(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由液面を形成する液体部材と、構造部材に固定された固定反射部材と、直線偏光を前記液体部材に投光する自由液面投光系と、該自由液面投光系と同位相の直線偏光を前記固定反射部材に投光する固定反射部材投光系と、前記液体部材への入射、反射の共通光路に設けられたλ／４位相差板と、前記固定反射部材への入射、反射の共通光路に設けられたλ／４位相差板と、前記液体部材の自由液面からの反射光と前記固定反射部材からの反射光のみを透過し受光素子に導く偏光光学部材を有する受光光学系と、前記受光素子が受光した２つの反射像の偏差から装置自体の傾きを演算する演算処理部を具備することを特徴とする傾斜検出装置。
【請求項２】
前記自由液面投光系に第１パターンが設けられ、前記固定反射部材投光系に第２パターンが設けられ、前記反射像はパターン像である請求項１の傾斜検出装置。
【請求項３】
前記第１パターン、第２パターンは暗視野パターンである請求項２の傾斜検出装置。
【請求項４】
投光光束の偏光方向が偏光板により方向付けされている請求項１の傾斜検出装置。
【請求項５】
前記自由液面投光系、固定反射部材投光系、受光光学系がビームスプリッタを有し、該ビームスプリッタが半透過面を透過する透過光に対して傾斜する面を有している請求項１の傾斜検出装置。
【請求項６】
前記自由液面投光系と、前記固定反射部材投光系とが共通の光源と、該光源からの光線を前記液体部材への光束と、前記固定反射部材への光束とに分割するビームスプリッタとを具備する請求項１の傾斜検出装置。
【請求項７】
前記共通の光源からの光束が透過する様配置されたパターンを具備し、該パターンは更に前記液体部材への光束が透過するパターンと固定反射部材への光束を透過するパターンを有している請求項６の傾斜検出装置。
【請求項８】
前記液体部材が容器に収納され、該容器の上面は前記自由液面を透過する透過光に対して傾斜している請求項１の傾斜検出装置。
【請求項９】
前記自由液面投光系は光線を前記液体部材に向け反射し、該液体部材からの反射光を透過するハーフミラーを具備し、該ハーフミラーと前記液体部材とは光学的に一体に構成されている請求項１の傾斜検出装置。
【請求項１０】
前記ハーフミラーと前記液体部材とは光学部材を介して光学的に一体化されている請求項９の傾斜検出装置。
【請求項１１】
前記液体部材の屈折率と、前記光学部材の屈折率とは、近似値となっている請求項１０の傾斜検出装置。
【請求項１２】
前記液体部材と前記光学部材との間に反射防止膜が施されている請求項１０の傾斜検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自由液面を形成する液体部材を利用した傾斜検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は特開平１１−１１８４８２号に於いて、自由液面を利用した傾斜検出装置を提案している。
【０００３】
図１１、図１２に於いて、特開平１１−１１８４８２号で示される傾斜検出装置について概略を説明する。
【０００４】
水平方向に光線を発する第１光源１、例えばＬＥＤが設けられ、該第１光源１の光軸上に第１コンデンサレンズ２、第１パターン３、第２コンデンサレンズ４、第１ハーフミラー５が配設され、該第１ハーフミラー５の反射光軸上に液体部材６が配設され、該液体部材６は自由液面６ａを形成する様に容器７に入れられている。前記液体部材６の材質としては適度な粘性を有する液体、例えばシリコンオイルが使用される。前記第１光源１と液体部材６の自由液面６ａとは共役な位置に配置されている。
【０００５】
前記第１ハーフミラー５で反射された光線は前記自由液面６ａで反射され、前記第１ハーフミラー５を透過する。該第１ハーフミラー５の透過光軸上に第３コンデンサレンズ９、受光手段１１が配設される。
【０００６】
前記第１光源１から発せられた光線は、前記第１コンデンサレンズ２で平行光束とされる。前記第１パターン３を透過した光線は前記第２コンデンサレンズ４を透過し、前記第１ハーフミラー５で上方に反射され、前記自由液面６ａで反射され、更に前記第１ハーフミラー５、第３コンデンサレンズ９を透過して、前記受光手段１１で受光される。前記第２コンデンサレンズ４、第３コンデンサレンズ９は前記第１パターン３の像を前記受光手段１１に結像する。該受光手段１１の受光結果は演算処理部１３に入力される。
