JPH09236435A - 自動傾き補正装置及びこの装置を用いた傾き検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化による傾き補正精度の低下を防止し
た自動傾き補正装置及び温度変化による傾き補正検出精
度の低下を防止した傾き検出装置を提供する。 【解決手段】 レーザーダイオード１と、自由液面Ｃ１
を有するシリコンオイルＣが封入された透明容器３００
と、ダイオード１からのレーザー光を自由液面へ向ける
コリメートレンズ２とを備え、容器３から出射するレー
ザー光Ｌ４が常に鉛直上方を向くように機器の傾きを補
正する自動傾き補正装置において、液面Ｃ１で全反射し
て容器３から出射したレーザー光Ｌ２を反射する反射ミ
ラー５と、反射ミラーからのレーザー光を反射しかつ反
転させるルーフプリズム６とを備え、反転したレーザー
光Ｌ３がシリコンオイル及び自由液面を１回透過するよ
うに構成されている。レーザー光Ｌ３がシリコンオイル
及び自由液面を１回透過する際に、レーザー光Ｌ４に対
する屈折率ｎの影響をなくす作用と、レーザー光Ｌ４が
常に一定の方向を向くようにする角度変化とが与えられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動傾き補正装
置及びこの装置を用いた傾き検出装置に関し、特に建設
作業に用いられるレーザー投光測量機の傾き補正装置と
して好適な測量機の自動傾き補正装置及びこの装置を用
いた傾き検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動傾き補正装置としては、例え
ば図１１に示すものが知られている（特開平６−１４７
８９１号公報）。この自動傾き補正装置は、レーザーダ
イオード１０１と、自由液面Ｃ１を有するシリコンオイ
ルＣが封入された透明容器１０２と、レーザーダイオー
ド１０１からのレーザー光Ｌを自由液面Ｃ１へ向けるコ
リメートレンズ１０３と、反射ミラー１０４と、容器１
０２とミラー１０４との間に設けられたアナモルフィッ
クプリズム１０５と、ビームエキスパンダー１０６とを
備える。

【０００３】レーザーダイオード１０１は、レーザー光
Ｌを４５°の角度で上方へ出射する。アナモルフィック
プリズム１０５は、自由液面Ｃ１で全反射したレーザー
光の直交する２軸方向の光成分（水平面を形成する２軸
方向で、紙面内にあるＸ軸方向及び紙面に垂直なＹ軸方
向の光成分）の反射感度を等しくする。ビームエキスパ
ンダー１０６は、反射ミラー１０４からの反射光に角度
変化を与える。

【０００４】上記自動傾き補正装置は、測量機（例えば
レーザー投光測量機）の本体内に固定される。

【０００５】次に動作を説明する。

【０００６】装置全体が角度θ１だけ傾くと、シリコン
オイルＣの自由液面Ｃ１は水平を保つので、自由液面Ｃ
１が透明容器１０２に対して角度θ１だけ傾くことにな
る。

【０００７】レーザーダイオード１０１からのレーザー
光Ｌは、コリメートレンズ１０３を通って自由液面Ｃ１
に４５°の入射角で入射し、自由液面Ｃ１で全反射さ
れ、透明容器１０２から出射する。

【０００８】この出射したレーザー光Ｌ２はアナモルフ
ィックプリズム１０５に入射する。このプリズム１０５
は、Ｘ軸方向の光成分の反射角度の変化θ２×（θ２ｘ
＝２ｎθ１）に対してだけ効果のある角度変化倍率ｍ
（ｍ＝１／１．４１４２）を有しているので、θ２ｘが
アナモルフィックプリズム１０５によってＹ軸方向の光
成分の反射角度の変化θ２ｙ（θ２ｙ＝１．４１４２ｎ
θ１）と等しくされる。すなわち、レーザー光Ｌ２は、
アナモルフィックプリズム１０５によって全方向で反射
角度の変化θ３（＝１．４１４２ｎθ１）が等しい（反
射感度が等しい）レーザー光となってミラー１０４に入
射する。

【０００９】ミラー１０４で反射されたレーザー光Ｌ２
は、ビームエキスパンダー１０６によって反射角度の変
化θ３が相殺されて鉛直方向へ出射される。これによっ
て、機器の傾き（角度θ１）が自動的に補正される。す
なわち、ビームエキスパンダー１０６の両凸レンズ１０
６Ａ、１０６Ｂの焦点距離ｆ２、ｆ３の関係は、ｆ２：
ｆ３＝１：１．４１４２ｎとなっているので、ビームエ
キスパンダー１０６の凸レンズ１０６Ｂから出射される
レーザー光Ｌ３の傾き角度θ４は、 θ４＝１．４１４２ｎθ１・ｆ２／ｆ３＝θ１ （１）式 となり、かつレーザー光Ｌ３の出射方向も反転するので
（傾き角度θ４の変化方向が角度θ１の傾き方向とは逆
であるので）、角度θ１の傾き補正が成り立つ。

【００１０】この傾きが補正されたレーザー光Ｌ３を例
えば水平面を形成するように投射することにより、水平
面の測設作業を行なえる。

【００１１】また、従来の傾き検出装置としては、例え
ば図１２に示すものが知られている（特開平６−１４７
８９３号公報）。この傾き検出装置は、図１１に示す上
記自動傾き補正装置において、反射ミラー１０４及びビ
ームエキスパンダー１０６を取り外し、かつアナモルフ
ィックプリズム１０５からのレーザー光Ｌ２を受光する
４分割受光素子１０７Ａ〜１０７Ｄを設けたものであ
る。すなわち、アナモルフィックプリズム１０５によっ
て全方向で反射角度の変化θ３（θ３＝１．４１４２ｎ
θ１）が等しくなったレーザー光Ｌ２が受光素子１０７
Ａ〜１０７Ｄに入射する。

【００１２】受光素子１０７Ａと１０７Ｃの出力差に基
づきＹ軸方向の傾斜角が演算され、かつ受光素子１０７
Ｂと１０７Ｄの出力差に基づきＸ軸方向の傾斜角が演算
される。各々の演算結果（２軸方向の各傾斜角）が表示
装置に表示される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
自動傾き補正装置では、シリコンオイルＣの屈折率ｎが
温度変化によって変化すると、上記（１）式のｆ２／ｆ
３の項は固定であって変化しないが、１．４１４２ｎθ
１の項が変化してしまう。これによって、ビームエキス
パンダ１０６から出射するレーザー光Ｌ３の傾き角度θ
４が温度変化によって変化してしまい、傾き補正の精度
が悪くなってしまうという問題があった。

【００１４】また、上記従来の傾き検出装置では、シリ
コンオイルＣの屈折率ｎが温度変化によって変化する
と、レーザー光Ｌ２の傾き角度θ３（θ３＝１．４１４
２ｎθ１）が変化してしまう。これによって、レーザー
光Ｌ２が受光素子１０７Ａ〜１０７Ｄに入射する位置が
温度変化によって変化してしまい、傾き検出の精度が悪
くなってしまうという問題があった。

【００１５】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題は温度変化による傾き補正精度の低
下を防止した自動傾き補正装置及び温度変化による傾き
検出精度の低下を防止した検出装置を提供することであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明に係る自動傾き補正装置は、光源
と、自由液面を有する透明な液体が収納された容器と、
前記光源からの光が前記自由液面で全反射される入射角
度で、前記光を前記自由液面へ向ける投光系とを備えた
自動傾き補正装置であって、該装置からの出射光が常に
一定の方向を向くように補正する自動傾き補正装置にお
いて、前記自由液面で全反射して前記容器から出射した
光を、反転させると共に、反転した光が前記液体及び自
由液面を透過するように反射する光学手段を備えている
ことを特徴とする。

【００１７】自由液面で全反射して容器から出射した光
が光学手段により反転され、この反転した光が透明な液
体及び自由液面を透過することによって、自由液面で全
反射した光が容器の外の空気層に出射するときの屈折角
と、前記反転した光が透明な液体及び自由液面を透過す
るときの屈折角とが相殺される。これによって、温度変
化によって透明な液体の屈折率が変化しても、その影響
を受けない傾き補正がなされる。

【００１８】請求項２記載の発明に係る自動傾き補正装
置は、前記光学手段は、前記自由液面で全反射した光の
直交する２軸方向の光成分の反射感度を等しくする反射
感度補正手段を含むことを特徴とする。

【００１９】２軸方向の光成分の反射感度を等しくした
光が光学手段により反転されて透明な液体及び自由液面
を透過するので、装置からの出射光の２軸方向の光成分
が共に一定の方向を向くように傾き補正がなされる。

【００２０】請求項３記載の発明に係る自動傾き補正装
置は、前記入射角度は６０°であり、かつ前記光学手段
は、前記反射した光が前記液体及び自由液面を１回透過
するように、前記容器から出射した光を反射することを
特徴とする。

【００２１】前記反転した光が透明な液体及び自由液面
を１回透過することによって、装置からの出射光に対す
る透明な液体の屈折率の影響をなくす作用が与えられる
と共に、装置からの出射光が常に一定の方向を向くよう
にする角度変化が与えられる。これによって、光源から
の光が自由液面に入射角６０°で入射する場合に、温度
変化により透明な液体の屈折率が変化しても、その影響
を受けない傾き補正がなされる。しかも、装置からの出
射光が常に一定の方向を向くように、その出射光に角度
変化を与える光学部材が不要となる。

【００２２】請求項４記載の発明に係る自動傾き補正装
置は、前記光学手段は、前記反転した光が前記液体及び
自由液面を２回透過するように、前記容器から出射した
光を反射し、かつ前記液体及び自由液面を２回透過して
前記容器から出射した光が鉛直又は水平方向を向くよう
に、前記容器から出射した光に角度変化を与える角度変
更手段を含むことを特徴とする。

【００２３】前記反転した光が透明な液体及び自由液面
を２回透過することによって、装置からの出射光に対す
る透明な液体の屈折率の影響をなくす作用が与えられる
と共に、角度変更手段が前記２回の透過後容器から出射
した光に角度変化を与えることによって、装置からの出
射光が常に鉛直又は水平方向を向くようにする角度変化
が与えられる。これによって、光源からの光が自由液面
に入射角４５°で入射する場合に、温度変化により透明
な液体の屈折率が変化しても、その影響を受けない傾き
補正がなされる。

【００２４】請求項５記載の発明に係る傾き検出装置
は、請求項１又は２記載の自動傾き補正装置を用いた傾
き検出装置において、前記液体及び自由液面を透過して
前記容器から出射した光を受光する受光手段を備えてい
ることを特徴とする。

【００２５】自由液面で全反射して容器から出射した光
が光学手段により反転され、この反転した光が透明な液
体及び自由液面を透過することによって、自由液面で全
反射した光が容器の外の空気層に出射するときの屈折角
と、前記反転した光が透明な液体及び自由液体を透過す
るときの屈折角とが相殺される。これによって、温度変
化により透明な液体の屈折率が変化しても、その影響を
受けない傾き検出がなされる。

【００２６】請求項６記載の発明に係る傾き検出装置
は、前記入射角が６０°であり、前記光学手段は、前記
反転した光が前記液体及び自由液面を２回透過するよう
に、前記容器から出射した光を反射し、かつ前記受光手
段は、前記液体及び自由液面を１回透過した光を受光す
る第１の受光部と、前記液体及び自由液面を２回透過し
た光を受光する第２の受光部とを有することを特徴とす
る。

【００２７】自由液面で全反射して透明な容器から出射
した光のうち、透明な液体及び自由液面を１回透過した
光が第１の受光部で受光され、透明な液体及び自由液面
を２回透過した光が第２の受光部で受光されるので、反
射感度の異なる２軸方向の光成分を分けて第１及び第２
の受光部に受光させることができる。これによって、２
軸方向の光成分の反射感度を等しくする光学手段が不要
となる。

