JPH07280566A - 角度自動補償装置 - Google Patents
角度自動補償装置Info
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- JPH07280566A JPH07280566A JP6095729A JP9572994A JPH07280566A JP H07280566 A JPH07280566 A JP H07280566A JP 6095729 A JP6095729 A JP 6095729A JP 9572994 A JP9572994 A JP 9572994A JP H07280566 A JPH07280566 A JP H07280566A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】角度自動補償装置に於いて、別途光学系を用意
することなく、又光学系の一部を組替える必要なく、水
平、垂直の両状態の使用を可能とする。 【構成】自由液面１を有する様透明液体を封入した液体
封入容器４と、前記自由液面に所要の角度で投射する投
光系２１，２２と、自由液面で反射され前記液体封入容
器から射出される光束を導く光学系とを有し、前記自由
液面で反射される光束の光軸が、自由液面が０゜或は９
０゜のいずれでも合致する様にし、装置の水平、垂直に
拘らず自動補償が行える様にした。
することなく、又光学系の一部を組替える必要なく、水
平、垂直の両状態の使用を可能とする。 【構成】自由液面１を有する様透明液体を封入した液体
封入容器４と、前記自由液面に所要の角度で投射する投
光系２１，２２と、自由液面で反射され前記液体封入容
器から射出される光束を導く光学系とを有し、前記自由
液面で反射される光束の光軸が、自由液面が０゜或は９
０゜のいずれでも合致する様にし、装置の水平、垂直に
拘らず自動補償が行える様にした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、測量機器、測定機器等
に用いられ傾き量の変化の測定をし、或は機器の光軸を
鉛直に保持し、或は機器の光軸を水平に保持し、或は水
平、垂直な光束の照射面を形成する角度自動補償装置に
関するものである。
に用いられ傾き量の変化の測定をし、或は機器の光軸を
鉛直に保持し、或は機器の光軸を水平に保持し、或は水
平、垂直な光束の照射面を形成する角度自動補償装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】測量機器、測定機器等に於いて各種測量
をする場合、測量機器、測定機器の基準面の補償、或は
光軸の鉛直性の補償をする必要がある。
をする場合、測量機器、測定機器の基準面の補償、或は
光軸の鉛直性の補償をする必要がある。
【０００３】従来これら補償を自動的に行うものに、２
本若しくは３本以上の吊線によりレンズ或はプリズム等
の振子体を振子状に懸吊し、測量機器、測定機器本体が
傾いた場合、磁気式等の制動機構により前記振子体を制
動して光路を自動補償しているもの、若しくは透明液体
の裏面反射を利用してアナモルフィックプリズム等の光
学系により、液面の全ての傾斜方向の変化に対して反射
光束が同一感度の光軸となる様にして光路を自動補償し
ているものがある。
本若しくは３本以上の吊線によりレンズ或はプリズム等
の振子体を振子状に懸吊し、測量機器、測定機器本体が
傾いた場合、磁気式等の制動機構により前記振子体を制
動して光路を自動補償しているもの、若しくは透明液体
の裏面反射を利用してアナモルフィックプリズム等の光
学系により、液面の全ての傾斜方向の変化に対して反射
光束が同一感度の光軸となる様にして光路を自動補償し
ているものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】然し前記した従来技術
に於いては、装置全体を略水平、又は略垂直に設置した
場合の使用に限られ、略水平、又は略垂直の両設置条件
に共用することは困難であり、共用する為には別途用意
された光学系を取付けて使用するか、予め光学系の一部
を組替可能とし、略水平若しくは略垂直の使用状態に合
わせて、前記光学系の一部を組替える必要があった。こ
れらの場合、光学系の取外し、又は組立てにその再現性
が乏しく精度がよくない。又、部品のコストが蒿む等の
問題が生じた。
に於いては、装置全体を略水平、又は略垂直に設置した
場合の使用に限られ、略水平、又は略垂直の両設置条件
に共用することは困難であり、共用する為には別途用意
された光学系を取付けて使用するか、予め光学系の一部
を組替可能とし、略水平若しくは略垂直の使用状態に合
わせて、前記光学系の一部を組替える必要があった。こ
れらの場合、光学系の取外し、又は組立てにその再現性
が乏しく精度がよくない。又、部品のコストが蒿む等の
問題が生じた。
【０００５】本発明は斯かる実情に鑑み、自由液面を利
用し、特別に用意された光学系や、光学系の一部を組替
えるという余分な機構を必要とせずに、装置が略水平状
態若しくは略垂直状態の両者に共用して光路を自動補償
する機構を提供するものである。
用し、特別に用意された光学系や、光学系の一部を組替
えるという余分な機構を必要とせずに、装置が略水平状
態若しくは略垂直状態の両者に共用して光路を自動補償
する機構を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、自由液面を形
成する様透明液体を封入した液体封入容器と、前記自由
液面で反射させる様光束を該自由液面に所定の角度で照
射する第１投光系と、前記自由液面で反射された光束を
導き投影する為の投影光学系とを具備する傾斜角自動補
償装置に於いて、前記第１投光系と対向する位置に第２
投光系を設け装置全体を９０°回転した時に該第２投光
系からの光束が自由液面で反射し前記投影光学系により
投影し得る様に構成した角度自動補償装置に係り、又自
由液面を形成する様透明液体を封入した液体封入容器
と、前記自由液面で反射させる様光束を該自由液面に所
定の角度で照射する投光系と、前記自由液面で反射され
た光束を導き投影する為の投影光学系とを具備する傾斜
角自動補償装置に於いて、前記投影光学系は、装置の傾
きが０°の時に自由液面により反射される光束を反射す
る為の第１反射部材と、装置全体を９０°回転した時に
自由液面で反射される光束を反射する為前記第１反射部
材と対向する位置に配置した第２反射部材とを有する角
度自動補償装置に係り、更に自由液面を形成する様透明
液体を封入した液体封入容器と、前記自由液面で反射さ
せる様光束を該自由液面に所定の角度で照射する投光系
と、前記自由液面で反射された光束を再度自由液面に向
けて反射する為の第１反射部材と、再度自由液面により
反射された光束を導き投影する為の投影光学系とを具備
する傾斜角自動補償装置に於いて、前記第１反射部材と
対向する位置に配置され装置全体を９０°回転した時の
自由液面で反射された光束を再度自由液面に向けて反射
する為の第２反射部材を設け自由液面により反射された
光束を前記投影光学系で投影し得る様に構成した角度自
動補償装置に係るものである。
成する様透明液体を封入した液体封入容器と、前記自由
液面で反射させる様光束を該自由液面に所定の角度で照
射する第１投光系と、前記自由液面で反射された光束を
導き投影する為の投影光学系とを具備する傾斜角自動補
償装置に於いて、前記第１投光系と対向する位置に第２
投光系を設け装置全体を９０°回転した時に該第２投光
系からの光束が自由液面で反射し前記投影光学系により
投影し得る様に構成した角度自動補償装置に係り、又自
由液面を形成する様透明液体を封入した液体封入容器
と、前記自由液面で反射させる様光束を該自由液面に所
定の角度で照射する投光系と、前記自由液面で反射され
た光束を導き投影する為の投影光学系とを具備する傾斜
角自動補償装置に於いて、前記投影光学系は、装置の傾
きが０°の時に自由液面により反射される光束を反射す
る為の第１反射部材と、装置全体を９０°回転した時に
自由液面で反射される光束を反射する為前記第１反射部
材と対向する位置に配置した第２反射部材とを有する角
度自動補償装置に係り、更に自由液面を形成する様透明
液体を封入した液体封入容器と、前記自由液面で反射さ
せる様光束を該自由液面に所定の角度で照射する投光系
と、前記自由液面で反射された光束を再度自由液面に向
けて反射する為の第１反射部材と、再度自由液面により
反射された光束を導き投影する為の投影光学系とを具備
する傾斜角自動補償装置に於いて、前記第１反射部材と
対向する位置に配置され装置全体を９０°回転した時の
自由液面で反射された光束を再度自由液面に向けて反射
する為の第２反射部材を設け自由液面により反射された
光束を前記投影光学系で投影し得る様に構成した角度自
動補償装置に係るものである。
【０００７】
【作用】第１投光系と第２投光系を有することで、自由