【０００７】
前記受光手段１１には基準位置が設定されており、傾斜検出装置自体が水平である場合に前記自由液面６ａから反射され、前記受光手段１１に結像したパターン像が基準位置に合致する様になっている。
【０００８】
傾斜検出装置自体がθ傾斜すると、前記自由液面６ａは水平を維持するので該自由液面６ａは装置自体に対して相対的にθ傾斜することになる。従って、前記液体部材６の屈折率をｎとすると、前記自由液面６ａで反射された光線は入射光軸に対して２ｎθの偏角を生じる。前記第３コンデンサレンズ９の焦点距離をｆとすると前記受光手段１１上での移動量Ｌは、下記数式１で表される。
【０００９】
Ｌ＝ｆ×ｔａｎ（２ｎθ）・・・・数式１
【００１０】
而して、前記演算処理部１３に於いて基準位置に対するパターン像の前記Ｌを求め、更に逆算することで傾斜検出装置自体の傾斜θを求めることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の傾斜検出装置では、受光素子上に基準位置を設定しており、この為、基準位置が経時的に変化する可能性がある。又、環境温度の変化により受光素子が移動する可能性もある。斯かる場合、基準位置が変位する為、傾斜検出に誤差が発生するという問題があった。
【００１２】
又、傾斜検出装置を備えた装置、例えば測量機等で作業に応じ機能を有するユニットを着脱する様になっているものがある。この場合、従来の傾斜検出装置では、傾斜検出装置が設けられているアッセンブリの傾斜しか検出できないので、ユニットの傾斜については不確定となっていた。
【００１３】
本発明は斯かる実情に鑑み、経時的な誤差、環境温度の変化に影響されることなく、正確な傾斜が検出でき、更に、傾斜検出装置が設けられているアッセンブリに他のアッセンブリを取付けた場合にも、他のアッセンブリを含んだ傾斜の検出を可能としたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、自由液面を形成する液体部材と、構造部材に固定された固定反射部材と、前記液体部材に投光する自由液面投光系と、前記固定反射部材に投光する固定反射部材投光系と、前記液体部材の自由液面からの反射光と前記固定反射部材からの反射光を受光素子に導く受光光学系と、前記受光素子が受光した２つの反射像の偏差から装置自体の傾きを演算する演算処理部を具備する傾斜検出装置に係り、又前記自由液面投光系に第１パターンが設けられ、前記固定反射部材投光系に第２パターンが設けられ、前記反射像はパターン像である傾斜検出装置に係り、又前記第１パターン、第２パターンは暗視野パターンである傾斜検出装置に係り、又前記自由液面投光系、固定反射部材投光系は同位相の直線偏光を投光し、前記液体部材への入射、反射の共通光路に１／４位相差板が設けられ、前記固定反射部材への入射、反射の共通光路に１／４位相差板が設けられ、前記受光光学系は前記液体部材、固定反射部材からの反射光のみを透過する偏光光学部材を具備した傾斜検出装置に係り、又投光光束の偏光方向が偏光板により方向付けされている傾斜検出装置に係り、又前記自由液面投光系、固定反射部材投光系、受光光学系がビームスプリッタを有し、該ビームスプリッタが半透過面を透過する透過光に対して傾斜する面を有している傾斜検出装置に係り、又前記自由液面投光系と、前記固定反射部材投光系とが共通の光源と、該光源からの光線を前記液体部材への光束と、前記固定反射部材への光束とに分割するビームスプリッタとを具備する傾斜検出装置に係り、又前記共通の光源からの光束が透過する様配置されたパターンを具備し、該パターンは更に前記液体部材への光束が透過するパターンと固定反射部材への光束を透過するパターンを有している傾斜検出装置に係り、又前記液体部材が容器に収納され、該容器の上面は前記自由液面を透過する透過光に対して傾斜している傾斜検出装置に係り、又前記自由液面投光系は光線を前記液体部材に向け反射し、該液体部材からの反射光を透過するハーフミラーを具備し、該ハーフミラーと前記液体部材とは光学的に一体に構成されている傾斜検出装置に係り、又前記ハーフミラーと前記液体部材とは光学部材を介して光学的に一体化されている傾斜検出装置に係り、又前記液体部材の屈折率と、前記光学部材の屈折率とは、近似値となっている傾斜検出装置に係り、更に又前記液体部材と前記光学部材との間に反射防止膜が施されている傾斜検出装置に係るものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１に於いて、本発明の第１の実施の形態を説明する。尚、図１中、図１１中で示したものと同等のものには同符号を付してある。