【００２８】請求項７記載の発明に係る傾き補正装置
は、光源と、自由液面を有する透明な液体が収納された
容器とを備えた自動傾き補正装置であって、該装置から
の出射光が常に一定の方向を向くように補正する自動傾
き補正装置において、前記光源からの光を前記液体及び
自由液面を透過させる投光系を備え、前記自由液面を透
過して前記容器から出射した光を反転させると共に、反
転した光を前記自由液面で全反射するように反射させる
光学手段と、前記自由液面で全反射した光の直交する２
軸方向の光成分の反射感度を等しくする反射感度補正手
段とを備えていることを特徴とする。

【００２９】透明な液体及び自由液面を透過して容器か
ら出射した光が光学手段により反転され、この反転した
光が自由液面で全反射して容器から出射することによっ
て、光が透明な液体及び自由液面を透過したときの屈折
角と、前記反転した光が自由液面で全反射して容器から
出射するときの屈折角とが相殺されるとともに、容器か
ら出射されてた光は反射感度補正手段によって角度変化
が与えられ２軸方向の光成分の反射感度が等しくされ
る。これによって、温度変化によって透明な液体の屈折
率が変化しても、その影響を受けない傾き補正がなされ
る。

【００３０】請求項８記載の発明に係る傾き補正装置
は、請求項７記載の自動傾き補正装置において、前記光
学手段は、前記自由液面を透過した光の直交する２軸方
向の光成分の透過感度を変更する透過感度変更手段を含
むことを特徴とする。

【００３１】液体を透過した後、感度変更手段によって
２軸方向の光成分の透過感度を変更された光が自由液面
で全反射される。この光は２軸方向にそれぞれ異なる反
射感度を持つ光として容器から出射する。

【００３２】請求項９記載の発明に係る傾き検出装置
は、光源と、自由液面を有する透明な液体が収納された
容器とを備えた自動傾き補正装置であって、該装置から
の出射光が常に一定の方向を向くように補正する自動傾
き補正装置を用いた傾き検出装置において、前記光源か
らの光を前記液体及び自由液面を透過させる投光系を備
え、前記自由液面を透過して前記容器から出射した光を
反転させると共に、反転した光を前記自由液面で全反射
するように反射させる光学手段と、前記自由液面で全反
射して前記容器から出射した光を受光する受光手段を備
えていることを特徴とする。

【００３３】透明な液体及び自由液面を透過して容器か
ら出射した光が光学手段により反転され、この反転した
光が自由液面で全反射して容器から出射することによっ
て、光が透明な液体及び自由液面を透過したときの屈折
角と、前記反転した光が自由液面で全反射して容器から
出射するときの屈折角とが相殺されるとともに、容器か
ら出射されてた光は反射感度補正手段によって角度変化
が与えられ２軸方向の光成分の反射感度が等しくされ
る。これによって、温度変化により透明な液体の屈折率
が変化しても、その影響を受けない傾き検出がなされ
る。

【００３４】請求項１０記載の発明に係る傾き検出装置
は、前記光学手段は、前記自由液面を透過した光の直交
する２軸方向の光成分の透過感度を変更する透過感度変
更手段を含むことを特徴とする。

【００３５】液体を透過した後、感度変更手段によって
２軸方向の光成分の透過感度を変更された光が自由液面
で全反射される。この光は２軸方向にそれぞれ異なる反
射感度を持つ光として容器から出射する。

【００３６】請求項１１記載の発明に係る傾き検出装置
は、前記光源からの光が前記液体及び自由液面を２回透
過するように反射手段を備えたことを特徴とする。

【００３７】光源からの光が液体及び自由液面を２回透
過することによって、温度変化によって変化する液体の
屈折率の影響をなくすことができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において同
様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略す
る。

【００３９】図１はこの発明の第１の実施形態に係る自
動傾き補正装置を示している。この自動傾き補正装置
は、各種の光学機器（例えばレーザー投光測量機や光学
式レベル等）の本体に内蔵されて使用される。

【００４０】自動傾き補正装置は、レーザーダイオード
１と、自由液面Ｃ１を有するシリコンオイルＣが収納さ
れた透明容器３と、レーザーダイオード１からのレーザ
ーＬを自由液面Ｃ１へ向けるコリメートレンズ（投光
系）２と、アナモルフィックプリズム４と、反射ミラー
５と、ルーフプリズム６とを備えている。

【００４１】レーザーダイオード１は、レーザー光Ｌを
水平方向に対して６０°の角度で上方へ出射するように
配置されている。コリメートレンズ２は、その焦点位置
ｆ１をレーザーダイオード１の光源位置と合致させて配
置されている。これによって、コリメートレンズ２から
出射されるレーザー光Ｌ１は平行光になり、自由液面Ｃ
１に６０°の入射角で入射する。

【００４２】透明容器３は例えばガラス材でできてい
る。この透明容器３は、レーザー光Ｌ１に対して垂直に
設けられた入射壁部３Ａと、自由液面Ｃ１で全反射した
レーザー光Ｌ１に対して垂直に設けられた出射壁部３Ｂ
と、底壁部３Ｃとね底壁部３Ｃと平行な上壁部３Ｄとを
有する密閉容器である。透明容器３内には、上部に空間
７が形成されるようにシリコンオイルＣが封入されてい
る。

【００４３】アナモルフィックプリズム４は、自由液面
Ｃ１で全反射して透明容器３から出射するレーザー光Ｌ
２の光路に設けられている。アナモルフィックプリズム
４は、自由液面Ｃ１で全反射するレーザー光の直交する
２軸方向の光成分（水平面を形成する２軸方向で、紙面
内にあるＸ軸方向及び紙面に垂直なＹ軸方向の光成分）
の反射感度を等しくするもので、楔形プリズム４Ａ、４
Ｂで構成されている。

【００４４】ここで使用されたアナモルフィックプリズ
ム４は、Ｘ軸方向の光成分の反射感度（自由液面Ｃ１に
入射するレーザー光Ｌ１の入射角の変化θ１に対応する
Ｘ軸方向の光成分の反射角の変化θ２ｘ）のみを１／２
に変化させように構成されている。Ｙ軸方向の光成分の
反射感度（前記入射角の変化θ１に対応するＹ軸方向の
光成分の反射角の変化θ２ｙ）は、アナモルフィックプ
リズム４によって変化しない。

【００４５】反射ミラー５は、自由液面Ｃ１で全反射し
て透明容器３から出射し、さらにアナモルフィックプリ
ズム４を通ったレーザー光Ｌ２をルーフプリズム６へ向
けて水平方向に反射する。

【００４６】ルーフプリズム６は、反射ミラー５で反射
されたレーザー光の２軸方向の光成分を反転させると共
に、この反転したレーザー光Ｌ３が透明容器３の底壁部
３Ｃに略垂直に入射するように、反射ミラー５からのレ
ーザー光を鉛直上方へ反射するようになっている。

【００４７】反射ミラー５とルーフプリズム６とによ
り、自由液面Ｃ１で全反射して透明容器３から出射した
光を反転させると共に、反転した光がシリコンオイルＣ
及び自由液面Ｃ１を１回透過するように反射する光学手
段が構成されている。

【００４８】次に、第１の実施形態に係る自動傾き補正
装置の動作を説明する。

【００４９】装置全体が角度θ１だけ傾くと、透明容器
３に封入されたシリコンオイルＣの自由液面Ｃ１は水平
を保つので、装置全体が自由液面Ｃ１に対して角度θ１
だけ傾く。図１では、図示を簡単にするために、自由液
面Ｃ１が透明容器３に対して実線で示す水平状態から破
線で示す傾いた状態へ角度θ１だけ傾いたように示して
ある。

【００５０】レーザーダイオード１から出射されるレー
ザー光Ｌはコリメートレンズ２によって平行光Ｌ１にな
る。このレーザー光Ｌ１は、透明容器３の入射壁部３Ａ
及びシリコンオイルＣを通って自由液面Ｃ１に入射す
る。

【００５１】このときの入射角は、装置が傾いていない
ときの入射角６０°から角度θ１だけ変化している。レ
ーザー光Ｌ１はほぼ６０°の入射角（図１に示す場合に
は（６０°＋θ１）の入射角であり、装置が逆方向に傾
いた場合には（６０°−θ１）の入射角）で自由液面Ｃ
１に入射し、自由液面Ｃ１で全反射される。

【００５２】そのため、自由液面Ｃ１で全反射した光
（レーザー光Ｌ２）のうち、 Ｘ軸方向の光成分（以
下、Ｘ軸成分という）の前記反射角の変化θ２ｘは、θ
２ｘ＝２ｎθ１（ＮはシリコンオイルＣの屈折率で表さ
れ、かつＹ軸方向の光成分（以下、Ｙ軸成分という）の
前記反射角の変化θ２ｙは、θ２ｙ＝ｎθ１で表され
る。

【００５３】このように反射感度の異なる２軸方向の光
成分を有するレーザー光Ｌ２が、シリコンオイルＣ及び
出射壁部３Ｂを通って透明容器３から出射され、アナモ
ルフィックプリズム４に入射する。レーザー光Ｌ２のう
ち、Ｘ軸成分のみがアナモルフィックプリズム４によっ
て反射感度を１／２にされる。

【００５４】すなわち、Ｘ軸成分の反射角の変化θ２ｘ
（＝２ｎθ１）がＹ軸成分の反射角の変化θ２ｙ（＝ｎ
θ１）と同じｎθ１になる。

【００５５】このようにして透明容器３から出射したレ
ーザー光Ｌ２は、アナモルフィックプリズムによって反
射感度を全方向で等しくされ、θ３＝ｎθ１の角度をも
って反射ミラー５に入射する。

【００５６】反射ミラー５で反射されたレーザー光Ｌ２
は、水平方向に進んでルーフプリズム６に入射する。

【００５７】このレーザー光Ｌ２は、ルーフプリイム６
によって２軸方向の光成分（Ｘ軸成分及びＹ軸成分）と
も反転されると共に反射される。

【００５８】ここで、「反転」について説明する。図２
（ａ）〜（ｃ）は２軸方向の光成分が角反射部での反射
によりどのように変化するかをそれぞれ示している。図
２（ａ）は自由液面Ｃ１での反射の場合、（ｂ）は反射
ミラー５での反射の場合、（ｃ）はルーフプリズム６で
の反射の場合をそれぞれ示している。

【００５９】自由液面Ｃ１での反射の場合及び反射ミラ
ー５での反射の場合、Ｘ軸成分及びＹ軸成分は、反射に
よって左右が逆にならない（は各成分の左側を、は
各成分の右側をそれぞれ示している）。

【００６０】これに対して、ルーフプリズム６での反射
の場合、Ｘ軸成分及びＹ軸成分は、共に反射によって左
右が逆になっている（反転している）。すなわち、この
明細書中では、Ｘ軸成分及びＹ軸成分の左右が逆になる
ことを反転といっている。

【００６１】このように、反射ミラー５で反射されたレ
ーザー光Ｌ２は、ルーフプリズム６によって２軸方向の
光成分とも反転されると共に反射され、レーザー光Ｌ３
となる。この反転したレーザー光Ｌ３は、透明容器３の
底壁部３Ｃに入射し、シリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ
１を下から上へ１回透過する。

【００６２】このとき、レーザー光Ｌ３は、２軸方向の
光成分とも反転しているので、透明容器３に対して角度
θ１だけ傾いた自由液面Ｃ１を有するシリコンオイルＣ
によって、レーザー光Ｌ３の変化とは逆の方向に（レー
ザー光Ｌ１が自由液面Ｃ１に入射する際の入射角が角度
θ１だけ変化する方向とは逆の方向に）屈折される。

【００６３】すなわち、レーザー光Ｌ３は、シリコンオ
イルＣ及び自由液面Ｃ１を１回透過することによって、
下記の（２）式で表わされる角度θ４だけ変化したレー
ザー光Ｌ４となって透明容器３の上壁部３Ｄから上方へ
出射する。

