JP2789414B2 - 微小傾斜角検出装置 - Google Patents

微小傾斜角検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子測角儀等に組み込
み可能な傾斜角検出装置、更に詳しくは、重力方向を基
準とした2次元方向の微小傾斜角検出装置に関するもの
である。
【従来の技術】従来の重力方向を基準とする微小傾斜角
測定装置の例としては、自由振子を用い、自由振子の傾
斜角、変位量等を光学的あるいは電気的磁気的に測定す
る装置が知られている。しかし、この装置は振子の安定
性、複元性に問題があり、これを改善するには機械的に
複雑で大型にならざるを得ない。また、従来の重力方向
を基準とする微小傾斜角測定装置の他の例としては、水
銀の自由液面を用い、水銀液面による反射光のずれ角を
測定する装置が知られている。しかし、この装置は水銀
の毒性や水銀が高価である問題があり、また、水銀は表
面張力が大きく平らな反射面を得るためには大きな表面
積を要し、さらに、粘性が低いため振動に敏感過ぎて安
定性に欠ける。そのため、従来からこの種の傾斜角測定
装置として水銀よりも粘性の高いシリコンオイル等の液
体の自由液面を用い、該液面による反射光のずれ角を2
次元受光素子により光学的に測定する装置が提案されて
いる。この自由液面を用いた装置の構成は、発光素子か
らの光束を、液面反射系を構成する液体の容器底部の入
射面に入射させ、該入射光束を上記液面の自由表面で全
反射させ、さらに、該反射光束を射出面から射出させて
2次元受光素子からなる受光位置検出素子によって射出
光の2次元方向のずれ量を測定し、傾斜角を検出するも
のである。この装置は、粘性の高い液体の自由表面の全
反射を使用しているため、外来振動に敏感でなく、又複
元性もよく、極めて簡易な構成で比較的精度の高い測定
が可能である利点がある。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】前記従来のシリコンオ
イル等の粘性の高い液体の自由液面を用い、該液面によ
る反射光のずれ角を2次元受光素子により光学的に測定
する2次元方向の微小角検出装置では、自由表面で反射
した反射光束のずれ角を検出する2次元受光素子が、1
次元のものに比べ分解能が1/10程度に大きく劣るた
め、装置の検出精度を高める為には、受光部側のレンズ
系焦点距離を長く構成する等、液体の自由表面から受光
素子までの距離を長くする必要があった。即ち、液体の
自由表面から受光素子までの距離を長くすることは、傾
斜検出装置全体を大型化することを意味する。特に、こ
の装置の大型化の問題は、該傾斜角測定装置を光電読取
式測量機に組み込み測量機本体の傾斜角を測定する場合
等には致命的な欠点となる。
【0003】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、発光
部からの光束を略平行光束として液面反射系に入射さ
せ、液面反射系の自由液面で反射した反射光を射出さ
せ、受光部に設けた受光素子で受光し前記反射光のずれ
角から微小傾斜角を検出するようにした微小傾斜角検出
装置において、前記液面反射系と受光部との間に光分岐
素子を設けて反射光束を2方向に分岐させ、それぞれの
受光部に1次元の受光素子を設けたことを特徴とする2
次元方向の微小傾斜角検出装置を提供しようとするもの
である。また、本発明は、上記の液面反射系での反射光
のずれ角から微小傾斜角を検出するようにした微小傾斜
角検出装置において、前記液面反射系と受光部との間に
反射光束を受光部に入射させる受光部側レンズ系を設
け、前記レンズ系と受光部との間に反射光学部材及び光
分岐素子を設けて反射光束を2方向に分岐させ、それぞ
れの受光部に1次元の受光素子を設けたことを特徴とす
る2次元方向の微小傾斜角検出装置を提供しようとする
ものである。また、本発明は、上記の装置において、液
面反射系の自由液面の液容器底面に用いた光学材料と自
由液面の液体との接触する境界面にゴースト除去傾斜面
を設け、該傾斜面を通して入射光を自由液面に導入させ
たことを特徴とする2次元方向の微小傾斜角検出装置を
提供しようとするものである。
【0004】
【作用】上記の本発明に係る微小角検出装置によれば、
液面反射系の自由液面を反射した光束を液面反射系と受
光部との間に設けたビームスプリッタ等の光分岐素子を
設け、光束を2方向に分岐させ、それぞれの受光部に検
出精度の高い1次元の受光素子を設けたことにより、光
学系を長くすることなく精度の高い2次元方向の微小傾
斜角検出装置を構成することが可能になり、電子測角儀
等の測量装置にも容易に組み込み可能になる。同様に、
本発明に係る微小角検出装置によれば、液面反射系の自
由液面を反射した光束を受光部に集光して入射させる受
光部側レンズ系と、そのレンズ系と受光部との間にビー
ムスプリッタ等の光分岐素子を設け、光束を2方向に分