液面が０゜でも９０゜回転した状態でも、自由液面で反
射される反射光束を液体封入容器から同一方向に射出す
ることができ、全構成を９０°倒した状態でも自動補償
が可能となる。又、第１反射部材と第２反射部材とを有
することで、１つの投光系からの光束が自由液面が０°
でも９０°回転した状態でも反射光束を同一方向に導く
ことができ、全構成を９０°倒した状態でも自動補償が
可能となる。
液面が０゜でも９０゜回転した状態でも、自由液面で反
射される反射光束を液体封入容器から同一方向に射出す
ることができ、全構成を９０°倒した状態でも自動補償
が可能となる。又、第１反射部材と第２反射部材とを有
することで、１つの投光系からの光束が自由液面が０°
でも９０°回転した状態でも反射光束を同一方向に導く
ことができ、全構成を９０°倒した状態でも自動補償が
可能となる。
【０００８】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を
説明する。
説明する。
【０００９】自由液面に所定の角度をもって光束を入射
させ、該自由液面で光束が全反射した場合、自由液面が
光束に対して相対的に傾斜した時、液面の傾斜方向に対
して反射角の変化の感度が相違する。
させ、該自由液面で光束が全反射した場合、自由液面が
光束に対して相対的に傾斜した時、液面の傾斜方向に対
して反射角の変化の感度が相違する。
【００１０】先ず、反射光軸の所定の位置に、前記反射
光軸の反射角変化の感度が全方向で等しくなる為の光学
系と、角倍率調整用のビームエキスパンダを設けること
で、構成全体の傾きに関係なく反射光軸が常に一定な方
向を維持できる補償装置について説明する。
光軸の反射角変化の感度が全方向で等しくなる為の光学
系と、角倍率調整用のビームエキスパンダを設けること
で、構成全体の傾きに関係なく反射光軸が常に一定な方
向を維持できる補償装置について説明する。
【００１１】自由液面に所定の角度をもって光束を入射
させ、前記自由液面で光束が全反射した場合、自由液面
が光束に対して相対的に傾斜した時、液面の傾斜方向に
対して反射角の変化の感度が相違することを図１４〜図
１５に於いて説明する。
させ、前記自由液面で光束が全反射した場合、自由液面
が光束に対して相対的に傾斜した時、液面の傾斜方向に
対して反射角の変化の感度が相違することを図１４〜図
１５に於いて説明する。
【００１２】実際は自由液面が水平を保ち光束の入射方
向が変化するが、以下の説明は、光束の入射方向が一定
とし、自由液面が傾斜したと仮定して説明してある。
向が変化するが、以下の説明は、光束の入射方向が一定
とし、自由液面が傾斜したと仮定して説明してある。
【００１３】図中１は自由液面であり、該自由液面１に
入射光束２が角度θで入射したとする。前記自由液面１
と座標軸ｘ，座標軸ｚが形成するｘｚ座標平面が略一致
するものとし、又該座標平面に垂直な座標軸をｙとす
る。前記入射光束２の光軸は前記座標軸ｚ，座標軸ｙが
形成する座標平面内に存在するとする。この状態から前
記自由液面１が座標軸ｘを中心に角度αだけ傾斜したと
すると反射光束３の光軸は前記ｙｚ座標平面内を移動し
て、ｙｚ座標平面内で反射角がξ1xだけ変化する。この
場合液面変位角αと反射変位角ξ1xとの関係は、ξ1x＝
２αとなり、この場合にはｘｙ座標平面内での反射変位
角ξ2xは生じない。図中、１４は反射ミラーを示す。
入射光束２が角度θで入射したとする。前記自由液面１
と座標軸ｘ，座標軸ｚが形成するｘｚ座標平面が略一致
するものとし、又該座標平面に垂直な座標軸をｙとす
る。前記入射光束２の光軸は前記座標軸ｚ，座標軸ｙが
形成する座標平面内に存在するとする。この状態から前
記自由液面１が座標軸ｘを中心に角度αだけ傾斜したと
すると反射光束３の光軸は前記ｙｚ座標平面内を移動し
て、ｙｚ座標平面内で反射角がξ1xだけ変化する。この
場合液面変位角αと反射変位角ξ1xとの関係は、ξ1x＝
２αとなり、この場合にはｘｙ座標平面内での反射変位
角ξ2xは生じない。図中、１４は反射ミラーを示す。
【００１４】これに対して、図１５に示す様に前記自由
液面１が座標軸ｚを中心に角度αだけ傾斜したとすると
前記反射光束３は前記ｘｙ座標平面、前記ｙｚ座標平面
からそれぞれ離反して移動する。従って、前記ｘｙ座標
平面、前記ｙｚ座標平面それぞれに、反射変位角ξ1zと
反射変位角ξ2zが現れる。更に、反射変位角ξ1zと自由
液面１の液面変位角αとの関係は、
液面１が座標軸ｚを中心に角度αだけ傾斜したとすると
前記反射光束３は前記ｘｙ座標平面、前記ｙｚ座標平面
からそれぞれ離反して移動する。従って、前記ｘｙ座標
平面、前記ｙｚ座標平面それぞれに、反射変位角ξ1zと
反射変位角ξ2zが現れる。更に、反射変位角ξ1zと自由
液面１の液面変位角αとの関係は、
【００１５】
【数１】 ξ1z＝ cos-1（ cos2 θ cos２α＋ sin2 θ） ξ2z＝９０°− cos-1（（１− cos２α） sinθ cos
θ）
θ）
【００１６】となるが、例えば、α＝１０′、θ＝５０
°とすると、ξ2z＝１．７″となり、ξ2zは精度上無視
できる値である。更に、液体透過後の光軸は、液体の屈
折率をｎとすると、
°とすると、ξ2z＝１．７″となり、ξ2zは精度上無視
できる値である。更に、液体透過後の光軸は、液体の屈
折率をｎとすると、
【００１７】
【数２】ξ1x′＝２ｎα ξ1z′＝ｎ・ cos-1（ cos2 θ cos２α＋ sin2 θ）
【００１８】となる。従って、前記反射変位角ξ1x′、
反射変位角ξ1z′とでは前記液面変位角αに対する感度
が異なる。この反射変位角ξ1x′と反射変位角ξ1z′と
の変位角の感度の相違を、光学的手段によって補正し、
同じ感度にすることで、全方向に対して常に一定の割合
で偏角していく光軸を得ることができる。
反射変位角ξ1z′とでは前記液面変位角αに対する感度
が異なる。この反射変位角ξ1x′と反射変位角ξ1z′と
の変位角の感度の相違を、光学的手段によって補正し、
同じ感度にすることで、全方向に対して常に一定の割合
で偏角していく光軸を得ることができる。
【００１９】図１６に於いて更に説明する。
【００２０】図中４は、測定機等機器の本体に設けられ
た液体封入容器であり、該液体封入容器４に封入された
液体によって自由液面１が形成されている。又該自由液
面１には光源６から発した光束をコリメートレンズ５を
介し自由液面１に対して全反射される様に所定の角度を
もって投射しており、該光束の光軸は前記した様にｙｚ
座標平面内に位置させる。
た液体封入容器であり、該液体封入容器４に封入された
液体によって自由液面１が形成されている。又該自由液
面１には光源６から発した光束をコリメートレンズ５を
介し自由液面１に対して全反射される様に所定の角度を
もって投射しており、該光束の光軸は前記した様にｙｚ
座標平面内に位置させる。
【００２１】前記自由液面１が傾斜していない状態で、
該自由液面１で全反射される反射光束３の光軸に沿って
一対の楔状プリズム７，８から構成されるアナモルフィ
ックプリズム系９を配設する。
該自由液面１で全反射される反射光束３の光軸に沿って
一対の楔状プリズム７，８から構成されるアナモルフィ
ックプリズム系９を配設する。
【００２２】アナモルフィックプリズム系９を透過した
光束を、反射ミラー１４によって鉛直方向に反射し、該
反射ミラー１４によって反射された光束は、凸レンズ１
０，１１から成るビームエキスパンダ１２を透過させる
様にする。ここで、凸レンズ１０の焦点距離をｆ3 、凸
レンズ１１の焦点距離をｆ4 とすると、凸レンズ１０と
凸レンズ１１との間隔は、ｆ3 ＋ｆ4 に設定されてい
る。
光束を、反射ミラー１４によって鉛直方向に反射し、該
反射ミラー１４によって反射された光束は、凸レンズ１
０，１１から成るビームエキスパンダ１２を透過させる
様にする。ここで、凸レンズ１０の焦点距離をｆ3 、凸
レンズ１１の焦点距離をｆ4 とすると、凸レンズ１０と
凸レンズ１１との間隔は、ｆ3 ＋ｆ4 に設定されてい
る。
【００２３】尚、前記アナモルフィックプリズム系９は
反射ミラー１４で反射された後の光路に設けてもよい。
反射ミラー１４で反射された後の光路に設けてもよい。
【００２４】図１６に於いて液体への設定入射角θ＝４
５°、機器の傾き角即ち自由液面１の傾き角α＝１
０′、液体の屈折率ｎ＝１．５とすると、数式２により
自由液面１がｘ軸を中心に傾斜した場合の反射変位角ξ
1x′と自由液面１がｚ軸中心に傾斜した場合の反射変位
角ξ1z′は、それぞれξ1x′＝３０′，ξ1z′＝２１．
２１３′となる。従って、前記反射変位角ξ1x′と反射
変位角ξ1z′とでは（ξ1x′／ξ1z′）＝１．４１４倍
の感度の差がある。よって、この条件では、
５°、機器の傾き角即ち自由液面１の傾き角α＝１
０′、液体の屈折率ｎ＝１．５とすると、数式２により
自由液面１がｘ軸を中心に傾斜した場合の反射変位角ξ