【００６４】 θ４＝ｎθ１−（ｎ−１）θ１ （２）式 （２）式より θ４＝θ１ （２´）式 となり、かつ角度θ４が装置の傾き角度θ１とは逆の方
向に変化しているので、レーザー光Ｌ４は透明容器３の
上壁部３Ｄから鉛直方向へ出射し、傾き補正が成り立
つ。

【００６５】すなわち、この自動傾き補正装置が内蔵さ
れた光学機器の傾きが補正される。

【００６６】しかも、上記（２´）式は、図９に示す上
記従来技術の（１）式のようにシリコンオイルＣの屈折
率ｎの項を含んでいないので、温度変化による屈折率ｎ
の変化がレーザー光Ｌ４の出射方向に影響を及ぼすこと
がなく、傾き補正が常に高精度でなされる。

【００６７】このように、上記第１の実施形態では、自
由液面Ｃ１で全反射して透明容器３から出射し、さらに
アナモルフィックプリズム４を通過したレーザー光Ｌ２
を、このレーザー光がシリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ
１を１回透過するように反射ミラー５及びルーフプリズ
ム６によって反射させると共に、ルーフプリズム６によ
って反転させ、この反転したレーザー光Ｌ３が底壁部３
Ｃから透明容器３内に入射してシリコンオイルＣ及び自
由液面Ｃ１を下から上へ１回透過するように構成されて
いる。

【００６８】このような構成を有する第１の実施形態に
よれば、前記反転したレーザー光Ｌ３がシリコンオイル
Ｃ及び自由液面Ｃ１を１回透過することによって、自由
液面Ｃ１で全反転したレーザー光Ｌ２が透明容器３の外
の空気層に出射するときの屈折角と、前記反転したレー
ザー光Ｌ３がシリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ１を１回
透過するときの屈折角とが相殺される。

【００６９】すなわち、前記反転した光Ｌ３が透明なシ
リコンオイルＣ及び自由液面Ｃ１を１回透過する際に、
透明容器３から出射するレーザー光Ｌ４（装置からの出
射光）に対するシリコンオイルＣの屈折率ｎの影響（屈
折率ｎの変化がレーザー光Ｌ４の出射方向に及ぼす影
響）をなくす作用が与えられると共に、レーザー光Ｌ４
が常に一定の方向を向くようにする角度変化が与えられ
る。

【００７０】したがって、レーザーダイオード１からの
レーザー光Ｌ１が自由液面Ｃ１に入射角６０°で入射す
る場合に、温度変化によりシリコンオイルＣの屈折率ｎ
が変化しても、その影響を受けない傾き補正を行なうこ
とができる。

【００７１】また、上記第１の実施形態によれば、前記
透過の際に、レーザー光Ｌ４に対する屈折率ｎの影響を
なくす作用が与えられると共に、レーザー光Ｌ４が常に
鉛直方向を向くようにする角度変化が与えられるので、
レーザー光Ｌ４が常に鉛直方向を向くように、そのレー
ザー光Ｌ４に角度変化を与える光学部材（図１１に示す
上記従来技術におけるビームエキスパンダー１０６のよ
うな角度変更手段）が不要となる。したがって、構成が
簡単でかつ低コストの自動傾き補正装置を得ることがで
きる。

【００７２】次に、図３に基づいてこの発明の第２の実
施形態に係る自動傾き補正装置を説明する。

【００７３】この自動傾き補正装置では、レーザーダイ
オード１は、レーザー光Ｌを上方へ４５°の角度で出射
するように配置され、コリメートレンズ２から出射され
る平行光（レーザー光Ｌ１）が自由液面Ｃ１に４５°の
入射角で入射するようになっている。透明容器３の入射
壁部３Ａは、レーザー光Ｌ１に対して垂直に設けられ、
かつ出射壁部３Ｂは自由液面Ｃ１で全反射したレーザー
光Ｌ２に対して垂直に設けられている。

【００７４】この自動傾き補正装置では、自由液面Ｃ１
で全反射して透明容器３から出射するレーザー光Ｌ２の
光路に、ガリレオ式望遠鏡８が設けられている。ガリレ
オ式望遠鏡８は、自由液面Ｃ１で全反射して透明容器３
から出射するレーザー光Ｌ２の２軸方向の光成分の反射
感度を等しくするもので、紙面に垂直なＹ軸方向にそれ
ぞれ曲率を持った凸シリンドリカルレンズ８Ａと凹シリ
ンドリカルレンズ８Ｂで構成されている。

【００７５】ここで使用されたガリレオ式望遠鏡８は、
Ｙ軸成分の反射感度（Ｙ軸方向の反射角の変化θ２ｙ）
のみを１．４１４２倍に変化させように構成されてい
る。Ｘ軸成分の反射感度（Ｘ軸方向の反射角の変化θ２
ｘ）は、ガリレオ式望遠鏡８によって変化しない。

【００７６】反射ミラー５の鉛直上方にルーフプリズム
６が配置されている。自由液面Ｃ１で全反射して透明容
器３から出射し、さらにガリレオ式望遠鏡８を通ったレ
ーザー光Ｌ３が、反射ミラー５で鉛直上方へ反射されて
ルーフプリズム６に入射するように構成されている。

【００７７】ルーフプリズム６で水平方向に反射される
レーザー光Ｌ３の光路中にハーフプリズム９が配置され
ている。ハーフプリズム９は、透明容器３の上壁部３Ｄ
に接着により固定されている。これによって、ルーフプ
リズム６からのレーザー光Ｌ３はハーフプリズム９で鉛
直下方へ反射され、透明容器３の上壁部３Ｄに入射して
自由液面Ｃ１及びシリコンオイルＣを透過し、透明容器
３の下壁部３Ｃから出射するようになっている。

【００７８】透明容器３の下方には、下壁部３Ｃから出
射したレーザー光Ｌ３がもう一度シリコンオイルＣ及び
自由液面Ｃ１を透過するように、レーザー光Ｌ３を鉛直
上方へ反射するための第２の反射ミラー１１が設けられ
ている。

【００７９】反射ミラー５、ルーフプリズム６、ハーフ
プリズム９及び第２の反射ミラー１１により、自由液面
Ｃ１で全反射して透明容器３から出射した光を反転させ
ると共に、反転した光がシリコンオイルＣ及び自由液面
Ｃ１を２回透過するように反射する光学手段が構成され
ている。

【００８０】そして、ハーフプリズム９の鉛直上方に
は、ハーフプリズム９を透過したレーザー光Ｌ４が鉛直
方向を向くように、この光に角度変化を与えるビームエ
キスパンダ（角度変更手段）１０が設けられている。

【００８１】次に、第２の実施形態に係る自動傾き補正
装置の動作を説明する。

【００８２】装置全体が角度θ１だけ傾くと、シリコン
オイルＣの自由液面Ｃ１は水平を保つので、自由液面Ｃ
１が透明容器３に対して角度θ１だけ傾く。

【００８３】コリメートレンズ２によって平行光Ｌ１に
なったレーザー光Ｌ１は、自由液面Ｃ１にほぼ４５°の
入射角（図３に示す場合には（４５°＋θ１）の入射
角）で入射し、自由液面Ｃ１で全反射される。

【００８４】そのため、自由液面Ｃ１で全反射したレー
ザー光Ｌ２のうち、Ｘ軸成分の前記反射角の変化θ２ｘ
は、θ２ｘ＝２ｎθ１で表され、かつＹ軸成分の前記反
転角の変化θ２ｙは、θ２ｙ＝１．４１４２ｎθ１で表
される。

【００８５】このように反射感度の異なる２軸方向の光
成分を有するレーザー光Ｌ２が、シリコンオイルＣ及び
出射壁部３Ｂを通って透明容器３から出射され、ガリレ
オ式望遠鏡８に入射する。レーザー光Ｌ２のうち、Ｙ軸
成分のみがガリレオ式望遠鏡８によって反射感度を１．
４１４２倍にされる。すなわち、Ｙ軸成分の反射角の変
化θ２ｙ（＝１．４１４２ｎθ１）がＸ軸成分の反射角
の変化θ２ｘ（＝２ｎθ１）と同じ２ｎθ１になる。

【００８６】このようにして透明容器３から出射したレ
ーザー光Ｌ２は、ガリレオ式望遠鏡８によって反射感度
を全方向で等しくされ、θ３＝２ｎθ１の角度をもって
反射ミラー５に入射する。

【００８７】反射ミラー５で反射されたレーザー光Ｌ３
は、鉛直上方へ進み、ルーフプリズム６に入射する。

【００８８】レーザー光Ｌ３は、ルーフプリズム６によ
って２軸方向の光成分とも反転されると共に、水平方向
へ反射される。この反射されたレーザー光Ｌ３は、ハー
フプリズム９によって鉛直下方へ反射されて透明容器３
の上壁部３Ｄに略垂直に入射し、自由液面Ｃ１及びシリ
コンオイルＣを上から下へ透過させる。

【００８９】このとき、レーザー光Ｌ３は、２軸方向の
光成分とも反転しているので、透明容器３に対して角度
θ１だけ傾いた自由液面Ｃ１を有するシリコンオイルＣ
によってレーザー光Ｌ３の変化とは逆の方向に屈折され
る。

【００９０】すなわち、レーザー光Ｌ３は、自由液面Ｃ
１及びシリコンオイルＣを透過することによって、下記
の（３）式で表わされる角度θ４だけ変化して透明容器
３の下壁部３Ｃから下方へ出射し、第２の反射ミラー１
１に入射する。

【００９１】 θ４＝２ｎθ１−（ｎ−１）θ１＝（ｎ＋１）θ１ （３）式 第２の反射ミラー１１で反射されたレーザー光Ｌ３は、
入射時とは異なる経路を通って下壁部３Ｃから透明容器
３内に入射し、自由液面Ｃ１及びシリコンオイルＣを下
から上へ透過する。

【００９２】このとき、レーザー光Ｌ３は、２軸方向の
光成分とも反転しているので、上記１回目の透過の場合
と同様に、自由液面Ｃ１を有するシリコンオイルＣによ
ってレーザー光Ｌ３の変化とは逆の方向に再び屈折され
る。

【００９３】すなわち、レーザー光Ｌ３は、シリコンオ
イルＣ及び自由液面Ｃ１を透過することによって、下記
の（４）式で表わされる角度θ５だけ変化したレーザー
光Ｌ４となって透明容器３の上壁部３Ｄ及びハーフプリ
ズム９を透過して上方へ出射する。

【００９４】 θ５＝（ｎ＋１）θ１−（ｎ−１）θ１＝２θ１ （４）式 ハーフプリズム９からのレーザー光Ｌ４は、θ５の角度
をもってビームエキスパンダ１０に入射する。

【００９５】ビームエキスパンダー１０の入射側凹レン
ズ１０Ａの焦点距離ｆ２は１５ｍｍであり、その出射側
凸レンズ１０Ｂの焦点距離ｆ３は３０ｍｍであり、ｆ
２：ｆ３＝１：２となっている。

【００９６】そのため、ビームエキスパンダー１０の出
射側凸レンズ１０Ｂから出射されるレーザー光Ｌ５の傾
き角度θ６は、 θ６＝２θ１・ｆ２／ｆ３＝θ１ （５）式 となると共に、レーザー光Ｌ５の出射方向も反転するの
で（傾き角度θ６の変化方向が角度θ１の装置の傾き方
向とは逆方向であるので）、角度θ１の傾き補正が成り
立つ。

【００９７】しかも、上記（５）式は、上記従来技術の
（１）式のようにシリコンオイルＣの屈折率ｎの項を含
んでいないので、シリコンオイルＣの屈折率ｎが温度変
化によって変化しても、傾き補正の精度に影響を及ぼす
ことがなく、傾き補正が常に高精度でなされる。

【００９８】上記第２の実施形態によれば、ルーフプリ
ズム６により反転されたレーザー光Ｌ３がシリコンオイ
ルＣ及び自由液面Ｃ１を２回透過することによって、透
明容器３から鉛直上方へ出射するレーザー光４（装置か
らの出射光）に対するシリコンオイルＣの屈折率Ｎの影
響をなくす作用が与えられると共に、ビームエキスパン
ダ１０が前記２回の透過後レーザー光４に角度変化を与
えることによって、レーザー光４が常に鉛直上方を向く
ようになる。

