JPH0835835A - 傾斜角自動補償装置及び傾斜角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】自由液面での全反射を利用した傾斜角自動補償
装置及び傾斜角検出装置に於いて、水平、垂直の両姿勢
での使用を可能にする。 【構成】自由液面３を形成する様透明液体１を封入した
液体封入容器２と、光源部１４第１の光路と第２の光路
とに分割する為の光路分割手段１７を有し、液体封入容
器窓から入射させ自由液面に向けて光束を投影する為の
投光系１２と、装置本体の傾きが０゜近傍の時自由液面
に反射された光束を再度自由液面に向けて反射させる為
の第１反射部材６と、装置本体の傾きが９０゜近傍の時
自由液面により反射された光束を再度自由液面に向けて
反射させる為の第２反射部材８と、液体封入容器窓から
出射された光束を投影する為の投影光学系とを有し、液
体封入容器から射出された光束の射出方向の補償を行
い、更に射出された光束を受光する受光器を設け、該受
光器の受光状態から傾斜角を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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、光源部と
該光源部からの光路内に配置され第１の光路と第２の光
路とに分割する為の光路分割手段を有し、前記それぞれ
の光路に沿って液体封入容器窓から入射させ自由液面に
向けて光束を投影する為の投光系と、装置本体の傾きが
０゜近傍の時前記第１の光路に沿って投影され該自由液
面に反射された光束を再度自由液面に向けて反射させる
為の第１反射部材と、装置本体の傾きが９０゜近傍の時
前記第２の光路に沿って投影され自由液面により反射さ
れた光束を再度自由液面に向けて反射させる為の第２反
射部材と、再度自由液面により反射され前記液体封入容
器窓から出射されたそれぞれの光束を投影する為の投影
光学系とを有することを特徴とする傾斜角自動補償装
置、及び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、光源部と該光源部からの光路内に配置され
第１の光路と第２の光路とに分割する為の光路分割手段
を有し、前記それぞれの光路に沿って液体封入容器窓か
ら入射させ自由液面に向けて光束を投影する為の投光系
と、装置本体の傾きが０゜近傍の時前記第１の光路に沿
って投影され該自由液面に反射された光束を再度自由液
面に向けて反射させる為の第１反射部材と、装置本体の
傾きが９０゜近傍の時前記第２の光路に沿って投影され
自由液面により反射された光束を再度自由液面に向けて
反射させる為の第２反射部材と、再度自由液面により反
射され前記液体封入容器窓から出射されたそれぞれの光
束を受光器に導く為の投影光学系とを有し、受光器から
の信号に基づき装置本体の傾きを検出する様構成した傾
斜角検出装置に係るものである。

【０００７】

【作用】第１反射部材と第２反射部材を有することで、
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反射部材か
らの反射光束をそれぞれ同一方向に導くことができる投
影光学系を有するので、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。

【０００９】図１は第１の実施例を示し、透明液体１を
自由液面３が形成される様封入した液体封入容器２を設
ける。該液体封入容器２は略８角の短柱形状であり、８
角形を形成する面の内、底面に隣接する一方の面に第１
入出射窓４を設け、該第１入出射窓４に隣接して第２入
出射窓５を設ける。又、前記底面に隣接する他方の面に
反射部材である第１反射ミラー６を設け、該第１反射ミ
ラー６の反射面にはλ／４位相板７を設け、前記第１反
射ミラー６と対峙した位置に反射部材である第２反射ミ
ラー８を設け、該第２反射ミラー８の反射面に複屈折部
材のλ／４位相板９を設ける。

【００１０】前記液体封入容器２の内部に液揺れ防止具
１０を揺動自在に設ける。該液揺れ防止具１０は、前記
自由液面３内に有り又液体封入容器２の図形中心と一致
した揺動軸を有する。

【００１１】該液揺れ防止具１０は後述する様に、前記
透明液体１の自由液面３より若干液中に没した位置に透
明な液揺れ防止板１１を有し、常に該液揺れ防止板１１
が水平になる様、揺動軸の下方に重心を有し回転自在と
なっている。