1x′と自由液面１がｚ軸中心に傾斜した場合の反射変位
角ξ1z′は、それぞれξ1x′＝３０′，ξ1z′＝２１．
２１３′となる。従って、前記反射変位角ξ1x′と反射
変位角ξ1z′とでは（ξ1x′／ξ1z′）＝１．４１４倍
の感度の差がある。よって、この条件では、
【００２５】
【数３】ξ1x′＝２ｎα、ξ1z′＝１．４１４ｎα ξ1x′／ξ1z′＝１．４１４
【００２６】となる。次に、前記アナモルフィックプリ
ズム系９は前記感度差を光学的に補正する。
ズム系９は前記感度差を光学的に補正する。
【００２７】ここでアナモルフィックプリズム系９につ
いて図１７、図１８により説明する。
いて図１７、図１８により説明する。
【００２８】アナモルフィックプリズム系９を構成する
前記楔状プリズム７，８のプリズム頂角をａ7 ，ａ8 、
楔状プリズム７，８の相対角をｂ、屈折率をｎg とし、
入射光束をＤin，射出光束をＤout とし、楔状プリズム
７，８を同一のものを使用するものとして、その頂角ａ
＝ａ7 ＝ａ8 とすると、
前記楔状プリズム７，８のプリズム頂角をａ7 ，ａ8 、
楔状プリズム７，８の相対角をｂ、屈折率をｎg とし、
入射光束をＤin，射出光束をＤout とし、楔状プリズム
７，８を同一のものを使用するものとして、その頂角ａ
＝ａ7 ＝ａ8 とすると、
【００２９】
【数４】倍率Ｍap＝（Ｄin／Ｄout ）＝ cos2 ａ／（１
−ｎg 2 ・ sin2 ａ）
−ｎg 2 ・ sin2 ａ）
【００３０】となるので、角倍率は近似的に１／Ｍapで
ある。よって、
ある。よって、
【００３１】
【数５】Ｍap＝２ｎα／１．４１４ｎα＝１．４１４
【００３２】となる様に、前記プリズム頂角をａ、楔状
プリズム７，８の相対角をｂとし、屈折率ｎg を選べば
（例えば、ｎg ＝１．５１とした場合、ａ＝２５．５５
９°、ｂ＝４０．６５３°である）、前記アナモルフィ
ックプリズム系９透過後のξ1x′は、２ｎα×１．４１
４ｎα／２ｎα＝１．４１４ｎαに変換され、アナモル
フィックプリズム系９の透過後は、ξ1x′＝ξ1z′とな
る。
プリズム７，８の相対角をｂとし、屈折率ｎg を選べば
（例えば、ｎg ＝１．５１とした場合、ａ＝２５．５５
９°、ｂ＝４０．６５３°である）、前記アナモルフィ
ックプリズム系９透過後のξ1x′は、２ｎα×１．４１
４ｎα／２ｎα＝１．４１４ｎαに変換され、アナモル
フィックプリズム系９の透過後は、ξ1x′＝ξ1z′とな
る。
【００３３】而して、アナモルフィックプリズム系９透
過後の反射光束３の光軸は、前記自由液面１の全方向の
傾きに対して常に一様の反射変位角を有し、自由液面１
があらゆる方向に傾斜しても、この傾斜に対して常に同
一の感度の反射変位角が得られる。
過後の反射光束３の光軸は、前記自由液面１の全方向の
傾きに対して常に一様の反射変位角を有し、自由液面１
があらゆる方向に傾斜しても、この傾斜に対して常に同
一の感度の反射変位角が得られる。
【００３４】更に、前記アナモルフィックプリズム９を
透過し、前記反射ミラー１４により上方に反射された光
束が前記ビームエキスパンダ１２を透過した場合に、該
ビームエキスパンダ１２の角倍率が１／１．４１４ｎ倍
であれば、透過後の光軸は、
透過し、前記反射ミラー１４により上方に反射された光
束が前記ビームエキスパンダ１２を透過した場合に、該
ビームエキスパンダ１２の角倍率が１／１．４１４ｎ倍
であれば、透過後の光軸は、
【００３５】
【数６】（ξ1x′＝ξ1z′＝１．４１４ｎα）×１／
１．４１４ｎ＝α
１．４１４ｎ＝α
【００３６】だけ傾き、前記ビームエキスパンダ１２透
過後の最終光軸は、前記自由液面１と常に直交、即ち鉛
直を維持する。ここでビームエキスパンダ１２の凸レン
ズ１０の距離をｆ3 とし、凸レンズ１１の焦点距離をｆ
4 とすると、ビームエキスパンダ１２の角倍率Ｍexはｆ
3 ／ｆ4 となり、このｆ3 、ｆ4 を選択することによ
り、角倍率Ｍexを１／１．４１４ｎ倍とすることができ
る。
過後の最終光軸は、前記自由液面１と常に直交、即ち鉛
直を維持する。ここでビームエキスパンダ１２の凸レン
ズ１０の距離をｆ3 とし、凸レンズ１１の焦点距離をｆ
4 とすると、ビームエキスパンダ１２の角倍率Ｍexはｆ
3 ／ｆ4 となり、このｆ3 、ｆ4 を選択することによ
り、角倍率Ｍexを１／１．４１４ｎ倍とすることができ
る。
【００３７】次に、図１６で示した実施例に対して、前
記アナモルフィックプリズム系９を９０°回転させ、Ｍ
＝１／１．４１４となる様に、前記楔状プリズム７，８
のプリズム頂角をａ7 ，ａ8 、楔状プリズム７，８の相
対角をｂ、屈折率をｎg を適宜選択してもよい。
記アナモルフィックプリズム系９を９０°回転させ、Ｍ
＝１／１．４１４となる様に、前記楔状プリズム７，８
のプリズム頂角をａ7 ，ａ8 、楔状プリズム７，８の相
対角をｂ、屈折率をｎg を適宜選択してもよい。
【００３８】前記光学系に於けるアナモルフィックプリ
ズム系９は、一般的に楕円形状のビームを円形に成形す
る目的として利用される。例えば、光源にレーザダイオ
ードを使用した場合、光束の断面形状はこのアナモルフ
ィックプリズム系９により、円形形状に近づけることが
できる（レーザダイオードのビーム形状は楕円形であ
る）。
ズム系９は、一般的に楕円形状のビームを円形に成形す
る目的として利用される。例えば、光源にレーザダイオ
ードを使用した場合、光束の断面形状はこのアナモルフ
ィックプリズム系９により、円形形状に近づけることが
できる（レーザダイオードのビーム形状は楕円形であ
る）。
【００３９】一般に、この様なレーザダイオードを組込
んで使用する機械は、レーザポインタ、レーザマーカと
しての機能を有する場合が多く、ビームの照射された形
状は円形に近いものが望ましい。従って、本発明で、ア
ナモルフィックプリズム系９を利用して光軸の補正を行
うことはこの円形形状のビームを得る為にも大変有効で
ある。
んで使用する機械は、レーザポインタ、レーザマーカと
しての機能を有する場合が多く、ビームの照射された形
状は円形に近いものが望ましい。従って、本発明で、ア
ナモルフィックプリズム系９を利用して光軸の補正を行
うことはこの円形形状のビームを得る為にも大変有効で
ある。
【００４０】如上の如く、液面変位角に対する前記反射
変位角ξ1x′と反射変位角ξ1z′との変位角の感度の相
違を光学的手段によって補正し、同じ感度にすること
で、全方向に対して常に一定の割合で偏角していく光軸
を得ることができる。
変位角ξ1x′と反射変位角ξ1z′との変位角の感度の相
違を光学的手段によって補正し、同じ感度にすること
で、全方向に対して常に一定の割合で偏角していく光軸
を得ることができる。
【００４１】次に、自由液面に所定の角度をもって光束
を入射させ、前記自由液面で光束を全反射させ、射出さ
れた光束を鏡等の反射部材により反射してもう一度前記
自由液面に入射させ、前記自由液面で光束を全反射させ
た場合、自由液面が光束に対して相対的に傾斜した時、
液面の傾斜方向に対して、前記自由液面で光束を２回全
反射させた場合の、反射角の変化の感度の相違について
図１９〜図２０に於いて説明する。
を入射させ、前記自由液面で光束を全反射させ、射出さ
れた光束を鏡等の反射部材により反射してもう一度前記
自由液面に入射させ、前記自由液面で光束を全反射させ
た場合、自由液面が光束に対して相対的に傾斜した時、
液面の傾斜方向に対して、前記自由液面で光束を２回全
反射させた場合の、反射角の変化の感度の相違について
図１９〜図２０に於いて説明する。
【００４２】尚、図１９、図２０中、図１４、図１５中
で示したものと同一のものには同符号を付してある。
で示したものと同一のものには同符号を付してある。
【００４３】前記自由液面１にビームスプリッタ１５で
反射された入射光束２が角度θで入射し、前記自由液面
１で全反射され、反射鏡１６で反射されて再び前記自由
液面１に入射し、前記自由液面１で全反射され、前記ビ
ームスプリッタ１５を透過して前記反射ミラー１４で反
射される場合を説明する。
反射された入射光束２が角度θで入射し、前記自由液面
１で全反射され、反射鏡１６で反射されて再び前記自由
液面１に入射し、前記自由液面１で全反射され、前記ビ
ームスプリッタ１５を透過して前記反射ミラー１４で反
射される場合を説明する。
【００４４】前記自由液面１と座標軸ｘ，座標軸ｚが形
成するｘｚ座標平面が略一致するものとし、又該座標平
面に垂直な座標軸をｙとする。前記入射光束２の光軸は
前記座標軸ｚ，座標軸ｙが形成する座標平面内に存在す
るとする。この状態から前記自由液面１が座標軸ｘを中
心に角度αだけ傾斜したとすると反射光束３の光軸は前
記ｙｚ座標平面内を移動して、ｙｚ座標平面内で反射角
がξ1xだけ変化する。この場合液面変位角αと反射変位
角ξ1xとの関係は、ξ1x＝４αとなり、この場合にはｘ
