JPS62502913A

JPS62502913A - 高分解能デジタル傾斜計

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Publication number: JPS62502913A
Application number: JP61502701A
Authority: JP
Inventors: ミルズ　フロイド　ジエフリ−
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-05-28
Filing date: 1986-04-22
Publication date: 1987-11-19
Also published as: US4606133A; EP0223782A1; AU5863786A; CA1256208A; EP0223782A4; WO1986007139A1

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】高分解能デジタル傾斜計光里皇背景１、発明の分野本発明は、−ｍに傾斜計に関し、特に高分解能デジタル傾斜計に関する。

２、発明の背景高い分解能を有し且つ水平、垂直及び予め選択された自重角度などの様々な角度に対する傾斜のデジタル読出しを提供することができる携帯用ハンドタイプの傾斜計はしばらく以前から必要とされていた。さらに、２つの面の角度差を測定することができる装置を有することが望ましい。装置が予め選択された角度まで傾斜したときの可聴トーンの発生などのその他の特徴、表示のために特定の角度を保持する能力及び高分解能計器と関連するその他の自動化特徴は先行技術においては示されておらず、そのような装置に強く要求される特徴となっている。

光■■景翌本発明は、垂直、水平及び自重角度に対する傾斜角をデジタル表示することができ、且つきわめて高分解能の位置指示を提供することができる円板エンコーダなどの傾斜指示器を利用する傾斜計を提供することにより先行技術の欠点と限界を克服する。コード化円板は流体の中に配設され、摩擦力をほぼ除去すると共に、円板が重力場の力と精密に整列（アライメント）することを許容しきわめて高分解能の傾斜の読取り値を発生するために円板を流体の中で平衡状態とするように浮力が与えられる。

本発明はマイクロプロセッサ制御装置を動作させるプログラム機能を選択するために命令指令信号を発生するキーボードなどの命令指令入力装置をさらに利用する。様々なプログラム機能は垂直及び水平に対する傾斜をデジタル表示することができ、自重角度を選択することができ、また、選択された自重角度に対する傾斜を示すデジタル信号を発生することができる。プログラム機能は、さらに、傾斜計の垂直、水平又は予め選択された自重角度とのアライメントを指示する可聴信号を発生するために所定の角度を保持し且つ可聴指示器を動作させる。円板コード化ホイールの組合せ使用と、円板コード化ホイールを平衡状態とするための浮力の使用とにより傾斜計の傾斜を示すきわめて高分解能の信号が発生される。

本発明において利用されるマイクロプロセッサは装置のオペレータにきわめて有用である様々なデジタル表示を発生する複数のプログラム機能を実行することができる。

この結果、本発明は、傾斜計内部における円板エンコーダの位置を示す高分解能位置データを発生する円板エンコーダ、円板エンコーダを包囲して円板エンコーダの支持媒体を形成する流体、円板エンコーダに対する摩擦力をほぼ除去するために円板エンコーダを流体の中で平衡状態に維持する浮力、及び傾斜計の傾斜を表わす高分解能位置データを検出する検出器を具備する、傾斜角を示すデータ信号を発生する傾斜計から成る。

本発明は、また、流体を保持するケース、ケースに回動自在に結合され、ケースに対するコード化ホイールの位置を示す高分解能位置データを発生するデジタルコード化ホイール、デジタルコード化ホイールに取付けられて、デジタルコード化ホイールのケースへの回動自在の結合に起因する摩擦力をほぼ除去するためにデジタルコード化ホイールを流体の中で平衡状態に維持する浮力装置、デジタルコード化ホイールを読取り、ケースに対するデジタルコード化ホイールの位置を示す高分解能位置データに対応する電気的データ信号を発生する光学検出器、命令指令信号を発生する命令指令入力装置、選択された処理機能を実行するためのプログラム、選択された処理機能を実行し、命令指令信号に応答して電気的データ信号を処理し、傾斜計の２つ以上の向きに対する傾斜計の傾斜を表わすデジタル表示信号を発生するマイクロプロセッサ、及びデジタル表示信号のデジタル表示を発生するディスプレイを具備する、傾斜角の様々なデジタル表示信号を高分解能で発生する傾斜計から成る。

本発明は、デジタルコード化ホイールを流体の中に浮力により支持して、そうしない場合にデジタルコード化ホイールを支持するために発生されると考えられる摩擦力をほぼ除去すると共に、デジタルコード化ホイールを所定の平面において所定の平面における傾斜の程度とは無関係に等しい分解能で重力とアライメントさせる過程、デジタルコード化ホイールを光学検出器により光学的に読取る過程、傾斜を示す電気的データ信号を発生する過程、傾斜を表わすデジタル表示信号を発生するために電気的データ信号をマイクロプロセッサにおいて処理する過程、及びデジタル表示信号に応答して視覚デジタル表示を発生する過程から成る、傾斜計の傾斜のデジタル表示を発生する方法から成る。

