JP2008267956A - 傾斜角検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜角を電気信号として取り出す傾斜角検出器において、1つのラインセンサでもって2軸方向の傾斜角を検出するとともに、1つの気泡管を傾斜角検出器用と水平面の視認用に共用とすることによって、測量機のいっそうの低価格化を実現する。
【解決手段】この傾斜角検出器（50）は、気泡管（52）と、気泡管と同一水平面に配置された１本のラインセンサ（56）と、気泡管と同一水平面に配置されて気泡管内の気泡（64）の影（66、66’）をラインセンサの異なる位置に投射する２つの光出射手段（54a、54ｂ）とを備える。2つの光出射手段の一方（54ａ）からラインセンサと平行に出射された光（Ｌ）が、気泡管を照射した後にミラー（58）でラインセンサに垂直方向に反射されて、ラインセンサに到達するようにされる。2つの光出射手段の他方（54ｂ）からラインセンサに垂直に出射された光（Ｌ’）が、気泡管を照射した後に直接ラインセンサに到達するようにされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、傾斜角を電気信号として取り出す傾斜角検出器に関する。

測量、土木、建築等に用いられる測量機、すなわち自動レベル及び電子レベルには、わずかに傾斜にした場合に、自動的に視準軸を水平に補正するコンペンセーター（自動傾斜補正機構）が備えられている。ただし、このコンペンセーターには補正可能な傾斜限界があるので、自動レベル及び電子レベルがコンペンセンターで補正可能な範囲を越えたときには、警報を出すことが求められている。このために、傾斜角を電気信号として取り出す傾斜角検出器が必要である。なお、水平方向又は水平面とは、重力方向を基準に、これと直角の方向または平面をいう。

ところで、測量機に備えられ、測量機の傾斜角を電気信号として取り出す傾斜角検出器としては、下記特許文献１に記載されたようなものが知られている。

下記特許文献１に記載された傾斜角検出器を図４〜図６に示す。図４は、この傾斜角検出器の側面図である。図５は、この傾斜角検出器の平面図である。図６は、この傾斜角検出器に備えられるラインセンサからの出力を示す図である。

図４及び図５に示したように、この傾斜角検出器は、湾曲した上部内面１２を有する円形の透明な容器１３内に透明な液体１４と気泡１５を封入した気泡管１１を備える。傾斜角を電気信号として取り出すために、気泡管１１の下方の光源１６から光を出射し、この光をレンズ１７で平行光線にして気泡管１１を照射する。気泡管１１を透過した光は、気泡管１１の上方に配置されたハーフミラー１８で２つに分割される。ハーフミラー１８を透過した光は、ハーフミラー１８の上方でＸ軸方向（図５参照）に沿って配置される第1ラインセンサ２０に入射する。ハーフミラー１８で側方に反射された光は、ハーフミラー１８の側方でＸ軸と直交するＹ軸（図５参照）と平行な方向に沿って配置される第２ラインセンサ２１に入射する。

第１ラインセンサ２０又は第２ラインセンサ２１からは、図６に示したような出力信号が得られる。気泡１５の周縁付近では光がほとんど反射されて、気泡管１１を光が透過しないので、ラインセンサ出力が略０となる。このラインセンサ出力が略０となるラインセンサ上の位置から、気泡１５の中心のＸ軸方向位置及びＹ軸方向位置を検出できる。傾斜角検出器が傾くと、気泡１５の位置が移動するが、これに応じてラインセンサ出力が略０となるラインセンサ上の位置が変化し、この位置の変化から気泡１５の中心位置のＸ軸方向変位及びＹ軸方向変位が求まり、この変位から傾斜角検出器のＸ軸方向及びＹ軸方向の２軸方向の傾斜角変化を検出できる。

特許第３０７２７７９号公報

近年の測量機には、高精度でありながら低価格が要求されている。前記特許文献１に開示された傾斜角検出器は、２軸方向の傾斜角を検出するため、２つのラインセンサ２０、
２１を用いていて、高価になりがちであるという問題があった。特に高精度を要求されて、分解能の高いラインセンサを用いた場合は、２つのラインセンサ２０、２１ゆえに、いっそう高価になってしまうという問題があった。