ｙ座標平面内での反射変位角ξ2xは生じない。
成するｘｚ座標平面が略一致するものとし、又該座標平
面に垂直な座標軸をｙとする。前記入射光束２の光軸は
前記座標軸ｚ，座標軸ｙが形成する座標平面内に存在す
るとする。この状態から前記自由液面１が座標軸ｘを中
心に角度αだけ傾斜したとすると反射光束３の光軸は前
記ｙｚ座標平面内を移動して、ｙｚ座標平面内で反射角
がξ1xだけ変化する。この場合液面変位角αと反射変位
角ξ1xとの関係は、ξ1x＝４αとなり、この場合にはｘ
ｙ座標平面内での反射変位角ξ2xは生じない。
【００４５】これに対して、図２０に示す様に前記自由
液面１が座標軸ｚを中心に角度αだけ傾斜したとすると
前記反射光束３は前記ｘｙ座標平面、前記ｙｚ座標平面
からそれぞれ離反して移動する。従って、前記ｘｙ座標
平面、前記ｙｚ座標平面それぞれに、反射変位角ξ1zと
反射変位角ξ2zが現れる。更に、反射変位角ξ1zと自由
液面１の液面変位角αとの関係は、
液面１が座標軸ｚを中心に角度αだけ傾斜したとすると
前記反射光束３は前記ｘｙ座標平面、前記ｙｚ座標平面
からそれぞれ離反して移動する。従って、前記ｘｙ座標
平面、前記ｙｚ座標平面それぞれに、反射変位角ξ1zと
反射変位角ξ2zが現れる。更に、反射変位角ξ1zと自由
液面１の液面変位角αとの関係は、
【００４６】
【数７】ξ1z＝ cos-1｛ cos２α・ sin2 ２θ− cos２
θ・ sin2 θ−（ sin2 ２α−cos2 ２α・ cos２θ）
cos2 θ｝ ξ2z＝９０°− cos-1［｛１／２（ sin2 ２α− cos2
２α・ cos２θ− cos２θ）＋ cos２α・ cos２θ｝ s
in２θ］
θ・ sin2 θ−（ sin2 ２α−cos2 ２α・ cos２θ）
cos2 θ｝ ξ2z＝９０°− cos-1［｛１／２（ sin2 ２α− cos2
２α・ cos２θ− cos２θ）＋ cos２α・ cos２θ｝ s
in２θ］
【００４７】となるが、例えば、α＝１０′、θ＝４５
°とすると、ξ2z＝３．４９″となり、ξ2zは、精度上
無視できる値である。更に、液体透過後の光軸は、液体
の屈折率をｎとすると、
°とすると、ξ2z＝３．４９″となり、ξ2zは、精度上
無視できる値である。更に、液体透過後の光軸は、液体
の屈折率をｎとすると、
【００４８】
【数８】ξ1x′＝ｎξ1x ξ1z′＝ｎξ1z
【００４９】具体的には、α＝１０′、θ＝４５°、ｎ
＝１．５とすると、
＝１．５とすると、
【００５０】
【数９】ξ1x′＝６０′ ξ1z′＝ｎ cos-1｛ cos２α−１／２（ sin2 ２α）｝ ＝４２．４２６′ ξ1x′／ξ1z′＝１．４１４
【００５１】この様にθ＝４５°の条件で、前記反射変
位角ξ1x′、反射変位角ξ1z′に関して、前記液面変位
角αに対する感度の相違は、前述した自由液面１で１回
反射された場合と同じになる。従って、傾斜に対して常
に同一の感度の反射変位角が得られる様にするアナモル
フィックプリズム系９を用いることができる。
位角ξ1x′、反射変位角ξ1z′に関して、前記液面変位
角αに対する感度の相違は、前述した自由液面１で１回
反射された場合と同じになる。従って、傾斜に対して常
に同一の感度の反射変位角が得られる様にするアナモル
フィックプリズム系９を用いることができる。
【００５２】ここでアナモルフィックプリズム系９の角
倍率Ｍapは、
倍率Ｍapは、
【００５３】
【数１０】Ｍap＝４ｎα／２．８２９ｎα＝１．４１４ １／Ｍap＝γap＝１／１．４１４＝０．７０７２１
【００５４】従って、アナモルフィックプリズム系９を
透過すると、
透過すると、
【００５５】
【数１１】 ξ1x′＝４ｎα×１／１．４１４＝２．８２９ｎα ξ1z′＝２．８２９ｎα
【００５６】となって補正される。更に、アナモルフィ
ックプリズム系９を透過後の光束の光軸を鉛直に維持す
る為に設けられるビームエキスパンダ１２の倍率Ｍex
は、ｎ＝１．５とすると、
ックプリズム系９を透過後の光束の光軸を鉛直に維持す
る為に設けられるビームエキスパンダ１２の倍率Ｍex
は、ｎ＝１．５とすると、
【００５７】
【数１２】 Ｍex＝２．８２９ｎα／α＝２．８２９ｎ＝４．２４４ γex＝１／Ｍex＝１／２．８２９ｎ＝０．２３６でよ
い。
い。
【００５８】如上の如く、液面変位角に対する前記反射
変位角ξ1x′と反射変位角ξ1z′との変位角の感度の相
違を光学的手段によって補正し、同じ感度にすること
で、全方向に対して常に一定の割合で偏角していく光軸
を得ることができる。
変位角ξ1x′と反射変位角ξ1z′との変位角の感度の相
違を光学的手段によって補正し、同じ感度にすること
で、全方向に対して常に一定の割合で偏角していく光軸
を得ることができる。
【００５９】以下、斯かる角度自動補償機構を具備した
本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例について説明する。
【００６０】図１は第１の実施例を示し、透明液体２０
を封入した前記液体封入容器４を設け、前記透明液体２
０の自由液面１に対して水平と４５°角度をもって光束
２５を入射させる光軸を有する第１投光系２１を設け、
該第１投光系２１と同一の光軸上で前記液体封入容器４
を挾み、該第１投光系２１と対向して第２投光系２２を
設ける。
を封入した前記液体封入容器４を設け、前記透明液体２
０の自由液面１に対して水平と４５°角度をもって光束
２５を入射させる光軸を有する第１投光系２１を設け、
該第１投光系２１と同一の光軸上で前記液体封入容器４
を挾み、該第１投光系２１と対向して第２投光系２２を
設ける。
【００６１】又、前記液体封入容器４の内部に液揺れ防
止具２３を設ける。該液揺れ防止具２３は、前記第１投
光系２１の光軸と前記透明液体２０とが交差する点に回
転中心を持っている。該液揺れ防止具２３は後述する様
に前記透明液体２０の自由液面１より若干液中に没した
位置に透明な液揺れ防止板２４を有し、常に該液揺れ防
止板２４が水平になる様、回転自在となっている。前記
第１投光系２１からの光束２５は液体封入容器４に入射
した後、透明液体２０、液揺れ防止板２４を透過し、前
記透明液体２０の液面で全反射し、液揺れ防止板２４、
透明液体２０を透過し、液体封入容器４外に射出する。
止具２３を設ける。該液揺れ防止具２３は、前記第１投
光系２１の光軸と前記透明液体２０とが交差する点に回
転中心を持っている。該液揺れ防止具２３は後述する様
に前記透明液体２０の自由液面１より若干液中に没した
位置に透明な液揺れ防止板２４を有し、常に該液揺れ防
止板２４が水平になる様、回転自在となっている。前記
第１投光系２１からの光束２５は液体封入容器４に入射
した後、透明液体２０、液揺れ防止板２４を透過し、前
記透明液体２０の液面で全反射し、液揺れ防止板２４、
透明液体２０を透過し、液体封入容器４外に射出する。
【００６２】前記透明液体２０の自由液面１で反射され
た反射光束２６は反射ミラー１４により鉛直方向に反射
される。該反射ミラー１４で反射された反射光束２６の
光路上にアナモルフィックプリズム系９、ビームエキス
パンダ１２、ペンタプリズム２７を配設し、該ペンタプ
リズム２７は回転自在であり、前記反射光束２６を水平
方向に射出する様になっている。
た反射光束２６は反射ミラー１４により鉛直方向に反射
される。該反射ミラー１４で反射された反射光束２６の
光路上にアナモルフィックプリズム系９、ビームエキス
パンダ１２、ペンタプリズム２７を配設し、該ペンタプ
リズム２７は回転自在であり、前記反射光束２６を水平
方向に射出する様になっている。
【００６３】前記した様にアナモルフィックプリズム系
９は反射感度を全方向で同様にし、ビームエキスパンダ
１２は最終的に感度を調整する。従って、該ビームエキ
スパンダ１２を透過した光束の光軸は、全構成の傾きに
関係なく常に鉛直方向に補償されている。従って、前記
ペンタプリズム２７を回転させることで常に一定の水平
基準面を得ることができる。即ち、本発明をレベル出し
器に応用することができる。
９は反射感度を全方向で同様にし、ビームエキスパンダ
１２は最終的に感度を調整する。従って、該ビームエキ
スパンダ１２を透過した光束の光軸は、全構成の傾きに
関係なく常に鉛直方向に補償されている。従って、前記
ペンタプリズム２７を回転させることで常に一定の水平
基準面を得ることができる。即ち、本発明をレベル出し
器に応用することができる。
【００６４】次に、図２は全構成を９０°回転した場合
を示す。
を示す。
【００６５】前記液揺れ防止具２３は前記液揺れ防止板
２４が水平になる様、９０°回転し、透明液体２０の自
由液面１は重力中心に対して常に水平であるので全構成
の９０°に追従して回転して９０°になる。
２４が水平になる様、９０°回転し、透明液体２０の自
由液面１は重力中心に対して常に水平であるので全構成
の９０°に追従して回転して９０°になる。