【００１７】
水平方向に光線を発する第１光源１、例えばＬＥＤが設けられ、該第１光源１の光軸上に第１コンデンサレンズ２、第１パターン３、第２コンデンサレンズ４、第１ハーフミラー５が配設され、該第１ハーフミラー５の反射光軸上に液体部材６が配設され、該液体部材６は自由液面６ａを形成する様に容器（図示せず）に入れられている。前記液体部材６の材質としては適度な粘性を有する液体、例えばシリコンオイルが使用される。前記第１光源１と前記自由液面６ａとは共役な位置に配置することも可能である。共役な位置に配設することで、前記自由液面６ａでの反射面積が最小となり、前記液体部材６の表面張力による誤差を最小にすることができる。更に、該液体部材６の体積を少なくするという効果もある。
【００１８】
前記第１光源１、第１コンデンサレンズ２、第１パターン３、第２コンデンサレンズ４、第１ハーフミラー５等は自由液面投光系８を構成する。
【００１９】
前記第１ハーフミラー５で反射された光線は前記自由液面６ａで反射され、前記第１ハーフミラー５を透過する。該第１ハーフミラー５の透過光軸１０上に第２ハーフミラー１５、第３コンデンサレンズ９、受光手段１１が配設される。該受光手段１１は例えばＣＣＤエリアセンサが用いられる。
【００２０】
前記第１ハーフミラー５の透過光軸１０と平行な投光光軸を有する第２光源１７が配設され、該第２光源１７の投光光軸上に第４コンデンサレンズ１８、第２パターン１９、第５コンデンサレンズ２０、第３ハーフミラー２１が配設され、該第３ハーフミラー２１は前記第２ハーフミラー１５と対向している。
【００２１】
前記第３ハーフミラー２１の透過光軸上に該透過光軸と垂直な反射部材２２が配設されている。該反射部材２２は傾斜検出装置の筐体等の構造部材に取付けられている。従って、傾斜検出装置自体が水平に正しく設置された場合は前記反射部材２２の反射面は水平となる。
【００２２】
前記第２光源１７、第４コンデンサレンズ１８、第２パターン１９、第５コンデンサレンズ２０、第３ハーフミラー２１等は固定反射部材投光系２４を構成し、前記第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５、第３ハーフミラー２１、第３コンデンサレンズ９、受光手段１１等は受光光学系１２を構成する。
【００２３】
而して、前記第１光源１から射出された光線は、第１コンデンサレンズ２で平行光束とされ、前記第１パターン３、第２コンデンサレンズ４を透過した後、前記第１ハーフミラー５で反射され、更に前記自由液面６ａで反射され、前記第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５、前記第３コンデンサレンズ９を透過して前記受光手段１１により受光される。即ち、前記第１パターン３の第１パターン像３ａ（図示せず）は前記第３コンデンサレンズ９により前記受光手段１１に結像される。
【００２４】
又、前記第２光源１７から射出された光線は、前記第４コンデンサレンズ１８で平行光束とされ、前記第２パターン１９を透過し、更に前記第５コンデンサレンズ２０、第３ハーフミラー２１を透過し、前記反射部材２２で反射され、前記第３ハーフミラー２１、第２ハーフミラー１５で反射され、前記第３コンデンサレンズ９を経て前記受光手段１１に受光される。即ち、前記第２パターン１９の第２パターン像１９ａ（図示せず）も前記第３コンデンサレンズ９を経て前記受光手段１１に結像される。
【００２５】
尚、前記反射部材２２からの反射光で前記第２ハーフミラー１５で反射された状態の反射光軸２３は前記透過光軸１０が鉛直の場合に該透過光軸１０に合致する。従って、前記第１パターン３の第１パターン像３ａと第２パターン１９の第２パターン像１９ａとが合致する様になっている。
【００２６】
前記透過光軸１０は前記自由液面６ａで反射されたものであり、従って、傾斜検出装置自体が傾斜していると、前記液体部材６の自由液面６ａは傾斜検出装置自体に対して相対的に傾斜し、その結果入射光軸に対して反射光軸２３が偏角する。
【００２７】
前述した様に、前記自由液面６ａがθ傾斜した場合、液体部材６の屈折率ｎとすると反射光軸は２ｎθ偏角し、数式１で示した通り前記受光手段１１上では、前記第１パターン像３ａはｆ×ｔａｎ（２ｎθ）だけ基準位置から移動する。