Ｈ皿皇皿単ム説所本発明を説明するための、現時点において好ましい実施例が添付の図面に示されるが、該図面において：第１図は、本発明の一実施例の概略的な分解的な等角投影図、第２図は、第１図に示される装置の概略的な断面図、第３図は、本発明の他の実施例の概略的な分解等角投影図、第４図は、第３図に示される組立て後の装置の上面の概略的な切取図、第５図は、第４図に示される装置の断面図、第６図は、第４図に示される装置の端面図、第７図は、第４図に示される装置の断面図、第８図は、第３図に示される実施例に従って利用されるデジタルコード化ホイール、浮動装置及び釣合いおもりの概略的な端面図、第９図は、第８図の断面図、第１０図は、本発明の光学ヨーク、光学的構成要素及びデジタルコード化ホイールの概略的な断面図、第１１図は、本発明に従って利用される電子ノ１−ドウエアの概略的なブロック線図、第１２図は、第１１図のエンコーダ検出器により発生される波形の略図、第１３図は、本発明のエンコーダ検出器の略図、第１４図は、本発明に従って利用されるプログラムにより実行される処理機能の流れ図である。

光里夏註坦星脱所第１図は本発明の傾斜計１０の一実施例の概略的な分解等角投影図である。傾斜計１０はケース手段１２、デジタルコード化ホイール手段１４として説明される傾斜指示器手段、浮力手段１６、及び光学検出器手段１８を具備する。ケース手段１２は、ケース手段１２の凹部の中に流体（図示せず）を保持するケースハウジング部分２０　、２２を含む。ガスケット２３はケース手段１２の凹部の中の流体を維持するように機能する。回転自在の手段１４はデジタルコード化ホイール手段１５、浮力手段１６、シャフト２４、コネクタ装置１０８及び釣合いおもり３０を含む。デジタルコード化ホイール手段１５は、ケースハウジング部分２０　、２０にそれぞれ結合される軸受２６　、２８の内部に取付けられるシャフト２４に結合される。

釣合いおもり手段３０もデジタルコード化ホイール手段１５に取付けられて、デジタルコード化ホイール手段１５と重力とのアライメントを助ける。

軸受２６　、２Ｂは傾斜計１０の組立て中にケースハウジング部分２０　、２２にそれぞれ螺合される。ガスケット３２はケース手段１２の内部の流体を密封し、一方、係止ノット３４は軸受２６をケースハウジング部分２０に固着する。流体はニップル３６を介してケース手段１２の凹部の中に注入される。栓３８は流体の漏れを防止するためにニップル３６の開口を密閉する。ボルト４０と同様の一連のボルトはケースハウジング部分を固着するために使用される。観察窓４２により、光学コード化ホイール手段１５の位置と動きを目視観察することができる。

光学検出器手段１８は、光学ヨーク手段４８に取付けられる光学伝送手段４４及び光学受光手段４６を含む。光学検出器手段１８はケース手段１２の延出部分５０の内部に取付けられる。光学ヨーク手段４８に形成される溝穴開口５２は、ケースハウジング部分２２の開口５６を通して挿入されるカム５４と係合する。カム５４が回転運動すると、オフセットローブは光学ヨーク手段４８を垂直方向に移動させる。同様に、穴５８は、摺動板５８に取付けられるピン５７と係合する。摺動板５８は摺動板５８の溝穴６４におけるカム６２の動きに応答してケースハウジング部分２２の溝穴６０の中を移動する。これにより、第１図に示されるように、光学ヨーク手段４８は水平方向に移動する。従って、カム５４が光学ヨーク手段４８の垂直方向の動きを調整するのに対し、カム６２は光学ヨーク手段４８の水平方向の動きを調整して、光学伝送手段４４及び光学受光手段４６をデジタルコード化ホイール手段１５のコード化マーク６６及び指標マーク６８と精密にアライメントする。

コネクタ装置７０は、光学受光手段４６により発生される高分解能位置データ信号及び光学伝送手段４４への電力信号を搬送するワイヤ７２を接続するためのものである。コネクタブロック７４はコネクタ装置７０を結合ボルト７６　、７８を介して延出部分５０に結合する。ケーブルコネクタ８０は特定の機能を実行するための電子装置へ電気信号を殿送する。

第２図は第１図に示される装置の概略的な断面図である。

第２図は、カム５４及び５８が溝穴５２、ピン５７及び摺動板５８の使用によって光学ヨーク手段４８を制御する方式をさらに詳細に示す。さらに、ワイヤ７２を通すための光学ヨーク手段４８の開口も示されている。また、ねじボルト８０゜８６は板８８に圧力を加えて、光学ヨーク手段４８をケース／’ｔウジング部分２０　、２２により形成される凹部の中に確実に保持する。第２図は、ねじボルト７６　、７８がコネクタ装置７０及びコネクタブロック７４をケースハウジング部分２０　、２２にそれぞれ保持する状態をさらに示す。

第２図は光学伝送手段４４及び光学受光手段４６を含む検出器手段１８の詳細をさらに示す。光学伝送手段４４は、プリント回路板９０に取付けられる複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ　’　５）８Ｂを有する。発光ダイオードは放射光線を、ＬＥＤ　’　ｓ８８により発生される放射光線を円柱状ビームに形成するように機能する光学的に透過性のレンズ装置９２を介して発生する。この光は半透明板９４と、デジタルコード化ホイール手段１５のコード化マーク６６及び指標マーク６８とを通過して光学受光手段４６に達する。光学受光手段４６は、１つおきのコード化マーク６６の対からのデータを透過するようにアライメントされる複数の透過部分を有する基板９８に光を送る半透明板９６を含む。次に、円柱状の放射光ビームはレンズ１００を介して、プリント回路板１０４に配設された複数個の光学検出器１０２に送られる。次に、このデータはデータワイヤ７２を介して出力コネクタ８０へ伝送される。半透明板９４　、９６は光学的に透過性のレンズ装置９２　、１００のそれぞれと、ケースハウジング部分２０　、２２の間に形成される凹部１０６の中に封入される流体８２との間に間隙を維持する。