【００１２】前記透明液体１の自由液面３で反射される
様、該自由液面３に対して水平と所定の角度をもって光
束１３を入射させる光軸を有する投光系１２を設ける。

【００１３】該投光系１２は紙面に対して垂直な偏光方
向を有する略直線偏光のレーザ光線を発する半導体レー
ザである光源部１４、該光源部１４からの光束を平行光
束とするコリメータレンズ１５、回転自在に垂下し、複
屈折部材から成り偏光方向を変換する偏光変換手段のλ
／２位相板１６、偏光ビームスプリッタ１７から成る。
該偏光ビームスプリッタ１７は紙面に対して平行な直線
偏光成分は透過し、紙面に対して垂直な直線偏光成分は
反射する。

【００１４】前記光束１３を前記偏光ビームスプリッタ
１７に向け反射する第１反射ミラー１８を前記偏光ビー
ムスプリッタ１７に隣接して配設し、又該偏光ビームス
プリッタ１７を挾んで前記第１反射ミラー１８に対峙す
る第２反射ミラー１９を配設する。該第２反射ミラー１
９は前記偏光ビームスプリッタ１７を透過した第１反射
ミラー１８からの反射光を図１中鉛直方向に反射し、第
２反射ミラー１９で反射された光束の光軸上に、該第２
反射ミラー１９側からアナモフィックプリズム系２０、
ビームエキスパンダ２１、第２反射ミラー１９で反射さ
れた光束の光軸を中心に回転するペンタプリズム２３を
順次配設する。

【００１５】而して、偏光ビームスプリッタ１７、第１
反射ミラー１８、第２反射ミラー１９は後述する様に前
記第１反射ミラー６を介して前記第１入出射窓４から射
出される反射光束３０、前記第２反射ミラー８を介して
前記第２入出射窓５から射出される反射光束３０をそれ
ぞれ鉛直方向に向けて投影する投影光学系を構成する。

【００１６】以下、作用を説明する。

【００１７】光源部１４から発せられた光束１３はλ／
２位相板１６を透過することで紙面に対して平行な直線
偏光光束となる。前記した様に偏光ビームスプリッタ１
７は紙面に対して平行な直線偏光を透過するので、光源
部１４からの光束は偏光ビームスプリッタ１７を透過し
て前記第１入出射窓４から透明液体１に入射し、更に液
揺れ防止板１１を透過して前記自由液面３で前記第１反
射ミラー６に向かって反射される。

【００１８】光束は前記第１反射ミラー６で反射され前
記液揺れ防止板１１を透過し、前記自由液面３で反射さ
れ、前記第２入出射窓５から射出する。前記第１反射ミ
ラー６の反射面には前記λ／４位相板７が設けられてい
るので前記光束１３は第１反射ミラー６で反射される過
程で２度λ／４位相板７を透過する。この為、第１反射
ミラー６で反射された反射光束３０の偏光方向は紙面に
対して垂直な直線偏光となる。

【００１９】反射光束３０は前記第１入出射窓４から射
出し、前記偏光ビームスプリッタ１７に入光する。前記
反射光束３０は紙面に対して垂直な直線偏光であるの
で、前記偏光ビームスプリッタ１７で反射され、更に前
記第２反射ミラー１９で鉛直方向に反射される。

【００２０】前記自由液面３は本実施例の全構成が傾斜
した場合でも常に水平であり、光束１３は常に水平面で
反射される。従って、自由液面３に対する光束１３の入
射角は本実施例の全構成の傾斜に対応して変化し、更に
前記第２反射ミラー１９で反射された光束の光軸も鉛直
に対して傾きを持つ。前記アナモフィックプリズム系２
０、ビームエキスパンダ２１はこの傾きを補償して前記
ペンタプリズム２３に入射する光束を常に鉛直とする。
而して、前記ペンタプリズム２３から射出される光束は
水平となり、射出される光束で水平基準線が得られ、又
前記ペンタプリズム２３を回転することで水平基準面が
形成される。

