の密封された筐体を備える。密封された筐体は、液体で部分的に満たされており且つ気泡を包含する。方法は、少なくとも２つの発光装置及び少なくとも２つの受信装置を円筒形状の密封された筐体の周縁に交互に配置するステップと、各発光装置の照射の際に各受信装置からの信号を記録するステップと、発光装置のそれぞれが一旦照射された後に信号ＵｉｊのＭ×Ｎ数を導出するステップと、を含み、ここで、ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ、Ｍは発光装置の数であり、Ｎは受信装置の数であり、及び信号Ｕｉｊを用いて前記気泡の位置を計算する。

本発明の態様によると、方法は、気泡の基準位置を画定するステップと、気泡が基準位置に位置するときに各受信装置の信号Ｕ０ｉｊを記録するステップと、信号Ｕｉｊと信号Ｕ０ｉｊとの間の差を用いて前記気泡の位置を計算するステップと、をさらに含み、ここで、ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎである。電気信号は、気泡の位置の計算のために処理される。

本発明の上記概要及び以下の詳細な説明は、典型的及び例示的であり、及び特許請求の範囲に挙げられるような本発明のさらなる説明を提供することが意図される。
添付される図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、及び本明細書の一部として含まれ及び形成される。本発明の実施形態は、添付される図面に例示され、及びこの記載と共に、本発明の原理を説明するために使用される。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及びその器具を包含する泡水準器を示す斜視図である。図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及びその器具を包含する泡水準器を示す側断面図を示す。図１（ｃ）は、の本発明の第２の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及びその器具を包含する泡水準器を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及びその器具を包含する泡水準器を示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及びその器具を包含する泡水準器を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及びその器具を包含する泡水準器を示す斜視図である。 図５（ａ）は、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具、及び本発明の実施形態により備えられた配光器を包含する、その器具を包含する泡水準器を示す側断面図である。図５（ｂ）は、本発明の実施形態による前記配光器の光遮蔽効果を示す横断面図である。 本発明の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具と、関連する電気回路と、の間の接続図である。

本発明の実施形態は、添付される図面に関連して以下に記載される。
本発明は、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具を提供する。泡水準器は、円筒形状の密封された筐体を備える。密封された筐体は、液体で部分的に満たされており且つ気泡を包含する。器具は、少なくとも２つの発光装置及び少なくとも２つの受信装置を備える。各発光装置から放出された光は、気泡及び泡水準器の内部底面を照らす。各受信装置は、泡水準器の内部底面によって反射され、及び気泡によって反射され及び屈曲された光を受信し、及びそれを電気信号に変換する。電気信号は、気泡の位置を計算するために処理される。

筐体の外接円が透明であるとき、少なくとも２つの発光装置のそれぞれ及び少なくとも２つの受信装置のそれぞれは、円筒形の密封筐体の外接円に交互に位置する。
筐体の外接円が不透明であるとき、少なくとも２つの発光装置のそれぞれ及び少なくとも２つの受信装置のそれぞれは、円筒形の密封された筐体の上方の場所の周縁に交互に位置する。

周縁に交互に位置する前記少なくとも２つの発光装置及び少なくとも２つの受信装置の利益は、気泡の位置が筐体の周辺で単に測定される間に、最良の観察窓（中心より上方）が使用者に残されていることである。したがって、たった１つの発光装置又はたった１つの受信装置しかない場合に導出され得る信号は非常に少ない。したがって、性能は非常に劣り、及び器具は非実用的である。一様に及び交互に位置する少なくとも２つの発光装置及び少なくとも２つの受信装置を有することにより、及び合理的なアルゴリズム（例えば、最小二乗法）を組み合わせて、より良い結果が導出され得る。通常は、より多くの装置が使用されるほど、より良い性能のみならず、全ての方向でより高精度及びより良い感度が導出される可能性がある。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具、及びその器具を包含する泡水準器の斜視図を示す。図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具、及びその器具を包含する泡水準器の側断面図を示す。本発明の第１の実施形態によると、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具１００が提供される。泡水準器は、円筒形状の密封された筐体１０２を備え、これは液体１０４で部分的に満たされ且つ気泡１０６を包含する。器具１００は、２つの発光装置Ｄ１、Ｄ２及び２つの受信装置Ｑ１、Ｑ２を備える。各発光装置から放出された光Ｄ１、Ｄ２は、気泡１０６及び泡水準器の内部底面１１２を照らす。各受信装置Ｑ１、Ｑ２は、泡水準器の内部底面１１２によって反射され及び気泡１０６によって反射され及び屈曲された光を受信し、及びそれを電気信号に変換する。電気信号は、前記気泡１０６の位置を計算するために処理される。

