(57)【要約】【課題】  簡易な構成で水平状態、鉛直状態、傾斜角、さらには方位を検出し、さらに検出補助部材を用いて多様な形態での検出を簡便に行えるようにする。【解決手段】  遮光性を有する筐体内の球面状の内面上に発光素子及び受光素子からなる光学的検出器を配設し、筐体の内面で画定される空間内にそれより小さい直径の内部球体を収納し、筐体の内面と内部球体の間の空間に透明な液体を満たし、内部球体の重心が中心から偏倚した位置にあり、内部球体の球面上に水平度、傾斜角、方位を検出するための検出用パターンを施しておき、内部球体が安定した状態にある時の筐体の外形的な形状、筐体に付随する検出補助部材の状態、光学的検出器により検出された検出用パターンの状況に基づく検出制御部においての信号処理及び表示・告知により、水平度、傾斜角、方位を判定できるようにする。【選択図】  図２
2007278723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉じた球面状の内面により画定される内部空間を有し該球面状の内面上に発光素子及び受光素子からなる光学的検出器が配設された遮光性を有する筐体と、
該筐体の球面状の内面の直径より小さい直径を有し該筐体の球面状の内面により画定される内部空間内に収納された球体であって、その重心が球体の中心から偏倚した位置にあり、該球体の中心と重心とを通る軸線を地軸線、該球体の中心を通って地軸線に垂直な面を赤道面とし、該赤道面に平行な面内にある該球体の球面上の円を緯線、該地軸線を通る面内にある該球体の球面上の円を経線として、複数の該緯線及び／または経線により画定される複数の領域を色の明度及び／または色相の差により識別可能に着色して検出用パターンが形成された内部球体と、
前記筐体の球面状の内面と前記内部球体の球面との間の空間に満たされた透明な液体と、
からなり、前記内部球体の比重と前記液体の比重とが同等であって、前記内部球体が前記液体中で回転可能に浮動するようにした傾斜状態検出部と、前記筐体内の球面状の内面上に配設された光学的検出器により検出された前記内部球体の球面上の検出用パターンにおける領域の色に基づいて前記筐体の傾斜状態を判定するための処理回路及び表示・告知手段を有する検出制御部とを備えてなることを特徴とする傾斜状態検出装置。
【請求項２】
前記筐体に検出補助部材が取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の傾斜状態検出装置。
【請求項３】
前記検出補助部材が紐状の部材であることを特徴とする請求項２に記載の傾斜状態検出装置。
【請求項４】
前記検出補助部材が棒状の部材であることを特徴とする請求項２に記載の傾斜状態検出装置。
【請求項５】
前記棒状の部材が筐体に着脱可能に取り付けられるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の傾斜状態検出装置。
【請求項６】
前記内部球体が安定した状態にある時の赤道面内にある前記筐体の球面状の内面の位置に前記光学的検出器が配設されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の傾斜状態検出装置。
【請求項７】
前記内部球体が安定した状態にある時の赤道面内にある前記筐体の球面状の内面の位置と、この時の地軸線上にある一方の位置との２つの位置に前記光学的検出器が配設され、該２つ位置における光学的検出器のいずれか一方を選択的に切り換えて検出を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の傾斜状態検出装置。
【請求項８】
前記内部球体内においてその地軸線に垂直な面内に、該地軸線を通るように永久磁石が配置され、該永久磁石を含む前記内部球体の重心が中心から偏倚した位置にあとともに該内部球体の比重が前記液体の比重と同等であるようにして、方位を検出できるようにしたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の傾斜状態検出装置。
【請求項９】