【００２１】本実施例の自動補償の作用について、図１
６〜図２０を参照して説明する。図１６は本実施例の構
成を更に簡略化し、自由液面３で１回反射した場合を示
したものであり、図１中と同様の構成には同部号を付し
てある。

【００２２】図１６に於いて透明液体１の屈折率ｎを
１．４とするとその臨海角は４５．６°であり、透明液
体１への設定入射角θ＝５０°、機器の傾き角即ち自由
液面３の傾き角α＝１０′とする。

【００２３】自由液面３がｘ軸を中心にα傾斜した場合
の反射変位角ξ1x′と自由液面３がｚ軸中心にα傾斜し
た場合の反射変位角ξ1z′は、数式１の関係があり、そ
れぞれξ1x′＝２８′，ξ1z′＝１８．０′となる。

【００２４】

【数１】ξ1x′＝２ｎα ξ1z′＝ｎ・ cos^-1（ cos² θ cos２α＋ sin² θ）

【００２５】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′）＝１．５５
５倍の感度の差がある。よってこの条件では、

【００２６】

【数２】ξ1x′＝２ｎα、ξ1z′＝１．２８６ｎα ξ1x′／ξ1z′＝１．５５５

【００２７】となる。次に、前記アナモフィックプリズ
ム系２０は前記感度差を光学的に補正する。

【００２８】ここでアナモフィックプリズム系２０につ
いて図１７、図１８により説明する。

【００２９】アナモフィックプリズム系２０を構成する
楔状プリズム２４，２５のプリズム頂角をａ24，ａ25、
楔状プリズム２４，２５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 とするとし、楔
状プリズム２４，２５を同一のものを使用するものとし
て、その頂角ａ＝ａ24＝ａ25とすると、

【００３０】

【数３】倍率Ｍap＝（Ｄin／Ｄout ）＝ cos² ａ／（１
−ｎg ² ・ sin² ａ）

【００３１】となるので、角倍率は近似的に１／Ｍapで
ある。よって、

【００３２】

【数４】Ｍap＝２ｎα／１．２８６ｎα＝１．５５５

【００３３】となる様に、前記プリズム頂角をａ、楔状
プリズム２４，２５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＝２７．
７３２°、ｂ＝４４．７９３°である）、前記アナモフ
ィックプリズム系２０透過後のξ1x′は、２ｎα×１．
２８６ｎα／２ｎα＝１．２８６ｎαに変換され、アナ
モフィックプリズム系２０の透過後は、ξ1x′＝ξ1z′
となる。

【００３４】而して、アナモフィックプリズム系２０透
過後の反射光束３０の光軸は、前記自由液面３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３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。

【００３５】更に、前記アナモフィックプリズム系２０
を透過し、前記第２反射ミラー１９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２１を透過した場合
に、該ビームエキスパンダ２１の角倍率が１／１．２８
６ｎ倍であれば、透過後の光軸は、

【００３６】

【数５】（ξ1x′＝ξ1z′＝１．２８６ｎα）×１／
１．２８６ｎ＝α

【００３７】だけ傾き、前記ビームエキスパンダ２１透
過後の最終光軸は、前記自由液面３と常に直交、即ち鉛
直を維持する。ここで前記ビームエキスパンダ２１を構
成する凸レンズ２６の焦点距離をｆ3 とし、凸レンズ２
７の焦点距離をｆ4 とすると、ビームエキスパンダ２１
の角倍率Ｍexはｆ3 ／ｆ4 となり、このｆ3 、ｆ4 を選
択することにより、角倍率Ｍexを１／１．２８６ｎ倍と
することができる。

【００３８】次に、図１６で示した構成例で、前記アナ
モフィックプリズム系２０を９０°回転させ、Ｍ＝１／
１．２８６となる様に、前記楔状プリズム２４，２５の
プリズム頂角をａ24，ａ25、楔状プリズム２４，２５の
相対角をｂ、屈折率をｎg を適宜選択してもよい。