さらに、半透明板９４　、９６は半透明板９４　、９６と流体８２との境界面に屈折効果が起こらないように光学的に透過性のレンズ装置９２により透過される円柱状ビームに対しほぼ垂直にアライメントされる。

前述のように、浮力手段１６は、デジタルコード化ホイール手段１５、シャフト２４、及びデジタルコード化ホイール手段１５をシャフト２４に結合するように機能するコネクタ装置１０８を含めて傾斜計１０の内部に配設される回転自在の手段１４に浮力を与える。

シャフト２４は、軸受手段２６及び同様の軸受手段１１０を介して空洞１０６の内部に支持される。これらの軸受手段のそれぞれは、その内部に配設されてラジアル軸受とスラスト軸受の双方として機能する軸受１１２を有する。軸受１１２の表面とシャフトとの間には、浮力手段１６が回転自在の手段１４を平衡状態としたとき、軸受１１２とシャフト２４の間に摩擦力がほぼ発生されないように、十分な間隙が設けられる。従って、軸受１１２はシャフト２４のガイドとして作用するのみである。摩擦力が発生されないため、デジタルコード化ホイール手段と重力場の力との非常に精密なアライメントを達成することができる。これにより、デジタルコード化ホイール手段１５は傾斜を示す非常に高い分解能情報を提供することができる。

動作に際して、第１図及び第２図に示される実施例は組立てられ、且つ軸受１１２により発生される摩擦力をほぼ排除するために回転自在の手段１４を平衡状態とする圧力までニップル３６を介して流体で充たされる。釣合いおもり手段３０及び浮力手段１６は回転自在の手段１４を重力場の力と高度な分解能をもって精密にアライメントする。光学伝送手段４４は、デジタルコード化ホイール手段１５のコード化マーク６６及び指標マーク６８を透過する光学伝送信号を発生する。光学伝送信号は光学受光手段４６により検出される。その後、デジタルコード化ホイール手段の位置と傾斜計の傾斜を示す高分解能位置データは出力線７２を介してケーブルコネクタ８０へ伝送される。

第３図は、ケース手段１１４、光学キャリフジ手段１１６、回転自在の手段１１８、光学伝送手段１２０、光学受光手段１２２、及び圧力端板１２４を含む本発明の別の実施例の概略的な分解図である。ケース手段１１４は本体部分１２６、端キャップ１２８、及びケース手段１１４の内部に封入される流体を密封すると共に光学伝送手段１４４及び光学受光手段１４６からのワイヤ１３４及び１３６をそれぞれ開口１３８．１４０及び端板１２８を通して延出させるためのワイヤキャンプ１３０．１３２を含む。端板１２８には、ケース手段１１４の内部に形成される空洞の中に流体を注入するための開口１４２がさらに形成されている。

圧力端板１２４はケース手段１１４の他方の開端部にはめ込まれ、ばね１４６により発生される力による所定の圧力が加えられるダイアフラム１４４を含む。第３図に示される実施例の組立ての際に、ダイアフラム１４４により発生される圧力は外部の温度又は圧力の変化によるケース１１４内部における気泡又はエアポケットの発生を防止する。ケース手段１１４の内部に気泡又はエアポケットが形成されると空洞の内部で光の屈折を生じさせ、それにより、回転自在の手段１１．８のデジタルコード化ホイール１４８の読みが不正確になるおそれがあると考えられる。

光学キャリッジ手段１１６は伝送光学キャリフジユニット１５０と、受光光学キャリッジユニット１５２とを含む。これらの装置は全く同じ構造であり、同じ型から成形することができる。さらに、それらは光学通過窓１５４が光学伝送ヨーク１２０からの光を光学受光ヨーク１２２に伝送することができるように光学的に透過性のプラスチックから射出成形されても良い。伝送光学キャリフジ手段と受光光学キャリッジ手段は、共に、その内部に配設されて回転自在の手段１１８を支持する軸受手段１５６を有する。ピン１５８，１６０は光学キャリフジ手段１１６の２つの部分１５０．１５２を接合するために穴１６４．１６４と係合する。

回転自在の手段１１８はデジタルコード化ホイール手段１４８、同じ型で成形されるプラスチックの２つの部分から形成される円板手段１６６、円板手段１６６に一体に成形される浮力手段１６８及び円板１６６の２つの成形部分を一体に保持し且つ回転手段１１８を光学キャリッジ手段１１６内に支持するように機能するシャフト１７０とを含む。

光学伝送手段１２０は、ワイヤ１３４に接続される光学伝送装置が内部に配設されている一体的に成形されたシェル光学伝送ヨーク１７２を含む。一体的に成形された光学伝送ヨーク１７２は伝送光学キャリッジ手段１１６の凹部１７４に嵌合するように構成される。ワイヤ１３４は穴１７６を介して凹部１７４から出る。六１７８は一体的に成形された光学伝送ヨーク１７２を伝送光学手段１５０にはめ込む前に光学伝送手段１２０をアライメントするために一体的に成形された光学伝送ヨーク１７２の上部に設けられる。