【００６６】前記第２投光系２２からの光束は前記透明
液体２０の自由液面１で全反射し、反射光束の光軸は９
０°倒す前の射出光軸と同じ光軸を辿る。光学系全体は
９０°倒れているので、前記ビームエキスパンダ１２を
透過する光束の光軸は常に水平となっており、前記ペン
タプリズム２７を回転することで照射される基準面は鉛
直方向に変換され、構成全体の傾きに関係なく一定な鉛
直基準面を得ることができる。
液体２０の自由液面１で全反射し、反射光束の光軸は９
０°倒す前の射出光軸と同じ光軸を辿る。光学系全体は
９０°倒れているので、前記ビームエキスパンダ１２を
透過する光束の光軸は常に水平となっており、前記ペン
タプリズム２７を回転することで照射される基準面は鉛
直方向に変換され、構成全体の傾きに関係なく一定な鉛
直基準面を得ることができる。
【００６７】液体封入容器４中に封入された透明液体２
０は、外来振動により揺れを生じるが、この液揺れを前
記液揺れ防止具２３によって抑制する。
０は、外来振動により揺れを生じるが、この液揺れを前
記液揺れ防止具２３によって抑制する。
【００６８】図９〜図１１に於いて液揺れ防止具２３を
液体封入容器４と共に説明する。
液体封入容器４と共に説明する。
【００６９】正８角形状の液体封入容器４内には透明液
体２０が封入され、該透明液体２０の自由液面１内に回
転中心を有する液揺れ防止具２３が振り子軸２８を介し
て設けられている。又、前記液体封入容器４はガラス等
の透明部材で構成され、或は少なくとも光束が入射し、
射出する部分は透明部材で構成されている。
体２０が封入され、該透明液体２０の自由液面１内に回
転中心を有する液揺れ防止具２３が振り子軸２８を介し
て設けられている。又、前記液体封入容器４はガラス等
の透明部材で構成され、或は少なくとも光束が入射し、
射出する部分は透明部材で構成されている。
【００７０】該液揺れ防止具２３は前記振り子軸２８が
突設された断面凹状の揺動枠２９と該揺動枠２９の下面
より垂設された一対の台形状の錘３０を有し、前記揺動
枠２９の中央には光束を透過する為の透明板、特に光を
減衰させることのない様ガラス板の液揺れ防止板２４が
嵌込まれており、該液揺れ防止板２４と前記揺動枠２９
の上面は面一となっており、該上面は前記自由液面１に
対し若干没水した状態となっている。
突設された断面凹状の揺動枠２９と該揺動枠２９の下面
より垂設された一対の台形状の錘３０を有し、前記揺動
枠２９の中央には光束を透過する為の透明板、特に光を
減衰させることのない様ガラス板の液揺れ防止板２４が
嵌込まれており、該液揺れ防止板２４と前記揺動枠２９
の上面は面一となっており、該上面は前記自由液面１に
対し若干没水した状態となっている。
【００７１】前記液揺れ防止具２３の重心は前記液揺れ
防止板２４の下方にあり、前記液体封入容器４の姿勢に
拘らず前記液揺れ防止板２４の表面は水平を維持する様
になっている。
防止板２４の下方にあり、前記液体封入容器４の姿勢に
拘らず前記液揺れ防止板２４の表面は水平を維持する様
になっている。
【００７２】液体封入容器４に入射した光束は、前記透
明液体２０、前記液揺れ防止板２４を透過し、前記自由
液面１で全反射し、再び液揺れ防止板２４、透明液体２
０を透過し、液体封入容器４から射出する。
明液体２０、前記液揺れ防止板２４を透過し、前記自由
液面１で全反射し、再び液揺れ防止板２４、透明液体２
０を透過し、液体封入容器４から射出する。
【００７３】前記液体封入容器４に封入された透明液体
２０の固有振動数より前記液揺れ防止具２３の固有振動
数を小さく設定すれば、液体の粘性と液揺れ防止板２４
との抵抗により、自由液面１の揺れは抑制される。又、
液揺れ防止具２３の回転中心が、自由液面１上の光束の
反射点にあることにより、前記液体封入容器４を９０°
回転した場合も同様な状態が保たれ、前記した様に対向
する方向から光束が入射されると同方向に光束を反射す
る。
２０の固有振動数より前記液揺れ防止具２３の固有振動
数を小さく設定すれば、液体の粘性と液揺れ防止板２４
との抵抗により、自由液面１の揺れは抑制される。又、
液揺れ防止具２３の回転中心が、自由液面１上の光束の
反射点にあることにより、前記液体封入容器４を９０°
回転した場合も同様な状態が保たれ、前記した様に対向
する方向から光束が入射されると同方向に光束を反射す
る。
【００７４】而して、角度自動補償装置の水平姿勢、垂
直姿勢の両姿勢でそれぞれ角度補償をすることができ
る。
直姿勢の両姿勢でそれぞれ角度補償をすることができ
る。
【００７５】ここで、前記第１投光系２１、第２投光系
２２の自由液面１への入射角度は略４５°であるので、
光束を全反射する為には液体の屈折率は約１．４以上の
物質が必要である。但し、全反射させずに一部の反射光
を利用してもよい。又、前記液揺れ防止板２４と揺動枠
２９の上面は必ずしも同一面でなくともよく、更に前記
錘３０の形状は台形に限られるものではなく矩形、円形
種々の形状が適用可能となる。又、反射ミラー１４はプ
リズム等の他の反射部材に置換可能であることは言う迄
もない。
２２の自由液面１への入射角度は略４５°であるので、
光束を全反射する為には液体の屈折率は約１．４以上の
物質が必要である。但し、全反射させずに一部の反射光
を利用してもよい。又、前記液揺れ防止板２４と揺動枠
２９の上面は必ずしも同一面でなくともよく、更に前記
錘３０の形状は台形に限られるものではなく矩形、円形
種々の形状が適用可能となる。又、反射ミラー１４はプ
リズム等の他の反射部材に置換可能であることは言う迄
もない。
【００７６】図３により第２の実施例を説明する。
【００７７】前記液体封入容器４に封入された前記透明
液体２０の自由液面１に対して水平と４５°角度をもっ
て光束２５を入射させる光軸を有する第１投光系２１を
設け、該光束２５の光軸に対して直交する光軸上に、又
前記液体封入容器４を挾み対称な位置に第１反射鏡３
１、第２反射鏡３２を設ける。
液体２０の自由液面１に対して水平と４５°角度をもっ
て光束２５を入射させる光軸を有する第１投光系２１を
設け、該光束２５の光軸に対して直交する光軸上に、又
前記液体封入容器４を挾み対称な位置に第１反射鏡３
１、第２反射鏡３２を設ける。
【００７８】前記第１反射鏡３１は液体封入容器４から
射出される反射光束２６を鉛直方向に反射し、前記第２
反射鏡３２は液体封入容器４から射出される反射光束２
６を前記第１反射鏡３１の反射光軸と交差する方向に反
射し、前記第２反射鏡３２からの反射光束と前記第１反
射鏡３１からの反射光束とが交差する位置にビームスプ
リッタ３３を設ける。該ビームスプリッタ３３は前記第
１反射鏡３１からの光束は透過し、前記第２反射鏡３２
からの反射光束は前記第１反射鏡３１からの反射光束の
光軸と合致する様反射する。前記ビームスプリッタ３３
から射出される光束の光路上にアナモルフィックプリズ
ム系９、ビームエキスパンダ１２、ペンタプリズム２７
を順次設ける。
射出される反射光束２６を鉛直方向に反射し、前記第２
反射鏡３２は液体封入容器４から射出される反射光束２
６を前記第１反射鏡３１の反射光軸と交差する方向に反
射し、前記第２反射鏡３２からの反射光束と前記第１反
射鏡３１からの反射光束とが交差する位置にビームスプ
リッタ３３を設ける。該ビームスプリッタ３３は前記第
１反射鏡３１からの光束は透過し、前記第２反射鏡３２
からの反射光束は前記第１反射鏡３１からの反射光束の
光軸と合致する様反射する。前記ビームスプリッタ３３
から射出される光束の光路上にアナモルフィックプリズ
ム系９、ビームエキスパンダ１２、ペンタプリズム２７
を順次設ける。
【００７９】全構成が垂直状態の時は、図３が示す様に
自由液面１で反射された光束２６は、前記第１反射鏡３
１により鉛直方向に反射され、前記アナモルフィックプ
リズム系９、ビームエキスパンダ１２に補償されて鉛直
となり、更に前記ペンタプリズム２７で水平方向に射出
される。該ペンタプリズム２７を回転することで水平な
回転照射面が得られる。
自由液面１で反射された光束２６は、前記第１反射鏡３
１により鉛直方向に反射され、前記アナモルフィックプ
リズム系９、ビームエキスパンダ１２に補償されて鉛直
となり、更に前記ペンタプリズム２７で水平方向に射出
される。該ペンタプリズム２７を回転することで水平な
回転照射面が得られる。
【００８０】特に図示しないが、図３中矢印Ａ方向に全
構成を９０°倒した状態では、自由液面１も９０°回転
し、自由液面１で反射された反射光束２６は更に前記第
２反射鏡３２、ビームスプリッタ３３で反射され、前記
アナモルフィックプリズム系９、ビームエキスパンダ１
２を透過して水平な光束に補償される。更に、ペンタプ
リズム２７を回転することで垂直な回転照射面が得られ
る。
構成を９０°倒した状態では、自由液面１も９０°回転
し、自由液面１で反射された反射光束２６は更に前記第
