JPH0198919A - 電子水準器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明は成る構造体が特定の角度位置を占めたときに聴
覚的若しくは視覚的信号を発生する技術に関し、特に物
体の角度位置を示すための電子装置に関する。

〈従来の技術〉 従来から、水準器が、水平面に対する、垂直面内に於け
る角度位置を決定するために広く用いられてきた。典型
的な水準器は、ガラス管内に空気の泡を保持しておき、
水準器が水平状態若しくは特定の角度位置を占めたとき
に、この空気の泡が管に設けられた特定のマークに整合
するようになっている。米国特許箱４，５９２．１４７
号明細書には、物体の角度位置を決定するために、細い
ワイヤの末端に重錘を結合してなる振子を用いる形式の
電子式水準器が開示されている。

この特許明細書に開示された電子式水準器は、水平状態
等の所望の角度位置を示すために視覚的及び聴覚的な表
示手段を備えている。角度検出手段は、細いワイヤによ
り吊下げられた金属球からなる。このワイヤは、所望の
角度位置が達成されたときに光束を遮断する。例えば赤
外線ＬＥＤ等の光源から得られた光がスリットを通過し
て振子の一部に投射され、更に別のスリットを通過した
後にフォトトランジスタにより検出される。これは、機
能的なシステムではあるが、水準器が前後方向に倒れた
場合には、振子の動作に支承をきたすという問題を有し
ている。

ここで、水準器の角度変位を特定する上で、「回転」と
は、表面の角度を特定するときに水準器が通常の角度変
位を行う動作を指し、「倒れ」とは、水準器を一方の端
部から見たときの水準器の傾斜を指すために用いられて
いる。更に、角度位置とは、所定の垂直面内に於ける与
えられた直線の水平面に対する角度を示すものとする。

前記した米国特許明細書に於ては、この直線が、重力に
より自由に垂下する振子のワイヤにより郭成される。こ
こで言う所望の角度位置とは、水準器が占めることが望
まれる、所定の垂直面内に於ける水平面に対する角度位
置を示すものとする。更に、偏差角度θとは、水準器が
適用されるべき面に対する垂直線の、所定の垂直面内に
於ける鉛直線に対する所望の角度位置との間の偏差を角
度により表示するものである。

前記米国特許明細書に記載された水準器によれば、特定
の構造体が所定の所望の角度位置を占めたときに、振子
のワイヤの一側方から他方の側方に向けて横切る光束を
、鉛直線としての振子のワイヤが完全に若しくは最大限
遮蔽するように構造体の位置が定められている。鉛直線
が光束を完全に遮蔽しない場合には、遮蔽されなかった
光が、光源に対して隔置された受光手段により捕捉され
る。振子のワイヤが、光束を部分的に若しくは完全に遮
蔽すると、それだけ少ない量の光が受光手段により捕捉
されることとなる。この重錘は、比較的狭い通路内のみ
を動き得るように拘束されている。この米国特許明細書
に基く水準器を例えば５度程度の大きな角度をもって倒
した場合には、重錘及びそれを吊下げているワイヤが装
置の壁面に接触し、自由に運動できなくなる。この装置
は、所望の角度位置が達成されたときに、或いは実際の
角度位置が所望の角度位置を中心とする所定の偏差角度
範囲内にあるときに特定の視覚的及び聴覚的表示を行う
。

しかしなから、この装置は、振子のワイヤが所望の角度
に対して、典型的には０．２度程度の感度範囲内である
ことを表示する以外は、所望の角度位置が達成されつつ
あることなどを検出することができない。重錘等を用い
る他の水準器としては、例えば所望の角度が達成された
ときに電気回路を閉じるナイフェツジ磁石を用いる米国
特許節、３．２３３，２３５号明細書に開示された発明
や、所望の角度位置が検出されたときに電気回路に接触
する重錘振子を用いる米国特許節４，０９４゜０７３号
明細書に開示された発明等がある。その他の電子式水準
器としては、米国特許節３，３７１．４２４号、同第３
，８６１，０５２号、同第４．０２７，３９９号、同第
４，０７７．１３２号、同第４，０７９，５２１号、同
第４，０８５゜３７５号、同第４．１１０，６０９号、
同第４゜１５４．０００号及び同第４，１８２．０４６
号並びにオーストラリア国特許第１７８２８／８２号明
細書に開示されたものがある。

ぐ発明が解決しようとする課題〉 このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的
は、特定の構造体の角度位置が、別の構造体の所望の角
度位置と一致するか否かを、また特定の構造体の角度位
置が、所望の角度位置に近付きつつあることを視覚的に
或いは聴覚的に検出するための電子式水準器を提供する
ことにある。

本発明の第２の目的は、特定の構造体が、水平軸線の回
りを垂直面内に於て傾動した場合でも、この垂直面に直
交する垂直面内に於ける前記構造体の回動位置を誤りな
く表示し得る電子式水準器を提供することにある。