また、前記特許文献１に開示された傾斜角検出器は、気泡管１１の上方にハーフミラー１８やラインセンサ２０が配置されているので、上方から気泡１５を視認することが困難で、視認用の気泡管としては使えず、視認用の気泡管を別個の備える必要があった。このことも、測量機を高価するという問題の原因であった。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、傾斜角を電気信号として取り出す傾斜角検出器において、１つのラインセンサでもって２軸方向の傾斜角を検出できるようにするとともに、１つの気泡管を傾斜角検出器用と水平面の視認用に共用とすることによって、測量機のいっそうの低価格化を実現することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明の傾斜角検出器は、気泡管と、該気泡管と同一水平面に配置された１本のラインセンサと、前記気泡管と同一水平面に配置されて前記気泡管内の気泡の影を前記ラインセンサの異なる位置に投射する２つの光出射手段とを備えた。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記光出射手段は、光源と、該光源から放射された光を平行光線にするコリメーションレンズとから構成した。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記２つの光出射手段の一方と他方から出射された光が、互いに交差して前記ラインセンサに入射するようにされるとともに、前記２つの光出射手段から出射された光の交わる位置に前記気泡管を配置した。

請求項４に係る発明の発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記２つの光出射手段の一方から出射された光が、前記気泡管を照射した後に光反射体で反射されて前記ラインセンサに到達するようにされ、前記２つの光出射手段の他方から出射された光が、前記気泡管を照射した後に直接前記ラインセンサに到達するようにされた。

請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明において、前記２つの光出射手段の一方が前記ラインセンサと平行に光を出射し、該光が前記反射体で前記ラインセンサに垂直方向に反射するようにされ、前記２つの光出射手段の他方が前記ラインセンサに垂直に光を出射するようにされた。

請求項１に係る発明によれば、本発明の傾斜角検出器は、気泡管と、該気泡管と同一水平面に配置された１本のラインセンサと、前記気泡管と同一水平面に配置されて前記気泡管内の気泡の影を前記ラインセンサの異なる位置に投射する２つの光出射手段とを備えたから、１本のラインセンサでもって２軸方向の傾斜角を測定可能できるようになる。このため、ラインセンサが１本少なくなった分だけ傾斜角検出器を安価に製造できる。また、気泡管の上方にハーフミラーやラインセンサが存在しないため、気泡管の目視でも気泡が中心にあるかどうか視認でき、これによっても傾斜角検出が可能となって便利である。これにより、気泡管を傾斜角検出器用と水平面の視認用に共用にできるため、測量機をいっそう安価にすることができる。

請求項２に係る発明によれば、さらに、光出射手段は、光源と、該光源から放射された光を平行光線にするコリメーションレンズとから構成されたから、光源から出射された光と気泡の影が広がらないので、傾斜角検出器を小型にできる。

また、光源から出射された光が広がらず、光が弱くならないので、気泡の影の縁を確実に検出でき、信頼性の高い傾斜角検出器が得られる。

請求項３に係る発明によれば、さらに、前記２つの光出射手段の一方と他方から出射された光が、互いに交差して前記ラインセンサに入射するようにされるとともに、前記２つの光出射手段から出射された光の交わる位置に前記気泡管を配置したから、少ない部品と単純な構成で簡単に傾斜角の検出が可能となる。これにより、いっそう安価な傾斜角検出器が得られる。

請求項４に係る発明によれば、さらに、２つの光出射手段の一方から出射された光は光反射体で反射されて前記ラインセンサ到達するようにするとともに、前記２つの光出射手段の他方から出射された光は直接前記ラインセンサ到達するようにしたから、２つの光出射手段と光反射体の配置の自由度が増して、傾斜角検出器の形状にある程度の自由度を持たせることが可能になる。

請求項５に係る発明によれば、前記請求項４に係る発明において、さらに、２つの光出射手段の一方がラインセンサと平行に光を出射し、該光が光反射体でラインセンサに垂直方向に反射するようにされ、２つの光出射手段の他方がラインセンサに垂直に光を出射するようにされたから、２つの光出射手段から出射された光がともにラインセンサに垂直に入射するので、特に高精度の傾斜角検出が可能になる。

以下、本発明を実施の形態について説明する。まず、図１及び図２に基づいて、本発明の第１の実施例に係る傾斜角検出器について説明する。図１は、本発明の第１実施例に係る傾斜角検出器の光学系の配置を説明する平面図である。図２は、傾斜角検出器におけるラインセンサ出力を説明する図である。