２反射鏡３２、ビームスプリッタ３３で反射され、前記
アナモルフィックプリズム系９、ビームエキスパンダ１
２を透過して水平な光束に補償される。更に、ペンタプ
リズム２７を回転することで垂直な回転照射面が得られ
る。
【００８１】尚、前記第１反射鏡３１、第２反射鏡３２
はプリズム等の他の反射手段に置換可能であることは言
う迄もない。
はプリズム等の他の反射手段に置換可能であることは言
う迄もない。
【００８２】而して、第２の実施例に於いても角度自動
補償装置の水平姿勢、垂直姿勢の両姿勢でそれぞれ角度
補償をすることができる。
補償装置の水平姿勢、垂直姿勢の両姿勢でそれぞれ角度
補償をすることができる。
【００８３】上記した２つの実施例は、光束の回転照射
面を水平面に形成する場合と鉛直面に形成する場合の両
方に於いて、傾きの補償を全方向で同様にするものであ
る。然し、鉛直面を形成する場合は、水平角方向に対し
ての角度補償は実際の使用に於いて厳密に必要でなく、
又構成そのものを回転させて使用すれば実用上支障はな
い。
面を水平面に形成する場合と鉛直面に形成する場合の両
方に於いて、傾きの補償を全方向で同様にするものであ
る。然し、鉛直面を形成する場合は、水平角方向に対し
ての角度補償は実際の使用に於いて厳密に必要でなく、
又構成そのものを回転させて使用すれば実用上支障はな
い。
【００８４】図４は第３の実施例を示すものであり、図
３で示した第２の実施例からアナモルフィックプリズム
系９を除去し、第１反射鏡３１とビームスプリッタ３３
との間にシリンドリカルレンズ３４を設けたものであ
る。即ち、反射光束２６が鉛直方向に射出される光路に
のみ前記自由液面１での反射感度を全方向で同様にする
シリンドリカルレンズ３４を組入れ、前記ビームエキス
パンダ１２で最終的に感度を調整し、全方向に於いて鉛
直を補償された光軸を得る。これにより、前記ペンタプ
リズム２７の回転により照射される光束面は常に水平を
維持することができる。
３で示した第２の実施例からアナモルフィックプリズム
系９を除去し、第１反射鏡３１とビームスプリッタ３３
との間にシリンドリカルレンズ３４を設けたものであ
る。即ち、反射光束２６が鉛直方向に射出される光路に
のみ前記自由液面１での反射感度を全方向で同様にする
シリンドリカルレンズ３４を組入れ、前記ビームエキス
パンダ１２で最終的に感度を調整し、全方向に於いて鉛
直を補償された光軸を得る。これにより、前記ペンタプ
リズム２７の回転により照射される光束面は常に水平を
維持することができる。
【００８５】更に、第３の実施例を９０°倒して図４で
示す状態にすると、構成全体の傾きに対し、自由液面１
で反射された光束はビームエキスパンダ１２により倍率
調整され水平を補償されるが、水平角方向については少
ない角度の振れを示す。よって、回動するペンタプリズ
ム２７により回転照射される光束面は常に鉛直を維持す
ることができるが、この鉛直面の水平方向の角度は補償
されない。ところが、前記の様に水平角方向の振れにつ
いては構成全体を回転させればよく、実用上は支障な
い。従って、本発明では第３の実施例の様に、片方の光
軸にのみ自由液面１での反射感度を全方向で同様にする
光学系を配置する構造が可能な為、構成の配置は縮小す
ることができる。
示す状態にすると、構成全体の傾きに対し、自由液面１
で反射された光束はビームエキスパンダ１２により倍率
調整され水平を補償されるが、水平角方向については少
ない角度の振れを示す。よって、回動するペンタプリズ
ム２７により回転照射される光束面は常に鉛直を維持す
ることができるが、この鉛直面の水平方向の角度は補償
されない。ところが、前記の様に水平角方向の振れにつ
いては構成全体を回転させればよく、実用上は支障な
い。従って、本発明では第３の実施例の様に、片方の光
軸にのみ自由液面１での反射感度を全方向で同様にする
光学系を配置する構造が可能な為、構成の配置は縮小す
ることができる。
【００８６】又、図５は第４の実施例を示すもので、光
源として半導体レーザーの様に直線偏光を発する光源を
使用し、投光系２１から発せられる光束が紙面に平行な
直線偏光になるように設定すると共に、前記第１反射鏡
３１とビームスプリッタ３３との間、第２反射鏡３２と
ビームスプリッタ３３との間のいずれか一方（図５では
第２反射鏡３２とビームスプリッタ３３との間）に光束
の偏光方向を変更する複屈折部材、例えば１／２波長板
３５を設け、第２反射鏡３２からの反射光束の偏光方向
を前記第１反射鏡３１からの光束の偏光方向に対して直
角方向に変える。
源として半導体レーザーの様に直線偏光を発する光源を
使用し、投光系２１から発せられる光束が紙面に平行な
直線偏光になるように設定すると共に、前記第１反射鏡
３１とビームスプリッタ３３との間、第２反射鏡３２と
ビームスプリッタ３３との間のいずれか一方（図５では
第２反射鏡３２とビームスプリッタ３３との間）に光束
の偏光方向を変更する複屈折部材、例えば１／２波長板
３５を設け、第２反射鏡３２からの反射光束の偏光方向
を前記第１反射鏡３１からの光束の偏光方向に対して直
角方向に変える。
【００８７】前記ビームスプリッタ３３は、紙面に垂直
な偏光成分の光束を反射し、紙面に平行な偏光成分の光
束を透過する様な偏光特性の偏光ビームスプリッタにす
る。この為、ビームスプリッタ３３は、第１反射鏡３１
からの光束は透過し、第２反射鏡３２に反射され１／２
波長板３５を透過した光は反射する様に作用し、２つの
反射光束を同一の光軸に合わせることができる。
な偏光成分の光束を反射し、紙面に平行な偏光成分の光
束を透過する様な偏光特性の偏光ビームスプリッタにす
る。この為、ビームスプリッタ３３は、第１反射鏡３１
からの光束は透過し、第２反射鏡３２に反射され１／２
波長板３５を透過した光は反射する様に作用し、２つの
反射光束を同一の光軸に合わせることができる。
【００８８】この様に、２つの偏光方向を互いに変える
ことにより、ビームスプリッタ３３に於ける光の減衰を
極力押えて前記２つの反射光束の光軸を効率よく合致さ
せることができる。
ことにより、ビームスプリッタ３３に於ける光の減衰を
極力押えて前記２つの反射光束の光軸を効率よく合致さ
せることができる。
【００８９】図６は第５の実施例を示している。
【００９０】前記液体封入容器４の自由液面１に対し、
ビームスプリッタ３６を介して水平と４５°角度をもっ
て光束２５を入射させる光軸を有する第１投光系２１を
設け、該光束２５の入射光軸に対して直交する光軸上
に、又前記液体封入容器４を挾み対称な位置に第１反射
鏡３１、第２反射鏡３２を設ける。
ビームスプリッタ３６を介して水平と４５°角度をもっ
て光束２５を入射させる光軸を有する第１投光系２１を
設け、該光束２５の入射光軸に対して直交する光軸上
に、又前記液体封入容器４を挾み対称な位置に第１反射
鏡３１、第２反射鏡３２を設ける。
【００９１】全構成が図６で示される姿勢であると、前
記第１投光系２１からの反射光束２６は前記ビームスプ
リッタ３６で反射され、前記自由液面１に４５°の角度
で入射、更に全反射され、第１反射鏡３１で反射され、
再び前記自由液面１で全反射され、前記ビームスプリッ
タ３６を透過する。
記第１投光系２１からの反射光束２６は前記ビームスプ
リッタ３６で反射され、前記自由液面１に４５°の角度
で入射、更に全反射され、第１反射鏡３１で反射され、
再び前記自由液面１で全反射され、前記ビームスプリッ
タ３６を透過する。
【００９２】前記自由液面１を２回全反射して前記ビー
ムスプリッタ３６を透過した光束は、反射ミラー１４で
鉛直方向に反射され、該反射ミラー１４で反射された光
束の光路上にアナモルフィックプリズム系９、ビームエ
キスパンダ１２が配設されている。
ムスプリッタ３６を透過した光束は、反射ミラー１４で
鉛直方向に反射され、該反射ミラー１４で反射された光
束の光路上にアナモルフィックプリズム系９、ビームエ
キスパンダ１２が配設されている。
【００９３】前記アナモルフィックプリズム系９、ビー
ムエキスパンダ１２により前記自由液面１での反射感度
を全方向で同様にする。尚、前記自由液面１で２回反射
した場合も入射角が４５°であると、自由液面１で１回
反射した場合と略同様に感度を全方向で同一にできるこ
とは前述した通りである。而して、全構成の傾きに関係
なく鉛直を補償される光軸が得られる。
ムエキスパンダ１２により前記自由液面１での反射感度
を全方向で同様にする。尚、前記自由液面１で２回反射
した場合も入射角が４５°であると、自由液面１で１回
反射した場合と略同様に感度を全方向で同一にできるこ
とは前述した通りである。而して、全構成の傾きに関係
なく鉛直を補償される光軸が得られる。
【００９４】前記ビームエキスパンダ１２を透過した光
束をペンタプリズム２７により水平方向に射出し、更に
該ペンタプリズム２７を回転することで、常に水平な回
転照射面を得ることができる。
束をペンタプリズム２７により水平方向に射出し、更に
