(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有する第１の容器と、
前記第１の容器内に配置されて光ビームを発する光源部材と、
前記第１の容器の内部空間に収容され、前記第１の容器の内部空間において屈折率が一定で前記光ビームが透過する第１の伝播媒体と、
前記第１の伝播媒体内に配置され、入射された前記光ビームを、前記光ビームの入射する方向に応じて定まる第１の方向及び第２の方向に、分離する光分離部材と、
前記第１の方向に分離された前記光ビームを第１の焦点位置に集光可能な第１の光学系と、
前記第１の焦点位置を通る第１の受光面を有し、前記第１の方向に分離された前記光ビームを前記第１の受光面で受光して、前記第１の方向に分離された前記光ビームの受光位置である第１の受光位置を検出する第１の受光検出部材と、
前記第２の方向に分離された前記光ビームが外部に放射される放射部を有する前記第１の容器と、
前記放射部に隣接する中間伝播媒体であって、前記放射部から放射された前記光ビームが入射されて透過する中間伝播媒体を、前記第１の容器との間に介して配置された第２の容器であって、内部空間を有し且つ前記中間伝播媒体を透過した前記光ビームが内部に入射される入射部を有する前記第２の容器と、
前記第２の容器の内部空間に収容され、前記第２の容器の内部空間において屈折率が一定で且つ前記第１の伝播媒体の屈折率と同一の屈折率の第２の伝播媒体であって、前記入射部から入射された前記光ビームが透過する前記第２の伝播媒体と、
前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを第２の焦点位置に集光可能な第２の光学系と、
前記第２の焦点位置を通る第２の受光面を有し、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを前記第２の受光面で受光して、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームの受光位置である第２の受光位置を検出する第２の受光検出部材と、
前記第１の焦点位置と前記第１の受光位置とのズレ量である第１の位置ズレ量と、第１の光学系の焦点距離と、に基づいて、前記第１の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面における前記第２の方向に分離された前記光ビームが、前記第１の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面の法線に対して為す角度である入射角を検出する第１の角度検出手段と、
前記第２の焦点位置と前記第２の受光位置とのズレ量である第２の位置ズレ量と、第２の光学系の焦点距離と、に基づいて、前記第２の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面における前記第２の伝播媒体を透過する前記光ビームが、前記第２の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面の法線に対して為す角度である出射角を検出する第２の角度検出手段と、
前記入射角と前記出射角との差分に基づいて、前記第１の伝播媒体を透過する前記光ビームの透過方向と前記第２の伝播媒体を透過する前記光ビームの透過方向とのズレ量である方向ズレ量を検出する方向ズレ量検出手段と、
を備えたことを特徴とする方向検出装置。
【請求項２】
内部空間を有する第１の容器と、
光ビームを発する光源部材と、
前記光ビームが入射される第１の光学系であって、前記光源部材の光ビームの発光位置に第１の焦点位置が配置され、入射された前記光ビームが、予め設定された方向に平行な光ビームにされる前記第１の光学系と、
前記第１の容器の内部空間に収容され、前記第１の容器の内部空間において屈折率が一定で前記予め設定された方向に平行にされた前記光ビームが透過する第１の伝播媒体と、
前記第１の伝播媒体を透過した前記光ビームが、外部との境界面に予め設定された入射角で入射されて、外部に放射される放射部を有する前記第１の容器と、
前記放射部に隣接する中間伝播媒体であって、前記放射部から放射された前記光ビームが入射されて透過する中間伝播媒体を、前記第１の容器との間に介して配置された第２の容器であって、内部空間を有し且つ前記中間伝播媒体を透過した前記光ビームが内部に入射される入射部を有する前記第２の容器と、
前記第２の容器の内部空間に収容され、前記第２の容器の内部空間において屈折率が一定で且つ前記第１の伝播媒体の屈折率と同一の屈折率の第２の伝播媒体であって、前記入射部から入射された前記光ビームが透過する前記第２の伝播媒体と、
前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを第２の焦点位置に集光可能な第２の光学系と、
前記第２の焦点位置を通る受光面を有し、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを前記受光面で受光して、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームの受光位置を検出する受光検出部材と、
前記第２の焦点位置と前記受光位置とのズレ量である位置ズレ量と、第２の光学系の焦点距離と、に基づいて、前記第２の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面における前記第２の伝播媒体を透過する前記光ビームが、前記第２の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面の法線に対して為す角度である出射角を検出する角度検出手段と、
前記入射角と前記出射角との差分に基づいて、前記第１の伝播媒体を透過する前記光ビームの透過方向と前記第２の伝播媒体を透過する前記光ビームの透過方向とのズレ量である方向ズレ量を検出する方向ズレ量検出手段と、
を備えたことを特徴とする方向検出装置。
【請求項３】
前記第１の容器に設けられた第１の光学系支持部に支持されて、前記第１の方向に分離された前記光ビームを、前記第１の容器の外部に設定された前記第１の焦点位置に集光可能な前記第１の光学系と、
前記第１の容器の外部の前記第１の焦点位置に配置された前記第１の受光検出部材と、
前記第２の容器に設けられた第２の光学系支持部に支持されて、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを、前記第２の容器の外部に設定された前記第２の焦点位置に集光可能な前記第２の光学系と、
前記第２の容器の外部の前記第２の焦点位置に配置された前記第２の受光検出部材と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の方向検出装置。
【請求項４】
前記第２の容器に設けられた光学系支持部に支持されて、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを、前記第２の容器の外部に設定された前記第２の焦点位置に集光可能な前記第２の光学系と、
前記第２の容器の外部の第２の焦点位置に配置された前記受光検出部材と
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の方向検出装置。
【請求項５】
真空である前記第１の伝播媒体と、
真空である前記第２の伝播媒体と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方向検出装置。
【請求項６】
固体である前記第１の伝播媒体と、
前記第１の伝播媒体により構成された前記第１の容器と、
固体である前記第２の伝播媒体と、
前記第２の伝播媒体により構成された前記第２の容器と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光に代表される光ビームは、その直進性から高精度な形状測定や測量などにおいて広く用いられている。レーザ光を使用して方向などを測定する装置として、以下の特許文献１〜３に記載の技術が知られている。
特許文献１としての特開平１１−２３２７２号公報には、２点間を往復する光波の時間を測定して距離を求める光波測距儀などを有するトータルステーション（２）と、入射光を入射方向に反射する反射プリズム（３）と、レーザ光を射出する望遠鏡（４）とを有する測量器械（１）が記載されている。
特許文献１では、シールド機（３３）によって掘削された横坑（３２）内に、複数の測量器械（１）が配置されており、測量機械（１）間でレーザ光が射出、反射されて、測量機械（１）間の距離や基準に対する角度などが測定されている。
【０００３】
特許文献２としての特開平８−２３３５３５号公報には、レーザ光（１）の照射手段（１６）と、レーザ光（１）の受光手段（１７）とを、レーザ光（１）の通過可能な透明体の窓を有し且つ内部が同一の媒質（Ｉ）で満たされた密閉容器（３５）内に配置して、照射手段（１６）からのレーザ光（１）を窓を通じて、密閉容器（３５）外の媒質（ＩＩ）の空間に配置された対象物体（４）に照射し、対象物体（４）から反射したレーザ光（１）を窓を通じて受光手段（１７）で受光することで、いわゆる、三角測量に基づいて装置本体と対象物体（４）との距離を計測する技術が記載されている。