【００９９】したがって、レーザーダイオード１からの
レーザー光Ｌ１が自由液面ｃ１に入射角４５°で入射す
る場合に、温度変化によりシリコンオイルＣの屈折率ｎ
が変化しても、その影響を受けない傾き補正を行なうこ
とができる。

【０１００】次に、図４に基づいてこの発明の第３の実
施形態に係る自動傾き補正装置を説明する。この実施形
態は、上記第２の実施形態の変形例である。

【０１０１】第３の実施形態に係る自動傾き補正装置で
は、第２の実施形態と同様に、コリメートレンズ２から
出射される平行光（レーザー光Ｌ１）が自由液面Ｃ１に
入射角４５°で入射するようになっている。

【０１０２】この自動傾き補正装置では、ガリレオ式望
遠鏡８から出射したレーザー光Ｌ３を、ルーフプリズム
６によって反転しかつ水平方向へ反射するようになって
いる。ルーフプリズム６で水平方向に反射されるレーザ
ー光Ｌ３の光路中にハーフプリズム９が配置されてい
る。

【０１０３】ルーフプリズム６からのレーザー光Ｌ３は
ハーフプリズム９で鉛直上方へ反射され、透明容器３の
下壁部３Ｃに入射してシリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ
１を下から上へ透過するようになっている。透明容器３
の上壁部３Ｄの内面３Ｄ´は反射ミラー面になってい
る。

【０１０４】シリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ１を下か
ら上へ透過したレーザー光Ｌ４が、反射ミラー面３Ｄ´
で反射され、再び自由液面Ｃ１及びシリコンオイルＣを
上から下へ透過して透明容器３の底壁部３Ｃから出射
し、ハーフプリズム９に入射するようになっている。

【０１０５】ハーフプリズム９の鉛直下方には、ハーフ
プリズム９を透過したレーザー光Ｌ４が鉛直上方を向く
ように、この光に角度変化を与えるビームエキスパンダ
（角度変更手段）１２が設けられている。ビームエキス
パンダ１２は２つの凸レンズ１２Ａ、１２Ｂで構成され
ている。

【０１０６】ルーフプリズム６、ハーフプリズム９及び
反射ミラー面３Ｄ´により、自由液面Ｃ１で全反射して
透明容器３から出射した光を反転させると共に、反転し
た光がシリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ１を２回透過す
るように反射する光学手段が構成されている。

【０１０７】次に、第３の実施形態に係る自動傾き補正
装置の動作を説明する。

【０１０８】装置全体が角度θ１だけ傾くと、シリコン
オイルＣの自由液面Ｃ１は水平を保つので、自由液面Ｃ
１が透明容器３に対して角度θ１だけ傾く。

【０１０９】コリメートレンズ２によって平行光Ｌ１に
なったレーザー光Ｌ１は、自由液面Ｃ１にほぼ４５°の
入射角（図４に示す場合には（４５°＋θ１）の入射
角）４５°の入射角で入射し、自由液面Ｃ１で全反射さ
れる。

【０１１０】そのため、自由液面Ｃ１で全反射したレー
ザー光Ｌ２のうち、Ｘ軸成分の前記反射角の変化θ２ｘ
は、θ２ｘ＝２ｎθ１で表され、かつＹ軸成分の前記反
射角の変化θ２ｙは、θ２ｙ＝１．４１４２ｎθ１で表
される。

【０１１１】このように反射感度の異なる２軸方向の光
成分を有するレーザー光Ｌ２が、シリコンオイルＣ及び
出射壁部３Ｂを通って透明容器３から出射され、ガリレ
オ式望遠鏡８に入射する。レーザー光Ｌ２のうち、Ｙ軸
成分のみがガリレオ式望遠鏡８によって反射感度を１．
４１４２倍にされる。

【０１１２】すなわち、すなわち、Ｙ軸成分の反射角の
変化θ２ｙ（＝１．４１４２ｎθ１）がＸ軸成分の反射
角の変化θ２ｘ（＝２ｎθ１）と同じ２ｎθ１になる。

【０１１３】このようにして透明容器３から出射したレ
ーザー光Ｌ２は、ガリレオ式望遠鏡８によって反射感度
を全方向で等しくされ、θ３＝２ｎθ１の角度をもって
ルーフプリズム６に入射する。

【０１１４】ルーフプリズム６で反転されかつ反射され
たレーザー光Ｌ３は、水平方向へ進み、ハーフプリズム
９に入射し、ハーフプリズム９で反射される。

【０１１５】この反射されたレーザー光Ｌ３は、鉛直上
方へ進み、透明容器３の底壁部３Ｃに略垂直に入射し、
シリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ１を下から上へ透過す
る。

【０１１６】このとき、レーザー光Ｌ３は、２軸方向の
光成分とも反転しているので、自由液面Ｃ１を有するシ
リコンオイルＣによって入射角の変化とは逆の方向に屈
折される。

【０１１７】すなわち、レーザー光Ｌ３は、シリコンオ
イルＣ及び自由液面Ｃ１を透過することによって、下記
の（３´）式で表わされる角度θ４だけ変化したレーザ
ー光となって上壁部３Ｄの反射ミラー面３Ｄ´に入射
し、この反射ミラー面３Ｄ´で反射される。

【０１１８】 θ４＝２ｎθ１−（ｎ−１）θ１＝（ｎ＋１）θ１ （３´）式 反射ミラー面３Ｄ´で反射されたレーザー光Ｌ３は、入
射時とは異なる経路を通って自由液面Ｃ１に入射し、自
由液面Ｃ１及びシリコンオイルＣを上から下へ透過す
る。

【０１１９】このとき、レーザー光Ｌ３は、２軸方向の
光成分とも反転しているので、上記１回目の透過の場合
と同様に、自由液面Ｃ１を有するシリコンオイルＣによ
ってレーザー光Ｌ３の変化とは逆の方向に屈折される。

【０１２０】すなわち、レーザー光Ｌ３は、自由液面Ｃ
１及びシリコンオイルＣを透過することによって、下記
の（４´）式で表わされる角度θ５だけ変化したレーザ
ー光Ｌ４となって底壁部３Ｃから出射し、ハーフプリズ
ム９に入射する。

【０１２１】 θ５＝（ｎ＋１）θ１−（ｎ−１）θ１＝２θ１ （４´）式 ハーフプリズム９に入射したレーザー光Ｌ４は、ハーフ
プリズム９を透過し、鉛直方向に対してθ５の角度だけ
傾いた状態でビームエキスパンダ１２に入射する。

【０１２２】ビームエキスパンダー１２の凸レンズ１２
Ａの焦点距離ｆ２は１０ｍｍであり、その凸レンズ１２
Ｂの焦点距離ｆ３は２０ｍｍであり、ｆ２：ｆ３＝１：
２となっている。

【０１２３】そのため、ビームエキスパンダー１２の凸
レンズ１２Ｂから出射されるレーザー光Ｌ５の傾き角度
θ６は、 θ６＝２θ１・ｆ２／ｆ３＝θ１ （５´）式 となると共に、レーザー光Ｌ５の出射方向も反転するの
で（傾き角度θ６の変化方向が角度θ１の装置の傾きと
は逆方向であるので）、角度θ１の傾き補正が成り立
つ。

【０１２４】しかも、上記（５´）式は、上記従来技術
の（１）式のようにシリコンオイルＣの屈折率ｎの項を
含んでいないので、シリコンオイルＣの屈折率ｎが温度
変化によって変化しても、傾き補正の精度に影響を及ぼ
すことがなく、傾き補正が常に高精度でなされる。

【０１２５】上記第３の実施形態によれば、ルーフプリ
ズム６により反転されたレーザー光Ｌ３がシリコンオイ
ルＣ及び自由液面Ｃ１を２回透過することによって、透
明容器３から鉛直下方へ出射するレーザー光４（装置か
らの出射光）に対するシリコンオイルＣの屈折率ｎの影
響をなくす作用が与えられると共に、ビームエキスパン
ダ１２が前記２回の透過後レーザー光４に角度変化を与
えることによって、レーザー光４が常に鉛直下方を向く
ようにする角度変化が与えられる。

【０１２６】したがって、レーザーダイオード１からの
レーザー光Ｌ１が自由液面ｃ１に入射角４５°で入射す
る場合に、温度変化によりシリコンオイルＣの屈折率ｎ
が変化しても、その影響を受けない傾き補正を行なうこ
とができる。

【０１２７】また、上記第３の実施形態によれば、図３
に示す上記第２の実施形態と比べて、反射ミラー５が無
い分だけ構成が簡単になり、コストを低減することがで
きる。

【０１２８】図５は図１に示す第１の実施形態に係る自
動傾き補正装置を光学式レベルに用いた応用例である。
この光学式レベルには、図１に示す自動傾き補正装置が
内蔵されている。

【０１２９】光学式レベルは、接眼レンズ１３Ａ、目盛
り板１３Ｂ及び対物レンズ１３Ｃで構成された視準用の
望遠鏡１３を備えている。アルミダイカスト製の容器３
０内には、上部に空間７が形成されるようにシリコンオ
イルＣが封入されている。

【０１３０】望遠鏡１３は、その光軸を通る光Ｌ１０が
自由液面Ｃ１に６０°の入射角で入射するように配置さ
れている。容器３０には、光Ｌ１０が直角に入射するガ
ラス窓３０Ａと、光Ｌ１０が自由液面Ｃ１で全反射され
た光Ｌ２０が直角に入射するガラス窓３０Ｂと、下部ガ
ラス窓３０Ｃと、下面ガラス窓３０Ｃと略平行である上
部ガラス板３０Ｄとがそれぞれ固定されている。

【０１３１】上部ガラス板３０Ｄの下面には、シリコン
オイルＣが上部ガラス板３０Ｄに付着して光学像が乱れ
るのを防止するための筒状のカバー１４が固定されてい
る。また、上部ガラス板３０Ｄの上面には、水平な光路
を鉛直な光路へ変更するペンタプリズム１５が固定され
ている。

【０１３２】上記構成を有する光学式レベルの動作を説
明する。

【０１３３】接眼レンズ１３Ａを覗くことにより、ペン
タプリズム１５に水平方向から入射するターゲットの像
を観察して視準することができる。

【０１３４】この光学式レベルによれば、図１に示す上
記１の実施形態に係る自動傾き補正装置を内蔵してお
り、装置の傾き補正が自動的になされるので、装置全体
が角度θ１だけ傾いたとしても、接眼レンズ１３Ａを覗
くことにより、常に水平方向からペンタプリズム１５に
入射するターゲットの像を観察して視準することができ
る。しかも、シリコンオイルＣの屈折率ｎが温度変化に
よって変化しても、傾き補正の精度に影響を及ぼすこと
がなく、常に高精度な視準を行なうことができる。

【０１３５】次に、図６に基づいてこの発明の第４の実
施形態に係る傾斜センサ（傾き検出装置）について説明
する。この傾斜センサは、各種の光学機器の本体に内蔵
され、その光学機器の２軸方向（前記Ｘ軸方向及びＹ軸
方向）の傾斜角を検出するためのものである。

【０１３６】この傾斜センサは、図１に示す第１の実施
形態に係る自動傾き補正装置を用いたもので、反射ミラ
ーに代えて２つの反射ミラー５Ａ、５Ｂを用いた点を除
き、その自動傾き補正装置の全ての部材を備えている。
この傾斜センサは、第１の実施形態に係る自動傾き補正
装置と同様に、コリメートレンズ２からのレーザー光Ｌ
１が自由液面Ｃ１に６０°の入射角で入射するようにな
っている。