別の実施形態において、筐体１０２の円形側壁１１４は不透明である。２つの発光装置Ｄ１、Ｄ２のそれぞれ及び２つの受信装置Ｑ１、Ｑ２のそれぞれは、円筒形状の密封された筐体１０２の上方で交互に位置する。図１（ａ）に示されるように、時計回り方向に、受信装置Ｑ１、発光装置Ｄ１、受信装置Ｑ２、及び発光装置Ｄ２がある。その一方で、使用者は、泡水準器の筐体１０２の上方の透明窓１０８を介して中心で、気泡１０６及びその位置を明確に観察することができる。

１つの実施形態において、前記筐体１０２の円形側壁１１４は透明である。２つの発光装置Ｄ１、Ｄ２のそれぞれ及び２つの受信装置Ｑ１、Ｑ２のそれぞれは、円筒形に形作られた密封された筐体１０２の周縁で交互に位置し（図示せず）、例えば、時計回り方向に、受信装置Ｑ１、発光装置Ｄ１、受信装置Ｑ２、及び発光装置Ｄ２が順にある。発光装置Ｄ１、Ｄ２及び受信装置Ｑ１、Ｑ２は、良い位置に置かれて、主に気泡１０６に向かって及びその近傍になければならない。

２つの発光装置Ｄ１、Ｄ２及び２つの受信装置Ｑ１、Ｑ２は、円筒形に形作られた密封された筐体の周囲にわたって等距離に分布され得る。したがって、２つの発光装置Ｄ１、Ｄ２及び２つの受信装置Ｑ１、Ｑ２は、９０度で交互に位置する。４つの光電信号（又はＡＤ変換後の値）は、気泡１０６がある位置に位置するときに導出され得る。換言すると、第１の発光装置Ｄ１が点灯されたとき、２つの光電信号（又は値）Ｕ１１及びＵ１２が導出され得る。第２の発光装置Ｄ２が点灯されたとき、別の２つの光電信号（又は値）Ｕ２１及びＵ２２が導出され得る。空気の泡１０６が異なる位置に位置するとき、前もって記録され得るこれらの４つの光電信号又は値は、異なっている。さらなる使用の間、前もって記録された４つの信号又は値は、気泡１０６の現在位置を得るために、実時間において測定した４つの光電信号又は値に基づいて適合されてもよい。あるいは、それは、気泡１０６が標示円１１０を越えるかどうかを決定するために使用され得る。また、４つの光電信号又は値は、気泡１０６が異なる位置に位置するときに、前もって記録されていてもよい。そして、４つの光電信号と気泡位置（Ｘ、Ｙ）との間、又は４つの光電信号と気泡１０６と泡水準器の中心との間の距離（Ｒ）との間の関係の経験式を定めるために、一般的な数理モデリング手法が使用されてもよい。後の使用の間に、４つの測定された光電信号により、気泡１０６の現在位置（Ｘ、Ｙ）を得ることができ、又は、気泡１０６が標示円１１０を越えたかどうかが決定され得る。

例えば、値Ｕｉｊが導出され、ここで、ｉ＝１，２、ｊ＝１，２、
Ｘ＝Ｋｘ１１×Ｕ１１＋Ｋｘ１２×Ｕ１２＋Ｋｘ２１×Ｕ２１＋Ｋｘ２２×Ｕ２２
Ｙ＝Ｋｙ１１×Ｕ１１＋Ｋｙ１２×Ｕ１２＋Ｋｙ２１×Ｕ２１＋Ｋｙ２２×Ｕ２２
である。

あるいは、信号値Ｕ０ｉｊは、気泡１０６が基準位置、例えば泡水準器の中心に位置するときに、前もって測定され及び記録され得る。実時間において測定された信号値Ｕｉｊと、気泡１０６が中心に位置するときに前もって記録した信号値Ｕ０ｉｊとの間の差は、気泡１０６の位置を計算するために使用される。このように、正確さは増大し、及び温度ドリフトの影響は低減し得る。