特許文献２に記載の技術では、媒質（Ｉ，ＩＩ）の屈折率（ｎ１，ｎ２）を装置に予め入力することにより、屈折率（ｎ１，ｎ２）の違いによるレーザ光（１）の光路を補正して、装置本体と対象物体（４）との距離を計測している。
【０００４】
特許文献３としての特開平８−１６６２１５号公報には、第１の真空槽（１）と、第１の真空槽（１）に接近離間可能な第２の真空槽（２）と、が真空室用ベローズ（３）で接続され、第１の真空槽（１）の発光干渉部（１０）から発せられたレーザ光が、第２の真空槽（２）の反射鏡（１１）で反射されて前記発光干渉部（１０）に戻る光学式変位検出器が記載されている。
特許文献３では、レーザ光が、真空にされた真空槽（１，２）及び真空室用ベローズ（３）内を通過して、レーザ光の通る光路（１２）の長さの変化が測定され、第１の真空槽（１）と第２の真空槽（２）との間の変位が検出されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２３２７２号公報（「００１３」〜「００１６」、図１〜図３）
【特許文献２】特開平８−２３３５３５号公報（「００１８」〜「００４２」、図１〜図３）
【特許文献３】特開平８−１６６２１５号公報（「００４０」〜「００４２」、「００５５」〜「００７５」、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、レーザ光が横杭内を進行しており、伝播媒体としての空気中をレーザ光が通過している。したがって、特許文献１では、空気中のレーザ光の直進性を前提に、測量機械間の距離や方向などが測定されている。
しかしながら、レーザ光に代表される光ビームは、実際には、光ビームの伝搬媒体の屈折率分布や屈折率分布の変化の影響を受ける。例えば、光ビームの伝搬路中に空気が存在する場合、空気の温度、湿度、組成などの不均一性に起因して空気中の屈折率が位置によって異なっており、空気の屈折率分布や屈折率分布の変化によって、光ビームが屈折しながら空気中を通過するため、空気中の光ビームの直進性が乱される。
【０００７】
このように伝播媒体に屈折率分布が存在する場合であっても、測定の精度が低精度で構わない場合や、測定間隔が近距離である場合には、屈折率分布を無視して、同一伝播媒体中における光ビームの直進性を前提とした構成でも、要求される精度の測定結果を得ることが可能である。しかしながら、高精度の測定や、測定間隔が長距離の測定を行う場合には、屈折率分布を無視して、同一伝播媒体中における光ビームの直進性を前提とした構成では、伝播媒体の屈折率分布によって生じる光ビームの直進性の乱れの影響が測定結果に大きく表れ易く、測定結果の誤差を無視することができない場合がある。
【０００８】
特許文献２では、伝播媒体としての媒質の屈折率を装置に予め入力することにより、屈折率の違いによるレーザ光の光路を補正して距離を測定している。しかしながら、特許文献２に記載の技術は、伝播媒体の屈折率分布の存在を前提とした技術ではなく、同一伝播媒体中の光ビームの直進性を前提とした技術である。したがって、特許文献２に記載の技術で、屈折率を補正しても、高精度の測定や測定間隔が長距離の測定を行う場合には、前述したように測定結果に誤差が生じる場合がある。
なお、仮に、特許文献２に記載のような装置において、伝播媒体の屈折率分布を入力可能であったとしても、屈折率分布を予め測定する必要が生じ、さらに、それに応じて測定結果を補正する必要が生じる。したがって、最終的な測定結果を得るための構成が全体として、複雑化、煩雑化するという問題が生じる。
【０００９】
特許文献３では、レーザ光が、真空にされた真空槽及び真空室用ベローズ内を通過して、真空槽間の変位が検出されており、伝播媒体の屈折率分布の影響を受けない。しかしながら、特許文献３のように、光ビームが通過する空間を全て真空にする構成では、特に、測定間隔が長距離の場合、装置全体が大型化してしまうと共に、高コスト化するという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で光ビームの方向を精度良く検出することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の方向検出装置は、
内部空間を有する第１の容器と、
前記第１の容器内に配置されて光ビームを発する光源部材と、
前記第１の容器の内部空間に収容され、前記第１の容器の内部空間において屈折率が一定で前記光ビームが透過する第１の伝播媒体と、
前記第１の伝播媒体内に配置され、入射された前記光ビームを、前記光ビームの入射する方向に応じて定まる第１の方向及び第２の方向に、分離する光分離部材と、
前記第１の方向に分離された前記光ビームを第１の焦点位置に集光可能な第１の光学系と、
前記第１の焦点位置を通る第１の受光面を有し、前記第１の方向に分離された前記光ビームを前記第１の受光面で受光して、前記第１の方向に分離された前記光ビームの受光位置である第１の受光位置を検出する第１の受光検出部材と、
前記第２の方向に分離された前記光ビームが外部に放射される放射部を有する前記第１の容器と、
前記放射部に隣接する中間伝播媒体であって、前記放射部から放射された前記光ビームが入射されて透過する中間伝播媒体を、前記第１の容器との間に介して配置された第２の容器であって、内部空間を有し且つ前記中間伝播媒体を透過した前記光ビームが内部に入射される入射部を有する前記第２の容器と、
前記第２の容器の内部空間に収容され、前記第２の容器の内部空間において屈折率が一定で且つ前記第１の伝播媒体の屈折率と同一の屈折率の第２の伝播媒体であって、前記入射部から入射された前記光ビームが透過する前記第２の伝播媒体と、
前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを第２の焦点位置に集光可能な第２の光学系と、
前記第２の焦点位置を通る第２の受光面を有し、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを前記第２の受光面で受光して、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームの受光位置である第２の受光位置を検出する第２の受光検出部材と、
前記第１の焦点位置と前記第１の受光位置とのズレ量である第１の位置ズレ量と、第１の光学系の焦点距離と、に基づいて、前記第１の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面における前記第２の方向に分離された前記光ビームが、前記第１の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面の法線に対して為す角度である入射角を検出する第１の角度検出手段と、
前記第２の焦点位置と前記第２の受光位置とのズレ量である第２の位置ズレ量と、第２の光学系の焦点距離と、に基づいて、前記第２の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面における前記第２の伝播媒体を透過する前記光ビームが、前記第２の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面の法線に対して為す角度である出射角を検出する第２の角度検出手段と、
前記入射角と前記出射角との差分に基づいて、前記第１の伝播媒体を透過する前記光ビームの透過方向と前記第２の伝播媒体を透過する前記光ビームの透過方向とのズレ量である方向ズレ量を検出する方向ズレ量検出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記技術的課題を解決するために、請求項２に記載の発明の方向検出装置は、
内部空間を有する第１の容器と、
光ビームを発する光源部材と、
前記光ビームが入射される第１の光学系であって、前記光源部材の光ビームの発光位置に第１の焦点位置が配置され、入射された前記光ビームが、予め設定された方向に平行な光ビームにされる前記第１の光学系と、
前記第１の容器の内部空間に収容され、前記第１の容器の内部空間において屈折率が一定で前記予め設定された方向に平行にされた前記光ビームが透過する第１の伝播媒体と、
前記第１の伝播媒体を透過した前記光ビームが、外部との境界面に予め設定された入射角で入射されて、外部に放射される放射部を有する前記第１の容器と、
前記放射部に隣接する中間伝播媒体であって、前記放射部から放射された前記光ビームが入射されて透過する中間伝播媒体を、前記第１の容器との間に介して配置された第２の容器であって、内部空間を有し且つ前記中間伝播媒体を透過した前記光ビームが内部に入射される入射部を有する前記第２の容器と、
前記第２の容器の内部空間に収容され、前記第２の容器の内部空間において屈折率が一定で且つ前記第１の伝播媒体の屈折率と同一の屈折率の第２の伝播媒体であって、前記入射部から入射された前記光ビームが透過する前記第２の伝播媒体と、