［発明の構成コ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、光を発射するため
の発光手段と、前記発光手段から受ける光の量に対応す
る第１の電子信号を発生する受光手段と、前記発光手段
により発生した光の少なくとも一部が前記受光手段に到
達するのを阻止するべく第１の軸線回りに回転可能であ
って、その−部に設定された第１の基準線と、前記第１
の軸線に対して概ね直交する概ね垂直な面内に位置する
第２の基準線との間の偏差角度の尺度として、前記発光
手段から前記受光手段に到達する光の量を与えるための
光遮蔽手段と、前記偏差角度の大きさを変動可能な信号
により示すべく前記受光手段に接続され、かつ使用者に
より察知可能な信号を発生する信号手段とを有すること
を特徴とする電子水準器を提供することにより達成され
る。

く作用〉 従来技術に対する本発明の利点は、光を遮断する手段が
、関心のある軸線に対して直交する水平軸線回りの傾動
運動（倒れ）による影響を解消することができ、偏差角
度が所定の感度範囲内である場合には、偏差角度が減少
若しくは増大しつつあることを視覚的に及びまたは聴覚
的に表示することができ、前記感度領域の上下限を独立
にかつ容易に調節し得る点に見出される。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

本発明は、第１図に示された実施例から理解されるよう
に、バー等の部材からなる成る程度の重量を有する重錘
２が、特定の軸線回りに回動するべく拘束された場合に
は、地球の重力場に於てポテンシャルエネルギが最小と
なるように重錘２の位置が定まることに着目したもので
ある。この場合、重錘２の遊端にはワイヤ７等の零では
ないが小さな幅を有する突起を備えている。ワイヤ７は
、この重錘２若しくはこの重錘に付属する構造体が垂直
面内に於ける所定の角度位置を占めたときに所定の方向
に延出するべくその位置が定められている。ワイヤ７及
び重錘２は黄銅等の非磁性体からなるのが好ましいが、
これは地球の磁場や、導体若しくは磁石により発生する
外部磁界の影響に対して重錘２及びワイヤ７の位置の精
度を確保するためである。

第１図に於て、重錘２及びワイヤ７は、構造体の角度位
置が変化することに対応して、第１図及び第２Ａ図に示
されたようにｘｙ平面内に於て２軸回りに回転するべく
拘束されている。ここで、第１図及び第２Ｂ図に示され
たように、重錘２は、ｙｚ面内に於てＸ軸回りに回動し
ないようにされているのが好ましい。本明細書に於ては
、この回転運動を倒れと称している。第４図に於て、Ｘ
軸はｙｚ面に対して直交しており、従って、紙面に対し
て直交している。

第１図に示された装置は、非透光性であるワイヤ７を用
いるものであったが、振子の糸３の実際の位置と、その
所望の位置との間の偏差角度の絶対値１θ１が０若しく
は所定の小さい値θｍｉｎよりも小さい場合には最大限
の光景がフォトトランジスタ１１に供給されるように、
シャッタ１２等のスリットを第７図に示したようにワイ
ヤ７と置換することも可能である。

第１図に示された実施例に於ては、重錘２は、ナイロン
その他の材料からなる緊張した糸３により吊下げられて
おり、この糸３の両端５ａ、５ｂは角度位置を検出する
対象となるべき構造体としてのフレーム６ａ、６ｂに設
けられた２つの互いに隔置された点５ａ、５ｂに止着さ
れている。糸３は、重錘２の全幅に亘って設けられた開
口若しくはスロット４に嵌入されており、かつエポキシ
等の接着剤により固定されている。接着剤は、糸の繊維
内に浸透して、そのねじりに対する自由度を変化させる
ようなものであってはならない。

前記したように、この水準器１の倒れは、糸３が緊張し
ていることから、光路内に位置するワイヤ７に対して極
めて僅かな変位を引き起こすのみである。しかしなから
、糸３が極めて小さな直径を有するものであり、極く僅
かに伸長し得るようなナイロン等の材料からなるもので
あるため、極く僅かな変位を回避することができない。

そこで、初期の段階に於ては、水準器にショックを与え
た場合に、重錘が糸に対して及ぼすねじりの影響に関す
る問題が発生することが予想されたが、重錘の重心位置
を考慮して大きい加速度が発生した場合について行った
計算によれば、糸に加わる張力はその引張り強度よりも
かなり小さく、剪断力は殆ど発生しないことが解った。

小さな直径を有する突起若しくはワイヤ７（直径的０．
７６２ｍｍ＝０．０３インチ）は、重錘２の底部に固着
されており、従ってワイヤ７は、糸３が止着された構造
体６ａ、６ｂが所望の角度位置を占めたときに、垂直面
内の鉛直線に対して特定の方向を向くこととなる。

ここで光と呼ばれる電磁放射エネルギは、ＬＥＤ等の光
源８から発生し、互いに平行に配設された概ね非透光性
の板９．１０に設けられたスリット９ａ、１０ａを通過
する。好ましくは、ワイヤ７の位置が、両板９．１０間
に位置するｘｙ面内に於て回転するべく定められている
のが好ましい。