Ｘ＝Ｋｘ１１×（Ｕ１１−Ｕ０１１）＋Ｋｘ１２×（Ｕ１２−Ｕ０１２）＋Ｋｘ２１×（Ｕ２１−Ｕ０２１）＋Ｋｘ２２×（Ｕ２２−Ｕ０２２）
Ｙ＝Ｋｙ１１×（Ｕ１１−Ｕ０１１）＋Ｋｙ１２×（Ｕ１２−Ｕ０１２）＋Ｋｙ２１×（Ｕ２１−Ｕ０２１）＋Ｋｙ２２×（Ｕ２２−Ｕ０２２）
Ｒ＝ＳＱＲＴ（Ｘ×Ｘ＋Ｙ×Ｙ）
ここで、
Ｕ０ｉｊは、気泡１０６が中心に位置するときに前もって記録された４つの電圧値であり、ｉ＝１，２、ｊ＝１，２である。

Ｋｘｉｊ（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２）は、気泡１０６の位置がＸ軸方向に１ｍｍ移動したときに、Ｕｉｊが１／Ｋｘｉｊボルト変化することを意味する。Ｋｙｉｊ（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２）は、気泡１０６の位置がＹ軸方向に１ｍｍ移動したときに、Ｕｉｊが１／Ｋｙｉｊボルト変化することを意味する。これらの両方は、実験及び最小二乗法のような方法によって導出され得る。

泡水準器の周辺の全ての発光装置及び受光装置の対称的な配置により（すなわち、Ｄ１及びＤ２は対称位置に位置し、同時に、Ｑ１及びＱ２は対称位置に位置する）、及びＱ１及びＱ２が同一型の装置であり類似の性能を有し、同時に、Ｄ１及びＤ２が同一型の装置であり類似の性能を有することにより、以下の結果が常に得られる。

Ｋｘ１１≒−Ｋｘ２２
Ｋｘ１２≒−Ｋｘ２１
Ｋｙ１１≒−Ｋｙ２２
Ｋｙ１２≒−Ｋｙ２１
そのため、
Ｘ＝Ｋｘ１×（Ｕ１１−Ｕ０１１−Ｕ２２＋Ｕ０２２））＋Ｋｘ２×（Ｕ１２−Ｕ０１２−Ｕ２１＋Ｕ０２１）
Ｙ＝Ｋｙ１×（Ｕ１１−Ｕ０１１−Ｕ２２＋Ｕ０２２））＋Ｋｙ２×（Ｕ１２−Ｕ０１２−Ｕ２１＋Ｕ０２１）
同一型の装置は類似の温度ドリフトを有するので、Ｕ１１−Ｕ２２は、２つの装置の温度ドリフトが互いに打ち消されることを可能にする。Ｕ１２−Ｕ２１も同様である。したがって、本発明の方法は、安定した結果を得ることができる。

実施形態において、各発光装置はＬＥＤであり、パルスによって順に点灯されることによって光を放出する。
実施形態において、光は可視光又は赤外光である。可視光の利点は、使用者が明確に観察できるように光電的な方法で気泡の位置を測定する間に、泡水準器を照射することができる点にある。可視光の不利点は、これが周囲光に対して脆弱性であり、及び電力消費量及び費用がより高い点にある。使用者の視界を妨害しないであろう赤外光は、一般に使用されている。赤外光は、周囲光によってさほど影響を受けず、及び電力消費量及び費用が低い。

実施形態において、各受信装置は、フォトダイオード又はフォトトリオードである。フォトトリオードの感度は高く、及びその次に続く電気回路は単純である。
実施形態において、１つの発光装置及び１つの受信装置は、１つの装置に組み立てられ得る。少なくとも２つのそのような組み立てられた装置は、泡水準器の周縁に均一に配置されている。

図１（ｃ）は、本発明の第２の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具１００’の斜視図を示す。図１（ｃ）と図１（ａ）との間の唯一の違いは、受信装置として、図１（ｃ）ではフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２が使用されて、フォトトリオード（フォトトランジスタ）Ｑ１及びＱ２を置き換えている。フォトダイオードを使用することの利点は、すばやい応答及び良好な線形性である。図１（ｃ）の残りの装置及びそれらの構成、並びに計算方法は、図１（ａ）のものと同一であり、及びしたがって、本明細書では重複して記載されない。

図２は、本発明の第３の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具２００の斜視図を示す。
器具２００は、４つの発光装置Ｄ１〜Ｄ４及び４つの受信装置Ｑ１〜Ｑ４を備える。