前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを第２の焦点位置に集光可能な第２の光学系と、
前記第２の焦点位置を通る受光面を有し、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを前記受光面で受光して、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームの受光位置を検出する受光検出部材と、
前記第２の焦点位置と前記受光位置とのズレ量である位置ズレ量と、第２の光学系の焦点距離と、に基づいて、前記第２の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面における前記第２の伝播媒体を透過する前記光ビームが、前記第２の伝播媒体と前記中間伝播媒体との境界面の法線に対して為す角度である出射角を検出する角度検出手段と、
前記入射角と前記出射角との差分に基づいて、前記第１の伝播媒体を透過する前記光ビームの透過方向と前記第２の伝播媒体を透過する前記光ビームの透過方向とのズレ量である方向ズレ量を検出する方向ズレ量検出手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の方向検出装置において、
前記第１の容器に設けられた第１の光学系支持部に支持されて、前記第１の方向に分離された前記光ビームを、前記第１の容器の外部に設定された前記第１の焦点位置に集光可能な前記第１の光学系と、
前記第１の容器の外部の前記第１の焦点位置に配置された前記第１の受光検出部材と、
前記第２の容器に設けられた第２の光学系支持部に支持されて、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを、前記第２の容器の外部に設定された前記第２の焦点位置に集光可能な前記第２の光学系と、
前記第２の容器の外部の前記第２の焦点位置に配置された前記第２の受光検出部材と、
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の方向検出装置において、
前記第２の容器に設けられた光学系支持部に支持されて、前記第２の伝播媒体を透過した前記光ビームを、前記第２の容器の外部に設定された前記第２の焦点位置に集光可能な前記第２の光学系と、
前記第２の容器の外部の第２の焦点位置に配置された前記受光検出部材と
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の方向検出装置において、
真空である前記第１の伝播媒体と、
真空である前記第２の伝播媒体と、
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の方向検出装置において、
固体である前記第１の伝播媒体と、
前記第１の伝播媒体により構成された前記第１の容器と、
固体である前記第２の伝播媒体と、
前記第２の伝播媒体により構成された前記第２の容器と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１、２に記載の発明によれば、第１の容器内と第２の容器内とに同一の屈折率の伝播媒体が収容されない場合に比べて、簡易な構成で光ビームの方向を精度良く検出することができる。
請求項３、４に記載の発明によれば、受光検出部材の受光面が容器内に配置される場合に比べて、容器を小型化することができる。
請求項５に記載の発明によれば、真空によって、第１の伝播媒体と第２の伝播媒体とを構成することにより、簡易な構成で光ビームの方向を精度良く検出することができる。
請求項６に記載の発明によれば、同一の屈折率である固体の伝播媒体によって、第１の伝播媒体と第２の伝播媒体とを構成することにより、簡易な構成で光ビームの方向を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明の実施例１の方向検出装置の全体説明図である。
【図２】図２は本発明の実施例１の方向検出装置におけるレーザ光の進行方向の説明図であり、図２Ａは発光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図２Ｂは受光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図２Ｃは第１凸レンズから第１光位置検出素子へのレーザ光の進行方向の説明図である。
【図３】図３は本発明の実施例１のクライアントパソコンの制御部が備えている各機能をブロック図（機能ブロック図）で示した図である。
【図４】図４は本発明の実施例１の角度ズレ量検出プログラムの角度ズレ量検出処理のフローチャートである。
【図５】図５は中間伝播媒体の説明図であり、図５Ａは発光装置の窓材の境界面と受光装置の窓材の境界面とが平行である場合の説明図、図５Ｂは発光装置の窓材の境界面と受光装置の窓材の境界面とが平行でない場合の説明図である。
【図６】図６は本発明の実施例２の方向検出装置の全体説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
【図７】図７は本発明の実施例２の方向検出装置におけるレーザ光の進行方向の説明図であり、図７Ａは発光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図７Ｂは受光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図である。
【図８】図８は本発明の実施例２のクライアントパソコンの制御部が備えている各機能をブロック図で示した図である。
【図９】図９は本発明の実施例２の角度ズレ量検出プログラムの角度ズレ量検出処理のフローチャートであり、実施例１の図４に対応する図である。
【図１０】図１０は入射角が０°の場合の中間伝播媒体の説明図であり、図１０Ａは実施例１の図５Ａに対応する図、図１０Ｂは実施例１の図５Ｂに対応する図である。
【図１１】図１１は本発明の実施例３の方向検出装置の全体説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
【図１２】図１２は本発明の実施例３の方向検出装置におけるレーザ光の進行方向の説明図であり、図１２Ａは発光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図１２Ｂは受光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図である。
【図１３】図１３は本発明の実施例３のクライアントパソコンの制御部が備えている各機能をブロック図で示した図である。
【図１４】図１４は本発明の実施例３の角度ズレ量検出プログラムの角度ズレ量検出処理のフローチャートであり、実施例１の図４に対応する図である。
【図１５】図１５は本発明の実施例４の方向検出装置の全体説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
【図１６】図１６は本発明の実施例４の方向検出装置におけるレーザ光の進行方向の説明図であり、図１６Ａは発光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図１６Ｂは受光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図である。
【図１７】図１７は本発明の実施例５の方向検出装置の全体説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
【図１８】図１８は本発明の実施例５の方向検出装置におけるレーザ光の進行方向の説明図であり、図１８Ａは発光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図１８Ｂは受光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例（以下、実施例と記載する）を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以後の説明の理解を容易にするために、図面において、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とし、矢印Ｘ，−Ｘ，Ｙ，−Ｙ，Ｚ，−Ｚで示す方向または示す側をそれぞれ、前方、後方、右方、左方、上方、下方、または、前側、後側、右側、左側、上側、下側とする。
また、図中、「○」の中に「・」が記載されたものは紙面の裏から表に向かう矢印を意味し、「○」の中に「×」が記載されたものは紙面の表から裏に向かう矢印を意味するものとする。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
【実施例１】
【００２０】
図１は実施例１の方向検出装置の全体説明図である。
図１において、実施例１の方向検出装置１は、発光装置２と、前記発光装置２から離間して配置された受光装置３と、前記発光装置２及び受光装置３からの情報が入力される情報処理装置の一例としてのクライアントパソコンＰＣとを有する。
