(57)【要約】【課題】液晶を利用して傾斜を検出することができる液晶を利用した傾き検出装置を提供する。【解決手段】外面に平坦な基準面２ｈが形成されている容器２と、容器２の内部に封入されている液晶ＬＣと、液晶ＬＣ中に移動可能に浸漬された移動体３と、容器２の基準面２ｈを水平な面に接触させたときにおける移動体３が静止する基準位置に対して、容器２を非水平面に接触させたときにおける移動体３の相対的な位置変化を検出する検出手段１０を備えており、液晶ＬＣ中には、移動体３の位置に転傾が存在するときと同等の配向分布が形成されている。容器２の基準面２ｈを床面ＦＬ等に載せたときに、床面ＦＬ等が非水平であれば、移動体３は基準位置から移動するので、傾斜を検出することができる。しかも、液晶ＬＣに形成する配向分布を調整し、移動体３を基準位置に静止させようとする力を調整すれば、傾斜に対する感度を高くしたり低くしたりすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に平坦な基準面が形成されている容器と、
該容器の内部に封入されている液晶と、
該液晶中に移動可能に浸漬された移動体と、
該容器の基準面を水平な面に接触させたときにおける前記移動体が静止する基準位置に対して、前記容器を非水平面に接触させたときにおける前記移動体の相対的な位置変化を検出する検出手段を備えており、
前記液晶は、
前記容器の基準面を水平な面に接触させたときに、前記基準位置に転傾が存在するときと同等の配向分布が形成されるように調整されている
ことを特徴とする液晶を利用した傾き検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶を利用した液晶を利用した傾き検出装置に関する。液晶は、通常、隣接する液晶分子の向きが大きく変化しないように配向している。しかし、液晶中には、隣接する液晶分子に対して配向が不連続となった部分が発生する場合があり、この不連続となった部分が並んで線状になったものは転傾と呼ばれる。
本発明は、かかる液晶における転傾の周囲に発生する配向分布を利用した液晶を利用した傾き検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
傾き検出装置は、天井や床面等が水平に対して傾斜しているかどうかを調べるために使用されるものであり、液体を封入した容器に気泡を混入させておき、その気泡の移動により傾斜の有無を調べるものが存在している（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
しかしながら、種々の液体を傾斜検出媒体に利用した例は見られるが、傾斜検出媒体として液晶を利用した例は見当たらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１２１３０８号公報
【特許文献２】特開昭５８−１８０９０７号公報
【特許文献３】特開２００１−２２７９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、液晶を利用して傾斜を検出することができる液晶を利用した傾き検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明の液晶を利用した傾き検出装置は、外面に平坦な基準面が形成されている容器と、該容器の内部に封入されている液晶と、該液晶中に移動可能に浸漬された移動体と、該容器の基準面を水平な面に接触させたときにおける前記移動体が静止する基準位置に対して、前記容器を非水平面に接触させたときにおける前記移動体の相対的な位置変化を検出する検出手段を備えており、前記液晶中には、前記移動体の位置に転傾が存在するときと同等の配向分布が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１発明によれば、容器の基準面を天井や床面等に接触させたときに、床面等が非水平であれば、移動体は基準位置から移動するので、傾斜を検出することができる。しかも、液晶に形成する配向分布を調整し、移動体を基準位置に静止させようとする力を調整すれば、傾斜に対する感度を高くしたり低くしたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の液晶を利用した傾き検出装置１の概略説明図であり、（Ａ）概略斜視図であり、（Ｂ）は床面ＦＬに容器２を載せた状態における概略断面図である。
【図２】（Ａ）は容器２の概略平面図であり、（Ｂ）は液晶ＬＣの配向分布の概略説明図である。
【図３】転傾が存在する液晶のシュリーレン写真である
【図４】転傾の周囲における液晶分子の配向をモデル化した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の液晶を利用した傾き検出装置は、傾斜検出媒体に、液晶欠陥である転傾が形成されている液晶を利用したことに特徴を有している。
【００１０】
まず、本発明の液晶を利用した傾き検出装置の説明をする前に、転傾について説明する。
図３は転傾が存在する液晶のシュリーレン写真である（出展：C. Destrader, H. -T. Nguyen, H. Gasparoux, J. Malthete, and A. M. Levelunt, Mol. Cryst. Liq. Cryst., 71, 118,(1981) 図2.233）。