前記内部球体が安定した状態にある時の赤道面内にある前記筐体の球面状の内面の位置と、その両側に間隔をおいた赤道面内の位置との３箇所に前記光学的検出器が配設され、該両側の光学的検出器を補助的検出器として方位を検出するようにしたことを特徴とする請求項８に記載の傾斜状態検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜状態検出装置に関し、より詳細には、物の状態が水平か、垂直か、あるいはどの程度の傾斜角であるかを検出し、あわせて方位を検出することを包含した傾斜状態の検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
物が水平に設置、配置される必要がある場合に、これを確認する必要が生ずることは日常的にも多くある。その例として、例えばイベント会場、講演・式典会場における垂れ幕等の掲示物、通路やホールでのポスターの掲示、学校、会社、会館等での壁や固定パネルにおける掲示物等があり、これらをある程度距離をおいてみる場合に、本来水平に設置されるべきものが傾斜していると違和感が与えられる。
これらの掲示物等の設置の際には、壁面位置において貼り付ける作業を行う際に、作業者の近くに柱、長押、壁の角等の水平どの基準となるものがあれば、それを目安にできるが、大きい壁の場合等には、そのような目安が得られず、作業者は壁面の近くにいるため、掲示物等が水平であるか否か確認し難いので、掲示物等をできるだけ水平にするために、作業者とは別の壁から離れた人の指示を受けるか、一旦テープやピンで仮止めし、離れた位置で水平度を確認して貼り付け位置を修正することを繰り返すと、いうような作業状況になる。
【０００３】
水平度を目視で確認する器具として、土木建築分野で水準器が用いられており、これは重りを吊り下げた紐と角度板とのなす角度で傾斜角を求めるものや、液中の気泡の位置により水平度を確認するものが一般的であり、このような器具は対象となるものの面上に据え付ける形態で使用することになり、据え付け面のない壁面で使用するには適当でない。
【０００４】
また、柱、ポール等設置した物が鉛直になっているか否かを検出する必要性が生ずることもある。さらに、水平・鉛直でない物に関して、その傾斜角を知る必要が生ずることがあり、建物の屋根等の傾斜角、坂道道路の傾斜角を簡易に知ろうとしても、水平方向に対する傾斜角を簡便に検出できるものはなかった。
【０００５】
また、水平性・鉛直性、傾斜角とともに、屋外において、方位を確認する必要性が生ずることもあるが、水平性・鉛直性、傾斜角とともに方位を確認できるものはなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来においては、展示物、設置物等の水平性、鉛直性を検出し、さらに傾斜角、方位を検出することができる簡易な構成の検出装置を提供することが課題とされていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述した課題を解決すべくなしたものであり、閉じた球面状の内面により画定される内部空間を有し該球面状の内面上に発光素子及び受光素子からなる光学的検出器が配設された遮光性を有する筐体と、該筐体の球面状の内面の直径より小さい直径を有し該筐体の球面状の内面により画定される内部空間内に収納された球体であって、その重心が球体の中心から偏倚した位置にあり、該球体の中心と重心とを通る軸線を地軸線、該球体の中心を通って地軸線に垂直な面を赤道面とし、該赤道面に平行な面内にある該球体の球面上の円を緯線、該地軸線を通る面内にある該球体の球面上の円を経線として、複数の該緯線及び／または経線により画定される複数の領域を色の明度及び／または色相の差により識別可能に着色して検出用パターンが形成された内部球体と、前記筐体の球面状の内面と前記内部球体の球面との間の空間に満たされた透明な液体と、からなり、前記内部球体の比重と前記液体の比重とが同等であって、前記内部球体が前記液体中で回転可能に浮動するようにした傾斜状態検出部と、前記筐体内の球面状の内面上に配設された光学的検出器により検出された前記内部球体の球面上の検出用パターンにおける領域の色に基づいて前記筐体の傾斜状態を判定するための処理回路及び表示・告知手段を有する検出制御部とを備えてなる傾斜状態検出装置としたものである。
【０００８】
前記筐体に検出補助部材が取り付けられてもよく、この検出補助部材は、紐状の部材であっても、あるいは棒状の部材であってもよく、棒状の部材は筐体に着脱可能に取り付けられるようにしてもよい。
【０００９】