前記発光装置２は、第１の支持部の一例としての発光側ブロック１１を有する。前記発光側ブロック１１は、測定対象物の一例として、左右に長い加速器管Ｔの一端に設置されている。前記発光側ブロック１１には、第１の容器の一例としての発光側容器１２が支持されている。
前記発光側容器１２は、箱状に構成されており、左壁１２ａと、右壁１２ｂと、前壁１２ｃと、後壁１２ｄと、下壁１２ｅとを有している。前記各壁１２ａ〜１２ｅに囲まれた空間により、前記発光側容器１２の内部空間１２ｆが構成されている。
また、前記左壁１２ａには、孔状の光源部材支持部１２ａ１が形成されている。前記右壁１２ｂには、放射部の一例として、孔状の透明体支持部１２ｂ１が形成されている。前記後壁１２ｄには、孔状の検出部材支持部１２ｄ１が形成されている。
【００２１】
前記光源部材支持部１２ｂ１には、光源部材の一例としてのレーザダイオード１３が支持されている。前記レーザダイオード１３の発光部１３ａは、前記内部空間１２ｆ内に配置されており、前記発光部１３ａから光ビームの一例としてのレーザ光１４が右方に向かって出力される。
前記レーザダイオード１３の右方で、検出部材支持部１２ｄ１の前方には、光分離部材の一例としてのビームスプリッタ１６が支持されている。実施例１のビームスプリッタ１６では、右方から入射されたレーザ光１４は、第１の方向の一例としての後方と、第２の方向の一例としての右方とに分離される。
【００２２】
前記ビームスプリッタ１６の後方には、第１の光学系の一例としての第１凸レンズ１７が支持されている。実施例１の第１凸レンズ１７は、内部空間１２ｆ内に焦点位置Ｆ１を有し、ビームスプリッタ１６により後方に分離されたレーザ光１４のうち、レンズの中心Ｏ１と、第１の焦点位置、すなわち、第１凸レンズ１７の焦点位置Ｆ１とを結ぶ光軸Ｐ１に対して平行に入射されるレーザ光１４を、前記焦点位置Ｆ１に集光する。
前記第１凸レンズ１７の後方の検出部材支持部１２ｄ１には、第１の受光検出部材の一例としての第１光位置検出素子１８が支持されている。前記第１光位置検出素子１８は、前記焦点位置Ｆ１を通る受光面１８ａを有している。前記第１光位置検出素子１８は、第１凸レンズ１７を通過したレーザ光１４を、前記受光面１８ａで受光して、第１の受光位置、すなわち、前記後方に分離されたレーザ光１４の受光位置Ｄ１を検出する。
前記ビームスプリッタ１６の右方の透明体支持部１２ｂ１には、第１の中間伝播媒体の一例として、左右面が平行に形成された板状でレーザ光１４を透過する透明体により構成された窓材１９が支持されている。前記窓材１９には、ビームスプリッタ１６により右方に分離された前記レーザ光１４が入射されて、内部を透過し右方に出射される。
したがって、前記透明体支持部１２ｂ１を通過して、内部空間１２ｆ内のレーザ光１４は外部に出射される。
【００２３】
図１において、前記受光装置３は、前記発光側ブロック１１から右方に離間して配置された第２の支持部の一例としての受光側ブロック２１を有する。前記受光側ブロック２１は、前記加速器管Ｔの一端から離間した前記加速器管Ｔの他端側の測定対象の位置に設置される。
前記受光側ブロック２１には、第２の容器の一例としての受光側容器２２が支持されている。前記受光側容器２２は、前記発光側容器１２との間に、第２の中間伝播媒体の一例としての空気Ａを介して配置されている。前記受光側容器２２は、箱状に構成されており、左壁２２ａと、右壁２２ｂと、前壁２２ｃと、後壁２２ｄと、下壁２２ｅとを有している。前記各壁２２ａ〜２２ｅに囲まれた空間により、前記受光側容器２２の内部空間２２ｆが構成されている。
また、前記左壁２２ａには、入射部の一例として、孔状の透明体支持部２２ａ１が形成されている。前記右壁２２ｂには、孔状の検出部材支持部２２ｂ１が形成されている。
【００２４】
前記透明体支持部２２ａ１には、第３の中間伝播媒体の一例として、左右面が平行に形成された板状でレーザ光１４が透過する透明体により構成された窓材２３が支持されている。前記窓材２３には、空気Ａを透過したレーザ光１４が左方から入射されて、窓材２３の内部をレーザ光１４が透過し、右方の内部空間２２ｆ内にレーザ光１４が入射される。
したがって、前記透明体支持部２２ａ１を通過して、外部のレーザ光１４が内部空間２２ｆに入射される。なお、実施例１の窓材２３は、前記窓材１９に比べて左右両面が広く構成されている。
前記窓材２３の右方には、第２の光学系の一例としての第２凸レンズ２４が支持されている。実施例１の第２凸レンズ２４は、内部空間２２ｆ内に焦点位置Ｆ２を有し、内部空間２２ｆを通過するレーザ光１４のうち、レンズの中心Ｏ２と、第２の焦点位置、すなわち、第２凸レンズ２４の焦点位置Ｆ２とを結ぶ光軸Ｐ２に対して平行に入射されるレーザ光１４を、前記焦点位置Ｆ２に集光する。
【００２５】
前記第２凸レンズ２４の右方の検出部材支持部２２ｂ１には、第２の受光検出部材の一例としての第２光位置検出素子２６が支持されている。前記第２光位置検出素子２６は、前記焦点位置Ｆ２を通る受光面２６ａを有している。前記第２光位置検出素子２６は、第２凸レンズ２４を通過したレーザ光１４を、前記受光面２６ａで受光して、第２の受光位置、すなわち、前記レーザ光１４の受光位置Ｄ２を検出する。
なお、前記光位置検出素子１８，２６としては、２分割フォトダイオードや、４分割フォトダイオード、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）等を用いることが可能である。
【００２６】
図１において、前記クライアントパソコンＰＣは、コンピュータ装置により構成されており、コンピュータ本体Ｈ１、ディスプレイＨ２、キーボードＨ３やマウスＨ４等の入力装置、図示しないＨＤドライブ（ハードディスクドライブ）、ＣＤドライブ（コンパクトディスクドライブ）等により構成されている。
前記クライアントパソコンＰＣには、前記第１光位置検出素子１８により検出された受光位置Ｄ１や、第２光位置検出素子２６により検出された受光位置Ｄ２が、入力される。
【００２７】
図２は実施例１の方向検出装置におけるレーザ光の進行方向の説明図であり、図２Ａは発光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図２Ｂは受光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図２Ｃは第１凸レンズから第１光位置検出素子へのレーザ光の進行方向の説明図である。
図１、図２において、図示しない真空ポンプにより、発光側容器１２の内部空間１２ｆと、受光側容器２２の内部空間２２ｆとが、真空Ｂにされる。
これにより、前記内部空間１２ｆは、内部空間１２ｆにおいて屈折率が一定でレーザビーム１４が透過する第１の伝播媒体の一例としての真空Ｂで満たされる。
また、前記内部空間２２は、内部空間２２ｆにおいて屈折率が一定で且つ前記第１の伝播媒体の屈折率と同一の屈折率の第２の伝播媒体の一例としての真空Ｂにより満たされて、前記透明体支持部２２ａ１から入射されたレーザ光１４は真空Ｂ中を透過する。
【００２８】
図２において、レーザダイオード１３から出力されたレーザ光１４は、内部空間１２ｆに収容された真空Ｂ中を透過して、ビームスプリッタ１６に入射される。ビームスプリッタ１６に入射されて後方に分離されたレーザ光１４ａは、第１凸レンズ１７を通過して、第１光位置検出素子１８に入射されて、後方に分離されたレーザ光１４ａの受光位置Ｄ１が検出される。
一方、ビームスプリッタ１６に入射されて右方に分離されたレーザ光１４ｂは、透明体支持部１２ｂ１から窓材１９に出射される。
窓材１９に出射されたレーザ光１４ｂは、窓材１９中を透過して、窓材１９から空気Ａ中に出射され、空気Ａ中を透過して、受光装置３の窓材２３に入射される。
窓材２３に入射されたレーザ光１４ｂは、受光側容器２２の透明体支持部２２ａ１から内部空間２２ｆに収容された真空Ｂに入射される。
真空Ｂに入射されたレーザ光１４ｂは、真空Ｂ中を透過して、第２凸レンズ２４を通過して、第２光位置検出素子２６に入射されて、真空Ｂを透過した前記レーザ光１４ｂの受光位置Ｄ２が検出される。
なお、前記窓材１９、空気Ａ、窓材２３により、実施例１の中間伝播媒体１９＋Ａ＋２３が構成される。
【００２９】
（実施例１のクライアントパソコンＰＣの制御部の説明）
図３は本発明の実施例１のクライアントパソコンの制御部が備えている各機能をブロック図（機能ブロック図）で示した図である。
図３において、クライアントパソコンＰＣのコンピュータ本体Ｈ１は、外部との信号の入出力および入出力信号レベルの調節等を行うＩ／Ｏ（入出力インターフェース）、必要な処理を行うためのプログラムおよびデータ等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、必要なデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ハードディスクやＲＯＭ等に記憶されたプログラムに応じた処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）、ならびにクロック発振器等を有している。
前記構成のクライアントパソコンＰＣは、前記ハードディスクやＲＯＭ等に記憶されたプログラムを実行することにより種々の機能を実現することができる。