光学受光手段１２２は一体的に成形された光学受光ヨーク１７２の構造と全く同じ一体的に成形された光学受光ヨーク１７８から形成される。同様に、光学受光ヨーク１７８の内部には光学受光装置が配設される。位相板１８０は光学受光ヨーク１７８に結合され、デジタルコード化ホイール手段１４８の光学コード化データ１８４を検出するデータ開口手段１８２及び指標インジケータ１８８を検出するデジタル開口手段１８６を含む。

光学キャリッジ手段１１６は、光学キャリ７ジ手段１１６を傾斜計の内部の固定位置に保持するためにケース手段１１４の隆起リブ部分１９０の間を摺動するように構成される。

第４図は、第３図に示されるような傾斜計の切取平面図である。第４図は、光学伝送手段１２０がデジタルコード化ホイール手段１４８とアライメントされている状態を示す。第４図は、ケース手段１１４の内部に封入される流体に対して圧力を発生するためにばね１４６がダイアフラム１４４に圧力を加える状態をさらに示す。

第５図は、回転自在の手段１１８と、光学伝送手段１２０と、光学受光手段１２２との詳細部分を示す第４図の断面図である。

回転自在の手段１１８は、デジタルコード化ホイール１４８の両面にわたり一体に接合される２つの一体成形プラスチック部分から形成される。２つの一体成形プラスチック部分は浮力手段１６８を構成する密閉エアポケットを形成する。中心部分２００はシャフト１７０に摩擦ばめされる中実成形プラスチック部分である。シャフト１７０の摩擦ばめは円板手段１６６の２つの部分を一体に保持し、また、それらはデジタルコード化ホイール１４８に接合される。回転自在の手段１１Ｂに適正な浮力を与えるために、回転自在の手段１１８全体が傾斜針において使用される流体と同一の流体に浸され、浮力は回転自在の手段１１Ｂを平衡状態とするためにおもり２０２を選択することができるように測定される。シャフト１７０はスラスト軸受２０４及びラジアル軸受２０６により光学キ苓りンジ手段１１６内に支持される。

第５図は光学伝送手段１２０及び光学受光手段１２２の詳細をさらに示す。光学伝送手段１２０は発光ダイオード２１０が取付けられたプリント回路板２０８を含む。発光ダイオードにより発生される光はレンズ２１２により円柱状ビームに形成されて、光学キャリッジ手段１１６の半透明部分２１４を透過する。埋込用材料２１６は流体２１８が光学伝送手段１２０の内部にしみ込むのを阻止するために光学伝送手段１２０の内部に配置される。

光学伝送手段１２０から伝送される光はデジタルコード化手段１４８を透過し、受光光学キャリッジ手段１５２の光学的に半透明の部分２２０を通過する。位相板２２２は、屈折レンズ２２４によりプリント回路板２２８に取付けられた検出器２２６に集束される位相信号を発生する。光学受光手段１２２に流体が侵入するのを阻止するために光学受光手段１２２においても埋込用材料２３０が使用される。

第６図は圧力端板１２４を示す第４図の端面図である。第６図はダイアフラム１４４が端板においてアライメントされた状態を示す。

第７図は、回転自在の手段１１８が傾斜計の内部に取付けられた状態を示す第４図の断面図である。第７図は、光学キャリフジ手段１１６がケース手段１１４の内部に取付けられた状態をさらに示す。

第８図は回転自在の手段１１８の概略的な側面図である。デジタルコード化ホイール手段１４８の一連の透過性部分から構成することができるデジタルコード化データ１８４は傾斜計内部におけるデジタルコード化ホイール手段１４８の位置を示す高分解能位置データを提供する。指標データ１８８はデジタルコード化データ１８４をカウントするための最初のカウント位置を指示する指標を提供する。第８図は浮力手段１６８及びおもり手段２０２をさらに示す。

第９図は、回転自在の手段１１８に浮力を与えるために円板手段の２つの同じ型から成形される部分が密閉空洞１６８を形成する状態を示す第８図の断面図である。２つの同じ型から成形される部分をデジタルコード化ホイール手段１４８に接合することにより、流体の空洞１６８への侵入は阻止される。

第１０図は光学伝送手段１２０及び光学受光手段１２２を示す詳細な断面図である。光学伝送手段１２０の一体成形された光学発光ヨーク１７２は、伝送光学キャリッジ手段１５０の光学的に透過性の部分２１４に当接する足部２３０を有する。前述のように、レンズ２１２は光学的に透過性の部分２１４を透過させるためにＬＥＤ　’　ｓ　２１０により発生される光の円柱状ビームを形２２０とは、流体と光学的に透過性の部分２１４．２２０との境界面における光の曲折を阻止するために光の透過方向に対してほぼ垂直である。光学的に透過性の部分２１４，２２０はレンズ２１２゜２２４と光学的に透過性の部分２１４，２２０との間にそれぞれさらに空間２３２，２３４を形成する。これにより、レンズとそれに接する空気との間に適正な屈折を確実に生じさせることができる。

第１１図は本発明の電子回路部分の概略的なブロック線図である。電子回路の中心は、Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、Ｉｎｃ。