前記内部球体が安定した状態にある時の赤道面内にある前記筐体の球面状の内面の位置に前記光学的検出器が配設されていてもよく、また、前記内部球体が安定した状態にある時の赤道面内にある前記筐体の球面状の内面の位置と、この時の地軸線上にある一方の位置との２つの位置に前記光学的検出器が配設され、該２つ位置における光学的検出器のいずれか一方を選択的に切り換えて検出を行うようにしてもよい。
【００１０】
前記内部球体内においてその地軸線に垂直な面内に、該地軸線を通るように永久磁石が配置され、該永久磁石を含む前記内部球体の重心が中心から偏倚した位置にあるとともに該内部球体の比重が前記液体の比重と同等であるようにして、方位を検出できるようにしてもよく、また、前記内部球体が安定した状態にある時の赤道面内にある前記筐体の球面状の内面の位置と、その両側に間隔をおいた赤道面内の位置との３箇所に前記光学的検出器が配設され、該両側の光学的検出器を補助的検出器として方位を検出するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、筐体内部の空間に収容された内部球体の球面上の検出用パターンを光学的検出器により検出するようにしたことにより、簡易な構成で水平状態、鉛直状態、傾斜角、さらには方位が検出でき、さらに検出補助部材を用いることにより多様な形態での検出が簡便になされるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の傾斜状態検出装置は、水平性・鉛直性、傾斜角、方位を全体として検出することができるものであるが、簡易な用途、装置として特に水平度あるいは鉛直度の検出機能を専ら用いるという形態のものとして、また、傾斜角検出のために用いる形態のもの、さらには傾斜状態及び方位を包括的に検出する形態のものというように、多様な形態で実施することができるものである。そこで、最初に多様な形態に共通する本発明の傾斜状態検出装置の基本構成について概略的に説明する。
〔基本的構成〕
図１（ａ）は、傾斜状態検出装置の概略的構成を示すもので、この傾斜状態検出装置１はセンサーユニットとしての傾斜状態検出部１０と、検出制御部２０と、検出補助部材３０とを含む。傾斜状態検出部１０は、図１（ｂ）に断面で示すように（以下の図面においても、筐体の部分は基本的に断面で示す。）、筐体１１と、筐体１１の内部に形成された球面１２により画定される空間に収容され球面１２の半径より小さい半径の内部球体１３とを有し、球面１２と内部球体１３の球面１４との間の空間部分に液体１５を充填し、内部球体１３の比重と液体１５の比重を同等にして、球体が液体１５中で浮動し自由に回転できるようにしてある。
【００１３】
内部球体１３は、その内部において中心から偏倚した位置に重量を大きくした部分（重り）１６を有する構造にし、全体を球形にして、内部球体１３の重心が球の中心ではなく中心から偏した位置にあるようにする。方位検出機能を有するようにする場合には、さらに、球の中心と重心とを通る軸線に垂直な面内において軸線に対して対称的にＮとＳとの磁極を有する永久磁石１７を配置する。永久磁石１７は一般的に比重が大きい物質になるので、重りを兼ねる棒状の永久磁石１７を球の中心から偏倚した位置に配設し、単独の重り１６を省略した形にしてもよい。このように、内部球体１３は重り１６及び／または永久磁石１７を内部に含む構成とした上で、球体としての比重が周囲の液体１５と同等になり、重心が球の中心から偏倚した位置にあるようにする。
【００１４】
液体１５中で浮動する内部球体１３は、安定した状態において、重力の作用により、球の中心から重心への向きが鉛直方向になる。本発明では、この性質を用いて傾斜角の検出を行う。内部球体１３の中心と重心とを通る軸線は、内部球体１３が安定した状態において鉛直方向に向いており、この軸線に垂直な面は水平面になっている。そこで、以下の説明において、内部球体１３の中心と重心とを通る軸線を内部球体１３の「地軸線」といい、内部球体１３の中心を通り地軸線に垂直な面を「赤道面」といい、赤道面内における内部球体１３の球面１４上の大円を「赤道」といい、地軸線が内部球体１３の球面１４を通る点のうち、安定状態において上側の方を「上極点」、下側の方を「下極点」という。内部の永久磁石１７の磁極は地軸線に対して垂直な平面内の位置にあり、磁極ＮとＳとを結ぶ直線が地軸線を通るようにしてある。
【００１５】