スリット９ａ、１０ａは、それぞれ長方形であって、そ
の長手方向が互いに平行であるのが望ましい。これらス
リット９ａ、１０ａ及びワイヤ７の位置は、この構造体
が所望の角度位置を占めた場合に、ワイヤ７の方向がス
リット９ａ、１０ａの長手方向に対して平行をなし、ワ
イヤ７が、スリット９ａ、１０ａを通過するべく光源８
から発生した光を最大限若しくは完全に遮蔽するように
定められているのが好ましい。フォトトランジスタ１１
が、これら両スリット９ａ、１０ａを介して光源８に対
峙するべく配置されており、ワイヤ７の位置がスリット
９ａ、１０ａと整合していない場合には、光源８からの
光がスリット９ａ、１０ａを通過してフォトトランジス
タ１１に到達するようにされている。ワイヤ７が、部分
的若しくは完全にスリット９ａ、１０ａを通過するべき
光を遮蔽した場合には、それだけ少ない量の光がフォト
トランジスタ１１に供給されることとなる。通常、光源
８とフォトトランジスタ１１との間隔は約３．１７５ｍ
ｍ（約０．１２５インチ）以下であるのが好ましく、ま
たスリット９ａ、１０ａの長手方向の長さも約３．１７
５ｎａｎ（約０．１２５インチ）であって良い。

フォトトランジスタ１１に光が照射されると、その強度
に応じた量の電流がフォトトランジスタ１１内に発生す
る。フォトトランジスタ１１内で発生した電流の量が多
ければ多い程、フォトトランジスタ１１がより導通状態
となり、そのコレクタとエミッタとの間の電位差ｖｃｅ
が小さくなる。

ワイヤ７の実際の角度位置と所望の角度位置との間の偏
差角度θが０に近付くに従って、ワイヤ７が、フォトト
ランジスタ１１に向けて照射される光を対応する割合を
もって遮蔽する。すると、フォトトランジスタ１１のコ
レクターエミッタ間の電位差ｖｃｅが、第３図に示され
たように偏差角度θの大小に従って変化する。この電位
差ｖｃｅは、正負いずれの領域に於ても偏差角度θが０
に近付くに従って、連続的かつ単調に増大し、偏差角度
θが完全に０となったとき、ｖｃｅは対応する電源Ｖ十
の構造によって定められる最大値となる。偏差角度θが
０となっても、漏れ込んだ光がフォトトランジスタ１１
に僅かなコレクタ電流を発生させ、コレクターエミッタ
電位差ｖｃｅが電源Ｖ＋によって定められる最大値に達
成するのが成る程度妨げられる場合もある。ワイヤ７が
、第１図に示された光源８からの光を全熱遮蔽しない場
合には、第３図に於てＶＯｆｆとして示されたように電
位差ｖｃｅは最小値をとる。第３図に於て、Ｖｃｅ＜Ｖ
１６である場合、上記した視覚的及び聴覚的表示が行わ
れない。

第４図に示されているように、フォトトランジスタ１１
のエミッタは接地されており、そのコレクタは、図示さ
れたように２つの比較器１４．１６の非反転入力端子に
夫々直接的に接続されている。フォトトランジスタ１１
のコレクタは抵抗器Ｒ１２を介して概ね一定な電圧を供
給する正の電源Ｖ＋に接続されている。■＋は、直列接
続された３つの抵抗器Ｒ３５、Ｒ３６及びＲ３７を介し
て接地されている。これらの抵抗器は、良く知られてい
るように分割器として機能する。抵抗器３５．３６間の
ノードは比較器１４の反転入力端子に接続されており、
抵抗器Ｒ３６、Ｒ３７間のノードは比較器１６の反転入
力端子に接続されている。これにより、次の式で与えら
れるような概ね一定の電圧がこれら両比較器１４．１６
の反転入力端子に加えられることとなる。

（−、Ｒ３６＋Ｒ３７ Ｖ１４＝　　　　　　　　　　　Ｖ＋　　　　　（１）
Ｒ３５＋Ｒ３６＋Ｒ３７ （−）　　　　　Ｒ３７ Ｖ１６＝　　　　　　　　　　　Ｖ＋　　　　　（２）
Ｒ３５＋Ｒ３６＋Ｒ３７ 但しＲ３５、Ｒ３６及びＲ３７は上記した３つの抵抗器
の抵抗値を表す。

比較器１４の出力端子は抵抗器Ｒ２０を介して第１のＮ
ＰＮトランジスタＱ２３のベースに接続されている。比
較器１６の出力端子は抵抗器Ｒ２２を介して第２のＮＰ
Ｎ）ランジスタＱ２４のベースに接続されており、この
トランジスタのエミッタが接地され、かつそのコレクタ
はトランジス夕Ｑ２３のエミッタに接続されている。フ
ォトトランジスタ１１のコレクタは電圧制御式発振器（
ＶＣＯ）１５の入力端子にも接続されており、ＶＣＯ１
５の出力端子は抵抗器Ｒ２１を介してトランジスタＱ２
３のベースに接続されている。

トランジスタＱ２３のコレクタはＬＥＤ２７のカソード
若しくは他の発光素子に接続されており、ＬＥＤ２７の
アノードは抵抗器Ｒ２６を介して概ね一定な電圧源Ｖ十
若しくは非制御電源Ｖ＋十に接続されている。トランジ
スタＱ２３のコレクタは圧電式若しくは他の形式のスピ
ーカ２５の低電圧端子に接続されており、その高電圧端
子は電源Ｖ十若しくはＶ＋＋に接続されている。スピー
カ２５により得られる聴覚信号若しくはＬＥＤ２７によ
り得られる視覚信号のいずれが一方を所望に応じて省略
することもできる。