により製造されたＣＯＰ　３４４ｃマイクロプロセツサから成るマイクロプロセッサ２３６である。クロック信号はクロック２３８によりマイクロプロセッサ２３６のクロンクポート２４０に対し発生される。様々なソースからのデータはマイクロプロセッサ２３６のデータポート２４２を介して挿入される。マイクロプロセッサ２３６により発生される選択信号は選択ポート２４４を介して伝送される。マイクロプロセッサ２３６により発生されるアドレス信号はアドレスポート２４６を介して伝送される。マイクロプロセッサ２３６により発生されるクロック信号は出力ポート２４８を介して伝送され、一方、データはデータボート２５０を介して伝送される。マイクロプロセッサ２３６により発生されるトーン信号はトーンポート２５２を介して伝送される。

エンコーダ検出器２５４は第３図から第１０図に示される実施例の光学受光手段１２２と、第１図及び第２図に示される実施例の光学受光手段４６とから成る。

エンコーダ検出器２５４としても知られている光学受光手段は、傾斜計内部におけるデジタルコード化ホイール手段の位置を表わす高分解能位置データ信号である正弦信号及び余弦信号を発生する。これらの位相信号は位相板のデータ開口手段１８２の、デジタルコード化円板１４８のデジタルコード化データ１８４に対する位置の結果として発生される。位相板のデジタル開口手段１８２は、デジタルコード化円板１４８の１つおきの開口から光が位相板を通過するようにアライメントされる。これにより、デジタルコード化ホイール手段の回転方向を判定することができる。

第１２図は正弦出力２５６及び余弦出力２５８をさらに明瞭に示す。第１２図かられかるように、データ開口手段１８２は検出器に９０度ずつ位相のずれた出力２５６．２５８を発生させる。さらに、指標信号は、デジタルコード化ホイール手段１４８の指標インジケータ１８８を検出する検出器により発生される。

正弦信号、余弦信号及び指標信号のこれら３つの信号はアップ／ダウンカウンタ２６０に送られるが、これは第１３図にさらに詳細に示されている。アップ／ダウンカウンタ２６０はデジタルコード化ホイール手段の第１の方向への回転に対してはカウントアツプすることによりデジタルコード化ホイール手段の位置を示すカウントを提供し、デジタルコード化ホイール手段の逆方向への回転運動に対してはカウントダウンする。この高分解能位置データカウントは、そのカウントを記憶し、カウントが変化したときにカウントを更新し且つ選択信号線２６４により動作されたときはこのデータをデータバス２４２を介してマイクロプロセッサ２３６のデータ入力端子へ送る反転バッファ２６２に供給される。選択信号線２６４は、マイクロプロセッサ２３６により発生されるアドレス信号２４６に応答して反転バッファ２７４、反転バッファ２６２、反転バッファ２７６又はディスプレイドライバ２７８のいずれか１つをそれぞれイネーブルするために４本の選択信号線２６８．２６４．２７０゜２７２の１つに出力を発生するデコーダ２６６により発生される。

反転バッファ２７４，２６２，２７６はそれぞれデータバス２４２に結合されるので、一度に選択信号線２６８，２６４，２７０の１つのみをイネーブルすることしかできない。選択信号線２７２はディスプレイドライバ２７８を動作させるためにいつでもイネーブルすることができる。

反転バッファ２７４はキーボード２８０により発生され、選択された特定のキーボードボタンを指示する４ビツトデ一タ信号を記憶する。マイクロプロセッサ２３６により発生される選択信号線２４４は、バッファ２７４に記憶され、キーボード２８０で選択された行を指示する情報が選択されたキーボードボタンを指示するのに十分な情報をマイクロプロセッサ２３６に提供するようにキーボード２８００列を順次走査する。反転バッファ２７４により提供されるデータは、マイクロプロセッサ２３６のプログラムに記憶された処理機能を選択するように作用する命令入力信号又は命令指令信号から成る。これらの様々な処理機能は第１４図にさらに詳細に開示される。反転バッファ２６２により提供されるデータは、傾斜計内部のデジタルコード化ホイール手段の位置を示す高分解能位置データから成る。反転バッファ２７６はマイクロプロセッサ２３６の動作モードを指示するためのデータを提供する。デジタル信号はオペレータにより選択が可能であるディップスイッチ２８２、及び入カバソファと５ボルトの電源電圧に接続されるプルアンプ抵抗器２８４により発生される。

マイクロプロセッサ２３６はマイクロプロセッサ内部に記憶されている選択されたプログラム機能に従ってデータを処理し、デジタル表示信号から成るディスプレイドライバ２７８に印加されるデータ出力信号２５０を発生する。マイクロプヮ七７す２３６は可変周波数トーン発生器２８６に印加される出力２５２をさらに発生し、このトーン発生器は傾斜計の垂直、水平又は選択された自重角度などの予め選択された角度とのアライメントを示す可聴トーンを発生する。ディスプレイドライバ２７８に印加されるクロック出力２４８もマイクロプロセッサ２３６により発生される。ディスプレイドライバ２７８が選択信号線２７２によりイネーブルされると、データ信号２５０はイナンシエータ出力２８８及びディスプレイ出力２９０を発生するためにディスプレイドライバ２７８において処理される。イナンシェーク出力２８８は、傾斜計の動作モードを指示するために１つのイナンシェーク素子とアライメントされる一連の印刷情報信号から成るイナンシェークディスプレイ２９２の予め選択されたイナンシェークディスプレイ素子をイネーブルするための選択信号線から成る。イナンシェークディスプレイ２９２は、たとえば、イナンシェーク素子の１つの点灯により垂直又は水平又は予め選択された自重角度に対する傾斜角を傾斜計が提示していることを指示することができるであろう。