【０１３７】この傾斜センサは、ルーフプリズム６によ
って反転されたレーザー光Ｌ３が透明容器３の上壁部３
Ｄに入射するように構成されている。そのために、ルー
フプリズム６が透明容器３の上方に設けられ、かつアナ
モルフィックプリズム４からのレーザー光Ｌ２を鉛直上
方へ反射する反射ミラー５Ａと、反射ミラー５Ａからの
レーザー光Ｌ３をルーフプリズム６へ向けて水平方向に
反射する反射ミラー５Ｂとを備えている。

【０１３８】傾斜センサは、さらに、透明容器３の鉛直
下方に設けられた投影レンズ２０と、投影レンズ２０の
鉛直下方に設けられ、２軸方向の傾斜を検出する４分割
受光素子４０とを備えている。

【０１３９】投影レンズ２０は、透明容器３の底壁部３
Ｃから出射したレーザー光Ｌ４を受光素子４０上に投影
するためのもので、ｆ２・ｔａｎθ４（ｆ２は投影レン
ズ２０の焦点距離）の投影倍率をもっている。

【０１４０】４分割受光素子４０は、互いに直交する２
つの分割線で分割された４つの受光素子４０Ａ、４０
Ｂ、４０Ｃ及び４０Ｄで構成されている。受光素子４０
Ａと４０ＣでＹ軸方向の傾斜を、４０Ｂと４０ＤでＸ軸
方向の傾斜をそれぞれ検出するようになっている。

【０１４１】この傾斜センサは、さらに、受光素子４０
Ａと４０Ｃの出力差に基づきＹ軸方向の傾斜角を演算す
る傾斜角演算部（図示略）と、受光素子４０Ｂと４０Ｄ
の出力差に基づきＸ軸方向の傾斜角を演算する傾斜角演
算部（図示略）と、両演算部で演算されたＸ軸及びＹ軸
方向の傾斜角を表示する表示装置（図示略）とを備えて
いる。

【０１４２】４分割受光素子４０は、傾斜センサを構成
する他の部材と共に光学機器の本体に固定されている。

【０１４３】また、傾斜センサは、傾斜角が０（θ１＝
０）のとき、透明容器３の底壁部３Ｃから鉛直下方へ出
射するレーザー光Ｌ４が投影レンズ２０を介して４分割
受光素子４０の中心（２つの分割線の交点）に入射する
ように調整されている。

【０１４４】次に、第４の実施形態に係る傾き傾斜セン
サの動作を説明する。

【０１４５】センサ全体が角度θ１だけ傾くと、透明容
器３に封入されたシリコンオイルＣの自由液面Ｃ１は水
平を保つので、自由液面Ｃ１が透明容器３に対して角度
θ１だけ傾く。

【０１４６】図１に示す第１の実施形態と同様に、自由
液面Ｃ１で全反射して透明容器３から出射したレーザー
光Ｌ２は、アナモルフィックプリズム４によって反射感
度を全方向で等しくされ、θ３＝ｎθ１の角度をもって
反射ミラー５Ａに入射する。

【０１４７】反射ミラー５Ａで反射されたレーザー光Ｌ
３は、鉛直上方へ進んで反射ミラー５Ｂで反射され、水
平方向に進んでルーフプリズム６に入射する。

【０１４８】このレーザー光Ｌ３は、ルーフプリズム６
によって２軸方向の光成分（Ｘ軸成分及びＹ軸成分）と
も反転されると共に反射される。

【０１４９】この反転したレーザー光Ｌ３は、透明容器
３の上壁部３Ｄに略垂直に入射し、自由液面Ｃ１及びシ
リコンオイルＣを上から下へ１回透過する。

【０１５０】このとき、レーザー光Ｌ３は、２軸方向の
光成分とも反転しているので、透明容器３に対して角度
θ１だけ傾いた自由液面Ｃ１を有するシリコンオイルＣ
によって、レーザー光Ｌ３の変化とは逆の方向に屈折さ
れる。

【０１５１】すなわち、レーザー光Ｌ３は、シリコンオ
イルＣ及び自由液面Ｃ１を１回透過することによって、
上記（２）式と同じ下記の（２Ａ）式で表わされる角度
θ４だけ変化したレーザー光Ｌ４となって透明容器３の
底壁部３Ｃから下方へ出射する。

【０１５２】 θ４＝ｎθ１−（ｎ−１）θ１ （２Ａ）式 （２Ａ）式より θ４＝θ１ （２Ａ´）式 となり、かつ角度θ４が装置の傾斜角θ１とは逆の方向
に変化しているので、レーザー光Ｌ４は透明容器３の底
壁部３Ｃから鉛直下方へ出射する。

【０１５３】このレーザー光Ｌ４は投影レンズ２０を介
して４分割受光素子４０上に入射する。このとき、４分
割受光素子４０は他の構成部材と共に角度θ１だけ傾斜
しているので、底壁部３Ｃから鉛直下方へ出射したレー
ザー光Ｌ４は、４分割受光素子４０上の中心からずれた
位置に入射する。

【０１５４】そのため、受光素子４０Ａと４０Ｃ間及び
受光素子４０Ｂと４０Ｄの間にそれぞれ出力差が生じ
る。受光素子４０Ａと４０Ｃの出力差に基づきＹ軸方向
の傾斜角が、受光素子４０Ｂと４０Ｄの出力差に基づき
Ｘ軸方向の傾斜角がそれぞれ演算され、演算された２軸
方向の傾斜角が表示装置に表示される。

【０１５５】この第４の実施形態に係る傾斜センサによ
れば、上記（２Ａ）式はシリコンオイルＣの屈折率ｎの
項を含んでいないので、温度変化によって屈折率ｎが変
化しても、レーザー光Ｌ４は常に透明容器３の底壁部３
Ｃから鉛直下方へ出射する。

【０１５６】したがって、温度変化による屈折率ｎの変
化が傾き検出の精度に影響を及ぼすことがなく、常に高
精度で２軸方向の傾斜角を検出することができる。

【０１５７】次に、図７に基づいてこの発明の第５の実
施形態に係る傾斜センサ（傾き検出装置）について説明
する。

【０１５８】この傾斜センサは、図３に示す第２の実施
形態に係る自動傾き補正装置を用いたもので、この自動
傾き補正装置を構成する部材のうち、ビームエキスパン
ダ１０を除く全ての部材をその自動傾き補正装置と同じ
配置で有している。この傾斜センサは、第２の実施形態
に係る自動傾き補正装置と同様に、コリメートレンズ２
からのレーザー光Ｌ１が自由液面Ｃ１に４５°の入射角
で入射するように構成されている。

【０１５９】また、傾斜センサは、ハーフプリズム９の
鉛直上方に設けられた４分割受光素子４０を備えてい
る。傾斜センサは、傾斜角が０（θ１＝０）のとき、ハ
ーフプリズム９から鉛直上方へ出射するレーザー光Ｌ５
が４分割受光素子４０の中心に入射するように調整され
ている。

【０１６０】次に、第５の実施形態に係る傾斜センサの
動作を説明する。

【０１６１】センサ全体が角度θ１だけ傾くと、透明容
器３に封入されたシリコンオイルＣの自由液面Ｃ１は水
平を保つので、自由液面Ｃ１が透明容器３に対して角度
θ１だけ傾く。

【０１６２】図３に示す第２の実施形態と同様に、自由
液面Ｃ１で全反射して透明容器３から出射したレーザー
光Ｌ２は、ガリレオ式望遠鏡８によって反射感度を全方
向で等しくされ、θ３＝２ｎθ１の角度をもって反射ミ
ラー５に入射する。

【０１６３】反射ミラー５で反射されたレーザー光Ｌ３
は、ルーフプリズム６によって２軸方向の光成分とも反
転されると共に水平方向へ反射された後、ハーフプリズ
ム９によって鉛直下方へ反射されて透明容器３の上壁部
３Ｄに略垂直に入射し、自由液面Ｃ１及びシリコンオイ
ルＣを上から下へ透過する。

【０１６４】このとき、レーザー光Ｌ３は、２軸方向の
光成分とも反転しているので、透明容器３に対して角度
θ１だけ傾いた自由液面Ｃ１を有するシリコンオイルＣ
によってレーザー光Ｌ３の変化とは逆の方向に屈折され
る。

【０１６５】すなわち、レーザー光Ｌ３は、自由液面Ｃ
１及びシリコンオイルＣを透過することによって、上記
（３）式と同じ下記の（３Ａ）式で表わされる角度θ４
だけ変化して透明容器３の下壁部３Ｃから下方へ出射
し、第２の反射ミラー１１に入射する。

【０１６６】 θ４＝２ｎθ１−（ｎ−１）θ１＝（ｎ＋１）θ１ （３Ａ）式 第２の反射ミラー１１で反射されたレーザー光Ｌ３は、
入射時とは異なる経路を通って下壁部３Ｃから透明容器
３内に入射し、自由液面Ｃ１及びシリコンオイルＣを下
から上へ透過する。

【０１６７】このとき、レーザー光Ｌ３は、２軸方向の
光成分とも反転しているので、上記１回目の透過の場合
と同様に、自由液面Ｃ１を有するシリコンオイルＣによ
ってレーザー光Ｌ３の変化とは逆の方向に屈折される。

【０１６８】すなわち、レーザー光Ｌ３は、シリコンオ
イルＣ及び自由液面Ｃ１を透過することによって、上記
（４）式と同じ下記の（４Ａ）式で表わされる角度θ５
だけ変化したレーザー光Ｌ４となって透明容器３の上壁
部３Ｄ及びハーフプリズム９を透過して上方へ出射す
る。

【０１６９】 θ５＝（ｎ＋１）θ１−（ｎ−１）θ１＝２θ１ （４Ａ）式 このレーザー光Ｌ４がθ５の角度をもって４分割受光素
子４０上に入射する。このとき、レーザー光Ｌ４は、θ
５（＝２θ１）の角度に応じて４分割受光素子４０上の
中心からずれた位置に入射する。

【０１７０】そのため、受光素子４０Ａと４０Ｃ間及び
受光素子４０Ｂと４０Ｄの間にそれぞれ出力差が生じ
る。受光素子４０Ａと４０Ｃの出力差に基づきＹ軸方向
の傾斜角が、受光素子４０Ｂと４０Ｄの出力差に基づき
Ｘ軸方向の傾斜角がそれぞれ演算され、演算された２軸
方向の傾斜角が表示装置に表示される。

【０１７１】この第５の実施形態に係る傾斜センサによ
れば、上記（４Ａ）式はシリコンオイルＣの屈折率ｎの
項を含んでいないので、温度変化によって屈折率ｎが変
化しても、レーザー光Ｌ４は常にセンサの傾斜角θ１に
応じた角度θ５をもって受光素子４０上に入射する。し
たがって、温度変化による屈折率ｎの変化が傾き検出の
精度に影響を及ぼすことがなく、常に高精度で２軸方向
の傾斜角を検出することができる。

【０１７２】また、第５の実施形態に係る傾斜センサに
よれば、図６に示す上記第４の実施形態と比べて、反射
ミラーが１つ少なくなった無い分だけ構成が簡単にな
り、コストを低減することができる。

【０１７３】次に、図８に基づいてこの発明の第６の実
施形態に係る傾き傾斜センサ（検出装置）について説明
する。

【０１７４】この傾斜センサは、図４に示す第３の実施
形態に係る自動傾き補正装置を用いたもので、この自動
傾き補正装置を構成する部材のうち、ガリレオ式望遠鏡
８及びビームエキスパンダ１２を除く全ての部材を備え
ている。この傾斜センサは、第３の実施形態に係る自動
傾き補正装置と同様に、コリメートレンズ２からのレー
ザー光Ｌ１が自由液面Ｃ１に４５°の入射角で入射する
ように構成されている。

【０１７５】この傾斜センサは、自由液面Ｃ１で全反射
して透明容器３の出射壁部３Ｂから出射したレーザー光
Ｌ２が、ルーフプリズム６によって反転されると共に水
平方向に反射され、透明容器３の底壁部３Ｃに固定され
たハーフプリズム９に入射するようになっている。

