JPH0453532Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0453532Y2 JPH0453532Y2 JP1985105426U JP10542685U JPH0453532Y2 JP H0453532 Y2 JPH0453532 Y2 JP H0453532Y2 JP 1985105426 U JP1985105426 U JP 1985105426U JP 10542685 U JP10542685 U JP 10542685U JP H0453532 Y2 JPH0453532 Y2 JP H0453532Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid
- tilt angle
- thickness
- angle sensor
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 51
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 15
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この考案は、液体が形成する水平表面で反射し
てこの液体を透過後空中へ屈折出射する光線の変
位を検出することによつて傾斜角を検出する傾斜
角センサにおいて、この液体の屈折率変動に伴う
検出誤差を補償するための機構に関する。
てこの液体を透過後空中へ屈折出射する光線の変
位を検出することによつて傾斜角を検出する傾斜
角センサにおいて、この液体の屈折率変動に伴う
検出誤差を補償するための機構に関する。
（従来技術）
液体の表面が重力の作用で常に水平状態を維持
することを利用した従来の傾斜角センサは、傾斜
計本体に取付けたガラス容器に容れた液体の表面
が傾斜計本体の傾き、すなわち測定すべき傾斜角
に関係なく常に水平となることに着目し、かかる
液体表面で反射した後この液体を透過する光線が
傾斜計の傾きに比例して振れを起こして変位する
ので、この光線の結像点の移動を検出することに
よつて傾斜角を測定するものである。この際、環
境温度の変動によつて液体屈折率に変化がある
と、傾斜角検出誤差が生じる。
することを利用した従来の傾斜角センサは、傾斜
計本体に取付けたガラス容器に容れた液体の表面
が傾斜計本体の傾き、すなわち測定すべき傾斜角
に関係なく常に水平となることに着目し、かかる
液体表面で反射した後この液体を透過する光線が
傾斜計の傾きに比例して振れを起こして変位する
ので、この光線の結像点の移動を検出することに
よつて傾斜角を測定するものである。この際、環
境温度の変動によつて液体屈折率に変化がある
と、傾斜角検出誤差が生じる。
第２図を用いてこれを更に詳しく説明すると、
次のとおりである。すなわち、図示していない傾
斜計本体に固定された例えばガラス製の容器１に
容れた液体２の作る表面３は、傾斜計本体の傾斜
に関係なく水平となる。傾斜計本体に固定された
LEDのような図示していない光源からの光線は、
実線矢印の如く容器１内に入射し、液体表面３に
おいて反射し、更に液体２を透過して矢印の如く
空中に出射する。傾斜計本体が水平に位置すると
き、容器１から出射する光線は容器１の壁面から
垂直に出射するようにしておく（この条件は厳密
に満す必要はなく、ほぼ垂直であればよい）。い
ま、傾斜計本体がθ傾くと、反射光は図示の如く
2θ振れ、更に、出射光は屈折してδだけ変位す
る。このとき、液体２の屈折率をｎとすると、ｎ
×sin2θ＝sinδとなるから、受光検出器によつて
変位δを検出できるようにすることにより、求め
る傾斜角θが求められる。したがつて、温度変化
によつてｎが変化するときは、求められた傾斜角
は、このｎの変動分に相当する検出誤差を含むた
め、傾斜センサの精度の低下を招くことになる。
次のとおりである。すなわち、図示していない傾
斜計本体に固定された例えばガラス製の容器１に
容れた液体２の作る表面３は、傾斜計本体の傾斜
に関係なく水平となる。傾斜計本体に固定された
LEDのような図示していない光源からの光線は、