【００３０】
前記クライアントパソコンＰＣの前記ハードディスクドライブには、クライアントパソコンの基本動作を制御する基本ソフト（オペレーティングシステム）ＯＳや、アプリケーションプログラムとしての角度ズレ量検出プログラムＡＰ１、その他の図示しないソフトウェア（文書作成ソフトウェアや製図ソフトウェア等）が記憶されている。
【００３１】
（角度ズレ量検出プログラムＡＰ１）
方向ズレ量検出プログラムの一例としての角度ズレ量検出プログラムＡＰ１は、下記の機能手段（プログラムモジュール）を有する。
Ｃ１：発光位置ズレ量検出手段
第１の位置ズレ量検出手段の一例としての発光位置ズレ量検出手段Ｃ１は、前記第１光位置検出素子１８の検出結果に基づいて、前記発光装置２における焦点位置Ｆ１と受光位置Ｄ１とのズレ量である第１の位置ズレ量の一例としての発光位置ズレ量ｄ１を検出する。
なお、実施例１では、図２Ａにおいて、受光位置Ｄ１が焦点位置Ｆ１に対して右側にある場合を正とし、左側ある場合を負としている。
Ｃ２：入射角検出手段
第１の角度検出手段の一例としての入射角検出手段Ｃ１は、前記発光装置２における発光位置ズレ量ｄ１と、第１凸レンズ１７の焦点距離ｆ１と、に基づいて、前記発光側容器１２内の真空Ｂと窓材１９との境界面Ｓ１における右方に分離されたレーザ光１４ｂが、真空Ｂと窓材１９との境界面Ｓ１の法線Ｐ５に対して為す角度である入射角θ１を検出する。
【００３２】
実施例１の入射角検出手段Ｃ２は以下のように前記入射角θ１を検出する。
図２Ａにおいて、前記ビームスプリッタ１６におけるレーザ光１４の分離方向は、入射方向に応じて定まる。
すなわち、実施例１のレーザダイオード１３の発光部１３ａからレーザ光１４が、レーザの出射する角度の不安定性等により、左右方向に延びる直線Ｐ３に対して角度θ０傾斜して出力された場合、ビームスプリッタ１６において右方に分離された前記レーザ光１４ｂは、分離される前後で入射方向と同じ方向、すなわち、直線Ｐ３に対して角度θ０傾斜して真空Ｂ中を透過する。
一方、ビームスプリッタ１６において後方に分離されたレーザ光１４ａは、前後方向に延びる直線Ｐ４に対して角度θ０傾斜して真空Ｂ中を透過して、第１凸レンズ１７に入射する。
したがって、右方に分離されたレーザ光１４ｂの直線Ｐ３に対して傾斜する角度θ０は、後方に分離されたレーザ光１４ａの直線Ｐ４に対して傾斜する角度θ０と一致する。
【００３３】
ここで、一般に、凸レンズに入射する平行光は、焦点距離において一点に集光される。すなわち、図２Ｃにおいて、光軸Ｐ１に対して角度θ０だけ傾斜して第１凸レンズ１７に入射したレーザ光１４ａは、光軸Ｐ１に対して角度θ０だけ傾斜し且つレンズの中心Ｏ１を通るレーザ光１４ａ′と、焦点距離ｆ１で交差する。
また、レンズの中心Ｏ１を通るレーザ光１４ａ′は、第１凸レンズ１７で屈折されることなく直進するものとみなせるため、前記角度θ０を求めるには、レーザ光１４ａがレンズの中心Ｏ１を通ったものとみなして、レーザ光１４ａが光軸Ｐ１に対して傾斜する角度θ０を検出することができる。
【００３４】
よって、図２Ａ、図２Ｃにおいて、レンズの中心Ｏ１と、焦点位置Ｆ１と、受光位置Ｄ１とで作られる三角形Ｏ１Ｆ１Ｄ１において、焦点距離ｆ１と、発光位置ズレ量ｄ１とに基づいて、以下の式（１）が成立する。
θ０＝ａｒｃｔａｎ（ｄ１／ｆ１）    …式（１）
これにより、右方に分離されたレーザ光１４ｂの直線Ｐ３に対して傾斜する角度θ０が求められる。また、実施例１では、直線Ｐ３と、境界面Ｓ１の法線Ｐ５とは平行であるから、前記角度θ０は、内部空間１２ｆの真空Ｂと窓材１９との境界面Ｓ１における前記レーザ光１４の入射角θ１にも一致する。
したがって、実施例１の入射角度検出手段Ｃ１では、焦点距離ｆ１と、発光位置ズレ量ｄ１とに基づいて、前記式（１）により、前記真空Ｂと窓材１９との境界面Ｓ１における前記レーザ光１４ｂの入射角θ１を検出する。
【００３５】
Ｃ３：受光位置ズレ量検出手段
第２の位置ズレ量検出手段の一例としての受光位置ズレ量検出手段Ｃ３は、前記第２光位置検出素子２６の検出結果に基づいて、前記受光装置３における焦点位置Ｆ２と受光位置Ｄ２とのズレ量である第２の位置ズレ量の一例としての受光位置ズレ量ｄ２を検出する。
なお、実施例１では、図２Ｂにおいて、受光位置Ｄ２が焦点位置Ｆ２に対して上側にある場合を正とし、下側にある場合を負としている。
Ｃ４：出射角検出手段
第２の角度検出手段の一例としての出射角検出手段Ｃ４は、前記受光装置３における受光位置ズレ量ｄ２と、第２凸レンズ２４の焦点距離ｆ２と、に基づいて、前記受光側容器２２内の真空Ｂと窓材２３との境界面Ｓ２における真空Ｂ中を透過する光ビーム１４ｂが、真空Ｂと窓材２３との境界面Ｓ２の法線Ｐ６に対して為す角度である出射角θ２を検出する。
【００３６】
実施例１の出射角検出手段Ｃ４は、以下のように前記出射角θ２を検出する。
図２Ｂにおいて、窓材２３から入射されて、境界面Ｓ２から角度θ２で出射されるレーザ光１４ｂは、境界面Ｓ２の法線Ｐ６と、第２凸レンズ２４の光軸Ｐ２とが平行であるから、光軸Ｐ２に対して角度θ２傾斜して第２凸レンズ２４に入射される。
よって、角度θ１を求めた場合と同様に、図２Ｂにおいて、レンズの中心Ｏ２と、焦点位置Ｆ２と、受光位置Ｄ２とで作られる三角形Ｏ２Ｆ２Ｄ２において、焦点距離ｆ２と、受光位置ズレ量ｄ２と、に基づいて、以下の式（２）が成立する。
θ２＝ａｒｃｔａｎ（ｄ２／ｆ２）    …式（２）
したがって、実施例１の出射角度検出手段Ｃ４では、焦点距離ｆ２と、発光位置ズレ量ｄ２とに基づいて、前記式（２）により、前記真空Ｂと窓材２３との境界面Ｓ２における前記レーザ光１４ｂの出射角θ２を検出する。
【００３７】
Ｃ５：角度ズレ量検出手段
方向ズレ量検出手段の一例としての角度ズレ量検出手段Ｃ５は、前記入射角θ１と前記出射角θ２との差分に基づいて、前記発光側容器１２の真空Ｂを透過する前記光ビーム１４ｂの透過方向と、前記受光側容器２２の真空Ｂを透過する前記光ビーム１４ｂの透過方向とのズレ量である方向ズレ量の一例としての角度ズレ量Δθを検出する。
実施例１の角度ズレ量検出手段Ｃ５は、前記角度ズレ量Δθとして、前記入射角θ１に対する前記出射角θ２についての差分（θ２−θ１）を検出する。
これにより、前記角度ズレ量Δθが０°の場合には、前記発光側ブロック１１に比べて、受光側ブロック２１が傾斜していない、すなわち、方向が揃っていると検出される。
Ｃ６：表示手段
表示手段Ｃ６は、前記入射角θ１、出射角θ２及び差分ΔθをディスプレイＨ２に表示する。
【００３８】
（実施例１のフローチャートの説明）
次に、実施例１のクライアントパソコンＰＣの角度ズレ量検出プログラムＡＰ１の処理の流れをフローチャートを使用して説明する。
（実施例１の角度ズレ量検出処理のフローチャートの説明）
図４は本発明の実施例１の角度ズレ量検出プログラムの角度ズレ量検出処理のフローチャートである。
図４のフローチャートの各ＳＴ（ステップ）の処理は、前記クライアントパソコンＰＣのＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理は前記クライアントパソコンＰＣの他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
【００３９】
図４に示すフローチャートは前記角度ズレ量検出プログラムＡＰ１の起動により開始される。
図４のＳＴ１において、次の（１），（２）の処理を実行し、ＳＴ２に移る。
（１）受光位置Ｄ１を取得する。
（２）受光位置Ｄ２を取得する。
ＳＴ２において、次の（１），（２）の処理を実行し、ＳＴ３に移る。
（１）受光位置Ｄ１と焦点位置Ｆ１とに基づいて、発光位置ズレ量ｄ１を検出する。
（２）受光位置Ｄ２と焦点位置Ｆ２とに基づいて、受光位置ズレ量ｄ２を検出する。
【００４０】
ＳＴ３において、次の（１），（２）の処理を実行し、ＳＴ４に移る。
（１）発光位置ズレ量ｄ１と焦点距離ｆ１とに基づいて、入射角θ１を検出する。
（２）受光位置ズレ量ｄ２と焦点距離ｆ２とに基づいて、出射角θ２を検出する。
ＳＴ４において、入射角θ１と出射角θ２とから角度ズレ量Δθを検出し、ＳＴ５に移る。
ＳＴ５において、入射角θ１、出射角θ２及び角度ズレ量ΔθをディスプレイＨ２に表示して、ＳＴ１に戻る。
【００４１】
（実施例１の作用）
図５は中間伝播媒体の説明図であり、図５Ａは発光装置の窓材の境界面と受光装置の窓材の境界面とが平行である場合の説明図、図５Ｂは発光装置の窓材の境界面と受光装置の窓材の境界面とが平行でない場合の説明図である。
図１、図２、図５において、前記構成を備えた実施例１の方向検出装置１では、発光装置２が加速器管Ｔの一端に配置され、受光装置３が加速器管Ｔの他端に配置されて、分離されたレーザ光１４ａ，１４ｂが、真空Ｂや中間伝播媒体１９＋Ａ＋２３を透過して、光位置検出素子１８，２６に受光されて、受光位置Ｄ１，Ｄ２が検出される。そして、角度ズレ量検出処理のＳＴ１〜ＳＴ４が実行されて、角度ズレ量Δθの測定が行われる。
この際に、空気Ａの温度、湿度、圧力、組成などの不均一性に起因して、空気Ａの屈折率が位置によって異なっているため、空気Ａの屈折率分布や屈折率分布の変化によって、レーザ光１４ｂが屈折しながら空気Ａ中を透過する。