【０１７６】この入射したレーザー光Ｌ２は、ハーフプ
リズム９で鉛直上方へ反射され、透明容器３の下壁部３
Ｃに入射してシリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ１を下か
ら上へ透過するようになっている。

【０１７７】この透過したレーザー光Ｌ３の一部は透明
容器３のハーフミラー３Ｅを透過して鉛直上方へ進み、
その一部はハーフミラー３Ｅで反射されるようになって
いる。

【０１７８】さらに、この反射したレーザー光Ｌ３が、
再び自由液面Ｃ１及びシリコンオイルＣを上から下へ透
過するようになっている。

【０１７９】透明容器３の鉛直上方には、Ｙ軸方向の傾
斜を検出する２分割受光素子（第１の受光部）４１が設
けられている。ハーフプリズム９の鉛直下方には、Ｘ軸
方向の傾斜を検出する２分割受光素子（第２の受光部）
４２が設けられている。

【０１８０】２分割受光素子４１はＸ軸方向に沿った分
割線を境に分割された２つの受光素子４１Ａ、４１Ｂ
で、２分割受光素子４２はＹ軸方向に沿った分割線を境
に分割された２つの受光素子４２Ａ、４２Ｂでそれぞれ
構成されている。

【０１８１】受光素子４１Ａ、４１Ｂの出力差に基づき
Ｙ軸方向の傾斜角が不図示の傾斜角演算部により演算さ
れ、かつ受光素子４２Ａ、４２Ｂの出力差に基づきＸ軸
方向の傾斜角が不図示の傾斜角演算部により演算される
ようになっている。

【０１８２】また、傾斜センサは、傾斜角が０（θ１＝
０）のとき、透明容器３のハーフミラー３Ｅから鉛直上
方へ出射するレーザー光Ｌ４が２分割受光素子４１の中
心（前記分割線の中心）に入射しかつハーフプリズム９
から鉛直下方へ出射するレーザー光Ｌ５が２分割受光素
子４２の中心（前記分割線の中心）に入射するように調
整されている。

【０１８３】次に、第６の実施形態に係る傾斜センサの
動作を説明する。

【０１８４】センサ全体が角度θ１だけ傾くと、シリコ
ンオイルＣの自由液面Ｃ１は水平を保つので、自由液面
Ｃ１が透明容器３に対して角度θ１だけ傾く。

【０１８５】自由液面Ｃ１で全反射して透明容器３の出
射壁部３Ｂから出射したレーザー光Ｌ２のうち、Ｘ軸成
分の前記反射角の変化θ２ｘは、θ２ｘ＝２ｎθ１で表
され、かつＹ軸成分の前記反射角の変化θ２ｙは、θ２
ｙ＝１．４１４２ｎθ１で表される。

【０１８６】このように角度の異なる２軸方向の光成分
を有するレーザー光Ｌ２が、ルーフプリズム６に入射す
る。すなわち、レーザー光Ｌ２のＸ軸成分はθ２ｘ＝２
ｎθ１の角度をもって、そのＹ軸成分はθ２ｙ＝１．４
１４２ｎθ１の角度をもってルーフプリズム６にそれぞ
れ入射する。

【０１８７】この入射したレーザー光Ｌ２は、ルーフプ
リズム６で２軸方向とも反転されると共に反射され、水
平方向へ進んでハーフプリズム９に入射し、ハーフプリ
ズム９で反射される。

【０１８８】この反射されたレーザー光Ｌ２は、鉛直上
方へ進み、透明容器３の底壁部３Ｃに入射し、シリコン
オイルＣ及び自由液面Ｃ１を下から上へ透過する。

【０１８９】このとき、レーザー光Ｌ２は、２軸方向の
光成分とも反転しているので、自由液面Ｃ１を有するソ
リコンオイルＣによってレーザー光Ｌ２の変化とは逆の
方向に屈折される。

【０１９０】すなわち、レーザー光Ｌ２のＸ軸成分及び
Ｙ軸成分は、シリコンオイルＣ及び自由液面Ｃ１を透過
することによって、下記の（６）式及び（７）式でそれ
ぞれ表わされる角度θ３ｘ及びθ３ｙだけ変化したレー
ザー光３となってハーフミラー３Ｅに入射する。

【０１９１】 θ３ｘ＝２ｎθ１−（ｎ−１）θ１＝（ｎ＋１）θ１ （６）式 θ３ｙ＝ｎθ１−（ｎ−１）θ１＝θ１ （７）式 レーザー光Ｌ３の一部はハーフミラー３Ｅを透過し、そ
の一部はハーフミラー３Ｅで反射される。

【０１９２】ハーフミラー３Ｅを透過したレーザーＬ４
は、上方へ進んで２分割受光素子４１に入射する。この
とき、２分割受光素子４１の受光素子４１Ａ、４１Ｂ
は、Ｘ軸方向に沿った分割線を境に分割されているの
で、Ｘ軸方向の傾斜（θ３ｘ）を検出せずに、Ｙ軸方向
の傾斜（θ３ｙ）のみを検出することができる。

【０１９３】上記（７）式より、 θ３ｙ＝θ１ （７´）式 となり、かつ角度θ３ｙが傾斜角θ１とは逆の方向に変
化している。そのため、ハーフミラー３Ｅを透過したレ
ーザーＬ４は、ハーフミラー３Ｅから鉛直上方へ出射す
る。このとき、２分割受光素子４１は他の構成部材と共
に角度θ１だけ傾斜しているので、レーザー光Ｌ４は、
２分割受光素子４１の中心からずれた位置に入射する。

【０１９４】これによって、受光素子４１Ａと４１Ｂ間
にそれぞれ出力差が生じる。この出力差に基づきＹ軸方
向の傾斜角（θ３ｙ＝θ１）が演算され、この演算結果
が表示装置に表示される。

【０１９５】一方、ハーフミラー３Ｅで反射されたレー
ザー光Ｌ３の一部は、入射時とは異なる経路を通って自
由液面Ｃ１に入射し、自由液面Ｃ１及びシリコンオイル
Ｃを上から下へ透過する。

【０１９６】このとき、レーザー光Ｌ３は、２軸方向の
光成分とも反転しているので、上記１回目の透過の場合
と同様に、自由液面Ｃ１を有するシリコンオイルＣによ
ってレーザー光Ｌ３の変化とは逆の方向に屈折される。

【０１９７】すなわち、レーザー光Ｌ３のＸ軸成分及び
Ｙ軸成分は、自由液面Ｃ１及びシリコンオイルＣを透過
することによって、下記の（８）式及び（９）式でそれ
ぞれ表わされる角度θ４ｘ及びθ４ｙだけ変化したレー
ザー光Ｌ５となってハーフプリズム９から下方へ出射す
る。

【０１９８】 θ４ｘ＝（ｎ＋１）θ１−（ｎ−１）θ１＝θ１ （８）式 θ４ｙ＝θ１−（ｎ−１）θ１＝（２−ｎ）θ１ （９）式 ハーフプリズム９から下方へ出射したレーザーＬ５は２
分割受光素子４２に入射する。このとき、２分割受光素
子４２は、Ｙ軸方向に沿った分割線を境に分割されてい
るので、Ｙ軸方向の傾斜（θ４ｙ）を検出せずに、Ｘ軸
方向の傾斜（θ４ｘ）のみを検出することができる。

【０１９９】上記（８）式より、 θ４ｘ＝θ１ （８´）式 となり、かつ角度θ４ｘが傾斜角θ１とは逆の方向に変
化している。

【０２００】そのため、レーザーＬ５は、ハーフミラー
３Ｅから鉛直下方へ出射する。このとき、２分割受光素
子４２は他の構成部材と共に角度θ１だけ傾斜している
ので、レーザー光Ｌ５は、２分割受光素子４２の中心か
らずれた位置に入射する。

【０２０１】これによって、受光素子４２Ａと４２Ｂ間
にそれぞれ出力差が生じる。この出力差に基づきＸ軸方
向の傾斜角（θ４ｘ＝θ１）が演算され、この演算結果
が表示装置に表示される。

【０２０２】この第６の実施形態に係る傾斜センサによ
れば、上記（７´）式及び（８´）式はシリコンオイル
Ｃの屈折率ｎの項を含んでいないので、温度変化によっ
て屈折率ｎが変化しても、レーザー光Ｌ４及びＬ５は常
に透明容器３から鉛直上方及び鉛直下方へそれぞれ出射
する。したがって、温度変化による屈折率ｎの変化が傾
き検出の精度に影響を及ぼすことがなく、常に高精度で
２軸方向の傾斜角を検出することができる。

【０２０３】また、第６の実施形態に係る傾斜センサに
よれば、反射感度の異なるＸ軸成分とＹ軸成分を分けて
２分割受光素子４１と４２にそれぞれ入射させるように
構成したので、図７に示す第５の実施形態におけるガリ
レオ式望遠鏡８のような反射感度補正手段が不要とな
る。

【０２０４】これによって、構成が簡単で低コストの傾
斜センサを得ることができる。尚、第４，５，６実施形
態の傾斜センサにおける受光手段はラインセンサやＣＣ
Ｄ等の受光素子であってもかまわない。

【０２０５】図９はこの発明の第７の実施形態に係る自
動傾き補正装置を示す全体構成図である。

【０２０６】この自動傾き補正装置は、レーザダイオー
ド１と、自由液面Ｃ１を有するシリコンオイルＣが収容
された透明容器３００と、レーザダイオード１からのレ
ーザ光Ｌを自由液面Ｃ１へ向けるコリメートレンズ（投
光系）２と、アナモルフィックプリズム（透過感度変更
手段）４と、反射ミラー５，５０と、ルーフプリズム６
と、ビームエキスパンダ（反射感度補正手段）５１とを
備えている。

【０２０７】レーザ光Ｌを鉛直下方へ出射するレーザダ
イオード１は、コリメートレンズ２の焦点位置ｆ１に合
致させて配置されている。これによってコリメートレン
ズ２から出射されるレーザ光Ｌは平行光となり、自由液
面Ｃ１にほぼ垂直に入射する。

【０２０８】透明容器３００はガラス材で出来た密閉容
器である。透明容器３００には上部に空間が形成される
ようにシリコンオイルＣが封入されている。この透明容
器３００は、レーザ光Ｌ１に対して垂直に設けられた上
壁部３００Ｄと、上壁部３００Ｄと平行な底壁部３００
Ｃと、底壁部３００Ｃに対して−６０゜の角度で形成さ
れた傾斜壁部３００Ａと、底壁部３００Ｃに対して６０
゜の角度で形成された傾斜壁部３００Ｂとからなる。

【０２０９】ルーフプリズム６は、透明容器３００を透
過したレーザ光Ｌ２のＸ６軸方向とＹ軸方向との光成分
を反転させるとともに、反射ミラー５へ向けてレーザ光
Ｌ３を反射させる。

【０２１０】アナモルフィックプリズム４は、反射ミラ
ー５で反射したレーザ光Ｌ２の光路上に配置されてい
る。このアナモルフィックプリズム４は、自由液面Ｃ１
を有するシリコンオイルＣ内を屈折するレーザ光の直交
する２軸方向の光成分（Ｘ軸方向およびＹ軸方向の光成
分）の屈折感度を変更させるもので、楔形プリズム４
Ａ，４Ｂで構成され、透明容器３００の傾斜壁部３００
Ｂにレーザ光Ｌ３を垂直に入射させる。

【０２１１】ここで使用されたアナモルフィックプリズ
ム４は、Ｘ軸方向の光成分の屈折角を２倍に変化させ、
Ｙ方向の光成分の屈折角を変化させない。

【０２１２】反射ミラー５０は、自由液面Ｃ１で全反射
して透明容器３００から出射するレーザ光Ｌ４をビーム
エキスパンダ５１へ向けて反射する。

【０２１３】ビームエキスパンダ５１は自由液面Ｃ１で
全反射したレーザ光Ｌ４の２軸方向の光成分の反射感度
を等しくするもので、凸形状のシリンドリカルレンズ５
１Ａ，５１Ｂで構成される。シリンドリカルレンズ５１
Ａ，５１Ｂは、Ｘ軸成分だけに曲率をもつ凸レンズであ
り、焦点距離はそれぞれｆ２，ｆ３である。