実線矢印の如く容器１内に入射し、液体表面３に
おいて反射し、更に液体２を透過して矢印の如く
空中に出射する。傾斜計本体が水平に位置すると
き、容器１から出射する光線は容器１の壁面から
垂直に出射するようにしておく（この条件は厳密
に満す必要はなく、ほぼ垂直であればよい）。い
ま、傾斜計本体がθ傾くと、反射光は図示の如く
2θ振れ、更に、出射光は屈折してδだけ変位す
る。このとき、液体２の屈折率をｎとすると、ｎ
×sin2θ＝sinδとなるから、受光検出器によつて
変位δを検出できるようにすることにより、求め
る傾斜角θが求められる。したがつて、温度変化
によつてｎが変化するときは、求められた傾斜角
は、このｎの変動分に相当する検出誤差を含むた
め、傾斜センサの精度の低下を招くことになる。
（考案が解決しようとする問題点）
この考案は、このような従来技術の問題点を除
くためになされたものであつて、液体屈折率の変
化に伴う検出誤差を少なくするための補正機構を
有する液体の水平表面を利用した傾斜角センサを
提供することを目的としている。
くためになされたものであつて、液体屈折率の変
化に伴う検出誤差を少なくするための補正機構を
有する液体の水平表面を利用した傾斜角センサを
提供することを目的としている。
（問題点を解決するための手段）
この考案は、上記のような従来の液体を用いた
傾斜角センサにおいて、液体の水平表面で反射し
た後にこの液体の外へ出射する検出光の光路に、
厚さ一様の液体を置き、この液体として反射用液
体と同種の液体を用いることとし、この厚さ一様
の液体の厚さを当該光路の空気の厚さより十分に
大きくすることによつて、液体屈折率変化に起因
する傾斜角検出誤差を極力低減するものである。
傾斜角センサにおいて、液体の水平表面で反射し
た後にこの液体の外へ出射する検出光の光路に、
厚さ一様の液体を置き、この液体として反射用液
体と同種の液体を用いることとし、この厚さ一様
の液体の厚さを当該光路の空気の厚さより十分に
大きくすることによつて、液体屈折率変化に起因
する傾斜角検出誤差を極力低減するものである。
（実施例）
次に、本考案の傾斜角センサの構成と原理を、
添付の図面を参照にしながら、更に詳しく説明す
る。
添付の図面を参照にしながら、更に詳しく説明す
る。
この考案の傾斜角センサの構成の要部は第１図
に示したとおりである。この種の従来のもののよ
うに、傾斜角センサ本体に、例えばガラス製の容
器１、光源４、光源４からの光を平行にして容器
１の中の液体２の水平表面３へ送るコリメートレ
ンズ５、水平表面３からの反射光を結像するため
の結像レンズ６、及び、結像レンズ６の結像点の
位置を検出する検出器７を取付け、容器１に液体
２を容れて傾斜角センサを構成する。そして、表
面３で反射されて液体２を透過し、容器１から空
気中へ出射する光（矢印で図示）が透過するよう
に、結像レンズ６と検出器７との間に、本考案に
より、厚さ一様の液体８を置いて検出誤差補正機
構とする。そして、液体２と液体８とは、少なく
とも屈折率とその温度変化率とを同じくする例え
ば同種の液体とし、以下に述べる理由から、当該
光路のうち液体８の厚さＤを図示の空気の厚さｔ
＝t1＋t2より十分に大きくすることによつて、上
記目的を達成する。
に示したとおりである。この種の従来のもののよ
うに、傾斜角センサ本体に、例えばガラス製の容
器１、光源４、光源４からの光を平行にして容器
１の中の液体２の水平表面３へ送るコリメートレ
ンズ５、水平表面３からの反射光を結像するため
の結像レンズ６、及び、結像レンズ６の結像点の
位置を検出する検出器７を取付け、容器１に液体
２を容れて傾斜角センサを構成する。そして、表
面３で反射されて液体２を透過し、容器１から空
気中へ出射する光（矢印で図示）が透過するよう
に、結像レンズ６と検出器７との間に、本考案に
より、厚さ一様の液体８を置いて検出誤差補正機
構とする。そして、液体２と液体８とは、少なく
とも屈折率とその温度変化率とを同じくする例え
ば同種の液体とし、以下に述べる理由から、当該
光路のうち液体８の厚さＤを図示の空気の厚さｔ
＝t1＋t2より十分に大きくすることによつて、上
記目的を達成する。
いま、傾斜角センサ本体がθ（検出すべき傾斜