【００２８】
一方、前記固定反射部材投光系２４の投光光軸は傾斜検出装置自体に対して固定され、又前記反射部材２２も傾斜検出装置自体に対して固定されている。従って、前記反射部材２２で反射された光線の、前記受光手段１１での受光位置（第２パターン像１９ａの位置）は傾斜検出装置自体の傾斜に拘らず一定している。
【００２９】
而して、前記第２パターン像１９ａに対する前記第１パターン像３ａ間の偏差は、即ち該第１パターン像３ａの移動量Ｌとして検出することができ、前記受光手段１１の第２パターン像１９ａに対する第１パターン３の方向を検出することで、傾斜方向も検出することが可能である。
【００３０】
演算処理部１３に於いて、前記受光手段１１からの受光信号に基づき前記第１パターン像３ａと第２パターン像１９ａとの偏差を求め、更に偏差に基づき傾斜量、傾斜方向が演算される。
【００３１】
尚、前記受光光学系１２からの第２パターン像１９ａは基準として使用するものであるから、傾斜検出装置自体が水平な状態に於いて、前記反射部材２２からの反射光軸２３と前記自由液面６ａからの反射光軸２３は必ずしも合致していなくても、又平行でなくてもよい。要は前記受光手段１１に傾斜検出装置自体の傾斜に拘らず固定した第２パターン像１９ａが形成されればよい。更に、傾斜検出装置自体が水平状態で前記第１パターン像３ａと第２パターン像１９ａとは前記受光手段１１上で必ずしも合致する必要はなく、両者のずれ量は演算する場合の補正値とすればよい。
【００３２】
前記第１パターン像３ａの移動量Ｌについての演算について説明する。
【００３３】
前記第１パターン３、第２パターン１９は共に透明基板に不透明なパターンを形成するか、或は不透明な基板にパターンを打抜いたものであり、暗視野パターンを形成する。前記第１パターン３は例えば図２に示され、前記第２パターン１９は例えば図３に示される。
【００３４】
先ず、前記第１パターン３について説明すると、該第１パターン３はスリット２６を所定等間隔（ピッチ）ｐで打抜き形成したスリット列であり、該スリット列の方向を例えばＸ軸方向とする。前記各スリット２６は一方向に漸次幅が減少する細長３角形状をしており、長手方向がＹ軸方向に一致している。
【００３５】
次に、前記第２パターン１９はスリット２７ａ、２７ｂを十字状に打抜きしたものであり、前記受光手段１１に投影された状態で前記スリット２７ａがＹ軸方向と平行であり、前記スリット２７ｂがＸ軸方向と平行であり、該スリット２７ｂは前記スリット２６を横切る位置である。
【００３６】
前記した様に、傾斜検出装置自体が傾斜すると、前記自由液面６ａが傾斜検出装置自体に対し相対的に傾斜し、前記受光手段１１上でｆ×ｔａｎ（２ｎθ）だけ移動する。
【００３７】
図４に示す様に、前記スリット２６・・・・・の特定のパターンをスタートパターンとして着目し、水平基準位置即ち前記受光手段１１上のスリット２７ａと前記スタートパターンとの距離ｄｘを測定すればよい。
【００３８】
又、ピッチ間隔以下の距離に関しては、前記受光手段１１の出力のフーリエ変換を行うことにより、ピッチ間隔に対する水平基準位置との位相差φを計算する。
【００３９】
φ×ｐ／（２π） ・・・・・・数式２
【００４０】
数式２によりφを求めることにより、ピッチ間隔以下の距離を高精度に測定可能である。そして、上記スタートパターンの距離から求めたピッチ間隔以上の距離と合わせることにより、全体の距離を演算することができる。
【００４１】
又、Ｙ軸方向の移動量（傾き角）であるが、Ｙ軸方向の移動量は、幅が変化するスリット２６の３角形状より演算する。
【００４２】
即ち、前記スリット２７ｂが前記スリット２６をＸ軸方向に横切る様投影され、而も前記スリット２７ｂは移動しないので、傾斜検出装置自体がＹ軸方向に傾くと、前記スリット２７ｂが横切る３角形のスリット２６の幅が変化することになる。この変化量は、Ｙ軸方向の傾き角と比例する為、前記演算処理部１３は幅の変化を基にＹ軸方向の傾き角を算出することができる。
【００４３】
測定精度を上げる為に、全てのスリット２６についての横切る幅について演算を行い、平均ｄｙave を求め、ピッチ幅ｐ及び予め決められた比例関係ｋより、受光手段１１上の距離Ｌを下記数式３により求めることができる。
【００４４】
Ｌ＝ｋ×ｄｙave／ｐ ・・・・・数式３
【００４５】
更に、数式１よりＹ軸方向の傾きを計算することができる。
【００４６】
尚、幅が変化するスリット２６は、３角形に限ることなく、幅が変化し、傾きとの対応が設定されるものであればよい。