【０２１４】そして、シリンドリカルレンズ５１Ａ，５
１Ｂは、それぞれの焦点位置を合致させている。このビ
ームエキスパンダ５１はＸ軸方向の光成分の反射感度を
１／２に変化させ、Ｙ軸方向の光成分の反射感度は変化
させない。

【０２１５】次にこの第７の実施形態に係る自動傾き補
正装置の動作を説明する。

【０２１６】装置全体が角度θ１だけ傾くと、透明容器
３００に収容されたシリコンオイルＣの自由液面Ｃ１は
水平を保つので、装置全体が自由液面Ｃ１に対して角度
θ１だけ傾く。

【０２１７】図９では、自由液面Ｃ１が透明容器３００
に対して実線で示す水平状態から破線で示す状態へ角度
θ１だけ傾いたように示してある。

【０２１８】レーザダイオード１から出射されるレーザ
光Ｌは、コリメートレンズ２によって平行光となる。こ
のレーザ光Ｌ１は透明容器３００の上壁部３００Ｄから
入射し、自由液面Ｃ１及びシリコンオイルＣを透過した
後、下壁部３００Ｃからレーザ光Ｌ２として下方へ出射
される。

【０２１９】このレーザ光Ｌ２はルーフプリズム６に入
射し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の光成分を反転させるとと
もに、側方へ反射される。

【０２２０】側方へ反射されたレーザ光Ｌ２は反射ミラ
ー５で反射され、進行方向を１５０゜変えられてアナモ
ルフィックプリズム４に入射する。

【０２２１】このとき、シリコンオイルＣによるレーザ
光Ｌ２の屈折角θ２は、 θ２＝（ｎ−１）θ１（ｎはシリコンオイルＣの屈折
率） である。

【０２２２】レーザ光Ｌ２のうち、Ｘ軸方向の光成分だ
けがアナモルフィックプリズム４によって屈折角を２倍
にされる。

【０２２３】したがって、感度θ３ｘは θ３ｘ＝２θ２＝２（ｎ−１）θ１ となる。

【０２２４】一方、Ｙ軸方向の光成分は変化しないの
で、感度θ３ｙは、 θ３ｙ＝θ２＝（ｎ−１）θ１ となる。

【０２２５】このようにシリコンオイルＣを透過したレ
ーザ光Ｌ２は、アナモルフィックプリズム４によって
Ｘ，Ｙ軸方向で屈折角感度θ３ｘ，θ３ｙが変更され、
透明容器３００の傾斜壁３００Ｂから再び透明容器３０
０内に入射する。

【０２２６】この透明容器３００への入射角は、装置が
傾いていないときの入射角６０゜から角度θ１だけ変化
している。したがって、透明容器３００に入射したレー
ザ光Ｌ３はほぼ６０゜の入射角（図１１の場合は６０゜
−θ１＋θ３）でシリコンオイルＣに入射し、自由液面
Ｃ１で全反射される。

【０２２７】自由液面Ｃ１で全反射した光のうち、Ｘ軸
方向の光成分（以下、Ｘ軸成分という）の全反射角の感
度θ４ｘは、 θ４ｘ＝２ｎθ１−θ３ｘ ＝２ｎθ１−２（ｎ−１）θ１ ＝２θ１ Ｙ軸方向の光成分（以下、Ｙ軸成分という）の全反射角
の感度θ４ｙは、 θ４ｙ＝ｎθ１−θ３ｙ ＝ｎθ１−（ｎ−１）θ１ ＝θ１ となる。

【０２２８】このように透明容器３００から出射したレ
ーザ光Ｌ４は２軸方向にそれぞれ異なる反射感度を持
つ。

【０２２９】レーザ光Ｌ４は更に反射ミラー５０によっ
て上方に反射され、ビームエキスパンダ５１に入射す
る。

【０２３０】シリンドリカルレンズ５１Ａ，５１Ｂの焦
点距離ｆ２と焦点距離ｆ３との間にはｆ２：ｆ３＝１：
２の関係があり、Ｘ軸成分の角度倍率は１／２である。

【０２３１】したがって、ビームエキスパンダ５１を透
過したレーザ光Ｌ５の角度θ５は、 θ５ｘ＝θ４ｘ・１／２ ＝２θ１・１／２ ＝θ１ θ５ｙ＝θ４ｙ・１ ＝θ１ となって鉛直上方へ出射される。

【０２３２】この第７の実施形態に係る自動傾き補正装
置によれば、上記式にはシリコンオイルＣの屈折率ｎの
項が含まれていないので、シリコンオイルＣの屈折率ｎ
が温度変化によって変化しても、傾き補正の精度に影響
が及ばず、傾き補正が常に高精度でなされる。

【０２３３】図１０（ａ）はこの発明の第８の実施形態
に係る傾き検出装置を示す全体構成図、図１０（ｂ）は
ビームエキスパンダのａ矢視図である。

【０２３４】この傾き検出装置は、レーザダイオード１
と、レーザダイオード１からのレーザ光を自由液面Ｃ１
へ向けるコリメートレンズ（投光系）２と、光を２分割
するビームスプリッタ９と、自由液面Ｃ１を有するシリ
コンオイルＣが収容された透明容器３００と、ガリレオ
式望遠鏡（透過感度変更手段）８と、反射ミラー５，１
１と、ルーフプリズム６と、４分割受光部４０とを備え
ている。

【０２３５】レーザ光Ｌを下方へ出射するレーザダイオ
ード１は、コリメートレンズ２の焦点位置ｆ１に合致さ
せて配置されている。これによってレーザ光Ｌはコリメ
ートレンズ２から平行光となって出射される。

【０２３６】透明容器３００はガラス材で構成されてい
る。透明容器３００は、レーザ光Ｌ１に対して垂直に設
けられた上壁部３００Ｄと、上壁部３００Ｄと平行な底
壁部３００Ｃと、底壁部３００Ｃに対して−６０゜の角
度で形成された傾斜壁部３００Ａと、底壁部３００Ｃに
対して６０゜の角度で形成された傾斜壁部３００Ｂとを
有する密閉容器である。

【０２３７】透明容器３００内には上部に空間７が形成
されるようにシリコンオイルＣが封入されている。上壁
部３００Ｄには、ビームスプリッタ９が固着されてい
る。また、底壁部３００Ｃの下方には、底壁部３００Ｃ
と平行に反射ミラー１１が配置されている。

【０２３８】前記ビームスプリッタ９の側方にはループ
プリズム６が配設され、透明容器３００を２回透過した
レーザ光Ｌ３がループプリズム６に入射する。レーザ光
Ｌ３はループプリズム６で２軸方向の光成分を反転させ
るとともに、レーザ光Ｌ３を反射ミラー５に向けて反射
する。

【０２３９】ガリレオ式望遠鏡８は、反射ミラー５で反
射されたレーザ光Ｌ３の光路上に配置され、レーザ光Ｌ
３の直交する２軸方向の光成分の屈折感度を変更するも
ので、透明容器３００の傾斜壁３００Ｂにレーザ光Ｌ４
をほぼ直角に入射させる。

【０２４０】ここで使用されたガリレオ式望遠鏡８は、
焦点位置を合致させて配設されたシリンドリカルレンズ
８Ａ，８Ｂからなる。シリンドリカルレンズ８ＡはＹ軸
方向だけに曲率を持つ凹レンズであり、シリンドリカル
レンズ８ＢはＹ軸方向だけに曲率を持つ凸レンズであ
る。

【０２４１】それぞれの焦点距離ｆ４と焦点距離ｆ５と
の間には、ｆ４：ｆ５＝１：２の関係があり、角度倍率
を１／２としている。したがって、Ｙ軸方向の光成分の
屈折角が１／２に変化し、Ｘ軸方向の光成分の屈折角
は、ガリレオ式望遠鏡８によって変化しない。

【０２４２】４分割受光部４０は同面積の４つの受光素
子４０Ａ〜４０Ｄで構成される。

【０２４３】次に、第８の実施形態に係る傾き検出装置
の動作を説明する。

【０２４４】装置全体が角度θ１だけ傾くと、透明容器
３００に封入されたシリコンオイルＣの自由液面Ｃ１は
水平を保つので、装置全体が自由液面Ｃ１に対して角度
θ１だけ傾く。図１０では自由液面Ｃ１が透明容器３０
０に対して実線で示す水平状態から破線で示す状態へ角
度θ１だけ傾いたように示してある。

【０２４５】レーザダイオード１から出射されたレーザ
光Ｌは、コリメートレンズ２によって平行なレーザ光Ｌ
１となる。このレーザ光Ｌ１はビームスプリッタ９を透
過して透明容器３００の上壁部３００Ｄから入射し、更
にシリコンオイルＣ内を透過して底壁部３００Ｃからレ
ーザ光Ｌ２として出射する。

【０２４６】このときのレーザ光Ｌ２の屈折角度θ２
は、 θ２＝（ｎ−１）θ１（ｎはシリコンオイルＣの屈折
率） である。

【０２４７】レーザ光Ｌ２は反射ミラー１１によって反
射され、再び底壁部３００Ｃから透明容器３００内に入
射する。このレーザ光Ｌ２はシリコンオイルＣを透過し
て上壁部３００Ｄからレーザ光Ｌ３として出射し、ビー
ムスプリッタ９によってルーフプリズム６へ向けて反射
される。

【０２４８】このときのレーザ光Ｌ３の屈折角度θ３
は、 θ３＝２（ｎ−１）θ１ となる。

【０２４９】レーザ光Ｌ３はルーフプリズム６によって
ＸＹ軸方向の光成分を反転し、反射ミラー５に向けて鉛
直下方へ反射される。

【０２５０】反射ミラー５はレーザ光Ｌ３の進行方向を
１５０°変えてガリレオ式望遠鏡８へ向けて反射され
る。

【０２５１】ガリレオ式望遠鏡８に入射したレーザ光Ｌ
３は、Ｙ軸成分だけが屈折角を１／２にされ、レーザ光
Ｌ４として透明容器３００へ向けて出射される。

【０２５２】このとき、Ｙ軸方向の感度θ４ｙは、 θ４ｙ＝θ３・１／２＝２（ｎ−１）θ１・１／２＝
（ｎ−１）θ１ Ｘ軸成分は変化しないので、Ｘ軸方向の感度θ４ｘは、 θ４ｘ＝θ３＝２（ｎ−１）θ１ となる。

【０２５３】レーザ光Ｌ４はガリレオ式望遠鏡８によっ
てＸＹ軸方向の感度が変更され、透明容器３００の傾斜
壁部３００Ｂから再びシリコンオイルＣに入射する。

【０２５４】このときの入射角は、装置が傾いていない
ときの入射角６０゜から角度θ１だけ変化している。し
たがって、レーザ光Ｌ４はほぼ６０゜の入射角（図１０
の場合は６０゜−θ１＋θ４）でシリコンオイルＣに入
射し、自由液面Ｃ１で全反射され、傾斜壁部３００Ａか
ら４分割受光部４０へ向けてレーザ光Ｌ５として出射さ
れる。

【０２５５】自由液面Ｃ１で全反射したレーザ光Ｌ５の
うち、Ｘ軸成分の反射角の感度θ５ｘは、 θ５ｘ＝２ｎθ１−θ４ｘ ＝２ｎθ１−２（ｎ−１）θ１ ＝２θ１ となる。