転傾とは、液晶における配向ベクトルの場の欠陥、すなわち不連続線をいい、図３では、その紙面と垂直な方向に沿って、周囲の液晶分子に対して液晶分子の配向が不連続となっている部分が並んで線状に存在することによって形成されている。この図３において、白色と黒色の帯状組織が交差する箇所（図３におけるＡ、Ｂの部分）が欠陥核、つまり、転傾において液晶分子の向きの空間的歪みが最も高くなるところである。なお、周囲の液晶分子に対して配向が不連続となっているとは、その位置において、紙面内での配向が規定できない状態となっていることを意味する。例えば、図３であれば、紙面と垂直な方向、つまり、紙面面外に向かう方向に液晶分子が配向していたり、配向秩序が低下している状態をいう。
以下では、この液晶分子の配向が不連続となっている部分が並んでいる方向を転傾の軸方向という。
図４に、転傾の周囲における液晶分子の配向をモデル化した図を示す（出展：液晶辞典）。図４において、点Ｐで表されている部分が、転傾が存在する位置である。また、図４において実線が転傾周囲の配向場を示しており、実線に沿って液晶分子が、その配向方向が連続しているように配向している。なお、図４中のＳは欠陥の強度を示しておりその絶対値が大きいほど強度が強くなることを意味しており、その符号は欠陥の正負を表している。
【００１１】
つぎに、本発明の液晶を利用した傾き検出装置を説明する。
図１は本発明の液晶を利用した傾き検出装置１の一例であって、（Ａ）概略平面図であり、（Ｂ）は概略断面図である。図２は（Ａ）は容器２の概略平面図であり、（Ｂ）は液晶ＬＣの配向分布の概略説明図である。なお、図２（Ｂ）の液晶ＬＣ内に記載されている実線は転傾周囲の配向場を示している。
図１において、符号ＬＣは液晶を示している。この液晶ＬＣは、例えばネマティック液晶やスメクティック液晶、コレステリック液晶、ディスコティック液晶等であるが、転傾を生じさせることができるものであればよく、特に限定はない。
【００１２】
図１において、符号２は本発明の液晶を利用した傾き検出装置１（以下、単に傾き検出装置１で示す）における容器を示している。この容器２は、略方形に形成されたものであり、その１つの面が平坦な基準面２ｈとして形成されている。この基準面２ｈは、傾きを検出する壁面ＷＬや床面ＦＬ等に接触させる面であり、平坦な面に形成されている。なお、容器２は平坦な基準面２ｈを有していればよく、液晶ＬＣは自由に変形できるのでその外形は特に限定されない。
【００１３】
また、容器２は、その内部に中空な空間を備えている。この容器２の中空な空間の上面及び下面は前記基準面２ｈと平行な平坦な面となるように形成されている。そして、容器２の中空な空間内部には、上述したような液晶ＬＣが封入されており、この液晶ＬＣ中に移動体３が配設されている。
【００１４】
そして、液晶ＬＣには、容器２の基準面２ｈを水平な面に接触させたときに、容器２の中心軸ＣＬの位置（以下、基準位置という）に移動体３が位置するように、液晶ＬＣ中に形成される配向分布が調整されている。
具体的には、容器２の基準面２ｈを水平な面に接触させたときに、液晶ＬＣ中に、基準位置に転傾が存在するときと同等の配向分布が形成されるように調整されている。例えば、移動体３の表面および容器２の内面を処理して、図２（Ｂ）の液晶ＬＣ中において実線で示されるような配向分布が形成されるように調整する。すると、容器２の基準面２ｈを水平な面に接触させたときに、液晶ＬＣ中の基準位置に転傾を形成することができるから、移動体３に対して外力が加わっていない状態では、移動体３を中空な空間の中心（図２（Ｂ））に配置しておくことができる。
【００１５】
なお、移動体３には、液晶ＬＣと比重に差がある物質であれば、比重が液晶よりも大きいものでも小さいものでも採用することができる。例えば、気泡や水等のように液晶ＬＣと反応しない流体や、金属やプラスチック等の固体を採用することができる。そして、図２（Ｂ）に示すような配向分布を液晶ＬＣ中に形成する場合、移動体３が固体であれば、移動体３の表面および容器２の内面にラビング処理や垂直配向剤等の処理を行えばよい。また、移動体３が流体であれば、流体に界面活性剤を混合することによって図２（Ｂ）に示すような配向分布を液晶ＬＣ中に形成することができる。
さらになお、液晶ＬＣ中に形成される配向分布はとくに限定されず、例えば、図４に示す配向分布のいずれも採用することができる。そして、欠陥強度（図４中Ｓで示す）を強くすれば、容器２を転傾の位置（図４中のＰの位置）に移動体３を保持しておく力が強くでき、欠陥強度（図４中Ｓで示す）を弱くすれば、転傾の位置に移動体３を保持しておく力を弱くできる。つまり、容器２内の液晶ＬＣ中に形成される配向分布の欠陥強度を変化させれば、傾き検出装置１の感度を調整することができるのである。
【００１６】
また、図１では、移動体３は上方の面および下方の面の両方に接触する大きさのものが使用されているが、移動体３は上方の面か下方の面のいずれか一方にのみ接触する程度の大きさであってもよい。そして、移動体３の大きさが上方の面か下方の面のいずれか一方にしか接触しない大きさであれば、液晶ＬＣを挟む面のうち面いずれか一方の面に沿って移動体３が移動できるように液晶ＬＣ中の配向を調整しておけばよい。
【００１７】