【００４７】
図５により、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００４８】
尚、図５中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明は省略する。
【００４９】
図５の実施例では第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５、第３ハーフミラー２１についての変更である。それぞれ同様の変更であるので、以下は第１ハーフミラー５について説明する。
【００５０】
前記第１ハーフミラー５を半透過面２８ａを有するビームスプリッタ２８としたものである。該ビームスプリッタ２８では前記第１光源１からの光線の内、前記半透過面２８ａの透過光に対して傾斜する面２８ｂを有する。
【００５１】
該面２８ｂは前記半透過面２８ａを透過した光線を入射光軸から偏向させて反射するので、前記面２８ｂの反射光は前記受光手段１１に入射しない。この為、該受光手段１１が受光する光線に対してノイズが減少する。
【００５２】
図６により、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００５３】
尚、図６中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明は省略する。
【００５４】
図６は、前記半透過面２８ａと前記液体部材６とを光学的に一体化させる為の光学部材２９を具備している。該光学部材２９は前記液体部材６と同一、又は近似した屈折率を有している。この為、該液体部材６と前記光学部材２９との境界面での反射、屈折が防止されるので、不要な反射光の発生が防止でき、高精度の測定を実現させることができる。
【００５５】
又、前記光学部材２９と液体部材６との屈折率が異なる場合、前記光学部材２９と液体部材６と接する面に、前記光学部材２９の屈折率と液体部材６の屈折率との中間の媒質を用いた反射防止膜を設けることにより、この境界面での反射光を減少させることができる。
【００５６】
図７により、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００５７】
尚、図７中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明は省略する。
【００５８】
該第４の実施の形態は、前記液体部材６が容器３１に封入された場合を示している。
【００５９】
該容器３１の上内面、即ち前記自由液面６ａに対峙する上内面３１ａは前記自由液面６ａに対して傾斜している。
【００６０】
前記受光手段１１は前記自由液面６ａで反射された反射光を受光しているが、前記液体部材６に入射した光線の大部分（９０％以上）は前記自由液面６ａを透過している。この為、前記容器３１の上内面３１ａで反射される反射光の光量は前記自由液面６ａで反射される光線の光量と比較し、無視できない値となる。前記上内面３１ａを傾斜することで、該上内面３１ａで反射光が偏向し、前記自由液面６ａでの反射光と外れることから前記上内面３１ａでの反射光は前記受光手段１１で受光されない。
【００６１】
従って、該受光手段１１での受光のＳ／Ｎ比が向上し、測定精度が向上する。
【００６２】
図８により傾斜検出装置の第５の実施の形態を説明する。
【００６３】
尚、図８中、図１中で示したものと同等のものには同符号を付し、その説明は省略する。
【００６４】
該第５の実施の形態では図１で示した構成に偏光部材を追加したものであり、図１の実施例に於ける第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５、第３ハーフミラー２１での透過及び反射の効率を向上させたものである。
【００６５】
前記第１光源１と前記第１コンデンサレンズ２との間に第１偏光板３２を配設し、又前記液体部材６と前記第１ハーフミラー５との間、即ち光線の入射、反射の共通光路内に第１λ／４偏光部材３３を配設する。同様に、前記第２光源１７と前記第４コンデンサレンズ１８との間に第２偏光板３４を配設し、又前記反射部材２２と前記第３ハーフミラー２１との間に第２λ／４偏光部材３５を配設する。又、前記第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５、第３ハーフミラー２１として偏光ビームスプリッタが用いられる。前記第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５、第３ハーフミラー２１はＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する様になっている。