非制御電源Ｖ＋十を例えばＬＭ３１７（商品名）等の安
定化電源３１に供給して制御端子３４に於ける概ね一定
の正の電圧■十を得るようにすることができる。

−２３＝ 第４図に示された回路の作動の要領を以下に説明する。

フォトトランジスタ１１に光が照射されると、第３図に
示されたように、偏差角度θに対応するように電圧ｖｃ
ｅを変化させるような電流が発生する。偏差角度θが大
きく、従って電圧ｖｃｅがＶｌＢよりも低い場合には、
両比較器１４．１６の反転入力端子に加えられる電圧が
それらの非反転入力端子に加えられた電圧よりも優勢で
あることから、これらの比較器の出力電圧が、第３図に
より示されるように低いレベル（負若しくは概ねＯ）と
なる。この時点に於て、トランジスタＱ２３、Ｑ２４は
いずれも遮断されている。偏差角度の絶対値１θ；が減
少し電圧ｖｃｅがＶｉＢを加えて上昇するように（Ｖｌ
Ｂ＜Ｖｃｅ＜Ｖ１４）電圧レベルのバランスが反転する
に伴い、比較器１６の出力信号が第５Ａ図に示されたよ
うに急激に正の値に反転する。

これにより、トランジスタＱ２４は飽和するが、トラン
ジスタＱ２３は依然として遮断状態に保持される。ＶＣ
ｅ＝Ｖ１６となるまでは、ＬＥＤ２７若しくはスピーカ
２５に何ら電流が供給されず、これらの装置はオフ状態
に止まる。

しかしなから、ｖｃｅが更に増大し、ＶＣＯ１５により
発生した発振出力信号の変調周波数ｆ　ｔｔｌＯｄが電
圧ｖｃｅと共に連続的に増大する。電圧ｖｃｅがＶｌＢ
＜Ｖｃｅ＜Ｖ１４の関係を保って上昇することは、偏差
角度の絶対値１θ１が第３図及び第６図に示されたよう
にθｍｉｎ　＜　１θ１くθｍａｘの関係を保って減少
することに対応する。この範囲に亘ってθの絶対値が減
少するに伴い、本発明に基づく装置によれば、変調周波
数ｆ　ｍｏｄも上昇し、これにより水準器のユーザは、
偏差角度を０にするためには更に同一方向の運動が必要
であることが解る。

ここで、θｍｉｎ及びθｍａＸ（＞θｍｉｎ　）は２つ
の任意であるが固定された感度範囲を定める角度値であ
る。偏差角度の絶対値１θ１が、例えば０．２度に等し
いθｍｉｎを下回ると、視覚的及び聴覚的信号が変調さ
れた信号から連続的な信号となり、偏差角度が極めて小
さくなったことを表示する。

この角度θｍｉｎは任意の度合で小さくすることが可能
である。

中間的な領域即ちＶｌＢ＜Ｖｃｅ＜Ｖ１４の範囲にあっ
ては、ＶＣＯ１５は、ｖｃｅの上昇に応じて増大する周
波数を有する一定振幅の一連の矩形波１８を発生する。

これらの正のパルスは、トランジスタＱ２３を間欠的に
オンオフし、しかもその頻度はＶＣＯ１５により発生す
る変調信号の周波数に対応する。トランジスタＱ２３が
一時的にオン状態となると、トランジスタＱ２３のコレ
クタが（即ちＬＥＤ２７のカソード及びスピーカ２５の
低電圧端子）がローとなり（このときトランジスタＱ２
４は既に飽和している）、ＬＥＤ２７が間欠的に点滅し
、かつスピーカ２５が間欠的に音を発生する。ＬＥＤ信
号及びスピーカからの信号は、それぞれＶＣＯ１５によ
り発生する変調周波数に対応する頻度をもって間欠的に
発生する。電圧■ｃｅが、偏差角度の絶対値が０に近付
くことに対応して連続的に減少するに伴い、スピーカ２
５及びＬＥＤ２７からの聴覚信号及び視覚信号の変調周
波数が増大する。

偏差角度の絶対値１θ１が十分に小さくなり、ｖｃｅが
Ｖ１４より大きくなると、比較器１４の出力信号が急激
に正となり（第５Ｂ図）、トランジスタＱ２３を永久的
に飽和した状態にする。この時点に於て、スピーカ２５
からの聴覚信号及びＬＥＤ２７からの視覚信号が間欠的
ではなく継続的となり、これが第６図に於てｆｍｏｄ　
＝ｆｍＯｄ　　（ｍａＸ　）＝一定として象徴的に示さ
れている。

第６図は本発明及び前記した米国特許に基づ〈発明につ
いて、偏差角度θと変調周波数ｆ　ｍｏｄの変化とを比
較するグラフを示す。本発明に於ては、（１）偏差角度
が１θ１〉θｍａｘである場合、ｆｍｏｄは０（信号な
し）であって、但しθｍａｘは任意の固定された感度範
囲の最大角度であって、（２＞ｆｍｏｄは、１θ１がθ
ｍａｘからθｍｉｎに向けて減少するに伴い、必ずしも
線形であるとは限らないがｆｍｏｄ　　（ｍａｘ　）に
向けて概ね単調に増大し、（３）１θ１くθｍｉｎの範
囲についてはｆｍＯｄ＝一定値となっている。ｆｍＯｄ
＝一定であることは、スピーカ２５及びまたはＬＥＤ２
７から、間欠的な信号ではなく、連続的な信号が得られ
ることを意味する。θｍｉｎ　＜θ〈θｍａｘは、本明
細書に於ては感度領域と呼ばれ、−θｍｉｎ　＜θ〈θ
ｍｉｎは、平坦領域と呼ばれる。この感度領域範囲内に
あっては、ｆ　ｍｏｄは、本水準器を傾斜させるに従い
、偏差角度θの大きさが増大若しくは減少することを示
すように単調に変化する。