さらに、図１に示すように、容器２には、容器２内の液晶ＬＣに光を照射するＬＥＤ等の公知の光源５が配設されており、この光源５と液晶ＬＣを挟んで対抗する面には、外部から容器１内を観察しうる観測窓２ｗが形成されている。この観測窓２ｗの中心は容器２の中空な空間の中心とほぼ一致するように形成されている。つまり、移動体３に対して外力が加わっていない状態では、観測窓２ｗの中心に移動体３が位置するように観測窓２ｗは形成されているのである。
【００１８】
この観測窓２ｗの外方には、観測窓２ｗを通して液晶ＬＣ中における移動体３を撮影する、例えば、ＣＣＤカメラ等の検出手段１０の検出器１１が設けられている。検出器１１は傾斜算出部１２に接続されている。この傾斜算出部１２は、検出器１１によって検出された、移動体３の基準位置からの移動量やその位置と、予め記憶しているパラメータに基づいて、容器２の基準面２ｈが接触している床面ＦＬ等の傾きを算出するものである。予め記憶しているパラメータとは、例えば、容器２内の液晶ＬＣ自体の剛性等の性質、液晶ＬＣに形成されている転傾の強度、移動体３の物性や重量などである。
【００１９】
つぎに、上記のごとき傾き検出装置１の使用方法を説明する。
なお、以下では、液晶ＬＣよりも比重が小さい移動体を使用する場合を説明するが、液晶ＬＣよりも比重が大きい移動体を使用する場合は、移動体３の移動方向が逆になるのは、いうまでもない。
【００２０】
まず、傾きを測定する前には、水平な面に容器２の基準面２ｈが面接触するように配置し、移動体３が観測窓２ｗの中央部に位置するように調整する。
【００２１】
傾き測定では、調整された傾き検出装置１を傾きを計測したい床面ＦＬ等に配置する。このとき、容器２の基準面２ｈが床面ＦＬ等に面接触するように配置する。
【００２２】
傾き検出装置１を配置した床面ＦＬ等が水平であれば、移動体３に加わる重力の方向は、容器２の下内面または上内面と垂直になる。すると、移動体３に発生する浮力は、容器２の下内面または上内面に垂直な方向にしか働かないので、移動体３は観測窓２ｗの中心に静止した状態に保たれる。
【００２３】
一方、床面ＦＬ等が水平に対して傾いている場合には、移動体３に加わる重力の方向は容器２の下内面または上内面に対して傾くので、移動体３に発生する浮力は、容器２の下内面または上内面と平行な方向の分力（以下、単に浮力の平行分力という）も有することになる。すると、液晶ＬＣから移動体３に加わる力、つまり、移動体３を観測窓２ｗの中心に保持するように加わる力よりも浮力の平行分力の方が大きくなれば、移動体３は浮力の平行分力の方向に移動することになる。
そして、液晶ＬＣから移動体３に加わる力は移動体３の観測窓２ｗの中心からの移動量が大きくなるほど大きくなるので、浮力の平行分力と液晶ＬＣから移動体３に加わる力が釣り合う位置で移動体３は静止する。
【００２４】
移動体３は検出器１１によって撮影されており、検出器１１が撮影した画像に基づいて、傾斜算出部１２は、移動体３が観測窓２ｗの中央部からどれだけ移動したかを算出する。移動体３に加わる浮力の平行分力は床面ＦＬ等の傾きに比例して増減するので、移動体３の移動量に基づいて床面ＦＬ等の傾斜角度を算出することができるのである。
なお、検出器１１が撮影した画像から移動体３がどの方向に移動したか確認できるので、床面ＦＬ等の傾斜方向も算出することができる。
【００２５】
そして、移動体３の重量および体積と液晶ＬＣに形成する転傾の強さを調整しておけば、傾き検出装置１が検出することができる傾きを自在に調整することができる。例えば、転傾の強度を強くしておけば移動体３を元の位置（観測窓２ｗの中心）に留めておく力が強くなるので、傾斜が大きくても傾斜角度を検出することができる。逆に、転傾の強度を弱くしておけば移動体３を元の位置（観測窓２ｗの中央部）に留めておく力が弱くなるので、微妙な傾斜であってもその傾斜角度を精度よく検出することができる。
【００２６】
なお、容器２に電極や磁極を備えておき、この電極や磁極から液晶ＬＣに電場や磁場を加えることによって液晶ＬＣの粘度や液晶欠陥が物体３に及ぼす力等を調整して検出可能な傾きを自由に調整できるようにしてもよい。この場合、傾きを検査する現場において液晶ＬＣを最適な状態にできるので、好適である。
【００２７】
なお、図１および図２に示すように、観測窓２ｗに目盛りなどを設けておけば、検出手段１０を設けなくても、傾斜角度や傾斜方向を人が目視で観察し判断することも可能である。
また、光源５は必ずしも必要なく、観測窓２ｗから内部に照射される外部光だけで移動体３を検出したり目視で確認できるのであれば設けなくてもよい。
さらに、容器２の内部において、光源５と対向する位置に検出器１１を配置しておくのであれば、観測窓２ｗは設けなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の液晶を利用した傾き検出装置は、床面に限らず、垂直な壁面等の傾きを検査する装置として使用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１          傾き検出装置
２          容器
２ｈ        基準面
２ｗ        観測窓
３          移動体
１０        検出手段
ＬＣ        液晶
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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