【００４２】
ここで、測定間隔の方向（図５におけるＹ軸方向）に対して、直交する方向（図５におけるＸ軸方向及びＺ軸方向）については、レーザ光１４ｂの伝搬方向の長さに対して、レーザ光１４ｂが関与する長さは短いため、発光装置２と受光装置３の間の空気Ａは、左右両面が平行で且つ屈折率が一様な空気層Ａ１，Ａ２，…，Ａｍにより構成されているとみなすことができる。
したがって、各空気層Ａ１〜Ａｍにおける入射角をΦ１，Φ２，…，Φｍとし、それぞれの屈折率をｍ１，ｍ２，…，ｍｍと置くと、スネルの法則により、図５において、以下の式（３）が成立する。
ｍ１・ｓｉｎΦ１＝ｍ２・ｓｉｎΦ２＝…＝ｍｍ・ｓｉｎΦｍ    …式（３）
【００４３】
特に、発光装置２の窓材１９の境界面Ｓ１と、受光装置３の窓材２３の境界面Ｓ２とが平行である場合には、真空Ｂ、窓材１９，２３の屈折率をｎ０，ｎ１，ｎ２とし、窓材１９，２３の入射角をθ１′，θ２′と置くと、図５Ａにおいて、以下の式（４）が成立する。
ｎ０・ｓｉｎθ１＝ｎ１・ｓｉｎθ１′＝ｍ１・ｓｉｎΦ１＝ｍ２・ｓｉｎΦ２＝…
＝ｍｍ・ｓｉｎΦｍ＝ｎ２・ｓｉｎθ２′＝ｎ０・ｓｉｎθ２    …式（４）
よって、この場合には、式（４）の最初の式と最後の式との関係から、以下の式（５）が成立する。
ｎ０・ｓｉｎθ１＝ｎ０・ｓｉｎθ２    …式（５）
すなわち、以下の式（６）が成立する。
θ１＝θ２    …式（６）
【００４４】
よって、前記方向検出装置１により角度ズレ量Δθとして０°が検出された場合、入射角θ１と出射角θ２が等しく、前記発光装置２の境界面Ｓ１と受光装置３の境界面Ｓ２とが平行であることが検出され、加速器管Ｔの両端における方向の一致が精度良く保証される。
これにより、例えば、加速器管Ｔの表面形状を測定する表面形状測定装置において、前記方向検出装置１により保証された前記方向の一致を基準として平行な基準軸を設定することが可能であり、加速器管Ｔの離間した２点間において、平行な基準軸により、傾斜誤差のない高精度の形状測定を行うことが可能となる。
【００４５】
ここで、従来の構成では、方向を測定する装置内が空気Ａで満たされていたとしても、発光側の伝播媒体としての空気Ａの屈折率と、受光側の伝播媒体としての空気Ａの屈折率とは等しいとは限らないために、式（６）に相当する関係が成立するとは限らなかった。特に、加速器管Ｔのように、測定対象が、長距離となる場合、式（６）が成立し難く、加速器管Ｔの両端で誤差を有した状態で測定が行われることになった。
これに対して、実施例１の方向検出装置１では、発光側容器２の内部空間１２ｆと受光側容器３の内部空間２２ｆとを同一の屈折率を有する真空Ｂで満たすことで、式（５），（６）を成立させており、レーザ光１４ｂの透過方向を精度良く検出することが可能となっている。また、実施例１の場合には、空気Ａの屈折率Φ１〜Φｍ等を予め測定したり、屈折率Φ１〜Φｍを用いて煩雑な演算処理を施すことなく、角度ズレ量Δθが０°の場合を検出可能となっており、従来の構成に比べて、簡易な構成でレーザ光１４ｂの透過方向を精度良く検出することが可能となっている。
【実施例２】
【００４６】
図６は本発明の実施例２の方向検出装置の全体説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
図７は本発明の実施例２の方向検出装置におけるレーザ光の進行方向の説明図であり、図７Ａは発光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図７Ｂは受光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図である。
次に本発明の実施例２の方向検出装置１′の説明を行うが、この実施例２の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。この実施例２は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成されている。
図６、図７において、実施例２の方向検出装置１′の光源部材支持部１２ａ１′には、実施例１のレーザダイオード１３に替えて、光源部材の一例として、レーザダイオード１３′が、上下方向に延びる回転軸を中心として回転可能に支持されている。
実施例２のレーザダイオード１３′は、実施例１の固定支持されたレーザダイオード１３とは異なり、回転移動して、前記レーザ光１４の透過方向が調節可能に構成されている。なお、実施例１の光源部材支持部１２ａ１′とレーザダイオード１３′との間は、図示しない形状変形可能な密閉部材により密閉されており、レーザダイオード１３′が回転移動しても、内部空間１２は真空Ｂ状態に保持される。
【００４７】
（実施例２のクライアントパソコンＰＣの制御部の説明）
図８は本発明の実施例２のクライアントパソコンの制御部が備えている各機能をブロック図で示した図である。
実施例２のクライアントパソコンＰＣは以下の制御を有している。
【００４８】
（角度ズレ量検出プログラムＡＰ１′）
方向ズレ量検出プログラムの一例としての角度ズレ量検出プログラムＡＰ１′は、実施例１の角度ズレ量検出プログラムＡＰ１が有する機能手段Ｃ１〜Ｃ６に加えて、下記の機能手段を有する。
Ｃ１１：入射角度判別手段
入射角度判別手段Ｃ１１は、入射角θ１が予め設定された角度であるか否かを判別する。
実施例１では、予め設定された角度として、０°が定められている。したがって、実施例１の入射角度判別手段Ｃ１１は、入射角θ１が０°か否かを判別する。
【００４９】
（実施例２のフローチャートの説明）
（実施例２の角度ズレ量検出処理のフローチャートの説明）
図９は本発明の実施例２の角度ズレ量検出プログラムの角度ズレ量検出処理のフローチャートであり、実施例１の図４に対応する図である。
図９のフローチャートの各ＳＴ（ステップ）の処理は、前記クライアントパソコンＰＣのＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理は前記クライアントパソコンＰＣの他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
図９に示す実施例２のフローチャートでは、図４に示す実施例１のフローチャートのＳＴ３とＳＴ４との間に、ＳＴ１１が追加されている点が、実施例１のフローチャートと異なっている。
以下では、ＳＴ１１についてのみ説明し、他のＳＴ１〜ＳＴ５についての説明は省略する。
図９のＳＴ１１において、入射角θ１が０°か否かを判別する。イエス（Ｙ）の場合はＳＴ４に移り、ノー（Ｎ）の場合はＳＴ１に戻る。
【００５０】
（実施例２の作用）
前記構成を備えた実施例２の方向検出装置１′では、実施例１と同様に、発光側容器２の内部空間１２ｆと受光側容器３の内部空間２２ｆとが、同一の屈折率を有する真空Ｂで満たされた状態で、角度ズレ量Δθを検出可能である。したがって、実施例２でも、実施例１と同様に、簡易な構成でレーザ光１４ｂの透過方向を精度良く検出することが可能となっている。
特に、実施例２では、方向ズレ量検出処理のＳＴ１１が実行されて、レーザダイオード１３′が回転されて、レーザ光１４ｂの入射角θ１が０°の場合に、角度ズレ量Δθが検出される。
ここで、発光装置２から空気層Ａｍまでにおいて、スネルの法則により、以下の式（７）が成立する。
ｎ０・ｓｉｎθ１＝ｎ１・ｓｉｎθ１′＝ｍ１・ｓｉｎΦ１＝ｍ２・ｓｉｎΦ２＝…
＝ｍｍ・ｓｉｎΦｍ    …式（７）
【００５１】
図１０は入射角が０°の場合の中間伝播媒体の説明図であり、図１０Ａは実施例１の図５Ａに対応する図、図１０Ｂは実施例１の図５Ｂに対応する図である。
前記式（７）において、θ１＝０°の場合には、屈折率ｎ０，ｎ１，ｍ１〜ｍｍが０でないから、以下の式（８）が成立する。
θ１＝θ１′＝Φ１＝Φ２＝…＝Φｍ＝０°    …式（８）
すなわち、θ１＝０°の場合、図１０に示すように、レーザ光１４ｂの透過経路は直線とみなすことができる。
したがって、実施例２の方向検出装置１′では、角度ズレ量Δθが検出される場合に、レーザ光１４ｂの透過経路を直線とみなすことができ、実施例１に対して、レーザ光１４ｂの透過方向の傾斜する角度だけでなく、レーザ光１４ｂの分散の影響も低減可能である。
【実施例３】
【００５２】
次に本発明の実施例３の方向検出装置１″の説明を行うが、この実施例３の説明において、前記実施例１，２の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。この実施例３は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成されている。
【００５３】
図１１は本発明の実施例３の方向検出装置の全体説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
図１２は本発明の実施例３の方向検出装置におけるレーザ光の進行方向の説明図であり、図１２Ａは発光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図１２Ｂは受光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図である。