【００３９】前記光学系に於けるアナモフィックプリズ
ム系２０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フィ
ックプリズム系２０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）。

【００４０】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
ナモフィックプリズム系２０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。

【００４１】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。

【００４２】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と、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
場合との、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。

【００４３】前記自由液面３にビームスプリッタ１７か
ら入射光束が角度θで入射し、前記自由液面３で全反射
され、第１反射ミラー６で反射されて再び前記自由液面
３に入射し、前記自由液面３で全反射され、前記ビーム
スプリッタ１７を透過して前記ミラー１９で反射される
場合を説明する。

【００４４】前記自由液面３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３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３０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３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３０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３の液面変位角αとの関係は、

【００４６】

【数６】ξ1z＝ cos^-1｛ cos２α・ sin² ２θ− cos２
θ・ sin² θ−（ sin² ２α−cos² ２α・ cos２θ）
cos² θ｝ ξ2z＝π／２− cos^-1［｛１／２（ sin² ２α− cos²
２α・ cos２θ− cos２θ）＋ cos２α・ cos２θ｝ s
in２θ］

【００４７】となる。例えば、α＝１０′、θ＝５０°
とすると、ξ2z＝３．４３″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７】ξ1x′＝ｎξ1x ξ1z′＝ｎξ1z

【００４９】具体的には、α＝１０′、θ＝５０°、ｎ
＝１．４とすると、

【００５０】

【数８】ξ1x′＝５６′ ξ1z′＝３５．９９４′ ξ1x′／ξ1z′＝１．５５５

【００５１】この様にθ＝５０°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３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フ
ィックプリズム系２０を用いることができる。

【００５２】ここでアナモフィックプリズム系２０の倍
率Ｍapは、

【００５３】

【数９】Ｍap＝４ｎα／２．５７２ｎα＝１．５５５ １／Ｍap＝γap＝１／１．５５５＝０．６４３０９

【００５４】従って、アナモフィックプリズム系２０を
透過すると、

【００５５】

【数１０】 ξ1x′＝４ｎα×１／１．５５５＝２．５７２ｎα ξ1z′＝２．５７２ｎα

【００５６】となって補正される。

【００５７】更に、アナモフィックプリズム系２０を透
過後の光軸上を鉛直に維持する為に設けられるビームエ
キスパンダ２１の倍率Ｍexは、ｎ＝１．５とすると、

【００５８】

【数１１】 Ｍex＝２．５７２ｎα／α＝２．５７２ｎ＝３．６０１ γex＝１／Ｍex＝１／２．５７２ｎ＝０．２７８でよ
い。

【００５９】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。

【００６０】上述した様に、アナモフィックプリズム系
２０は、反射感度を全方向で同様にし、ビームエキスパ
ンダ２１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２１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２３から射出される光束は水平とな
り、ペンタプリズム２３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。

【００６１】次に、図２は本実施例に於いて全構成を９
０°倒した場合を示す。

【００６２】前記液揺れ防止具１０は重力の作用で前記
液揺れ防止板１１が水平になる様９０°回転し、透明液
体１の自由液面３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。

【００６３】又、同様に前記λ／２位相板１６も９０°
回転し、該λ／２位相板１６は９０°回転することで前
記光束１３から外れる。従って、前記偏光ビームスプリ
ッタ１７に入光する光束は紙面に対して垂直な直線偏光
を有し、前記偏光ビームスプリッタ１７で反射され、前
記第１反射ミラー１８で更に反射されて前記第２入出射
窓５より液体封入容器２内に入射し、透明液体１、液揺
れ防止具１０を透過して前記自由液面３で反射される。
該自由液面３で反射された光束は、前記第２反射ミラー
８で反射される。該第２反射ミラー８にはλ／４位相板
９が設けられているので、反射光束３０は前記λ／４位
相板９を２回透過し、偏光方向が変換され、紙面に対し
て平行となる。第２反射ミラー８で反射された反射光束
３０は前記自由液面３で反射され、前記液揺れ防止具１
０を透過して前記第２入出射窓５より射出する。