それに対して、前記米国特許明細書に開示された発明に
よれば、（１）１θ１〉θｍｉｎの場合ｆｍｏｄ＝ｏで
あり、（２）　ＩθＩ〈θｍｉｎの場合にｆｍｏｄ　＝
ｆｍｏｄ　　（ｍａｘ　）となっている。従って、この
水準器によれば、現在の角度位置が、所望の角度位置に
近付きつつあるか若しくは遠ざかりつつあることを、連
続的かつ単調変化する変調周波数によって聴覚若しくは
視覚信号として示すことができない。しかも、本発明の
場合と異なり、重錘２若しくはそのワイヤ７が倒れた場
合に、測定値がこの倒れの影響を受けることとなる。

第１図に示された突起としてのワイヤ７は、第７図に示
されたようなスリット１２ａを有するシャッタ１２によ
り置換することができる。第７図に示された構造を採用
した場合には、第１図に示された光源８からの光は、角
度位置が正確に若しくは概ね所望の角度位置に一致し、
（偏差角度θ＝０）であってスリット９ａ、１２ａ、１
０ａが概ね整合した場合には、スリット９ａ、１２ａ、
１０ａをこの順に通過する。偏差角度１θ１の大きさが
増大するに従って、シャッタ１２が第７図のｘｙ面内を
２軸回りに回転することから、それだけ少ない量の光が
光源８からスリット９ａ、１２ａ、１０ａを通過するこ
ととなり、それだけ少ない量の光がフォトトランジスタ
１１に照射される。この場合に、コレクターエミッタ電
位差ｖｃｅは、第８図に示されたように偏差角度１θＩ
と共に変化する。この構造を、第４図に於て、第１図に
示された部分と置換した場合には、ＶＣＯ１５からの出
力信号の変調周波数ｆ　ｍｏｄは、偏差角度１θ１が減
少するに従って減少する。これにより、１θ１が減少す
るに伴い、スピーカ２５からの間欠的な聴覚出力信号及
びＬＥＤ２７からの視覚的出力信号はそれぞれより低い
変調周波数ｆ　ｍｏｄを有するようになり、１θ１〈θ
ｍｉｎとなった場合には、発振が停止し、聴覚信号及び
視覚信号の両者が消滅する。

上記実施例に対する変形実施例として、フォトトランジ
スタ１１のコレクタと第４図に示されたノードＮ１３と
の間に、第９図に示されたような高ゲイン演算増幅器４
１と負帰還回路を構成するようにこの演算増幅器に接続
された２つの概ね同一抵抗値を有するＲ４２、Ｒ４２′
とを用いる単純なインバータを接続することができる。

これにより、第４図に示されたワイヤ７を用いる実施例
の場合と同様に、第３図に示されなθとｖｃｅの関係及
び付随する他の全ての応答を得ることができる。

第４図は、フォトトランジスタ１１及びＮＰＮトランジ
スタとしてのトランジスタＱ２３、Ｑ２４を示す。良く
知られているように、正の電源Ｖ＋十及び安定化電源Ｖ
＋をそれぞれ負の電源Ｖ−及び安定化負電源■−により
置換し、ＶＣＯ１５、スピーカ２５及びＬＥＤ２７を良
く知られている要領をもって若干変更することにより、
２つのＮＰＮトランジスタＱ２３、Ｑ２４を２つのＰＮ
Ｐトランジスタにより置換することができる。これによ
り得られる構造に於ても、１θ１が増大若しくは減少す
るのを示すように偏差角度の絶対値に対して単調に変化
する聴覚的及びまたは視覚的信号を得ることができる。

第１０図に示された回路は第１図に示された実施例と同
様に偏差角度の絶対値に対して単調に変化する聴覚的及
びまたは視覚的信号を発生するものである。第１０図に
於ては、第１図の実施例とは以下の点に於て異なってい
る。（１〉フォトトランジスタ１１のエミッタ、トラン
ジスタＱ２４のエミッタ及び抵抗器３７に隣接する接地
端子が正の電源端子Ｖ＋（またはＶ＋＋）により置換さ
れている。（２）抵抗器Ｒ１２、Ｒ，３５、Ｒ２６に隣
接する正の電源単位Ｖ＋（または■÷＋）が接地端子に
より置換されている。（３）抵抗器Ｒ３５、Ｒ３７が互
いに置換されている。（４）スピーカ２５の入力端子及
び出力端子が互いに置換されてる。（５）ＬＥＤ２７の
入力端子及び出力端子が互いに置換されいてる。（６）
２つのＮＰＮ）ランジスタＱ２３、Ｑ２４が２つのＰＮ
Ｐ）ランジスタＱ４３、Ｑ４４により置換されている。