【００６６】
光源としては、偏光が規定されない光源としてＬＥＤ等が用いられる。
【００６７】
前記第１光源１から発せられた光線は、前記第１偏光板３２でＳ偏光の直線偏光になり、前記第１ハーフミラー５に入射する。前記した様に該第１ハーフミラー５はＳ偏光を反射し、Ｐ偏光を透過する偏光ビームスプリッタとして作用する。従って、前記第１光源１からの光線は前記液体部材６へ向かって反射される。該液体部材６で反射された光線は前記第１λ／４偏光部材３３を２回透過することとなり、Ｐ偏光の直線偏光となる。従って、前記第１ハーフミラー５、第２ハーフミラー１５を透過し、前記受光手段１１で受光される。
【００６８】
前記第２光源１７から発せられた光線はＰ偏光の直線偏光であり、前記第３ハーフミラー２１を透過して前記反射部材２２で反射される。該反射部材２２で反射される過程で、前記第２λ／４偏光部材３５を２回透過することとなるので、反射光はＳ偏光となる。従って、前記第３ハーフミラー２１、第２ハーフミラー１５で反射されて、前記受光手段１１に受光される。
【００６９】
上記した様に、偏光を用いて、反射、透過を行っているので、効率が向上し、前記受光手段１１での受光量が多くなり、測定精度が向上する。
【００７０】
尚、半導体レーザの様に、直線偏光のレーザ光線を発する光源を使用すれば、前記第１偏光板３２、第２偏光板３４は省略することができる。
【００７１】
図９、図１０により傾斜検出装置の第６の実施の形態を説明する。
【００７２】
該実施の形態では、図１で示した第１の実施の形態に於ける第１光源１、第２光源１７を１つの光源で機能させる様にしたものである。
【００７３】
第１光源１の光軸上に第１コンデンサレンズ２、第１パターン３、第２コンデンサレンズ４を順次配設し、前記第２コンデンサレンズ４に対向してビームスプリッタ３７、該ビームスプリッタ３７の上面に容器（図示せず）に入れられた液体部材６が設けられている。前記ビームスプリッタ３７を挾んで第２コンデンサレンズ４の反対側にミラー等の反射手段３８を配設し、該反射手段３８の反射面に臨む様に反射部材２２が配設されている。該反射部材２２は傾斜検出装置自体の筐体等固定の構造部材に取付けられ、傾斜検出装置自体が水平にセットされた状態で反射面が水平となる様になっている。
【００７４】
前記液体部材６の自由液面６ａと対向して第３コンデンサレンズ９、更に受光手段１１が配設されている。
【００７５】
前記第１パターン３には光軸を挾んで両側にパターン３９，４０が形成される。而して、前記パターン３９を透過した光束が前記液体部材６に向かう様に、又前記パターン４０を透過した光束が前記反射部材２２に向かう様に光学的配置を決定する。
【００７６】
前記第１光源１、第１コンデンサレンズ２、第１パターン３、第２コンデンサレンズ４、ビームスプリッタ３７は自由液面投光系を構成し、前記第１光源１、第１コンデンサレンズ２、第１パターン３、第２コンデンサレンズ４、ビームスプリッタ３７、反射手段３８は固定反射部材投光系を構成し、前記ビームスプリッタ３７、第３コンデンサレンズ９は受光光学系を構成する。
【００７７】
前記第１光源１から発せられた光線は前記第１コンデンサレンズ２で平行光束とされ、前記第１パターン３では平行光束が透過する。該第１パターン３を透過した平行光束の内、前記パターン３９を透過した光束は前記ビームスプリッタ３７の半透過面３７ａで反射され、前記自由液面６ａに至る。前記第１パターン３と前記自由液面６ａは共役な位置に配置され、前記パターン３９は前記自由液面６ａで結像される。該自由液面６ａで反射され半透過面３７ａを透過した光束は前記第３コンデンサレンズ９により前記受光手段１１に結像される。
【００７８】
前記パターン４０を透過した光束は前記半透過面３７ａを透過し、前記反射手段３８で反射偏向され、前記反射部材２２に向かう。更に、該反射部材２２、反射手段３８、半透過面３７ａで反射された光束は、前記第３コンデンサレンズ９で前記受光手段１１に結像される。
【００７９】
而して、前記受光手段１１上には前記自由液面６ａで反射されたパターン３９と、前記反射部材２２で反射されたパターン４０が同時に結像される。