岐させ、それぞれの集光部に検出精度の高い1次元の受
光素子を設けたことにより、受光部側レンズ系の焦点距
離を長くすることなく精度の高い2次元方向の微小傾斜
角検出装置を構成することが可能になり、且つ、受光部
側レンズ系と光分岐素子の間には、反射光学部材を介在
させて構成させることにより当該装置を小型に形成する
ことができ、電子測角儀等の測量装置にも容易に組み込
み可能になる。また、2次元方向の検出にそれぞれ別個
な1次元の受光素子を設けてなるので、組立調整時にお
ける調整作業が極めて容易であると同時に正確な調整が
可能である。また、本発明は、上記の装置において、液
面反射系の自由液面の液容器底面に用いた光学材料と自
由液面の液体との接触面に接触面にゴースト除去傾斜面
を設け、該傾斜面を通して入射光を自由液面に導入させ
るから、該傾斜面で反射したゴースト光束を受光部に入
射しないように反らすことができ、液体容器底面と液体
との境界面の反射によって生じる不必要なゴースト光束
を受光素子に到達させないようにし、誤検出の原因を取
り除くことができる。
【0005】
【実施例】以下図示する実施例により本発明を詳細に説
明すると、図1の実施例において、1は発光部、2は発
光部1からの光束を略平行光束として液面反射系3に入
射させる発光部側レンズ系である。液面反射系3は、容
積の一部にシリコンオイル等からなる液体6を収納して
自由液面7を構成する液体容器部4と、液体容器部4の
底部に一体に設けたプリズム部5とからなる。プリズム
部5は、発光部1からの光束を自由液面7に向かって透
過する入射側面8と、自由液面7で反射した反射光束を
外部に透過する出射側面9を具備している。10は反射
光束をX−Yの2次元方向に分岐するビームスプリッタ
等からなる光分岐素子で、分岐された反射光束は受光部
11として設けたX軸方向の1次元の受光素子12とY
軸方向の1次元の受光素子13で受光するように構成し
てある。前記受光素子12、13は、それぞれX軸方
向、Y軸方向に沿った反射光の照射位置を検出する1次
元のラインセンサー等からなり、X−Yそれぞれの反射
光束の照射位置の検出信号から、自由液面に対する装置
の2次元の傾斜角が得られるように構成してある。14
は、前記液面反射系3と受光部11との間に反射光束を
受光部11に集光して入射させる受光部側レンズ系であ
り、この場合、受光部はレンズ系14の焦点位置に配置
してある。
【0006】図2及び図3の実施例において、図1と同
じ構成部材は同じ符合を付して示してあり、その相違点
は、装置の小型化を図るべく、プリズム部5の入射側面
8の反対側に発光部1を設け、反対側から来る発光部1
からの平行光束を、発光部側レンズ系2と、プリズム部
5の入射側面8との間に介在させた屈折プリズム部15
で屈折して入射側面8に入射するように構成すると共
に、自由液面7で反射した反射光束を外部に透過するプ
リズム部5の出射側面9と受光部側レンズ系14を透過
した反射光束を、反射光学部材16で液体容器部4の底
部の長手方向に沿って反射し、前記プリズム5の入射側
面8側に位置する光分岐素子10に導入し、受光部11
として設けたX軸方向の1次元の受光素子12とY軸方
向の1次元の受光素子13で受光するように構成してあ
る。尚、図2において、17は発光部1の光源の強さを
モニターするため発光部1の余分な光束の一部を反射鏡
18を介して受光する発光部モニターである。
【0007】また、上記実施例の場合、液体容器部4の
底板部19とプリズム部5とは、同一の光学部材で一体
に構成することによってその境界に入射光の屈折は生じ
ないが、液体容器部4の底板部19と液体6とは、例え
ば、底板部19の光学材料の屈折率が1.52に対して
液体6の屈折率が1.4のように異なるため、図3に示
すように、その境界面20で入射光束が反射してしま
い、ゴースト光束Gとなって受光部側レンズ系14に入
射し、光分岐素子10を介して受光素子12、13に導
入され、そのゴースト光束Gによって検出信号を微妙に
狂わせて正確な測定ができない恐れがあるが、本発明
は、図4に示すように、液体容器部4の底面に用いた底
板部19の光学材料と自由液面の液体6との接触する境
界面20に、反射したゴースト光束Gが受光部側レンズ
系14に入射しないように反れる方向に反射するゴース
ト除去傾斜面21を設け、該傾斜面21を通して入射光
を自由液面7に導入した構成を具備している。実施例の
場合、ゴースト除去傾斜面21は、液体容器4の厚さの
変わらない平板状の底板部19を、自由液面7に対して
入射方向から反射方向に沿って下方に傾斜して設け、反
射したゴースト光束Gが受光部側レンズ系14に入射し
ないように反れることによってゴースト除去傾斜面21
を構成している。
【0008】
【効果】以上の通り、本発明に係る微小傾斜角検出装置
によれば、発光部からの光束を略平行光束として液面反