第１０図に示された回路は、第１図に示された回路と概
ね同様の要領をもって作動すると共に、概ね同様の結果
を引き起こす。

第１０図に於て、正の電源Ｖ＋（またはＶ＋＋）が負の
電源Ｖ−（若しくは■−）により置換され、ＶＣＯ１５
、スピーカ２５及びＬＥＤ２７を良く知られている事項
を考慮して変更し、２つのＰＮＰトランジスタを２つの
ＮＰＮ）ランジスタＱ２３、Ｑ２４により置換しても、
結果として形成される回路は、偏差角度の絶対値が増大
若しくは減少することを示すように、偏差角度の絶対値
の大小に応じて単調に変化する聴覚的及びまたは視覚的
信号を発生する。

所望に応じて、この装置を作動状態及び非作動状態に適
宜切り換え得るように、第４図に示されたように電源Ｖ
＋＋と安定化電源回路３１との間にスイッチ５Ｗ３０を
設けることができる。

上記した電圧分割器（抵抗器Ｒ３５、Ｒ３６及びＲ３７
）に関して、そのうちの抵抗器の１つ若しくは複数を、
第４図に示された電圧レベルＶ１４、Ｖ１６を調節し得
るように適宜な抵抗値範囲を有するポテンシオメータに
より置換することができる。

これにより、聴覚的及び視覚的信号が（単調に変化する
周波数をもって）間欠的となるような偏差角度の臨界度
θｍａｘを変化させ、同様に聴覚的及び視覚的信号が概
ね一定となる臨界値を与える偏差角度値θｍｉｎを調節
することができる。上記したように、第１の実施例の場
合、１θ１〉θｍａｘの場合、スピーカ２５及びＬＥＤ
２７から聴覚的゛　　　及び視覚的信号が何ら発生しな
い。

ここに開示した電子式水準器は、従来の水準器に対して
次のような利点を有する。（１）水準器の倒れによる影
響を抑制若しくは排除することができる。（２）構造体
の角度位置に対応すると共に電子的に検出可能な偏差角
度が１度の何分の１若しくは数度に限定されない。感度
領域及び平坦領域の偏差角度の臨界値（第３図）が、独
立にかつ容易に調節可能である。（４）−θｍａｘ≦θ
≦−θｍｉｎまたはθｍｉｎ≦θ≦θｍａｘの範囲の偏
差角度θについて、偏差角度が所望の偏差角度値（偏差
角度θ−０）に近付きつつあるか或いは遠ざかりつつあ
ることを聴覚的若しくは視覚的に表示することができる
。

本発明は、所定の垂直面内に位置する構造体の角度位置
についての偏差を表示するために用いることができ、角
度偏差の基準となる構造部分を変更することにより、水
平面等信の面内に於ける構造体の角度位置を検出するた
めにも用いることができる。

また、本発明の発展的な実施態様として、第１図及び第
７図に示された機械的或いは光学的部分が、所定の波長
λＳを有する光に対して概ね透明であるような変圧器オ
イル若しくは５ｈｅｌｌｓｏｌ　Ｎｏ。

７２（脂肪族シンナの商品名）等の粘性流体６３を貯容
する容器６１を含むものであって良く、この粘性流体は
重錘及びまたはワイヤ７（またはシャッタ１２）の一部
または全てを包囲するものであって良い。この場合、（
１）容器６１は、両板９．１０間に位置しており、光源
８からの光がスリット９ａ、容器６１の第１の壁６１ａ
、容器６１の第２の壁６１ｂ及びスリット１０ａをこの
順に通過するものであっても、（２）両板９．１０の両
者またはいずれか一方が容器６１の対応する壁６１ａ、
６１ｂからなるものであっても、（３）画板の両者また
はいずれか一方が容器６１内に位置するものであっても
良い。光源８は、フォトトランジスタ１１が検知可能な
波長である波長λＳに隣接する電磁エネルギを放射し得
るものからなる。λｓ＝０．９３μｍとすると、変圧器
オイル或いは５ｈｅｌ　ｌ５ｏｌ　Ｎｏ、　７２のいず
れをも粘性流体６３として用いることができる。

重錘２及びまたはワイヤ７（またはシャッタ１２）の一
部または全てを包囲する粘性流体６３が存在することに
より、ワイヤ７（またはシャッタ１２）はその釣合位置
を中心とする振動を行うことがなく、またはダンピング
の効いた振動を行うこととなることから、ワイヤ７また
はシャッタ１２の真の偏差角度θを短時間に検出するこ
とが可能となる。重錘には、２５．４ｘ５．０８ｘｌ。

５２４ｍｍ（ＩＸｏ、２ＸＯ１０６インチ）（長さＸ幅
×厚さ）の寸法を有するものであって良く、金属または
アクリル等の合成樹脂からなるものであって良い。容器
６１の壁６１ａ、６１ｂは、波長λＳの光を透過し得る
ようなアクリル樹脂等の合成樹脂からなり、容器６１内
に貯容される粘性流体６３により化学的に浸蝕されない
材料からなるものであるのが好ましい。