数字ディスプレイ信号２９０は、傾斜角を示すＬＣＤ続出し装置から構成することができる数字ディスプレイ２９４に印加される。

第１３図はアップ／ダウンカウンタ２６０の動作の詳細なブロック線図である。

第１１図においてはエンコーダ検出器２５４として示される光学受光手段４６及び１２２は前述のように正弦信号２５６を発生し、この信号は２段シフトレジスタと同様に機能する一連の２つのフリツプフロツプ２９６，２９８に印加される。同様に、光学受光手段からの余弦出力２５８は、同様に２段シフトレジスタのように機能するフリツプフロツプ３００　、３０２に印加される。クロック信号３０４はデータをシフトレジスタを介してシフトするためのリセント信号として使用される。データセレクタ３０６は、アップカウントを発生するためにデジタルコード化ホイール手段の正方向への運動方向を決定するか又はダウンカウントを発生するために負方向への運動方向を決定することができる論理装置から成る。アップカウント又はダウンカウントはアップ／ダウンカウンタ３１２に記憶されている現在カウントにカウントを加えるか又は現在カウントからカウントを減するかのいずれかである。

従って、データセレクタ３０６の論理は、フリップフロップ２９６．３００及びフリツプフロツプ２９８　、３０２にそれぞれ保持される現在データ及び先のデータに応答して記憶されたカウントにアンプカウントを加えるか又は記憶されたカウントからダウンカウントを減することができるアップ／ダウンカウンタ３１２に印方口されるアンプカウント３０８及びダウンカウント３１０を発生する。

正弦信号２５６、余弦信号２５８及び指標信号２５９は、全て、アップ／ダウンカウンタ３１２に印加されてアップ／ダウンカウンタ３１２の内部に記憶されたカウントをクリアするクリア信号を発生する論理ゲート３１４に印加されるアップ／ダウンカウンタ３１２により発生される出力３１８は、第１１図に示されるように、反転バッファ２６２に印加される。

第１４図はマイクロプロセッサ２３６により実行されるプログラミング機能を示す流れ図である。プログラム機能により実行される第１のステップは、マイクロプロセッサの異なるレジスタの内部において適切な基準信号をセットする、ブロック３２０により示されるパワーアップ段階である。次に、マイクロプロセッサは第１図に示されるような指標マーク６８及び第３図に示されるような指標マーク１８８が光学検出器手段により検出されたか否かを判定する。指標マークは第１３図に示されるようなアップ／ダウンカウンタ２６０に対してゼロカウント基準を形成する。エンコーダ指標マークが検出されていなければ、プログラムループは指標マークが検出されるまで循環し続ける。次に、プログラムは、決定ブロック３２４により示されるように、キーボード２８０においてキーが押されたか否かを検出する。′キーが押されていなければ、ブロック３２６により示されるように、反転バッファ２６２によりイネ−ブリング信号線２６４を介してカウンタ２６０が読出される。プログラムは次に、決定ブロック３２８により示されるように、キーフラグがセットされているか否かを検査する。キーブロックがセットされていなければ、プログラムは次にカウンタに記憶されたカウントが最新の読みから変化したか否かを判定するために検査する。変化していなければ、プログラムは決定ブロック３２４に戻ってキーが押されたか否かを判定する。傾斜計に現われる表示は同じままであり、マイクロプロセッサ２３６の出力に変化はない。しかしながら、決定ブロック３３０においてカウンタの最新の読みから変化があったことをプログラムが判定すると、ブロック２３２により示されるように、新しい角度がマイクロプロセッサ２３６において計算され、ブロック３３４により示されるように、新しい角度を表示するためにディスプレイデータ信号２５０が発生される。

プログラムは次に再び決定ブロック３２４に戻ってキーが押されたか否かを判定する。決定ブロック３２８においてキーフラグがセントされていることをプログラムが判定した場合、プログラムはキーフラグをリセットし、ブロック３３２に示されるように、新しい角度の計算に直接進む。

決定ブロック３２４においてキーが押されたと判定されると、プログラムは決定ブロック３３８に進み、角度を垂直に対して計算すべきであることを指示するためにキーボードのキーが押されたか否かを判定する。決定ブロック３３８においてゼロ垂直モードにあることが判定されると、ブロック３４０により示されるように、ゼロ垂直モードフラグがセットされる。次にプログラムはブロック３４２により示されるようにキーフラグのセントに進み、ブロック３２６に戻ってカウンタを読出し、上述のように動作を進める。決定ブロック３３８において傾斜計がゼロ垂直モードにないと判定されれば、プログラムは決定ブロック３７０に進み、水平に対する傾斜角読み値を発生するためにキーボードにおいてゼロ水平ボタンが押されたことを指示する、ゼロ水平モードにあるが否かを判定する。決定ブロック３３４において傾斜計がゼロ水平モードにあると判定されると、ブロック３４６においてゼロ水平モードフラグがセントされ、プログラムは、ブロック３４２により示されるように、キーフラグのセントに進む。