【００６４】前記第２入出射窓５より射出した反射光束
３０は前記第１反射ミラー１８で反射され、前記偏光ビ
ームスプリッタ１７を透過し、前記第２反射ミラー１９
で水平方向に向けて反射される。前記アナモフィックプ
リズム系２０、前記ビームエキスパンダ２１を透過する
ことで、該ビームエキスパンダ２１から射出される反射
光束３０は全構成の傾きに関係なく常に水平を保ち、前
記ペンタプリズム２３より回転照射される光束面は常に
一定な鉛直基準面を形成する。

【００６５】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。

【００６６】尚、前記第１入出射窓４、第２入出射窓５
は別々に設けたが、図３に示す様に一体に設けてもよ
い。又前記偏光ビームスプリッタ１７はハーフミラー等
の他の光路分割手段であってもよく、ハーフミラーとし
た場合はλ／２位相板１６は省略できる。

【００６７】液体封入容器２中に封入された透明液体１
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１０によって抑制する。

【００６８】図４〜図６に於いて液揺れ防止具１０を説
明する。

【００６９】該液揺れ防止具１０は軸孔３１が穿設され
た突片３２を有し、該突片３２は前記液体封入容器２側
に設けた振り子軸（図示せず）に揺動自在に嵌合する。
前記振り子軸は前記自由液面３の光束１３の反射部に略
合致した位置に設定されており、前記液揺れ防止具１０
は反射部を中心に揺動可能となっている。

【００７０】前記液揺れ防止具１０は上面が平らな半月
形状をしており、又逆凹字状の断面をしている。又、上
面の中央部には光束を透過する為の矩形の透明板、特に
光を減衰させることのない様透明ガラス３３が嵌込まれ
ている。又前記液揺れ防止具１０の上面は前記自由液面
３の僅かに下方に位置し、常に水平が維持される様重心
位置が決定されている。

【００７１】該液体封入容器２に封入された透明液体１
の固有振動数より前記液揺れ防止具１０の固有振動数が
小さく、或は大きければ、液体の粘性と液揺れ防止具１
０との抵抗により、自由液面３の揺れは抑制される。
又、液揺れ防止具１０の揺動中心が、自由液面３上の光
束の反射部にあることにより、前記液体封入容器２を９
０°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。

【００７２】尚、前記液揺れ防止具１０は熱伝導率の高
い材質、例えば銅材を使用し表面積を大きく取ることに
より、環境温度の急激な変化に対して液内部への温度伝
達を早め、屈折率分布が発生するのを防止し、光束の安
定性を高めることができる。

【００７３】図７により第２の実施例を説明する。

【００７４】図７中、図１、図２中で示したものと同一
のものには同符号を付し、その説明を省略する。

【００７５】前記第１の実施例ではλ／４位相板７、λ
／４位相板９を第１反射ミラー６、第２反射ミラー８の
反射面に設けたが、第２の実施例では第１入出射窓４に
λ／４位相板７、第２入出射窓５にλ／４位相板９を重
合させ設けたものである。

【００７６】該実施例でも前記自由液面３に入射する光
束、該自由液面３で反射される光束は、図７で示す状
態、或は全構成を９０°傾けた場合もそれぞれ第１入出
射窓４、第２入出射窓５を２回透過、即ちλ／４位相板
７、λ／４位相板９を２回透過するので、偏光方向が９
０°変更する。而して、本実施例も前記した第１の実施
例と同様、全構成の傾斜に拘らずペンタプリズム２３か
らの射出光束により、水平基準面、垂直基準面が形成で
き、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。

【００７７】尚、第８図に示す様に、第１入出射窓４と
第２入出射窓５、λ／４位相板７とλ／４位相板９はそ
れぞれ一体として重合させてもよい。

【００７８】図９、図１０は第３の実施例を示してい
る。

【００７９】図９、図１０中、図１、図２中で示したも
のと同一のものには同符号を付し、その説明を省略す
る。

【００８０】本実施例では、光束を前記自由液面３に図
９中紙面に対して垂直な方向に角度を付けて入射させ、
入射光軸と反射光軸とを図９中紙面に対して垂直な方向
にずらせたものである（図１０参照）。