図１１，図１２において、実施例３の方向検出装置１″では、実施例１の方向検出装置１における第１凸レンズ１７及び第１光位置検出素子１８が省略されている。また、実施例３の方向検出装置１″では、レーザダイオード１３と窓材１９との間に、前記ビームスプリッタ１６に替えて、第１の光学系の一例としての第１凸レンズ３１が配置されている。
【００５４】
実施例３の第１凸レンズ３１は、焦点距離ｆ１″を有している。また、前記第１の凸レンズ３１は、前記レーザダイオード１３のレーザ光１４の発信位置、すなわち、発光部１３ａに焦点位置Ｆ１″が配置されている。また、実施例３の第１凸レンズ３１は、焦点位置Ｆ１″とレンズの中心Ｏ１″とを結ぶ光軸Ｐ１″が、前記窓材１９の表面、すなわち、真空Ｂと窓材１９との境界面Ｓ１に、予め設定された角度の一例としての垂直に交わるように配置されている。
したがって、実施例３では、前記レーザダイオード１３の発光部１３ａから右方にレーザ光１４が出射されると、前記レーザ光１４が光軸Ｐ１″に対して傾斜していても、第１凸レンズ３１により、予め設定された方向の一例としての光軸Ｐ１″に平行なレーザ光１４にされて、窓材１９に入射角０°で入射される。
【００５５】
（実施例３のクライアントパソコンＰＣの制御部の説明）
図１３は本発明の実施例３のクライアントパソコンの制御部が備えている各機能をブロック図で示した図である。
実施例３のクライアントパソコンＰＣは以下の制御を有している。
【００５６】
（角度ズレ量検出プログラムＡＰ１″）
方向ズレ量検出プログラムの一例としての角度ズレ量検出プログラムＡＰ１″では、実施例１の角度ズレ量検出プログラムＡＰ１が有する機能手段Ｃ１，Ｃ２が省略されている。また、実施例３では、実施例１の角度ズレ量検出手段Ｃ５と表示手段Ｃ６とに替えて、角度ズレ量検出手段Ｃ５″と表示手段Ｃ６″とを有する。
Ｃ５″：角度ズレ量検出手段
方向ズレ量検出手段の一例としての角度ズレ量検出手段Ｃ５″は、予め設定された入射角θ１と、前記出射角θ２との差分に基づいて、前記発光側容器１２の真空Ｂを透過する前記光ビーム１４ｂの透過方向と、前記受光側容器２２の真空Ｂを透過する前記光ビーム１４ｂの透過方向とのズレ量である方向ズレ量の一例としての角度ズレ量Δθを検出する。
実施例３では、入射角θ１が０°になるように、第１凸レンズ３１が配置されているため、実施例３の角度ズレ量検出手段Ｃ５″では、角度ズレ量Δθとして、入射角θ１に対する出射角θ２についての差分（θ２−θ１）、すなわち、θ２が検出される。
Ｃ６″：表示手段
表示手段Ｃ６″は、出射角θ２及び角度ズレ量ΔθをディスプレイＨ２に表示する。
【００５７】
（実施例３のフローチャートの説明）
（実施例３の角度ズレ量検出処理のフローチャートの説明）
図１４は本発明の実施例３の角度ズレ量検出プログラムの角度ズレ量検出処理のフローチャートであり、実施例１の図４に対応する図である。
図１４のフローチャートの各ＳＴ（ステップ）の処理は、前記クライアントパソコンＰＣのＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って行われる。また、この処理は前記クライアントパソコンＰＣの他の各種処理と並行してマルチタスクで実行される。
図１４に示す実施例３のフローチャートでは、図４に示す実施例１のフローチャートのＳＴ１〜ＳＴ５に替えて、ＳＴ１″〜ＳＴ５″が実行される。実施例３のＳＴ１″〜ＳＴ５″は、第１光位置検出素子１８の受光位置Ｄ１に基づいて行われる処理が省略されている以外は、実施例１のＳＴ１〜ＳＴ５と同様の処理が行われるため、その詳細な説明は省略する。
【００５８】
（実施例３の作用）
前記構成を備えた実施例３の方向検出装置１″では、実施例１と同様に、発光側容器２の内部空間１２ｆと受光側容器３の内部空間２２ｆとが、同一の屈折率を有する真空Ｂで満たされた状態で、角度ズレ量Δθを検出可能である。したがって、実施例３でも、実施例１と同様に、簡易な構成でレーザ光１４ｂの透過方向を精度良く検出することが可能となっている。
また、実施例３では、第１凸レンズ３１により、レーザ光１４が光軸Ｐ１″に平行にされて、窓材１９に入射角が０°で入射される。したがって、実施例３でも、実施例２と同様に、レーザ光１４の透過経路を直線とみなすことができて、レーザ光１４ｂの透過方向の傾斜する角度だけでなく、レーザ光１４ｂの分散の影響も低減可能である。特に、実施例３では、実施例２のように、レーザダイオード１３′を回転させて、レーザ光１４の方向を調節する必要が無い。また、実施例３では、レーザ光１４の透過方向を検出する第１光位置検出素子１８などの部材も省略されている。
したがって、実施例３では、実施例２に比べて、より簡易な構成になっている。
【実施例４】
【００５９】
次に本発明の実施例４の方向検出装置４１の説明を行うが、この実施例４の説明において、前記実施例１〜３の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。この実施例４は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成されている。
【００６０】
図１５は本発明の実施例４の方向検出装置の全体説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
図１６は本発明の実施例４の方向検出装置におけるレーザ光の進行方向の説明図であり、図１６Ａは発光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図１６Ｂは受光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図である。
図１５，図１６において、実施例４の方向検出装置４１では、実施例１の方向検出装置１における窓材１９，２３が省略されている。
【００６１】
実施例４の方向検出装置４１において、発光側容器１２の内部空間１２ｆには、真空Ｂに替えて、第１の伝播媒体の一例として、内部空間１２ｆにおいて屈折率が一定の固体であるガラスＢ２が収容されている。
また、実施例４の発光側容器１２は、前記ガラスＢ２により構成されている。すなわち、実施例４では、レーザ光１４の透過する伝播媒体が固体であるため、第１の伝播媒体を収容する発光側容器１２は、実質的には、第１の伝播媒体と共通化されて省略されている。
実施例４では、レーザダイオード１３から出射されたレーザ光１４は、ガラスＢ２内を透過して、ビームスプリッタ１６により分離される。そして、後方に分離されたレーザ光１４ａは第１光位置検出素子１８により検出され、右方に分離されたレーザ光１４ｂは、発光装置２のガラスＢ２の右壁１２ｂ′に設けられた放射部１２ｂ１′から外部の空気Ａに出射される。
【００６２】
実施例４の方向検出装置４１において、受光側容器２２の内部空間２２ｆには、真空Ｂに替えて、第２の伝播媒体の一例として、第１の伝播媒体と同一の屈折率で内部空間２２ｆにおいて屈折率が一定の固体であるガラスＢ２が収容されている。
また、実施例４の受光側容器２２は、前記ガラスＢ２により構成されている。すなわち、実施例４では、受光側容器２２も、発光側容器１２と同様に、実質的には、第２の伝播媒体と共通化されて省略されている。
実施例４では、空気Ａを透過したレーザ光１４ｂは、受光装置３のガラスＢ２の左壁２２ａ′に設けられた入射部２２ａ１′からガラスＢ２の内部に入射されて、ガラスＢ２内を透過しながら、第２光位置検出素子２６に入射されて検知される。
したがって、実施例１〜３では、窓材１９，２３，空気Ａにより中間伝播媒体１９＋Ａ＋２３が構成されていたが、実施例４では、空気Ａによって、中間伝播媒体Ａが構成される。
【００６３】
（実施例４の作用）
前記構成を備えた実施例４の方向検出装置４１では、発光装置２と、受光装置３とにおいて、同一の屈折率を有するガラスＢ２を、レーザ光１４ｂが透過している。
すなわち、実施例１では、真空Ｂにより、発光装置２と受光装置３内の屈折率を同一の屈折率にしていたが、実施例４では、ガラスＢ２により、発光装置２と受光装置３内の屈折率を同一の屈折率にして、角度ズレ量Δθを検出している。
したがって、実施例４でも、実施例１と同様に、簡易な構成でレーザ光１４ｂの透過方向を精度良く検出することが可能となっている。
【実施例５】
【００６４】
次に本発明の実施例５の方向検出装置５１の説明を行うが、この実施例５の説明において、前記実施例１の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。この実施例５は、下記の点で前記実施例１と相違しているが、他の点では前記実施例１と同様に構成されている。
【００６５】
図１７は本発明の実施例５の方向検出装置の全体説明図であり、実施例１の図１に対応する図である。
図１８は本発明の実施例５の方向検出装置におけるレーザ光の進行方向の説明図であり、図１８Ａは発光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図、図１８Ｂは受光装置におけるレーザ光の進行方向の説明図である。