該ペンタプリズム２７を回転することで、常に水平な回
転照射面を得ることができる。
【００９５】図６の矢印Ａの方向に９０°倒した場合、
前記第１投光系２１からの反射光束２６は前記ビームス
プリッタ３６で反射され、９０°回転した前記自由液面
１に４５°の角度で入射、更に全反射され、第２反射鏡
３２で反射され、再び前記自由液面１で全反射され、前
記ビームスプリッタ３６、更にアナモルフィックプリズ
ム系９、ビームエキスパンダ１２を透過する。
前記第１投光系２１からの反射光束２６は前記ビームス
プリッタ３６で反射され、９０°回転した前記自由液面
１に４５°の角度で入射、更に全反射され、第２反射鏡
３２で反射され、再び前記自由液面１で全反射され、前
記ビームスプリッタ３６、更にアナモルフィックプリズ
ム系９、ビームエキスパンダ１２を透過する。
【００９６】前記アナモルフィックプリズム系９、ビー
ムエキスパンダ１２により前記自由液面１での反射感度
を全方向で同様にし、ビームエキスパンダ１２を透過し
た光束は常に水平を維持する。前記ペンタプリズム２７
により回転照射される回転照射面は構成の傾きに拘らず
常に鉛直な面を形成する。
ムエキスパンダ１２により前記自由液面１での反射感度
を全方向で同様にし、ビームエキスパンダ１２を透過し
た光束は常に水平を維持する。前記ペンタプリズム２７
により回転照射される回転照射面は構成の傾きに拘らず
常に鉛直な面を形成する。
【００９７】尚、図中の液揺れ防止具２３は前記した様
に自由液面１の揺れを抑制することは言う迄もない。
に自由液面１の揺れを抑制することは言う迄もない。
【００９８】図７は第６の実施例を示している。該第６
の実施例は前記第５の実施例の構成に、前記液体封入容
器４と第１反射鏡３１との間に光束の偏光方向を変更す
る複屈折部材、例えば１／４波長板３７を追加して設
け、前記液体封入容器４と第２反射鏡３２間に光束の偏
光方向を変更する複屈折部材、例えば１／４波長板３８
を追加して設けたものである。又、この実施例では、光
源として半導体レーザーの様に直線偏光を発する光源を
使用し、投光系２１から発せられる光束が紙面に垂直な
直線偏光になるように設定すると共に、ビームスプリッ
タ３６は、紙面に垂直な方向の偏光を反射し、紙面に平
行な方向の偏光を透過する偏光特性を有する偏光ビーム
スプリッタにする。
の実施例は前記第５の実施例の構成に、前記液体封入容
器４と第１反射鏡３１との間に光束の偏光方向を変更す
る複屈折部材、例えば１／４波長板３７を追加して設
け、前記液体封入容器４と第２反射鏡３２間に光束の偏
光方向を変更する複屈折部材、例えば１／４波長板３８
を追加して設けたものである。又、この実施例では、光
源として半導体レーザーの様に直線偏光を発する光源を
使用し、投光系２１から発せられる光束が紙面に垂直な
直線偏光になるように設定すると共に、ビームスプリッ
タ３６は、紙面に垂直な方向の偏光を反射し、紙面に平
行な方向の偏光を透過する偏光特性を有する偏光ビーム
スプリッタにする。
【００９９】この為、投光系２１から発せられ、ビーム
スプリッタ３６によって反射され自由液面に照射される
光束は、紙面に垂直な方向の直線偏光となる。この自由
液面１により反射された直線偏光は、１／４波長板３
７、又は、１／４波長板３８を２回透過することにより
紙面に平行な直線偏光に変換され、ビームスプリッタ３
６に戻った光束は、ビームスプリッタ３６を透過し、反
射ミラー１４に向けて投影される。
スプリッタ３６によって反射され自由液面に照射される
光束は、紙面に垂直な方向の直線偏光となる。この自由
液面１により反射された直線偏光は、１／４波長板３
７、又は、１／４波長板３８を２回透過することにより
紙面に平行な直線偏光に変換され、ビームスプリッタ３
６に戻った光束は、ビームスプリッタ３６を透過し、反
射ミラー１４に向けて投影される。
【０１００】この様にビームスプリッタ３６を偏光ビー
ムスプリッタにすることにより、ビームスプリッタ３６
における光の減衰を極力押えて効率よく使用することが
できる。
ムスプリッタにすることにより、ビームスプリッタ３６
における光の減衰を極力押えて効率よく使用することが
できる。
【０１０１】図８は、更に第７の実施例を示しており、
第６の実施例での１／４波長板３７，３８の代わりに、
ビームスプリッタ３６と自由液面１との間の光路に、１
／４波長板３９を配置したものであり、ビームスプリッ
タ３６の偏光特性等は第６の実施例と共通するものであ
る。
第６の実施例での１／４波長板３７，３８の代わりに、
ビームスプリッタ３６と自由液面１との間の光路に、１
／４波長板３９を配置したものであり、ビームスプリッ
タ３６の偏光特性等は第６の実施例と共通するものであ
る。
【０１０２】その為、投光系２１からの紙面に垂直な方
向の直線偏光は、該１／４波長板３９を通過し、更に液
体封入容器４を透過し、前記第１反射鏡３１、第２反射
鏡３２で反射され、更に液体封入容器４を透過した光束
が、再び前記１／４波長板３９を透過することで、紙面
に水平な方向の直線偏光に変換され、ビームスプリッタ
３６を透過し、反射ミラー１４に向けて投影される。
向の直線偏光は、該１／４波長板３９を通過し、更に液
体封入容器４を透過し、前記第１反射鏡３１、第２反射
鏡３２で反射され、更に液体封入容器４を透過した光束
が、再び前記１／４波長板３９を透過することで、紙面
に水平な方向の直線偏光に変換され、ビームスプリッタ
３６を透過し、反射ミラー１４に向けて投影される。
【０１０３】而して、実施例７に於いても、ビームスプ
リッタ３６を偏光ビームスプリッタにすることにより、
ビームスプリッタ３６における光の減衰を極力押えて効
率よく使用することができる。
リッタ３６を偏光ビームスプリッタにすることにより、
ビームスプリッタ３６における光の減衰を極力押えて効
率よく使用することができる。
【０１０４】図１２は本発明の応用例を示している。
【０１０５】前記各実施例に於いて、実際に使用される
場合、全構成の傾きは通常制限を受ける。従って、使用
に際し、要求される傾きの制限内に入っているかを検知
する必要がある。斯かる要求には以下に示す如くすれば
よい。
場合、全構成の傾きは通常制限を受ける。従って、使用
に際し、要求される傾きの制限内に入っているかを検知
する必要がある。斯かる要求には以下に示す如くすれば
よい。
【０１０６】前記図１で示した第１の実施例に於いて説
明する。前記した反射ミラー１４に代えハーフミラー４
０を配設し、前記アナモルフィックプリズム系９を移動
し、該ハーフミラー４０と前記液体封入容器４との間に
設ける。前記自由液面１からの反射光束を鉛直方向への
反射光束４１と透過光束４２に分割する。該透過光束４
２は凸レンズ４３を透過し、遮光板４４に穿設したピン
ホール４５を通って受光素子４６に受光される。前記ピ
ンホール４５は前記凸レンズ４３の焦点に配設されてい
る。又、前記ピンホール４５の直径は、制限の範囲に対
応する大きさとする。
明する。前記した反射ミラー１４に代えハーフミラー４
０を配設し、前記アナモルフィックプリズム系９を移動
し、該ハーフミラー４０と前記液体封入容器４との間に
設ける。前記自由液面１からの反射光束を鉛直方向への
反射光束４１と透過光束４２に分割する。該透過光束４
２は凸レンズ４３を透過し、遮光板４４に穿設したピン
ホール４５を通って受光素子４６に受光される。前記ピ
ンホール４５は前記凸レンズ４３の焦点に配設されてい
る。又、前記ピンホール４５の直径は、制限の範囲に対
応する大きさとする。
【０１０７】全構成が傾くと、自由液面１からの反射光
束は光軸角度のずれを生じる。該構成は前記した様に、
シリンドリカルレンズ系９を有するので、全構成の傾斜
角に対し反射光束は全方向に対して一様の感度を示す。
前記透過光束４２は前記凸レンズ４３、ピンホール４５
を通って前記受光素子４６に受光される。ところで、ピ
ンホール４５は凸レンズ４３の焦点に配置されているの
で、集光した光束はピンホール４５上で移動し、移動量
が大きいと光束は前記遮光板４４に遮られる。
束は光軸角度のずれを生じる。該構成は前記した様に、
シリンドリカルレンズ系９を有するので、全構成の傾斜
角に対し反射光束は全方向に対して一様の感度を示す。
前記透過光束４２は前記凸レンズ４３、ピンホール４５
を通って前記受光素子４６に受光される。ところで、ピ
ンホール４５は凸レンズ４３の焦点に配置されているの
で、集光した光束はピンホール４５上で移動し、移動量
が大きいと光束は前記遮光板４４に遮られる。
【０１０８】この移動量が要求される傾き制限以上とな
った時に、前記受光素子４６の受光量が所定光量以下と
なる様、前記ピンホール４５の直径を決定する（図１３
参照）。
った時に、前記受光素子４６の受光量が所定光量以下と
なる様、前記ピンホール４５の直径を決定する（図１３
参照）。
【０１０９】而して、前記受光素子４６の受光量を監視