角に相当する）傾くと、液体表面は第２図のよう
にθ傾いて、水平表面は３から３′に変位すると
同時に、反射光は実線から破線の位置に移り、2θ
だけ変位する。そして、容器１の外へ出射すると
き、屈折のためこの変位角は2θからδへ変化す
る。このとき、液体の屈折率をｎとすると、sinδ
＝nsin2θの関係にあり、θが小の場合には、δ≒
2nθとなり、δを検出すればθを求めることがで
きる。このδを検出する原理を第３図に模式的に
示す。上記出射光が結像レンズ６を通つて検出器
７の結像点で検出されるδ（≒2nθ）は、図示の
高さｈとして測定できる。この結像レンズ６の焦
点距離をとすれば、ｈ≒2nθとなる。
角に相当する）傾くと、液体表面は第２図のよう
にθ傾いて、水平表面は３から３′に変位すると
同時に、反射光は実線から破線の位置に移り、2θ
だけ変位する。そして、容器１の外へ出射すると
き、屈折のためこの変位角は2θからδへ変化す
る。このとき、液体の屈折率をｎとすると、sinδ
＝nsin2θの関係にあり、θが小の場合には、δ≒
2nθとなり、δを検出すればθを求めることがで
きる。このδを検出する原理を第３図に模式的に
示す。上記出射光が結像レンズ６を通つて検出器
７の結像点で検出されるδ（≒2nθ）は、図示の
高さｈとして測定できる。この結像レンズ６の焦
点距離をとすれば、ｈ≒2nθとなる。
ここで、液体２の屈折率ｎが変動してｎ＋dn
となると、ｈもｈ＋dhとなり、dhすなわち2θ×
dnが従来のθ検出方式の検出誤差として現われ
る。
となると、ｈもｈ＋dhとなり、dhすなわち2θ×
dnが従来のθ検出方式の検出誤差として現われ
る。
そこで、本考案では、第１図に示したように、
厚さＤの液体８（屈折率及びその温度変化率を液
体２と同じｎ、dnとする）を結像レンズ６と検
出器７の間に配置し、また、dn＝０のときに′＝
t1＋t2＋Ｄ／ｎ＝の位置に検出器７を配置する
（第４図）。このt1とt2は図示の空気層の厚さであ
り、ｔ＝t1＋t2とする。このような配置において
は、第４図から、ｈ＝2nθ′＝2nθ（ｔ＋Ｄ／ｎ）
となる。すなわち、ｈ＝2nθt＋2θDとなるから、
液体２の屈折率ｎが変動し、同様に液体８の屈折
率も変動したとき、検出誤差はdh＝2θt×dnとな
つて現われる。
厚さＤの液体８（屈折率及びその温度変化率を液
体２と同じｎ、dnとする）を結像レンズ６と検
出器７の間に配置し、また、dn＝０のときに′＝
t1＋t2＋Ｄ／ｎ＝の位置に検出器７を配置する
（第４図）。このt1とt2は図示の空気層の厚さであ
り、ｔ＝t1＋t2とする。このような配置において
は、第４図から、ｈ＝2nθ′＝2nθ（ｔ＋Ｄ／ｎ）
となる。すなわち、ｈ＝2nθt＋2θDとなるから、
液体２の屈折率ｎが変動し、同様に液体８の屈折
率も変動したとき、検出誤差はdh＝2θt×dnとな
つて現われる。
dn＝０のときを基準にして、厚さＤの液体８
を配置した場合と配置しない場合（すなわち、従
来のもの）の検出誤差の比は次のようになる。
を配置した場合と配置しない場合（すなわち、従
来のもの）の検出誤差の比は次のようになる。
2θt・dn／2θ・dn＝ｔ／＝ｔ／ｔ＋Ｄ／ｎ
この結果から明らかなように、厚さＤの液体８
を配置したものは、このような配置のない従来の
ものに比して、検出誤差はより小さくなる。そし
て、Ｄ／ｔを増大すれば、検出誤差はますます減
少して行くことになる。例えば、ｎ＝1.4のとき
にＤ＝10×ｔに選ぶと、検出誤差は従来のものに
比して約８分の１に減少する。以上のことから、
Ｄの厚さすなわち液体８の厚さを空気の厚さｔよ
り十分に大きくすれば、検出誤差は非常に小さく
なることがわかる。
を配置したものは、このような配置のない従来の
ものに比して、検出誤差はより小さくなる。そし
て、Ｄ／ｔを増大すれば、検出誤差はますます減
少して行くことになる。例えば、ｎ＝1.4のとき
にＤ＝10×ｔに選ぶと、検出誤差は従来のものに
比して約８分の１に減少する。以上のことから、
Ｄの厚さすなわち液体８の厚さを空気の厚さｔよ
り十分に大きくすれば、検出誤差は非常に小さく
なることがわかる。
（考案の効果）
本考案によると、液体の水平表面を用いる傾斜