通常、発光装置Ｄ１〜Ｄ４は、それらの過渡光度が周囲の光強度よりもはるかに高いように、パルスによって点灯される。したがって、より良い信号が得られる可能性がある。その一方で、複数の発光装置Ｄ１〜Ｄ４があるので、これらの発光装置Ｄ１〜Ｄ４は、高い分解能を得るために順に点灯されるべきである。例えば、４つの発光装置及び４つの受信装置に関して、発光装置が順に点灯されたならば、１６個の信号が得られ得る。反対に、４つの発光装置が同時に点灯されたならば、４つの信号しか得ることができない。その結果、分解能及び精度は、はるかに悪くなるであろう。一方、電気回路は単純であり及び計算作業負荷は小さいので、後者の動態は、必須要件が低い状況にのみ適用され得る。

４つの発光装置Ｄ１〜Ｄ４及び４つの受信装置Ｑ１〜Ｑ４は交互に及び等距離に位置し、それによって、２つの隣接する装置の間の角度は４５度であることが好ましい。発光装置及び全ての受信装置は、水平に位置合わせされた同一の平面内に位置する。気泡１０６がある位置に位置するときに、１６個の光電信号（又はＡ／Ｄ変換後のデータ値）が得られ得る。気泡１０６が様々な位置に位置するときの（例えば、０度から３６０度の範囲に２２．５度の間隔で配置された６５個の位置、Ｒ＝０、及びＲ＝１，２，３，４ｍｍ）１６個の元の光電信号は、前もって記録されていてもよい。後の使用の間に、新たに測定された１６個の光電信号は、前もって記録された元の１６個の信号（例えば、６５個の位置における）と比較されて、気泡１０６の現在位置を計算し、又は気泡１０６が標示円１１０を越えるかどうかを決定する。あるいはまた、気泡１０６が様々な位置に位置するときの１６個の光電信号は、前もって記録されていてもよく、及び次いで一般的な数理モデリング手法（例えば、最小二乗法）が使用されて、１６個の光電信号と気泡位置（Ｘ、Ｙ）との間の関係、又は１６個の光電信号及び気泡１０６から泡水準器の中心までの距離（Ｒ）を与えるための、経験式を作り上げてもよい。後の使用の間、新たに測定された１６個の光電信号Ｕｉｊにより、気泡１０６の位置（Ｘ、Ｙ）は直接的に計算されることができ、又は気泡１０６が標示円１１０を越えるかどうかが決定されてもよい。２つのデータ値（Ｘ、Ｙ）又は単に１つのデータ値（Ｒ）は、１６個のデータ値の計算から得られ、結果として、各方向における強い反妨害能力、高精度、良好な信頼性、及びさらに感受性がもたらされる。また、泡水準器の外接円におけるＤ１〜Ｄ４及びＱ１〜Ｑ４の対称的な動態により、Ｕｉｊ及びＵ（ｉ＋２）（ｊ＋２） （ｉ＝１，２、ｊ＝１，２）は、通常、気泡１０６の位置が変化するときに逆方向に変化する。同様に、Ｕｉｊ及びＵ（ｉ＋２）（ｊ−２） （ｉ＝１，２、ｊ＝３，４）も、通常、逆方向に変化する。

そして、
Ｋｘｉｊ≒−Ｋｘ（ｉ＋２）（ｊ＋２）、 （ｉ＝１，２、ｊ＝１，２）
Ｋｘｉｊ≒−Ｋｘ（ｉ＋２）（ｊ−２）、 （ｉ＝１，２、ｊ＝３，４）
及び、
Ｋｙｉｊ≒−Ｋｙ（ｉ＋２）（ｊ＋２）、 （ｉ＝１，２、ｊ＝１，２）
Ｋｙｉｊ≒−Ｋｙ（ｉ＋２）（ｊ−２）、 （ｉ＝１，２、ｊ＝３，４）
そのようにして、器具の温度ドリフトは、最終的には打ち消される。さらにデータ値が計算される際に、有用な信号は強化され、同時に、温度ドリフトは打ち消される。結果はより安定となる。精度はより高くなる。

図には示されないが、別の実施形態において、３つの発光装置及び３つの受信装置は、泡水準器の外接円に交互に配置され及び等距離に位置し、これによって、２つの隣接する装置の間の角度は６０度である。９つの光電信号（又はＡ／Ｄ変換後のデータ）は、気泡１０６がある位置に位置するときに、得られ得る。問題は、間隔を空ける角度が９０度の代わりに６０度であり、これはＸ軸及びＹ軸の両方と一致し得ないという理由により、数理モデリングがもう少し複雑であることである。