ゼロ水平モードボタンが押されなかったことが判定されると、プログラムは決定ブロック３４８に進み、傾斜計が自重モードに関して角度を計算すべきであることを指示する、自重モードボタンが押されたが否かを判定する。自重モードは自重モードボタンが押されたときに傾斜角を読取り、その角度を傾斜計のゼロ傾斜角として記憶することにより動作する。

傾斜計が自重モードにある場合、自重フラグはブロック３５０においてセントされる。

装置が自重モードにない場合は、プログラムは決定ブロック３５２に進み、傾斜計がトーンモードにあるか否か、すなわち、トーンインジケータボタンが押されたか否かを判定する。

トーンモードにおいては、傾斜計は水平、垂直又は自重角度などの所定の角度とのアライメントを指示するトーンを発生する。装置がトーンモードにあったことが判定されると、ブロック３５４においてトーンフラグがセントされる。

装置がトーンモードにないことが判定された場合は、プログラムは決定ブロック３５６に進み、プラス又はマイナス１８０度からの角度又はＯから３６０度の角度を表示するディスプレイ信号を提供するために装置がプラス又はマイナス１８０度モード又は０から３６０度モードにあったか否かを判定する。傾斜計がこれらのモードのいずれか一方にあった場合、プロ７り３５８において指定モードに関してフラグがセットされる。

装置がこれらのモードのいずれか一方にない場合は、プログラムは決定ブロック３６０に進み、装置が１０進法による角度値、分単位の角度値を表示するための又はラジアン単位の傾斜を表示するためのモードにあったか否かを判定する。ディスプレイの動作モードを指示するためにブロック３６２においてフラグがセントされる。

プログラムは次に決定ブロック３６４に進み、傾斜計が校正モードにあったか否かを判定する。校正モードになければ、決定ブロック３６６において不適正なボタンが押されたことが判定され、プログラムは校正ルーチン３６８に進み、決定ルーチン３７２に進んで校正ルーチンが終了した時点を判定する。

校正ルーチンが終了しない場合、プログラムは校正ルーチン３６８に戻る。校正ルーチンが完了していたならば、ブロック３４２においてキーフラグがセントされる。校正ルーチンは、２つの異なる設定値の間で平均信号を発生することができるように２つの設定値における傾斜計の傾斜角をサンプリングするプロセスを含む。傾斜計をほぼ水平な面に配置し、次に第２の読みを得るために１８０度回転させれば、平均信号はゼロ水平信号と非常に厳密に対応する。このようにして非常に精密な校正角を形成することができる。

従って、本発明は傾斜を指示するデータ信号を非常に高度な分解能をもって発生することができる傾斜計を提供する。

これはエンコーダ内部の円板の位置を示す高分解能位置データを提供することができる円板エンコーダの使用によって達成される。エンコーダは、シャフトとその支持軸受との間に発生される摩擦のような回転アセンブリを支持するために通常は発生されると考えられる摩擦を除去するように回転アセンブリに取付けられる浮力装置の使用によりエンコーダを支持する流体の中に配設される。これは傾斜計から得られる分解能を大きく向上させる。デジタルコード化ホイールを読取り、傾斜計の傾斜を指示するデータ信号を提供するために非常に精密な光学検出器装置が利用される。これらのデータ信号は、次に、垂直、水平又は選択された自重角度に対する傾斜を指示することができるディスプレイ信号を発生し、自重信号の選択を可能にし且つ度、ラジアン又は１０進形態の傾斜角のデジタル表示を発生するためにマイクロプロセッサ又は状態論理装置などの論理形装置において処理することができる。さらに、マイクロプロセッサは自重角度、水平又は垂直などの予め選択された角度との傾斜計のアライメントを指示するために可聴トーン信号を発生することができ、また、非常に正確な校正方法を使用する傾斜計の校正も可能である。

さらに、マイクロプロセッサ又は状Ｂ論理装置を使用して様々な制御機能を発生するための制御信号を発生させることができる。たとえば、大型銃又は迫撃砲などの武器の銃身の傾斜を精密に測定することにより武器の自動発射を自動的に制御することができる。さらに、マイクロプロセッサ又は状態論理装置により発生される自動化処理機能により測距装置などの他の装置からデータを自動的に読取ることが可能になるので、検出された距離範囲を発生するための適正な角度に武器を精密に傾斜させるためにサーボ制御信号を発生するように傾斜計により制御信号を発生することができる。従って、本発明は傾斜又は慣性力を高い精度で測定するどのような用途にも使用することができ、システムを実現するためにどのような種類の制御システム又はフィードバックシステムとも組合せて使用することができる。

本発明の詳細な説明は図解及び説明を目的として提示された。上述の記載は、全てを包含するものではなく、また、本発明を開示された厳密な形態に限定するものでもな（、上述の教示に照らして他の変形又は変更は可能であろう。実施例は、本発明の原理及びその実地への通用を最も良く説明することにより当業者が本発明を特定の用途に適合するような様々の実施例及び様々の変形で最も良く利用することができるようにするために選択され且つ説明された。請求の範囲は先行技術による制限のない限り本発明のその他の代替実施例を含むと解釈されるものとする。