することで、全構成の傾きが制限角度内にあるかどうか
の判断をすることができる。
することで、全構成の傾きが制限角度内にあるかどうか
の判断をすることができる。
【０１１０】尚、ピンホール４５を省略し、前記受光素
子４６をＣＣＤ等の受光素子とし、該受光素子４６によ
りビームスポットの位置を検出する様にしてもよい。
子４６をＣＣＤ等の受光素子とし、該受光素子４６によ
りビームスポットの位置を検出する様にしてもよい。
【０１１１】
【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、特別に
用意された光学系や、光学系の一部を組替えるという余
分な機構を必要とせずに、装置が略水平状態若しくは略
垂直状態の両者に共用して光路を自動補償することがで
きるので、装置が簡単でよく、作業性が向上すると共に
精度、再現性が向上し、更に常に水平を維持する自由液
面の反射を利用しているので、従来の振り子式の角度補
償装置の様に高度な組立て技術を必要とせず簡単に組立
てることができ、又従来の振り子式の角度補償装置の様
に光学部材を吊るという作業の代りに液体封入容器に液
体を注入するという作業でよい為、作業が著しく簡単
で、作業者の違いによる組立て精度のばらつきがなく、
更に液体を完全に密閉するので経時変化がなく、耐環境
性に優れ、更に又外来振動、衝撃に対して液体の粘性を
利用し制動することができ、複雑な制動装置を必要とし
ない等、種々の優れた効果を発揮する。
用意された光学系や、光学系の一部を組替えるという余
分な機構を必要とせずに、装置が略水平状態若しくは略
垂直状態の両者に共用して光路を自動補償することがで
きるので、装置が簡単でよく、作業性が向上すると共に
精度、再現性が向上し、更に常に水平を維持する自由液
面の反射を利用しているので、従来の振り子式の角度補
償装置の様に高度な組立て技術を必要とせず簡単に組立
てることができ、又従来の振り子式の角度補償装置の様
に光学部材を吊るという作業の代りに液体封入容器に液
体を注入するという作業でよい為、作業が著しく簡単
で、作業者の違いによる組立て精度のばらつきがなく、
更に液体を完全に密閉するので経時変化がなく、耐環境
性に優れ、更に又外来振動、衝撃に対して液体の粘性を
利用し制動することができ、複雑な制動装置を必要とし
ない等、種々の優れた効果を発揮する。
【図１】本発明の第１の実施例を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例で９０°倒した状態を示
す説明図である。
す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施例を示す説明図である。
【図４】本発明の第３の実施例を示す説明図である。
【図５】本発明の第４の実施例を示す説明図である。
【図６】本発明の第５の実施例を示す説明図である。
【図７】本発明の第６の実施例を示す説明図である。
【図８】本発明の第７の実施例を示す説明図である。
【図９】本発明に使用される液揺れ防止具を具備した液
体封入容器を示す正面図である。
体封入容器を示す正面図である。
【図１０】同前液揺れ防止具を具備した液体封入容器を
示す側断面図である。
示す側断面図である。
【図１１】前記液揺れ防止具の斜視図である。
【図１２】本発明の応用例を示す説明図である。
【図１３】本発明の応用例に於けるをビームスポットと
ピンホールとの関係を示す説明図である。
ピンホールとの関係を示す説明図である。
【図１４】自由液面が傾斜した場合の反射光束の反射角
の変化を説明する説明図である。
の変化を説明する説明図である。
【図１５】自由液面が傾斜した場合の反射光束の反射角
の変化を説明する説明図である。
の変化を説明する説明図である。
【図１６】自由液面で１度反射される場合の角度自動補
償についての説明図である。
償についての説明図である。
【図１７】アナモルフィックプリズム系に対する透過光
束の光軸の変化を示す説明図である。
束の光軸の変化を示す説明図である。
【図１８】（Ａ）（Ｂ）はアナモルフィックプリズム系
に対する透過光束の光軸の変化を示す説明図である。
に対する透過光束の光軸の変化を示す説明図である。
【図１９】自由液面で２度反射される場合の反射光束の
反射角の変化を説明する説明図である。
反射角の変化を説明する説明図である。
【図２０】自由液面で２度反射される場合の、自由液面
が傾斜した時の反射光束の反射角の変化を説明する説明
図である。
が傾斜した時の反射光束の反射角の変化を説明する説明
図である。
１ 自由液面 ２ 入射光束 ３ 反射光束 ４ 液体封入容器 ９ アナモルフィックプリズム系 １２ ビームエキスパンダ １４ 反射ミラー ２０ 透明液体 ２１ 第１投光系 ２２ 第２投光系 ２３ 液揺れ防止具 ２４ 液揺れ防止板 ２７ ペンタプリズム ３１ 第１反射鏡 ３２ 第２反射鏡 ３３ ビームスプリッタ ３４ シリンドリカルレンズ ３６ ビームスプリッタ ３７ １／４波長板 ３８ １／４波長板 ３９ １／４波長板
フロントページの続き (72)発明者 古平 純一 東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社ト プコン内
Claims (11)
- 【請求項１】 自由液面を形成する様透明液体を封入し
た液体封入容器と、前記自由液面で反射させる様光束を
該自由液面に所定の角度で照射する第１投光系と、前記
自由液面で反射された光束を導き投影する為の投影光学
系とを具備する傾斜角自動補償装置に於いて、前記第１
投光系と対向する位置に第２投光系を設け装置全体を９
０°回転した時に該第２投光系からの光束が自由液面で
反射し前記投影光学系により投影し得る様に構成したこ
とを特徴とする角度自動補償装置。 - 【請求項２】 液体内に液揺れ防止板を回転自在に設
け、該液揺れ防止板の回転中心が自由液面に略合致する
請求項１の角度自動補償装置。 - 【請求項３】 自由液面を形成する様透明液体を封入し
た液体封入容器と、前記自由液面で反射させる様光束を
該自由液面に所定の角度で照射する投光系と、前記自由
液面で反射された光束を導き投影する為の投影光学系と
を具備する傾斜角自動補償装置に於いて、前記投影光学
系は、装置の傾きが０°の時に自由液面により反射され
る光束を反射する為の第１反射部材と、装置全体を９０
°回転した時に自由液面で反射される光束を反射する為
前記第１反射部材と対向する位置に配置した第２反射部
材とを有することを特徴とする角度自動補償装置。 - 【請求項４】 液体内に液揺れ防止板を回転自在に設
け、該液揺れ防止板の回転中心が自由液面に略合致する
請求項３の角度自動補償装置。 - 【請求項５】 投影光学系は、第１反射部材からの反射
光束と第２反射部材からの反射光束とが交差する位置に
ビームスプリッタを有する請求項３又は請求項４の角度
自動補償装置。 - 【請求項６】 投光系により照射する光を所定偏光方向
を持った偏光とし、投影光学系の第１反射部材を含む光
路と第２反射部材を含む光路の少なくとも一方に偏光方
向を変える為の複屈折部材を設けると共に、ビームスプ
リッタは偏光ビームスプリッタである請求項５の角度自
動補償装置。 - 【請求項７】 自由液面を形成する様透明液体を封入し
た液体封入容器と、前記自由液面で反射させる様光束を
該自由液面に所定の角度で照射する投光系と、前記自由
液面で反射された光束を再度自由液面に向けて反射する
為の第１反射部材と、再度自由液面により反射された光
束を導き投影する為の投影光学系とを具備する傾斜角自
動補償装置に於いて、前記第１反射部材と対向する位置
に配置され装置全体を９０°回転した時の自由液面で反
射された光束を再度自由液面に向けて反射する為の第２
反射部材を設け自由液面により反射された光束を前記投
影光学系で投影し得る様に構成したことを特徴とする角
度自動補償装置。 - 【請求項８】 液体内に液揺れ防止板を回転自在に設
け、該液揺れ防止板の回転中心が自由液面に略合致する
請求項７の角度自動補償装置。 - 【請求項９】 投光系からの光束と自由液面からの反射
光束とを分離する為に投光系光路に設けられたビームス
プリッタを有する請求項７又は請求項８の角度自動補償
装置。 - 【請求項１０】 投光系により照射する光を所定偏光方
向をもった偏光とし、自由液面と第１反射部材との間及
び自由液面と第２反射部材との間に偏光方向を変える為
の複屈折部材を設けると共に、ビームスプリッタは偏光
ビームスプリッタである請求項９の角度自動補償装置。 - 【請求項１１】 投光系により照射する光を所定偏光方
向をもった偏光とし、自由液面とビームスプリッタとの
間に偏光方向を変える為の複屈折部材を設けると共に、
ビームスプリッタは偏光ビームスプリッタである請求項
９の角度自動補償装置。
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