射系に入射させ、液面反射系の自由液面で反射した反射
光を射出させ、受光部に設けた受光素子で受光し前記反
射光のずれ角から微小傾斜角を検出するようにした微小
傾斜角検出装置において、前記液面反射系と受光部との
間に光分岐素子を設けて反射光束を2方向に分岐させ、
それぞれの受光部に1次元の受光素子を設けた構成を有
するから、1次元の受光素子による精度の高い2次元方
向の微小傾斜角検出装置を構成することが可能になり、
従来の分解能が1/10程度に大きく劣る2次元受光素
子のため液体の自由表面から受光素子までの距離を長く
し、傾斜検出装置全体を大型化することによって検出精
度を高めるような構成を排除することができ、更に、受
光部側レンズ系と光分岐素子の間には、反射光学部材を
介在させて構成させることにより当該装置を小型に形成
することができ、電子測角儀等の測量装置にも容易に組
み込み可能な小型の装置を提供することができる効果が
ある。同様に、本発明に係る微小角検出装置によれば、
液面反射系と受光部との間に反射光束を受光部に集光し
入射させる受光部側レンズ系を設け、前記レンズ系と受
光部との間に光分岐素子を設けて反射光束を2方向に分
岐させ、それぞれの受光部に検出精度の高い1次元の受
光素子を設けた構成を有するから、受光部側レンズ系の
焦点距離を短くして精度の高い2次元方向の微小傾斜角
検出装置を構成することが可能になり、電子測角儀等の
測量装置にも容易に組み込み可能な小型の装置を提供す
ることができる効果がある。また、2次元方向の検出に
それぞれ別個な1次元の受光素子を設けてなるので、組
立調整時における調整作業が極めて容易であると同時に
正確な調整が可能になる効果がある。また、本発明は、
上記の装置において、液面反射系の自由液面の液体容器
底面に用いた光学材料と自由液面の液体との接触面にゴ
ースト除去傾斜面を設け、該傾斜面を通して入射光を自
由液面に導入させた構成を有するから、該傾斜面で反射
したゴースト光束を受光部に入射しないように反らすこ
とによって、液体容器底面と液体との境界面の反射によ
って生じる不必要な光束を受光素子に到達させないよう
にし、誤検出の原因を取り除くことができる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を一部を切り欠いて示す概略
斜面図。
【図2】本発明の他の一実施例を一部を省略して示す概
略平面図。
【図3】本発明の図2の実施例を一部を縦断して概略を
示す概略正面図。
【図4】本発明の他の実施例を一部を縦断して概略を示
す概略正面図。
【符号の説明】
1・・・発光部 2・・・発光部側レンズ系 3・・・液面反射系 4・・・液体容器部 5・・・プリズム部 6・・・液体 7・・・自由液面 8・・・入射側面 9・・・出射側面 10・・・光分岐素子 11・・・受光部 12・・・受光素子 13・・・受光素子 14・・・受光部側レンズ系 15・・・屈折プリズム部 16・・・反射光学部材 17・・・発光部モニター 18・・・反射鏡 19・・・底板部 20・・・境界面 21・・・ゴースト除去傾斜面

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光部からの光束を略平行光束と
    して液面反射系に入射させ、液面反射系の自由液面で反
    射した反射光を射出させ、受光部に設けた受光素子で受
    光し前記反射光のずれ角から微小傾斜角を検出するよう
    にした微小傾斜角検出装置において、前記液面反射系と
    受光部との間に光分岐素子を設けて反射光束を2方向に
    分岐させ、それぞれの受光部に1次元の受光素子を設け
    たことを特徴とする2次元方向の微小傾斜角検出装置。
  2. 【請求項2】 発光部からの光束を略平行光束と
    して液面反射系に入射させ、液面反射系の自由液面で反
    射した反射光を射出させ、受光部に設けた受光素子で受
    光し前記反射光のずれ角から微小傾斜角を検出するよう
    にした微小傾斜角検出装置において、前記液面反射系と
    受光部との間に反射光束を受光部に入射させる受光部側
    レンズ系を設け、前記レンズ系と受光部との間に光分岐
    素子を設けて反射光束を2方向に分岐させ、それぞれの
    受光部に1次元の受光素子を設けたことを特徴とする2
    次元方向の微小傾斜角検出装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の装置にお
    いて、液面反射系の自由液面の液体容器底面に用いた光
    学材料と自由液面の液体との接触面にゴースト除去傾斜
    面を設け、該傾斜面を通して入射光を自由液面に導入さ
    せたことを特徴とする2次元方向の微小傾斜角検出装置
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