【００８１】前記光源部１４の後方、反射光軸上に第４
反射ミラー３５を配設すると共に前記第１反射ミラー１
８の後方、反射光軸上に第５反射ミラー３６を配設す
る。又、図９、図１０中の液揺れ防止具１０は省略して
図示し、第１の実施例で使用したλ／４位相板７、λ／
４位相板９は用いない構成としてある。

【００８２】以下、第３の実施例の作用を説明する。

【００８３】光源部１４から発せられた光束１３はλ／
２位相板１６を透過することで紙面に対して平行な直線
偏光光束となる。前記した様に偏光ビームスプリッタ１
７は紙面に対して平行な直線偏光を透過するので、光源
部１４からの光束は偏光ビームスプリッタ１７を透過し
て前記第１入出射窓４から透明液体１に入射し、前記自
由液面３で前記第１反射ミラー６に向かって反射され
る。

【００８４】反射光束３０は前記第１反射ミラー６に対
し所要の角度をもって入射し、更に反射され、入射光束
１３とは異なった光軸を通って前記自由液面３で反射さ
れる。反射光束３０は前記第１入出射窓４から射出し、
前記偏光ビームスプリッタ１７から外れ、前記第４反射
ミラー３５に達し、該第４反射ミラー３５で鉛直方向に
反射される。第４反射ミラー３５で反射された反射光束
３０は前記アナモフィックプリズム系２０、前記ビーム
エキスパンダ２１を透過して前記ペンタプリズム２３か
ら水平方向に射出される。

【００８５】而して、前記ペンタプリズム２３から射出
される光束は水平となり、射出される光束で水平基準線
が得られ、又前記ペンタプリズム２３を回転することで
光束による水平基準面が形成される。

【００８６】次に、図１１、図１２は全構成を９０°回
転した場合を示す。

【００８７】前記λ／２位相板１６は９０°回転し、該
λ／２位相板１６は９０°回転することで前記光束１３
から外れる。従って、前記偏光ビームスプリッタ１７に
入光する光束は紙面に対して垂直な直線偏光を有し、前
記偏光ビームスプリッタ１７で反射され、前記第１反射
ミラー１８で更に反射されて前記第２入出射窓５より液
体封入容器２内に入射し、透明液体１を透過して前記自
由液面３で反射される。該自由液面３で反射された光束
は、前記第２反射ミラー８で反射される。

【００８８】第２反射ミラー８で反射された反射光束３
０は入射光束の光軸とは紙面に対して垂直方向にずれて
おり、更に前記自由液面３で反射され、前記第２入出射
窓５より射出する。前記第２入出射窓５より射出した反
射光束３０は前記第１反射ミラー１８を外れ前記第５反
射ミラー３６に到達し、該第５反射ミラー３６で水平方
向に反射される。

【００８９】尚、前記第４反射ミラー３５と、第５反射
ミラー３６とは図１１に於いて紙面に対して垂直方向に
ずれているので前記第５反射ミラー３６で反射された反
射光束３０が第４反射ミラー３５に遮蔽されることはな
い。

【００９０】前記アナモフィックプリズム系２０、前記
ビームエキスパンダ２１を透過することで、該ビームエ
キスパンダ２１から射出される反射光束３０は全構成の
傾きに関係なく常に水平を保ち、前記ペンタプリズム２
３より回転照射される光束面は常に一定な鉛直基準面を
形成する。

【００９１】而して、第３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。又、第３の実施例では往路と
帰路とが相違し、帰路では偏光ビームスプリッタ１７を
透過しないので光の減衰が防止できる。