別の実施形態において、５つの発光装置及び５つの受信装置は、泡水準器の外接円に交互に及び等距離に配置される。２５個の光電信号（又はＡ／Ｄ変換後のデータ）は、気泡１０６がある位置に位置するときに、得られ得る。数理モデリングがより複雑になり及び費用もより高いという点を除けば、精度はさらに高い。

別の実施形態において、６つの発光装置及び６つの受信装置は、泡水準器の外接円に交互に及び等距離に配置される。３６個の光電信号（又はＡ／Ｄ変換後のデータ）は、気泡１０６がある位置に位置するときに、得られ得る。数理モデリングがより複雑になり及び費用もより高いという点を除けば、特に直径の大きい泡水準器に関して、精度はさらに高い。

図３は、本発明の第４の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具３００の斜視図を示す。図３に示されるように、精度要求がさほど高くはないならば、３つの発光装置及び４つの受信装置は、交互に及び大部分は等距離に間隔が空けられて、これによって、２つの隣接する装置の間の角度は、大部分は４５度である。しかしながら、１つの４５度の位置には、発光装置がない。換言すると、複数の発光装置及び受信装置は、可能な限り均一に交互に配置されることが好ましいが、しかしそれは、完全に必要というわけではない。以前の実施形態と比較して、計算方法は、より複雑になる。しかしそれは、当業者でなくとも、本発明の以前の開示を参照して検討され得る。

図４は、本発明の第５の実施形態による、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具４００の斜視図を示す。図４と図３との間の違いは、図４において、可視発光装置ＬＥＤ１が、図３において空いていた４５度の位置に置かれていることにある。この可視発光装置ＬＥＤ１は、気泡１０６を照らすため、又は警報するために使用される。その一方で、可視発光装置ＬＥＤ１は、気泡１０６の位置を測定するのには使用されない。図４の残りの装置及びそれらの設定及び計算方法は、図３のものと全て同一であり、及びしたがって、ここでは重複して記載されない。

図５（ａ）は、本発明の実施形態により備えられた配光器５０１を有する、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具５００の側断面図を示す。図５（ｂ）は、本発明の実施形態による前記配光器５０１の光遮蔽効果の横断面図を示す。

前記配光器５０１は、無用の光を遮断し及び気泡１０６及びその近傍に光を向けるために使用される。使用者は、依然として、泡水準器の最上部の透明窓１０８を介して、気泡１０６及びその位置を明確に見ることができる。

前記配光器５０１は、発光装置から放出される部分的な光を棚部分５０４によって遮って、隣接する受信装置を光が直接的に放射することを防止するだけでなく、また、光路（すなわち、光案内間隙５０６）を除外して、前記発光装置５０８から放出される光が、可能な限り、気泡１０６及びその周辺を照らすことを可能にし、及び受光装置５０８が、可能な限り、気泡１０６の表面又はその周辺から光を受けることを可能にする。

図５（ａ）において、５０８は、それが４５度回転するならば、発光装置又は受光装置のいずれかを表し得る。発光装置及び受光装置は、窓１０８の周縁に交互に配置される。また、この配光器５０１は、遮蔽要素５０２を備えることができ、これは、周囲光からの影響を遮蔽する。遮蔽要素５０２は、円筒形状の密封された筐体１０２を少なくとも部分的に包み込む円形に形作られた管であることができる。有利には、密封された筐体１０２の上端は、遮蔽要素５０２によって包み込まれる。理想的には、遮蔽要素５０２は、不透明であり、又は低い光透過性を持つ材料を備える。理想的には、棚５０４は、遮蔽要素５０２の内面に成形されている。２つの隣り合う棚５０４の間に、光案内間隙５０６は位置する。光案内間隙５０６及び棚は、円筒形の筐体１０２の中心に関して同心に配置されている。