第１１図は、本発明に基づく電子水準器の一実施例とし
ての水準器補助位置の外観を示す。この装置５１は、■
形ビーム構造５３を有し、その中央部５５内に機械的、
光学的及び電子的部品が収容されている。この装置５１
は、所望に応じて従来形式の水平方向の水準器ユニット
５７、及びまたは垂直方向を向く水準器ユニット５９を
備え、所望の角度偏差を近似的に表示し得るものであつ
て良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は光束を部分的に若しくは完全に遮蔽するべくワ
イヤ等の突起を用いる形式の本発明に基づく電子式水準
器の機械的及び光学的部品を模式的に示す斜視図である
。 第２Ａ図及び第２Ｂ図は、それぞれ水準器の側面図及び
端面図を示し、Ｚ軸回りの回転蓮動及びＸ軸回りの倒れ
方向運動の定義を与えるための説明図である。 第３図は本発明に基づ〈実施例に於ける構造体の角度偏
差θの関数として得られるフォトトランジスタの電圧値
を示すグラフである。 第４図は、第１図に示された実施例について、機械的及
び光学的部品と電子的部品との間の関係を示す模式的回
路図である。 第５Ａ図及び第５Ｂ図は、各比較器１４．１６の非反転
入力端子に加えられた電圧ｖｃｅの関数として得られる
各比較器の出力を示すグラフである。 第６図は偏差角度θの関数として得られる聴覚−３７＝ 的及び視覚的信号の変調周波数の変化を、本発明に基づ
く場合と従来技術に基づく場合とについて示すグラフで
ある。 第７図はワイヤ等の突起をシャッタ若しくはスリットに
置換した場合の、第１図に示された実施例に類似する実
施例を示す斜視図である。 第８図は第２の実施例に於ける構造体の角度偏差の関数
として得られるフォトトランジスタの電圧値を示すグラ
フである。 第９図は本発明の成る実施例について用いられるインバ
ータ回路を示す回路図である。 第１０図は本発明に基づく、第４図に示された実施例と
同様の実施例を示す回路図である。 第１１図は本発明に基づく電子式水準器の一実施例の外
観を示す斜視図である。 １・・・水準器　　　　　２・・・重錘３・・・糸　　
　　　　　４・・・スロット５ａ、５ｂ・・・止着点 ６．６ａ、６ｂ・・・フレーム（構造体）７・・・ワイ
ヤ　　　　　８・・・光源９．１０・・・板　　　　９
ａ、１０ａ・・・スリット１１・・・フォトトランジス
タ １２・・・シャッタ １４．１６・・・比較器 １５・・・電圧制御式発振器 ２５・・・スピーカ　　　２７・・・ＬＥＤ３１・・・
安定化電源回路４１・・・演算増幅器５１・・・水準器
　　　　５３・・・■形ビーム構造５５・・・中央部 ５７．５９・・・水準器ユニット ６１・・・容器　　　　　６３・・・粘性流体特許出願
人　　ジルコン・インターナショナル・インコーホレイ
テッド