【００９２】次に、本発明に係る傾斜角自動補償装置を
用いた傾斜角検出装置の実施例を図１３、図１４に於い
て説明する。

【００９３】尚、本実施例中、図１中で示したものと同
一のものには同符号を付しその説明を省略する。

【００９４】本実施例では、図１で示される傾斜角自動
補償装置のペンタプリズム２３を省略し、その代わりに
受光器３８を配設すると共に該受光器３８の受光面で結
像させる為の集光レンズ４１を配設し、アナモフィック
プリズム系２０から射出される反射光束３０を前記受光
器３８で受光し得る様にしたものである。

【００９５】該受光器３８は図１５に見られる様に受光
面が光軸を中心に受光区分面３８a，３８b ，３８c ，
３８d に４分割され、受光区分面３８a ，３８c がｘ軸
方向に配設され、受光区分面３８b ，３８d がｚ軸方向
に配設されている。

【００９６】受光区分面３８a ，３８c からの出力は比
較増幅器３９に入力され、受光区分面３８b ，３８d か
らの出力は比較増幅器４０に入力される。前記比較増幅
器３９、比較増幅器４０からの出力は図示しない演算器
に入力され、両増幅器からの出力から反射光束３０の照
射位置を検知し、前記自由液面３の液面の傾斜角、即ち
全構成の傾斜角を演算する。

【００９７】尚、受光素子としてＣＣＤ等を使用し、受
光器３８上の照射位置の座標軸を求めて傾斜角を演算す
る様にしてもよい。

【００９８】図１３に於いて前記自由液面３が傾斜する
と図１９に於いて説明した様に、反射光束３０の光軸に
は前記自由液面３の傾斜に対応する変位角が現れ、光軸
の移動が生じる。又、前記アナモフィックプリズム系２
０は前記自由液面３の全方向の傾斜に対する変異角の感
度を修正する。従って、前記受光器３８受光面上での反
射光束３０の照射位置は、前記自由液面３の傾斜に対応
した位置に移動する。前記受光器３８の出力を修正する
ことなく、該受光器３８からの出力を基に全構成の傾斜
角の検出を行うことができる。

【００９９】又、受光素子としてＣＣＤ等を使用し、受
光器３８上の照射位置の座標軸を求めて傾斜角を演算す
る場合、受光器３８と集光レンズ４１間での距離をｆと
し、該集光レンズ４１へ入光する反射光束３０の光軸と
集光レンズ４１の光軸がなす角をθとすると受光器３８
の受光面上での変位量はｆtan θで表わせ、該変位量ｆ
tan θは受光器からの信号を基に検出できる。従って、
前記自由液面３に起因する角度θは、変位量ｆtan θよ
り逆算することで演算することができる。

【０１００】図１４は本実施例に於いて全構成を９０°
倒した状態を示している。

【０１０１】図１４で示す状態の作用については、図２
で示したものと反射光束３０がアナモフィックプリズム
系２０を射出する迄は同様であるので説明は省略する。

【０１０２】従って、本傾斜角検出装置は０°、又は全
構成を９０°倒した状態での、０°、９０°近傍の全構
成の傾斜角の検出を行うことができる。

【０１０３】尚、前記アナモフィックプリズム系２０を
省略して受光器３８からの出力の感度が全方向で同一と
なる様電気的に修正してもよい。又前記偏光ビームスプ
リッタ１７はハーフミラー等の他の光路分割手段であっ
てもよく、ハーフミラーとした場合はλ／２位相板１６
は省略できる。

【０１０４】

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図３】該第１の実施例の第１入出射窓、第２入出射窓
の他の例を示す部分拡大図である。