【０２５６】一方、Ｙ軸成分の反射角の感度θ５ｙは、 θ５ｙ＝ｎθ１−θ４ｙ ＝ｎθ１−（ｎ−１）θ１ ＝θ１ となる。

【０２５７】このように透明容器３００から出射したレ
ーザ光Ｌ５は２軸方向にそれぞれ異なる感度θ５ｘ，θ
５ｙを持つことになる。

【０２５８】４分割受光部４０には、レーザ光Ｌ５が角
度θ５をもって入射する。このとき、レーザ光Ｌ５は角
度θ５に応じて４分割受光部４０の中心からずれた位置
に入射する。そのため、各受光素子４０Ａ〜４０Ｄの受
光量に差が生じ、この受光量の差からＸ軸方向の傾斜角
及びＹ軸方向の傾斜角が演算によって検出される。

【０２５９】この第８の実施形態に係る傾き検出装置に
よれば、上記式にはシリコンオイルＣの屈折率ｎの項が
含まれていないので、レーザ光Ｌ５は常に装置の傾斜角
θ１に応じた角度θ５でもって受光素子４０に入射す
る。したがって、２軸方向の傾斜角度の検出を温度変化
に無関係に高精度で行なうことができる。

【０２６０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明に係る自動傾き補正装置によれば、自由液面で全反射
して容器から出射した光が光学手段により反転され、こ
の反転した光が透明な液体及び自由液面を透過すること
によって、自由液面で全反射した光が容器の外の空気層
に出射するときの屈折角と、前記反転した光が透明な液
体及び自由液面を透過するときの屈折角とが相殺され
る。これによって、温度変化によって透明な液体の屈折
率が変化しても、その影響を受けない傾き補正がなされ
る。したがって、温度変化により傾き補正の精度が低下
するのを防止することができる。

【０２６１】請求項２記載の発明に係る自動傾き補正装
置によれば、２軸方向の光成分の反射感度を等しくした
光が光学手段により反転されて透明な液体及び自由液面
を透過するので、装置からの出射光の２軸方向の光成分
が共に一定の方向を向くように傾き補正を行なうことが
できる。

【０２６２】請求項３記載の発明に係る自動傾き補正装
置によれば、前記反転した光が透明な液体及び自由液面
を１回透過することによって、装置からの出射光に対す
る透明な液体の屈折率の影響をなくす作用が与えられる
と共に、装置からの出射光が常に一定の方向を向くよう
にする角度変化が与えられる。したがって、光源からの
光が自由液面に入射角６０°で入射する場合に、温度変
化により透明な液体の屈折率が変化しても、その影響を
受けない傾き補正を行なうことができる。しかも、装置
からの出射光が常に一定の方向を向くように、その出射
光に角度変化を与える光学部材が不要となるので、構成
を簡単にすることができ、かつコストを低減することが
できる。

【０２６３】請求項４記載の発明に係る傾き補正装置に
よれば、前記反転した光が透明な液体及び自由液面を２
回透過することによって、装置からの出射光に対する透
明な液体の屈折率の影響をなくす作用が与えられると共
に、角度変更手段が前記２回の透過後容器から出射した
光に角度変化を与えることによって、装置からの出射光
が常に鉛直又は水平方向を向くようにする角度変化が与
えられる。したがって、光源からの光が自由液面に入射
角４５°で入射する場合に、温度変化により透明な液体
の屈折率が変化しても、その影響を受けない傾き補正を
行なうことができる。

【０２６４】請求項５記載の発明に係る傾き検出装置に
よれば、自由液面で全反射して容器から出射した光が光
学手段により反転され、この反転した光が透明な液体及
び自由液面を透過することによって、自由液面で全反射
した光が容器の外の空気層に出射するときの屈折角と、
前記反転した光が透明な液体及び自由液面を透過すると
きの屈折角とが相殺される。これによって、温度変化に
より透明な液体の屈折率が変化しても、その影響を受け
ない傾き検出がなされる。したがって、温度変化により
傾き検出の精度が低下するのを防止することができる。

【０２６５】請求項６記載の発明に係る傾き検出装置に
よれば、自由液面で全反射して透明な容器から出射した
光のうち、透明な液体及び自由液面を１回透過した光が
第１の受光部で受光され、透明な液体及び自由液面を２
回透過した光が第２の受光部で受光されるので、反射感
度の異なる２軸方向の光成分を分けて第１及び第２の受
光部に受光させることができる。これによって、２軸方
向の光成分の反射感度を等しくする光学手段が不要とな
る。したがって、構成を簡単にすることができ、コスト
を低減することができる。

【０２６６】請求項７記載の発明に係る傾き補正装置に
よれば、透明な液体及び自由液面を透過して容器から出
射した光が光学手段により反転され、この反転した光が
自由液面で全反射して容器から出射することによって、
光が透明な液体及び自由液面を透過したときの屈折角
と、前記反転した光が自由液面で全反射して容器から出
射するときの屈折角とが相殺されるとともに、容器から
出射されてた光は反射感度補正手段によって角度変化が
与えられ２軸方向の光成分の反射感度が等しくされる。
これによって、温度変化によって透明な液体の屈折率が
変化しても、その影響を受けないため、傾き補正の精度
の低下を防止できる。

【０２６７】請求項８記載の発明に係る傾き補正装置に
よれば、液体を透過した際、感度変更手段によって２軸
方向の光成分の透過感度を変更された光が自由液面で全
反射し、２軸方向にそれぞれ異なる反射感度を持つ光を
容器から出射する。

【０２６８】請求項９記載の発明に係る傾き検出装置に
よれば、透明な液体及び自由液面を透過して容器から出
射した光が光学手段により反転され、この反転した光が
自由液面で全反射して容器から出射することによって、
光が透明な液体及び自由液面を透過したときの屈折角
と、前記反転した光が自由液面で全反射して容器から出
射するときの屈折角とが相殺されるとともに、容器から
出射されてた光は反射感度補正手段によって角度変化が
与えられ２軸方向の光成分の反射感度が等しくされる。
これによって、温度変化により透明な液体の屈折率が変
化しても、その影響を受けないため、傾き補正の精度の
低下を防止できる。

【０２６９】請求項１０記載の発明に係る傾き検出装置
によれば、液体を透過した際、感度変更手段によって２
軸方向の光成分の透過感度を変更された光が自由液面で
全反射し、２軸方向にそれぞれ異なる反射感度を持つ光
を容器から出射する。

【０２７０】請求項１１記載の発明に係る傾き検出装置
によれば、光源からの光が液体及び自由液面を２回透過
することによって、温度変化によって変化する液体の屈
折率の影響をなくすことができる。したがって、温度変
化による傾き補正の精度の低下を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の第１の実施形態に係る自動傾
き補正装置を示す全体構成図である。

【図２】図２は２軸方向の光成分の角反射部での反射を
示す説明図である。

【図３】図３はこの発明の第２の実施形態に係る自動傾
き補正装置を全体構成図である。

【図４】図４はこの発明の第３の実施形態に係る自動傾
き補正装置を全体構成図である。

【図５】図５は図１に示す自動傾き補正装置の応用例を
示す全体構成図である。

【図６】図６はこの発明の第４の実施形態に係る傾き検
出装置を示す全体構成図である。

【図７】図７はこの発明の第５の実施形態に係る傾き検
出装置を示す全体構成図である。

【図８】図８はこの発明の第６の実施形態に係る傾き検
出装置を示す全体構成図である。

【図９】図９はこの発明の第７の実施形態に係る自動傾
き補正装置を示す全体構成図である。

【図１０】図１０（ａ）はこの発明の第８の実施形態に
係る傾き検出装置を示す全体構成図、図１０（ｂ）はガ
リレオ式望遠鏡８のａ矢視図である。

【図１１】図１１は従来の自動傾き補正装置を示す全体
構成図である。

【図１２】図１２は従来の傾き検出装置を示す全体構成
図である。

【符号の説明】

１ レーザーダイオード ２ コリメートレンズ ３ 透明容器 Ｃ シリコンオイル Ｃ１ 自由液面 ４ アナモルフィックプリズム ５ 反射ミラー ６ ルーフプリズム ８ ガリレオ式望遠鏡 １０，１２，５１ ビームエキスパンダ ４０ ４分割受光素子 ４１ ２分割受光素子 ４０ ２分割受光素子

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、自由液面を有する透明な液体が
   収納された容器と、前記光源からの光が前記自由液面で
   全反射される入射角度で、前記光を前記自由液面へ向け
   る投光系とを備えた自動傾き補正装置であって、該装置
   からの出射光が常に一定の方向を向くように補正する自
   動傾き補正装置において、 前記自由液面で全反射して前記容器から出射した光を反
   転させると共に、反転した光が前記液体及び自由液面を
   透過するように反射する光学手段を備えていることを特
   徴とする自動傾き補正装置。
2. 【請求項２】 前記光学手段は、前記自由液面で全反射
   した光の直交する２軸方向の光成分の反射感度を等しく
   する反射感度補正手段を含むことを特徴とする請求項１
   記載の自動傾き補正装置。
3. 【請求項３】 前記入射角度は６０°であり、かつ前記
   光学手段は、前記反射した光が前記液体及び自由液面を
   １回透過するように、前記容器から出射した光を反射す
   ることを特徴とする請求項１又は２記載の自動傾き補正
   装置。
4. 【請求項４】 前記光学手段は、前記反転した光が前記
   液体及び自由液面を２回透過するように、前記容器から
   出射した光を反射し、かつ前記液体及び自由液面を２回
   透過して前記容器から出射した光が鉛直又は水平方向を
   向くように、前記容器から出射した光に角度変化を与え
   る角度変更手段を含むことを特徴とする請求項１又は２
   記載の自動傾き補正装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載の自動傾き補正装置
   を用いた傾き検出装置において、 前記液体及び自由液面を透過して前記容器から出射した
   光を受光する受光手段を備えていることを特徴とする自
   動傾き検出装置。
6. 【請求項６】 前記入射角度が６０°であり、前記光学
   手段は、前記反転した光が前記液体及び自由液面を２回
   透過するように、前記容器から出射した光を反射し、か
   つ前記受光手段は、前記液体及び自由液面を１回透過し
   た光を受光する第１の受光部と、前記液体及び自由液面
   を２回透過した光を受光する第２の受光部とを有するこ
   とを特徴とする請求項５記載の自動傾き補正装置。
7. 【請求項７】 光源と、自由液面を有する透明な液体が
   収納された容器とを備えた自動傾き補正装置であって、
   該装置からの出射光が常に一定の方向を向くように補正
   する自動傾き補正装置において、 前記光源からの光を前記液体及び自由液面を透過させる
   投光系を備え、 前記自由液面を透過して前記容器から出射した光を反転
   させると共に、反転した光を前記自由液面で全反射する
   ように反射させる光学手段と、 前記自由液面で全反射した光の直交する２軸方向の光成
   分の反射感度を等しくする反射感度補正手段とを備えて
   いることを特徴とする自動傾き補正装置。
8. 【請求項８】 前記光学手段は、前記自由液面を透過し
   た光の直交する２軸方向の光成分の透過感度を変更する
   透過感度変更手段を含むことを特徴とする請求項７記載
   の自動傾き補正装置。
9. 【請求項９】 光源と、自由液面を有する透明な液体が
   収納された容器とを備えた自動傾き補正装置であって、
   該装置からの出射光が常に一定の方向を向くように補正
   する自動傾き補正装置を用いた傾き検出装置において、 前記光源からの光を前記液体及び自由液面を透過させる
   投光系を備え、 前記自由液面を透過して前記容器から出射した光の向き
   を反転させると共に、反転した光を前記自由液面で全反
   射するように反射させる光学手段と、 前記自由液面で全反射して前記容器から出射した光を受
   光する受光手段とを備えていることを特徴とする傾き検
   出装置。
10. 【請求項１０】 前記光学手段は、前記自由液面を透過
    した光の直交する２軸方向の光成分の透過感度を変更す
    る透過感度変更手段を含むことを特徴とする請求項９記
    載の自動傾き検出装置。
11. 【請求項１１】 前記光源からの光が前記液体及び自由
    液面を２回透過するように反射手段を備えたことを特徴
    とする請求項９又は１０記載の自動傾き検出装置。