図１７、図１８において、実施例５の方向検出装置５１では、発光側容器１２′の後壁１２ｄに、実施例１の検出部材支持部１２ｄ１に替えて、第１の光学系支持部の一例として、孔状の発光側光学系支持部１２ｄ１′が形成されている。前記発光側光学系支持部１２ｄ１′には、第１の光学系の一例としての第１凸レンズ５２が支持されている。実施例５の第１凸レンズ５２は、内部空間１２ｆ′の外部に焦点位置Ｆ１′を有し、内部空間１２ｆ′を通過するレーザ光１４ａのうち、レンズの中心Ｏ１と、第１の焦点位置、すなわち、第１凸レンズ５２の焦点位置Ｆ１′と、を結ぶ光軸Ｐ１に対して平行に入射されるレーザ光１４ａを、前記焦点位置Ｆ１′に集光する。
前記第１凸レンズ５２の後方には、第１光位置検出素子１８が支持されており、前記焦点位置Ｆ１′を通る受光面１８ａを有している。
【００６６】
実施例５の受光側容器２２′の右壁２２ｂには、実施例１の検出部材支持部２２ｂ１に替えて、第２の光学系支持部の一例として、孔状の受光側光学系支持部２２ｂ１′が形成されている。前記受光側光学系支持部２２ｂ１′には、第２の光学系の一例としての第２凸レンズ５３が支持されている。実施例５の第２凸レンズ５３は、内部空間２２ｆ外に焦点位置Ｆ２′を有し、内部空間２２ｆ′を通過するレーザ光１４のうち、レンズの中心Ｏ２と、第２の焦点位置、すなわち、第２凸レンズ５３の焦点位置Ｆ２′と、を結ぶ光軸Ｐ２に対して平行に入射されるレーザ光１４を、前記焦点位置Ｆ２′に集光する。
前記第２凸レンズ５３の右方には、第２光位置検出素子２６が支持されており、前記焦点位置Ｆ２′を通る受光面２６ａを有している。
なお、実施例５では、各容器１２′，２２′の外部は空気で満たされているが、各凸レンズ５２，５３と各光位置検出素子１８，２６との間隔は、中間伝播媒体Ａに比べて距離が極めて短く、各凸レンズ５２，５３と各光位置検出素子１８，２６との間の空気の屈折率の変動は無視できる。
【００６７】
（実施例５の作用）
前記構成を備えた実施例５の方向検出装置５１では、実施例１と同様に、発光側容器１２′の内部空間１２ｆ′と受光側容器２２′の内部空間２２ｆ′とが、同一の屈折率を有する真空Ｂで満たされた状態で、角度ズレ量Δθを検出可能である。したがって、実施例５でも、実施例１と同様に、簡易な構成でレーザ光１４ｂの透過方向を精度良く検出することが可能となっている。
特に、実施例５では、第１凸レンズ５２が、発光側容器１２′の後壁１２ｄに支持されており、第１検出素子１８は発光側容器１２′の外部に配置されている。また、第２凸レンズ５３が、受光側容器２２′の右壁２２ｂに支持されて、第２検出素子２６は受光側容器２２′の外部に配置されている。
したがって、実施例１に比べて、容器１２′，２２′を小型化して、内部空間１２ｆ，２２ｆの容積を小さくすることができる。
【００６８】
（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲で、種々の変更を行うことが可能である。本発明の変更例（Ｈ01）〜（Ｈ011）を下記に例示する。
（Ｈ01）前記各実施例において、方向検出装置１〜５１は、発光装置２と受光装置３とは別にクライアントパソコンＰＣを有していたが、これに限定されず、例えば、クライアントパソコンＰＣを省略し、発光装置２又は受光装置３に、クライアントパソコンＰＣの各手段Ｃ１〜Ｃ６″の機能を内蔵させる構成も可能である。
（Ｈ02）前記各実施例において、第１の光学系や第２の光学系の一例として、凸レンズ１７，２４，３１，５２，５３を用いる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第１の光学系や第２の光学系の一例として、焦点位置に集光可能な凹面鏡を用いたり、焦点位置に集光可能に配置された複数の光学部材を組み合わせた光学系を用いることが可能である。
【００６９】
（Ｈ03）前記実施例２において、レーザダイオード１３′は回転可能に支持されており、
手動で回転させて入射角θ１が０°になるように調節可能に構成されていたが、モータ等の駆動源によりレーザダイオード１３′を回転させて、入射角θ１が０°になるように自動調整する構成にすることも可能である。
（Ｈ04）前記実施例３において、レーザダイオード１３は真空Ｂ内に配置される構成が望ましいが、これに限定されず、レーザダイオード１３を発光容器１２の左側外部に配置し、且つ、左壁１２ａに第１凸レンズ３１を支持させて、外部の焦点位置Ｆ１″からレーザ光１４が第１凸レンズ３１に入射されて真空Ｂ内の光軸Ｐ１″に平行にさせる構成も可能である。
（Ｈ05）前記実施例１〜３において、第１、第２の伝播媒体の一例として、真空Ｂによる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第１、第２の伝播媒体の一例としては、屈折率が同一であり且つ均一であれば、真空排気後に希ガスや窒素など任意の媒体を充填することが可能である。また、希ガスや窒素などの気体に限定されず、屈折率が同一であり且つ均一であれば、液体、固体、それらの混成体あらゆる物質が選定できる。なお、実施例２では、レーザダイオード１３′が移動できるように、第１、第２の伝播媒体としては、気体や液体が望ましい。
【００７０】
（Ｈ06）前記実施例３では、第１の伝播媒体や第２の伝播媒体を真空Ｂにする構成を例示したが、実施例４のように、第１の伝播媒体や第２の伝播媒体をガラスＢ２により構成することも可能である。また、この場合、実施例４のように、窓材１９，２３を省略したり、さらに、各容器１２，２２を、実質的には、ガラスＢ２と共通化して省略したりする構成が可能である。
（Ｈ07）前記各実施例において、各部材１３〜１９，２３〜２６，１３′，３１の配置角度や形状角度は前記各実施例の構成に限定されず、第１の伝播媒体のレーザ光１４の透過方向と第２の伝播媒体のレーザ光１４の透過方向との角度関係が、予め設定された各部材の配置角度や形状角度の関係によって、計算可能であれば、任意の配置角度、形状角度が可能である。
（Ｈ08）前記実施例４において、固体である第１の伝播媒体と第２の伝播媒体の一例として、ガラスＢ２による構成を例示したが、これに限定されず、第１、第２の伝播媒体の屈折率が一定で、且つ、それらの屈折率が等しければ、合成樹脂など任意の固体の伝播媒体による構成が可能である。
【００７１】
（Ｈ09）前記各実施例におけるレーザ光１４としては、赤外光、可視光、紫外光など任意の波長のレーザ光を用いることが可能である。また、伝播媒体や、光学系、窓材等レーザ光の透過する部材は、前記波長のレーザ光が透過可能であれば、任意の材質を用いることが可能であり、いわゆる、透明ではなくても、使用される波長のレーザ光が透過可能な材質であれば良い。
（Ｈ010）前記実施例５において、第１光位置検出素子１８と第２光位置検出素子２６が共に、容器１２′，２２′の外部に配置される構成を例示したが、これに限定されない。例えば、第１光位置検出素子１８のみが発光側容器１２′の外部に配置されて、第２光位置検出素子２６は、実施例１のように、真空Ｂ内に受光面２６が配置される構成も可能である。また、逆に、第２光位置検出素子２６のみが受光側容器２２′の外部に配置されて、第１光位置検出素子１８は、実施例１のように、真空Ｂ内に受光面１８ａが配置される構成も可能である。
（Ｈ011）前記実施例１〜４において、光位置検出素子１８，２６の受光面１８ａ，２６ａは容器１２，２２内に配置される構成を例示したが、実施例５や変更例（Ｈ09）のように容器１２，２２の外部に配置された構成も可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１，１′，１″，４１，５１…方向検出装置、
１２，１２′…第１の容器、
１２ｆ，１２ｆ′…内部空間、
１２ｂ１…放射部、
１２ｄ１′…第１の光学系支持部、
１３…光源部材、
１４，１４ａ，１４ｂ…光ビーム、
１６…光分離部材、
１７，３１，５２…第１の光学系、
１８…第１の受光検出部材、
１８ａ…第１の受光面、
１９＋Ａ＋２３，Ａ…中間伝播媒体、
２２，２２′…第２の容器、
２２ａ１…入射部、
２２ｂ１′…第２の光学系支持部、光学系支持部
２２ｆ，２２ｆ′…内部空間、
２４，５３…第２の光学系、
２６…第２の受光検出部材、受光検出部材、
２６ａ…第２の受光面、
Ｂ，Ｂ２…第１の伝播媒体、第２の伝播媒体、
Ｃ２…第１の角度検出手段
Ｃ４…第２の角度検出手段
Ｃ５，Ｃ５″…方向ズレ量検出手段
ｄ１…第１の位置ズレ量、
ｄ２…第２の位置ズレ量、
Ｄ１…第１の受光位置、
Ｄ２…第２の受光位置、
Ｆ１，Ｆ１″，Ｆ１′…第１の焦点位置、
Ｆ２，Ｆ２′…第２の焦点位置、
ｆ１…第１の光学系の焦点距離、
ｆ２…第２の光学系の焦点距離、
ｎ０…屈折率、
Ｓ１，Ｓ２…境界面、
θ１…入射角、
θ２…出射角、
Δθ…方向ズレ量。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図５】
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【図１０】
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