【図４】本発明に使用される液揺れ防止具の正面図であ
る。

【図５】同前液揺れ防止具の平面図である。

【図６】前記液揺れ防止具の側断面図である。

【図７】本発明の第２の実施例を示す説明図である。

【図８】該第２の実施例の第１入出射窓、第２入出射窓
の他の例を示す部分拡大図である。

【図９】本発明の第３の実施例を示す説明図である。

【図１０】該第３の実施例の平面図である。

【図１１】該第３の実施例を９０°倒した場合の説明図
である。

【図１２】該第３の実施例を９０°倒した場合の平面図
である。

【図１３】本発明に係る傾斜角検出装置の説明図であ
る。

【図１４】該傾斜角検出装置を９０°倒した場合の説明
図である。

【図１５】該傾斜角検出装置の角度検出部分の説明図で
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。

【図１７】アナモ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。

【図１８】（Ａ）（Ｂ）はアナモ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。

【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。

【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。

【符号の説明】

１ 透明液体 ２ 液体封入容器 ３ 自由液面 ４ 第１入出射窓 ５ 第２入出射窓 ６ 第１反射ミラー ７ λ／４位相板 ８ 第２反射ミラー ９ λ／４位相板 １０ 液揺れ防止具 １２ 投光系 １４ 光源部 １６ λ／２位相板 １７ 偏光ビームスプリッタ １８ 第１反射ミラー １９ 第２反射ミラー ２０ アナモフィックプリズム系 ２１ ビームエキスパンダ ２３ ペンタプリズム ３８ 受光器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【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、光源部と該光源部からの光路内に配
   置され第１の光路と第２の光路とに分割する為の光路分
   割手段を有し、前記それぞれの光路に沿って液体封入容
   器窓から入射させ自由液面に向けて光束を投影する為の
   投光系と、装置本体の傾きが０゜近傍の時前記第１の光
   路に沿って投影され該自由液面に反射された光束を再度
   自由液面に向けて反射させる為の第１反射部材と、装置
   本体の傾きが９０゜近傍の時前記第２の光路に沿って投
   影され自由液面により反射された光束を再度自由液面に
   向けて反射させる為の第２反射部材と、再度自由液面に
   より反射され前記液体封入容器窓から出射されたそれぞ
   れの光束を投影する為の投影光学系とを有することを特
   徴とする傾斜角自動補償装置。
2. 【請求項２】 投影系に装置本体の傾きが０゜近傍の時
   と９０゜近傍の時とで異なる偏光特性の光束を光路分割
   手段に向けて投影する為の偏光変換手段を設けると共
   に、光路分割手段は偏向ビームスプリッタにより構成し
   た請求項１の傾斜角自動補償装置。
3. 【請求項３】 偏光変換手段は、装置本体の傾きに応じ
   て投影系の光路内に挿脱自在に配置され、光路内に配置
   された時には光束の偏光方向を回転させる為の第１の複
   屈折部材である請求項２の傾斜角自動補償装置。
4. 【請求項４】 第１の複屈折部材はλ／２位相板である
   請求項３の傾斜角自動補償装置。
5. 【請求項５】 自由液面と第１反射部材の間、及び、自
   由液面と第２反射部材との間に、偏光方向を回転させる
   為の第２の複屈折部材を設けた請求項４の傾斜角自動補
   償装置。
6. 【請求項６】 第１の光路に沿った偏光ビームスプリッ
   タと自由液面との間、及び、第２の光路に沿った偏光ビ
   ームスプリッタと自由液面との間のそれぞれに偏光方向
   を回転させる為の第２の複屈折部材を設けた請求項４の
   傾斜角自動補償装置。
7. 【請求項７】 第２の複屈折部材はλ／４位相板である
   請求項５又は請求項６の傾斜角自動補償装置。
8. 【請求項８】 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、光源部と該光源部からの光路内に配
   置され第１の光路と第２の光路とに分割する為の光路分
   割手段を有し、前記それぞれの光路に沿って液体封入容
   器窓から入射させ自由液面に向けて光束を投影する為の
   投光系と、装置本体の傾きが０゜近傍の時前記第１の光
   路に沿って投影され該自由液面に反射された光束を再度
   自由液面に向けて反射させる為の第１反射部材と、装置
   本体の傾きが９０゜近傍の時前記第２の光路に沿って投
   影され自由液面により反射された光束を再度自由液面に
   向けて反射させる為の第２反射部材と、再度自由液面に
   より反射され前記液体封入容器窓から出射されたそれぞ
   れの光束を受光器に導く為の投影光学系とを有し、受光
   器からの信号に基づき装置本体の傾きを検出する様構成
   した傾斜角検出装置。