前記配光器５０１は、光路を最適化し、性能を向上させ、及び有用な信号を強化すると同時に、秩序を乱す光からの影響を低減させることができる。そして、精度の高い安定した結果が得られる。発光装置及び受信装置を便利なやり方で設置するために、より大きい散乱角（例えば±７０度）を持つ小さい発光装置及び受信装置が水平に設置され、及び光軸は、内部底面１１２に向かって下方に向けられる。そして、配光器５０１は、無用な光を遮断することができ、同時に、光案内間隙５０６は、有用な光が通過することを可能にする（より大きな散乱角の特徴を利用することによる）。したがって、非常に良好な結果が得られる。より大きい散乱角及び前方光軸を持つこれらの小さな発光装置又は受信装置は、市場で一般的であるので、費用は非常に低い。図５（ａ）において、５０８は、それが４５度回転するならば、発光装置又は受光装置のいずれかを表し得ることに留意されたい。本発明は、泡水準器の非常に小さな付加的高さを必要とし、これは、使用者の気泡１０６の位置の観察を妨げないであろう。これは、本発明の別の利点である。

しかしながら、性能要求がさほど高くなく、又は発光装置５０８及び受信装置５０８それら自体が気泡１０６の位置に正確に向かう良好な指向性を有するならば、前記配光器５０１は必要ではない。

理論上、発光装置及び受信装置の光軸は下向きであるが、しかし気泡１０６に向かって４５度それることが好ましい。しかしそれらの型の装置は市場において稀である。あるいは、それらは特別注文される必要があり、これは高費用になる。

図６は、本発明の実施形態による泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具と、関連する電気回路と、の間の接続図を示す。図６に示されるように、発光装置Ｄ１〜ＤＭに対する制御信号は、ＭＣＵ６０２（又はＣＰＵ、又はいくつかの他の装置）によって送信される。信号は切替器駆動電気回路Ｉｄに到着し、発光装置Ｄ１からＤＭを順に点灯する。例えばフィルタリング電気回路及び増幅器など、様々な調整電気回路６０４が、受信装置Ｑ１のそれぞれと、アナログ・デジタル変換器ＡＤ、との間に挿入され得る。これらは当業者にとって一般的である。ＭＣＵ６０２は、アナログ・デジタル変換器ＡＤからの結果を利用して、気泡の偏差位置（Ｘ、Ｙ）、又は気泡の位置と泡水準器の中心との間の距離（Ｒ）を計算する。結果は、水平状況の表示、傾斜の警報、水平制御系のフィードバック入力、又は計量結果の補正、水平化案内の開始、等のために使用される。

本発明は、泡水準器内の気泡の位置を測定するための器具及び方法、並びにその器具を備える泡水準器に関する。本発明は、天秤又は気泡位置表示（これは、天秤をその水平状況に好都合に調節するように使用者を指導するために使用され得る）の傾斜の警報、水平制御系のフィードバック入力、又は計量結果の補正、等のために使用される。その一方で、それは、物理的な泡水準器の気泡及びその位置を使用者が明確に観察し得ることを保証する。それは、使用者に優れた経験及び便利な適用をもたらす。器具は、単純な構造、低費用、信頼できる結果、及び高精度を有する。

当業者は、本発明の上述の例示的な実施形態は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、様々な修正及び変形を有し得ることは容易に理解されよう。したがって、本発明は、特許請求の範囲に及びその均等物の範囲内に含まれる修正及び変形を対象とすることが意図される。

１００、１００’、２００、３００、４００、５００ 器具
１０２ 筐体
１０４ 液体
１０６ 泡
１０８ 窓
１１０ 標示円
１１２ 内部底面
１１４ 円形側壁
５０１ 配光器
５０２ 遮蔽要素
５０４ 光遮断棚
５０６ 光案内間隙
５０８ 発光装置又は受光装置
６０２ 処理ユニット
６０４ 電気回路
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４〜ＤＭ 発光装置
ＬＥＤ１ 可視発光装置
ＰＤ１、ＰＤ２ フォトダイオード（受光装置）
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４〜ＱＮ 受光装置

Claims (13)