この傾斜角検出器５０は、水平な一平面上に、図１に示したように、円形の気泡管５２と、２つの光出射手段５４ａ、５４ｂと、１つのラインセンサ５６と、１つのミラー５８を配置している。光出射手段５４ａ、５４ｂは、ＬＥＤ等の光源６０と、この光源６０から出射された光を平行光線にするコリメーションレンズ６２とからなる。気泡管５２は、従来のものと同じく、円形の容器中に透明な液体を封入し、さらに液体中に気泡６４を封入したものである。ラインセンサ５６は、光を受光すると電気信号を発生するピクセル（画素）を一列に多数並べたものであり、各ピクセルには一方から他方に向かって順番に番号が付されている。ミラー５８の代わりに、プリズム等の適宜な光反射体を使用してもよい。

一方の光出射手段５４ａは、ラインセンサ５６と平行に光Ｌを出射する。この光Ｌがミラー５８で直角方向に反射されてラインセンサ５６に垂直に入射するように、光出射手段５４ａ、ミラー５８及びラインセンサ５６とが配置される。他方の光出射手段５４ｂは、ラインセンサ５６に正対している。これで、光出射手段５４ｂから出射された光Ｌ’は、ラインセンサ５６に垂直に入射する。気泡管５２は、両光出射手段５４ａ、５４ｂから出射された光Ｌ、Ｌ’の交わる位置に配置される。

さて、光出射手段５４ａ、５４ｂから出射された光Ｌ、Ｌ’によって、気泡６４の影６６、６６’がラインセンサ５６上に投影される。ラインセンサ出力は図示しないＣＰＵ（演算手段）に入力される。図２に示したように、ラインセンサ出力は影６６、６６’の縁で急減しているから、ＣＰＵはラインセンサ出力が急減するピクセル番号Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４から影６６、６６’の縁を検出することができる。

予め、傾斜角検出器５０が水平のとき、各光出射手段５４ａ、５４ｂから出射された光によって気泡６４の中心６４ａが投影されるピクセル番号Ｘ_０、Ｙ_０を記憶しておく。各光出射手段５４ａから出射された光の影６６、６６’の縁に対応するピクセル番号Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３、Ｐ_４を読み取れれば、傾斜角検出器５０が水平のときは、（Ｐ_１＋Ｐ_２）／２＝Ｘ_０、（Ｐ_３＋Ｐ_４）／２＝Ｙ_０となって、水平であることが分かる。

傾斜角検出器５０が傾けば、（Ｐ_１＋Ｐ_２）／２＝Ｘ_０、（Ｐ_３＋Ｐ_４）／２＝Ｙ_０とはならない。そして、気泡６４の中心６４ａのＸ軸方向及びＹ軸方向それぞれの変位（Ｐ_１＋Ｐ_２）／２−Ｘ_０、（Ｐ_３＋Ｐ_４）／２−Ｙ_０の値から、Ｘ軸方向及びＹ軸方向それぞれに関する傾斜角を求めることができる。

本実施例によれば、前述したように、１本のラインセンサ５６でもって２軸方向に関する傾斜角を求めることができ、傾斜角検出器５０を安価にすることができる。また、本実施例の場合、従来のもののように気泡管５２の上方にハーフミラー１８やラインセンサ５６が存在しないため、気泡管５２の目視でも、気泡６４が中心にあるかどうかの視認によって傾斜角検出を可能にすることができて便利である。これにより、気泡管５２を傾斜角検出器用と水平面の視認用で共用にできるため、測量機をいっそう安価にすることができる。

次に、図３に基づいて、本発明の第２の実施例に係る傾斜角検出器について説明する。この角度検出器５０も、気泡管５２と、２つの光出射手段５４ａ、５４ｂと、１つのラインセンサ５６を使用することは、図１に示した前記第１の実施例と同じであるが、ミラーは不要である。２つの光出射手段５４ａ、５４ｂのうちの一方５４ａは、ラインセンサ５６に対して４５°の方向に光を出射し、２つの光出射手段５４ａ，５４ｂのうちの他方５４ｂは、ラインセンサ５６に対して−４５°の方向に光を出射する。気泡管５２は、両光出射手段５４ａ、５４ｂから出射された光Ｌ、Ｌ’の交わる個所に配置される。