角センサにおいて、上記で説明したような補正用
液体を利用するだけで、温度変化等による液体の
屈折率の変化による検出誤差を低減した精密測定
が可能になる。
角センサにおいて、上記で説明したような補正用
液体を利用するだけで、温度変化等による液体の
屈折率の変化による検出誤差を低減した精密測定
が可能になる。
第１図は本考案の傾斜角センサの１実施例の要
部の断面図、第２図は本考案の傾斜角センサの原
理の説明図、第３図及び第４図は従来の同種のも
の及び本考案のものの結像状態図である。 １……容器、２，８……液体、３……液体表
面、４……光源、５……コリメートレンズ、６…
…結像レンズ、７……検出器。
部の断面図、第２図は本考案の傾斜角センサの原
理の説明図、第３図及び第４図は従来の同種のも
の及び本考案のものの結像状態図である。 １……容器、２，８……液体、３……液体表
面、４……光源、５……コリメートレンズ、６…
…結像レンズ、７……検出器。
Claims (1)
- 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 液体の水平表面において反射した後該液体を
透過して該液体の外へ出射する光線の変位を検
出して傾斜角を求めるようにした傾斜角センサ
において、該出射光が更に該液体と同種の厚さ
一様な液体を通過するように構成した検出誤差
補正機構を有することを特徴とする傾斜角セン
サ。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項において、該
厚さ一様な液体の厚さを該出射光が通過する空
気の厚さより十分大きく構成したことを特徴と
する傾斜角センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985105426U JPH0453532Y2 (ja) | 1985-07-12 | 1985-07-12 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985105426U JPH0453532Y2 (ja) | 1985-07-12 | 1985-07-12 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6214314U JPS6214314U (ja) | 1987-01-28 |
| JPH0453532Y2 true JPH0453532Y2 (ja) | 1992-12-16 |
Family
ID=30979846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1985105426U Expired JPH0453532Y2 (ja) | 1985-07-12 | 1985-07-12 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0453532Y2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5899712A (ja) * | 1981-12-09 | 1983-06-14 | Tokyo Optical Co Ltd | 傾斜角測定装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5491860U (ja) * | 1977-12-12 | 1979-06-29 |
-
1985
- 1985-07-12 JP JP1985105426U patent/JPH0453532Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5899712A (ja) * | 1981-12-09 | 1983-06-14 | Tokyo Optical Co Ltd | 傾斜角測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6214314U (ja) | 1987-01-28 |
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