1. 泡水準器内の気泡（１０６）の位置を測定するための器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）であって、前記泡水準器は、円筒形状の密封された筐体（１０２）を備え、前記密封された筐体（１０２）は、液体（１０４）で部分的に満たされており且つ前記気泡（１０６）を包含し、前記器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）は、
   少なくとも２つの発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）であって、各発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）から放出された光は前記気泡（１０６）及び前記密封された筐体（１０２）の内部底面（１１２）を照らす少なくとも２つの発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）と、
   少なくとも２つの受信装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）であって、各受信装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）は前記内部底面（１１２）によって反射され及び前記気泡（１０６）によって反射され及び屈折された光を受信することができ、及び受信された光は前記受信装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）によって電気信号に変換可能であり、前記電気信号は前記気泡（１０６）の位置を計算するための処理ユニット（６０２）によって処理されることができる少なくとも２つの受信装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）とを備える器具において、
   前記少なくとも２つの発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）のそれぞれ及び前記少なくとも２つの受信装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）のそれぞれは、前記円筒形状の密封された筐体（１０２）の周縁に交互に位置していることを特徴とする、器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）。
2. 請求項１に記載の器具（５００）において、前記器具（５００）は配光器（５０１）をさらに備え、前記配光器（５０１）は、前記配光器（５０１）が隣接する受信装置は前記発光装置によって照らされないように、前記発光装置から放出された光の一部を遮ることができるように形成され、及びさらに、前記配光器（５０１）は、前記発光装置から放出された光は前記気泡（１０６）を直接的に照らすことができるように形成され、及びさらに、前記受信装置が、前記気泡（１０６）の表面又は周辺で反射され及び／又は屈折された光を受信できることを可能にすることを特徴とする器具（５００）。
3. 請求項２に記載の器具（５００）において、前記配光器（５０１）は、円形に形作られた管であり前記円筒形状の筐体（１０２）を少なくとも部分的に包み込んでいる遮蔽要素（５０２）を備えることを特徴とする器具（５００）。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）において、前記円筒形状の筐体（１０２）は円形側壁（１１４）を備え、前記円形側壁（１１４）は透明であることを特徴とする器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）において、前記円筒形状の筐体（１０２）は円形側壁（１１４）を備え、前記円形側壁（１１４）は不透明であり、前記少なくとも２つの発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）のそれぞれ及び前記少なくとも２つの受信装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）のそれぞれは、前記少なくとも２つの発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）によって放出される光が前記内部底面（１１２）及び前記前記気泡（１０６）を照らすことができるように、及び前記少なくとも２つの受信装置（Ｑ１〜ＱＭ、５０８）は、前記底面（１１２）からの反射された光及び前記空気の泡（１０６）からの反射及び／又は屈折された光を受信することができるように、前記円筒形の密封筐体の上方の場所の周縁に配置されていることを特徴とする器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）において、前記器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）は、
   ２つの発光装置及び２つの受信装置、
   ３つの発光装置及び３つの受信装置、
   ４つの発光装置及び４つの受信装置、
   ５つの発光装置及び５つの受信装置、又は
   ６つの発光装置及び６つの受信装置、
   のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする、器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）において、前記発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）及び前記受信装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）は、共に、前記円筒形状の密封された筐体（１０２）と同心である円におよそ均一に配置されていることを特徴とする器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）において、各発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）は発光ダイオードを備え、各発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）は連続パルスで点灯することにより光を放出することができることを特徴とする器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）において、少なくとも２つの発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）は、可視光又は赤外光を放出することができることを特徴とする器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）において、各受信装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）は、フォトダイオード又はフォトトリオード（フォトトランジスタ）であることを特徴とする器具（１００、１００’、２００、３００、４００、５００）。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の器具を備える泡水準器。
12. 泡水準器内の気泡（１０６）の位置を測定するための方法であって、前記泡水準器は、円筒形状の密封された筐体（１０２）を備え、前記密封された筐体（１０２）は、液体で部分的に満たされており且つ前記気泡（１０６）を包含し、及び少なくとも２つの発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）及び少なくとも２つの受光装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）は、前記円筒形状の密封された筐体（１０２）の周縁で交互に位置しており、前記方法は、
    各発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）によって光が放出された後に、各受光装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）からの信号を記録するステップと、
    前記発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）のそれぞれが一旦順番に光を放出した後に信号ＵｉｊのＭ×Ｎ数を導出するステップであって、ここで、ｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ、Ｍは発光装置（Ｄ１〜ＤＭ、５０８）の数であり、Ｎは受光装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）の数である、と、
    信号Ｕｉｊに基づいて前記気泡（１０６）の位置を計算するステップと、
    を含む方法。
13. 請求項１１に記載の方法において、
    前記気泡（１０６）の基準位置を画定し、及び前記気泡（１０６）が前記基準位置にあるときに、各受光装置（Ｑ１〜ＱＮ、５０８）の信号Ｕ０ｉｊを記録するステップと、
    信号Ｕｉｊと信号Ｕ０ｉｊとの間の差、ここでｉ＝１〜Ｍ、ｊ＝１〜Ｎ、を用いて、前記気泡（１０６）の位置を計算するステップと、
    をさらに含む方法。