本実施例の場合も、２つの光出射手段５４ａ、５４ｂから出射された光Ｌ、Ｌ’による気泡６４の影６６、６６’の縁をラインセンサ５６で検出することによって、１本のラインセンサ５６でもって２軸方向に関する傾斜角を求めることができ、前記第１の実施例と同じ効果を奏する。しかも、ミラー５８が必要無いので、傾斜角検出器５０をいっそう安価にすることができる。

また、両実施例の気泡管５２は、測量機の一部に搭載させて測量機の傾斜を検出するものであるが、鉛直軸を回転させ、調整ねじで気泡６４の位置を補正して、気泡６４が動かなくなったとき、鉛直軸と重力方向が一致することは、従来の測量機と同じである。

ところで、本発明は前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、前記両実施例では、光源６０から出射された光Ｌをコリメーションレンズ６２で平行光線にしたが、コリメーションレンズ６２を省くことも可能である。

また、前記第１の実施例では、一方の光出射手段５４ａがラインセンサ５６と平行に光Ｌを出射し、該光Ｌがミラー５８でラインセンサ５６に垂直方向に反射するようにされ、他方の光出射手段５４ｂがラインセンサ５６に垂直に光Ｌ’を出射するようにしたが、一方の光出射手段５４ａから出射された光Ｌが、気泡管５２を照射した後にミラー５８で反射されてラインセンサ５６に到達するようにされ、他方の光出射手段５４ｂから出射された光Ｌ’が、気泡管５２を照射した後に直接ラインセンサ５６に到達するようにされれば、傾斜角検出器５０に要求される形状等によっては、両光出射手段５４ａ、５４ｂからの光Ｌ、Ｌ’の出射方向と、ミラー５８での光の反射方向を適宜変更してもよい。

さらに、前記第２の実施例では、２つの光出射手段５４ａ，５４ｂからラインセンサ５６に対して４５°と−４５°の方向に光を出射したが、傾斜角検出器５０に要求される形状等によっては、両光出射手段５４ａ、５４ｂからの光Ｌ、Ｌ’の出射方向を４５°と−４５°から適宜増減させてもよい。

本発明の第１の実施例に係る傾斜角検出器の光学系の平面図である。 前記傾斜角検出器におけるラインセンサ出力を説明する図である。 本発明の第２の実施例に係る傾斜角検出器の光学系の平面図である。 従来の傾斜角検出器の縦断面図である。 従来の傾斜角検出器の平面図である。 従来の傾斜角検出器におけるラインセンサ出力を説明する図である。

符号の説明

５０ 傾斜角検出器
５２ 気泡管
５４ａ、５４ｂ 光出射手段
５６ ラインセンサ
５８ ミラー（光反射体）
６０ 光源
６２ コリメーションレンズ
６４ 気泡

Claims (5)

1. 気泡管と、該気泡管と同一水平面に配置された１本のラインセンサと、前記気泡管と同一水平面に配置されて前記気泡管内の気泡の影を前記ラインセンサの異なる位置に投影する２つの光出射手段とを備えた傾斜角検出器。
2. 前記２つの光出射手段が、光源と、該光源から放射された光を平行光線にするコリメーションレンズとから構成された請求項１に記載の傾斜角検出器。
3. 前記２つの光出射手段の一方と他方から出射された光が、互いに交差して前記ラインセンサに入射するようにされるとともに、前記２つの光出射手段から出射された光の交わる位置に前記気泡管を配置した請求項１又は２に記載の傾斜角検出器。
4. 前記２つの光出射手段の一方から出射された光が、前記気泡管を照射した後に光反射体で反射されて前記ラインセンサに到達するようにされ、前記２つの光出射手段の他方から出射された光が、前記気泡管を照射した後に直接前記ラインセンサに到達するようにされた請求項１又は２に記載の傾斜角検出器。
5. 前記２つの光出射手段の一方が前記ラインセンサと平行に光を出射し、該光が前記反射体で前記ラインセンサに垂直方向に反射するようにされ、前記２つの光出射手段の他方が前記ラインセンサに垂直に光を出射するようにされた請求項４に記載の傾斜角検出器。

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