【００８０】
傾斜検出装置自体が傾斜すると前記自由液面６ａは水平を維持するので、傾斜検出装置自体に対して相対的に傾斜する。
【００８１】
前記した光学系は傾斜検出装置自体に一体且つ固定して設けられているので、前記受光手段１１のパターン３９の受光位置が傾斜と共に移動する。
【００８２】
移動量は、上述したと同様に、前記自由液面６ａの傾斜角θ、液体の屈折率ｎ、第３コンデンサレンズ９の焦点距離ｆとすると、前述した数式１、即ち、Ｌ＝ｆ×ｔａｎ（２ｎθ）で表される。
【００８３】
一方、前記反射部材２２で反射されたパターン４０は傾斜検出装置自体が傾斜しても変化はなく、前記受光手段１１上の受光位置は変わらない。従って、両パターン３９，４０像の位置の変位を求めることで、傾斜検出装置自体の傾斜角を求めることができる。
【００８４】
次に、前記反射部材２２を傾斜検出装置自体に着脱可能に取付けられたアッセンブリ、部品に取付けた場合、アッセンブリ、部品を水平とするには前記反射部材２２と前記自由液面６ａとを平行にすればよい。従って、前記受光手段１１で受光されるパターン３９の受光位置とパターン４０の受光位置との偏差を０とすれば、前記自由液面６ａと前記反射部材２２が平行となるので、偏差が０となる方向に傾斜検出装置自体を整準すればよい。従って、複数のアッセンブリ、部品を傾斜検出装置自体に着脱して使用する場合に、精度よく水平を補償した状態での機器の使用が可能となる。
【００８５】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、自由液面を形成する液体部材と、構造部材に固定された固定反射部材と、前記液体部材に投光する自由液面投光系と、前記固定反射部材に投光する固定反射部材投光系と、前記液体部材の自由液面からの反射光と前記固定反射部材からの反射光を受光素子に導く受光光学系と、前記受光素子が受光した２つの反射像の偏差から装置自体の傾きを演算する演算処理部を具備するので、経時的な誤差、環境温度の変化に影響されることなく、正確な傾斜が検出でき、更に、固定反射部材を傾斜検出装置が設けられるアッセンブリ以外のアッセンブリに取付けた場合、他のアッセンブリを含んだ傾斜の検出が可能となる等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す基本構成図である。
【図２】該実施の形態に使用されるパターンを示す説明図である。
【図３】該実施の形態に使用される他のパターンを示す説明図である。
【図４】前記パターンを受光することによって得られる受光手段の出力図である。
【図５】第２の実施の形態を示す要部概略図である。
【図６】第３の実施の形態を示す要部概略図である。
【図７】第４の実施の形態を示す要部概略図である。
【図８】第５の実施の形態を示す基本構成図である。
【図９】第６の実施の形態を示す基本構成図である。
【図１０】該第６の実施の形態で使用されるパターンを示す説明図である。
【図１１】従来の基本構成図である。
【図１２】自由液面と反射光の偏角を示す説明図である。
【符号の説明】
１          第１光源
３          第１パターン
５          第１ハーフミラー
６          液体部材
６ａ        自由液面
８          自由液面投光系
１１        受光手段
１２        受光光学系
１３        演算処理部
１５        第２ハーフミラー
１７        第２光源
１９        第２パターン
２１        第３ハーフミラー
２２        反射部材
２４        固定反射部材投光系
３２        第１偏光板
３３        第１λ／４偏光部材
３４        第２偏光板
３５        第２λ／４偏光部材
【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５】
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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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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