１　特許出願の表示ＰＣＴ／Ｕｓ８６１０　Ｏ８４１、発明の名称高分解能デジタル傾斜計３　特許出願人住　所　アメリカ合衆国、コロラド　８０３０２．ボウルダー。

アルバイン　８１５．　４氏　名　ミルズ　フロイド　シェフ１）−５補正書の提出年月日補正請求の範囲８、該デジタルコード化ホイールを光学的に読取る該過程は：光学的伝送ヨークから該デジタルコード化ホイールを通過すべき光学的信号を発生する過程；該光学的信号が位相板を通過することにより該デジタルコード化ホイールを通過した該光学的信号の位相関係を識別する過程；該位相板を通過した該光学的信号を光学受光ヨークにより検出する過程；から成る請求の範囲第７項記載の方法。

９、（補正されたもの）傾斜計により発生される傾斜データに応答して傾斜の視覚表示を発生する装置であって；該傾斜データを記憶する手段；命令指令信号を発生する命令指令入力手段；該傾斜データの処理を含み、該命令指令信号に応答して選択された処理機能を実行し、表示信号を発生するプログラミング手段であって；該プログラミング手段は垂直に対する傾斜を示す表示信号を発生するための処理機能を実行する手段をさらに具備するもの；該選択された処理機能を実行するマイクロプロセッサ手段；該表示信号に応答して視覚表示を発生する表示手段；を具備する装置。

１０、該処理手段は度単位で情報を表示するための表示信号を発生するために処理機能を実行する手段を具備する請求の範囲第９項記載の装置。

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Claims

【特許請求の範囲】

１．傾斜角を示すデータ信号を発生する傾斜計であって、該傾斜計が：該傾斜計の中で回転するように配設され且つ重力場の力と整列させられる円板エンコーダ手段であって、該円板エンコーダ手段上にほぼ対称的に離間して設けられ該傾斜計内部における該円板エンコーダ手段の位置を示す高分解能位置データを提供する複数のコード化マークを有するもの；該コード化マークと１つおきに整列させられて該円板エンコーダ手段の方向性運動を示す方向情報を提供する位相板手段；該円板コード化手段を包囲して該円板エンコーダの支持媒体を形成する流体手段；該円板エンコーダ手段に対する摩擦力をほぼ除去するために該円板エンコーダ手段を該流体の中に平衡状態で維持する浮力手段；及び該方向情報及び該高分解能位置データを検出して該傾斜計の傾斜を表わす該データ信号を発生する検出器手段；を具備する傾斜計。
２．命令入力信号を発生する入力手段；および、該命令入力信号及び該データ信号に応答して制御信号を発生する論理手段；をさらに具備する請求の範囲第１項記載の傾斜計。
３．命令入力信号を発生する入力手段；および、該命令入力信号及び該データ信号に応答して表示信号を発生する論理手段；をさらに具備する請求の範囲第１項記載の傾斜計。
４．該傾斜計の所定の角度との整列を指示するために可聴トーンを発生するトーン発生器手段をさらに具備する請求の範囲第３項記載の傾斜計。
５．該入力手段は、該命令入力信号を自動的に発生する自動化入力装置を具備する請求の範囲第２項記載の傾斜計。
６．該データ信号に応答して傾斜のデジタル表示を発生する表示手段をさらに具備する請求の範囲第２項記載の傾斜計。
７．傾斜計の傾斜のデジタル表示を発生する方法であって；デジタルコード化ホイールを流体の中に浮力により支持して、そのようにしなければ該デジタルコード化ホイールを支持するために発生されると考えられる摩擦力をほぼ除去し且つ該デジタルコード化ホイールを所定の平面において該所定の平面の傾斜の程度とは無関係に等しい分解能で重力と整列させる過程；該デジタルコード化ホイールを光学検出器により光学的に読取る過程；傾斜を示す電気的データ信号を発生する過程：傾斜を表わすデジタル表示信号を発生するために該電気的データ信号をマイクロプロセッサにおいて処理する過程；及び該デジタル表示信号に応答して視覚的デジタル表示を発生する過程；を具備する、傾斜計の傾斜のデジタル表示を発生する方法。
８．該デジタルコード化ホイールを光学的に読取る該過程は：光学的伝送ヨークから該デジタルコード化ホイールを通過すべき光学的信号を発生する過程；該光学的信号が位相板を通過することにより該デジタルコード化ホイールを通過した該光学的信号の位相関係を識別する過程；および該位相板を通過した該光学的信号を光学受光ヨークにより検出する過程；を具備する請求の範囲第７項記載の方法。
９．傾斜計により発生される傾斜データに応答して傾斜の視覚表示を発生する装置であって；該傾斜データを記憶する手段；命令指令信号を発生する命令指令入力手段；該傾斜データの処理を含み、該命令指令信号に応答して選択された処理機能を実行し、表示信号を発生するプログラミング手段；該選択された処理機能を実行するマイクロプロセッサ手段；および、該表示信号に応答して視覚表示を発生する表示手段；を具備する傾斜計により発生される傾斜データに応答して傾斜の視覚表示を発生する装置。
１０．該処理手段は度単位で情報を表示するための表示信号を発生するために処理機能を実行する手段を具備する請求の範囲第９項記載の装置。