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）光を発射するための発光手段と、 前記発光手段から受ける光の量に対応する第１の電子信
   号を発生する受光手段と、 前記発光手段により発生した光の少なくとも一部が前記
   受光手段に到達するのを阻止するべく第１の軸線回りに
   回転可能であつて、その一部に設定された第１の基準線
   と、前記第１の軸線に対して概ね直交する概ね垂直な面
   内に位置する第２の基準線との間の偏差角度の尺度とし
   て、前記発光手段から前記受光手段に到達する光の量を
   与えるための光遮蔽手段と、 前記偏差角度の大きさを変動可能な信号により示すべく
   前記受光手段に接続され、かつ使用者により察知可能な
   信号を発生する信号手段とを有することを特徴とする電
   子水準器。
2. （２）前記受光手段が、光を受けるための光電手段を有
   し、かつ該受光手段の受ける光が減少するに伴い単調な
   変化を行う電圧信号を発生するものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の電子水準器。
3. （３）前記光遮蔽手段が、該水準器のフレームに対して
   重錘を吊下げるための吊下手段を有することにより、前
   記フレームが、前記偏差角度が０になるような姿勢をと
   ったときに、前記吊下手段が、前記受光手段に向けて送
   られる光を最大限若しくは完全に遮蔽するものであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電子水準
   器。
4. （４）前記光遮蔽手段が、該水準器のフレームから重錘
   を吊下げるための吊下手段を有することにより、前記フ
   レームが、前記偏差角度が０となるような姿勢を取った
   ときに、前記吊下手段が、前記発光手段から前記受光手
   段へ向けて送られる光を最少限に遮蔽し若しくは全く遮
   蔽しないことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の電子水準器。
5. （５）前記重錘が前記垂直面内にて自由に回転可能であ
   るが、前記垂直面に対して平行でない面内に於ては概ね
   回転し得ないようにされていることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項若しくは第４項に記載の電子水準器。
6. （６）前記光遮蔽手段が、概ね平面的であつてかつ概ね
   長方形をなす２つの概ね同形の開口を有し、かつこれら
   開口が互いに隔置されていると共に、前記開口の一方が
   、前記開口の他方と前記発光手段との間に位置し、前記
   開口の他方が、前記第１の開口と前記受光手段との間に
   位置し、更に前記開口の長手方向が互いに概ね平行をな
   すように前記両開口の位置が定められていることを特徴
   とする特許請求の範囲第３項若しくは第４項に記載の電
   子水準器。
7. （７）前記信号手段が、前記受光手段から前記第１の電
   子信号を受けることにより、前記偏差角度の増加に伴い
   概ね単調にかつ連続的に変化する変調周波数を伴う間欠
   的な聴覚信号若しくは視覚信号を発生するための電子手
   段を備えることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の電子水準器。
8. （８）前記電子手段が、入力端子及び出力端子を有する
   圧電スピーカを含むことを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項に記載の電子水準器。
9. （９）前記電子手段が、入力端子及び出力端子を備える
   発光ダイオードを含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第７項に記載の電子水準器。
10. （１０）前記電子手段が、入力端子及び出力端子を有す
    る圧電スピーカと、入力端子及び出力端子を備える発光
    ダイオードとを含むことを特徴とする特許請求の範囲第
    ７項に記載の電子水準器。
11. （１１）前記信号手段が、定電圧源と、接地されたエミ
    ッタ及び前記電源に所定の抵抗を介して電気的に接続さ
    れたコレクタを有するフォトトランジスタとを有するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の電子水準
    器。
12. （１２）前記信号手段が、 前記フォトトランジスタのコレクタに電気的に接続され
    た非反転入力端子及び前記電源に所定の第２の抵抗を介
    して電気的に接続された反転入力端子を含む少なくとも
    ２つの入力端子を備えると共に第１の比較出力信号を発
    生するための第１の比較器と、 前記フォトトランジスタのコレクタに電気的に接続され
    た非反転入力端子及び前記第１の比較器の前記反転入力
    端子に所定の第３の抵抗器を介して電気的に接続されか
    つ所定の第４の抵抗器を介して接地された反転入力端子
    を含む少なくとも２つの入力端子を有すると共に第２の
    比較出力信号を発生するための第２の比較器と、 前記フォトトランジスタのコレクタに電気的に接続され
    た入力端子を有すると共に、前記入力電圧の増大に伴い
    単調に変化する周波数を有する発振出力を発生するため
    の電圧制御式発振器と、接地されたエミッタ及び前記第
    ２の比較器の前記出力端子に所定の第５の抵抗器を介し
    て電気的に接続されたベースを有する第１のトランジス
    タと、 前記第１のトランジスタのコレクタに電気的に接続され
    たエミッタ及び前記第１の比較器の前記出力端子に所定
    の第６の抵抗器を介して電気的に接続されかつ所定の第
    ７の抵抗器を介して前記電圧制御式発振器の前記出力端
    子に電気的に接続されたベースを有する第２のトランジ
    スタとを備えることを特徴とする特許請求の範囲第１１
    項に記載の電子水準器。
13. （１３）前記信号手段が、 前記フォトトランジスタのコレクタに電気的に接続され
    た非反転入力端子及び所定の第２の抵抗を介して電気的
    に接地された反転入力端子を含む少なくとも２つの入力
    端子を備えると共に第１の比較出力信号を発生するため
    の第１の比較器と、前記フォトトランジスタのコレクタ
    に電気的に接続された非反転入力端子及び前記第１の比
    較器の前記反転入力端子に所定の第３の抵抗器を介して
    電気的に接続されかつ所定の第４の抵抗器を介して前記
    電源に電気的に接続された反転入力端子を含む少なくと
    も２つの入力端子を有すると共に第２の比較出力信号を
    発生するための第２の比較器と、 前記フォトトランジスタのコレクタに電気的に接続され
    た入力端子を有すると共に、前記入力電圧の増大に伴い
    単調に変化する周波数を有する発振出力を発生するため
    の電圧制御式発振器と、前記電源に電気的に接続された
    エミッタ及び前記第２の比較器の前記出力端子に所定の
    第５の抵抗器を介して電気的に接続されたベースを有す
    る第１のトランジスタと、 前記第１のトランジスタのコレクタに電気的に接続され
    たエミッタ及び前記第１の比較器の前記出力端子に所定
    の第６の抵抗器を介して電気的に接続されかつ所定の第
    ７の抵抗器を介して前記電圧制御式発振器の前記出力端
    子に電気的に接続されたベースを有する第２のトランジ
    スタとを備えることを特徴とする特許請求の範囲第１１
    項に記載の電子水準器。
14. （１４）前記信号手段が、前記第２のトランジスタのコ
    レクタに電気的に接続された第１の端子及び接地された
    第２の端子を含む少なくとも２つの端子を有する聴覚信
    号発生手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
    ２項若しくは第１３項に記載の電子水準器。
15. （１５）前記信号発生手段が、前記第２のトランジスタ
    のコレクタに電気的に接続された端子を含む少なくとも
    ２つの端子を有する発光ダイオードと、 前記発光ダイオードの第２の端子に電気的に接続された
    第１の端子及び接地された第２の端子を有する所定の第
    ８の抵抗器とを有することを特徴とする特許請求の範囲
    第１２項若しくは第１３項に記載の電子水準器。
16. （１６）前記第２の抵抗器、前記第３の抵抗器及び前記
    第４の抵抗器のうちの少なくともいずれか１つがポテン
    シオメータからなることを特徴とする特許請求の範囲第
    １２項若しくは第１３項に記載の電子水準器。
17. （１７）前記重錘の少なくとも一部を包囲する粘性流体
    を含み、前記粘性流体が前記発光手段により発生した光
    の内の特定の波長のものに対して概ね透明であることを
    特徴とする特許請求の範囲第３項若しくは第４項に記載
    の電子水準器。