内部球体１３の球面１４には検出すべき傾斜状態、方位に応じた検出用パターン１８が施されており、筐体１１の内部に形成された球面１２上の所定位置に発光素子及び受光素子を含む光学的検出器１９が配設され、球面１２の内側の液体中で浮動する内部球体１３の球面１４に施された検出用パターン１８を光学的検出器１９が検出し、検出信号に変換する。この検出信号を検出制御部２０における信号処理回路により処理して、水平度、鉛直度、傾斜角、方位を検出し、検出結果を表示、告知を行うようにする。検出制御部２０は、ＩＣ回路として小さいサイズで形成されたものでは、センサーユニットとしての傾斜状態検出部１０の筐体１１に内蔵される形態とすることができるが、筐体１１外に配設されるものとしてもよい。
【００１６】
検出補助部材３０は、傾斜状態及び方位の検出を行う場合に、装置を保持、支持して、検出を容易にするための手段であり、具体的には、棒状のものや、紐状のものがある。また、原理的には、検出補助部材３０がなくても、傾斜状態及び方位を検出することは可能であり、それを備えていない形態としてもよい。
【００１７】
内部球体１３、液体１５、筐体１１等の要素について、さらに詳述する。
【００１８】
内部球体１３は内部に重り１６及び永久磁石１７（一方を省略することがある）を含んで全体として熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂のような樹脂で球形に形成され、外径が３〜１０ｍｍ、好ましくは３〜７ｍｍの大きさとし、球面１４には検出用パターンが施される。この検出用パターン１８は傾斜状態及び方位の検出の具体的態様に応じて異なるものであり、具体的な場合に関して後述する。
【００１９】
筐体１１の内部の球面１２の径は内部球面１３の球面１４との間に、両球面が同心状にある状態で１〜２ｍｍ程度の間隙を有する大きさとする。両球面の間の間隙には例えばエチレングリコールのような不凍液、低粘度シリコンオイル、アルコールあるいは水などの液体が封入され、この液体が封入される空間は完全に密封される。筐体１１の内部の球面１２上の所定位置には光学的検出器１９が配設されて、内部球体１３の球面１４に施された検出用パターンを検出し、検出された信号を検出制御部２０に伝送する。この所定位置は、光学的検出器１９が１組だけ設けられる時には、内部球体１３が安定状態にある時の水平方向を検出する位置に配設される。すなわち、水平方向を検出する状態で、この光学的検出器１９は内部球体１３の赤道面内の位置にある。さらに第２の組の光学的検出器１９が設けられる時には、これを内部球体１３の地軸線上に配設する。この光学的検出器１９の配設される位置は、具体的な形態との関係でさらに説明する。
【００２０】
光学的検出器１９は発光素子と受光素子とを対としたものを１組、あるいは複数組備えるものであり、発光素子の光、受光素子の機能は、検出用パターン１８とともに、傾斜状態及び方位の検出の具体的態様に応じて異なる。
【００２１】
検出制御部２０は、図１（ｃ）に示すように、光学的検出器１９により検出した信号に基づいて、筐体１１の傾斜状態、方位を判定する処理回路２１、表示・告知手段２２、電源２３、スイッチ２４を含む構成になっており、これらが小規模のものであれば、筐体１１内に内蔵するのがよいが、別体として備えるようにしてもよい。なお、スイッチとしては、電源のオンオフを行う機能のほか、装置の形態によっては、検出モード、光学的検出器の選択切換え等の機能を有するものとする。表示・告知手段としては、筐体１１の外面等に発光ダイオードのような表示素子を付設して視覚的に確認するか、発音体による音声での告知を行うようにする。
【００２２】
筐体１１の内部で光学的検出器１９の発光素子の光のみを検出し、他の光が入り込まないようにする必要があり、そのため筐体１１は、外部光を完全に遮断するために、非磁性体の金属（例えば、アルミニウム、真鍮等）や真っ黒に着色された、あるいは黒色顔料を含む樹脂などで形成される。筐体の１１の外形形状は概略立方体、直方体としてもよく、また球形のように曲面形状としてもよいが、内部の球面１２上に配設された光学的検出器１９との位置関係で基準となる方向を筐体１１の外部において筐体の外部形状、突起またはマーキング等により、さらには検出補助部材３０との関係により確認できるようにする。
【００２３】
本発明の傾斜状態及び方位検出装置は、実際にどのような形態で実施するかにより、内部球体１３の球面１４における検出用パターンが異なってくるので、次に、特に検出パターン、検出の行い方等の関連を含めて、代表的な態様について説明する。
〔水平度または鉛直度の検出〕
図２（ａ）は、方位を検出せず、水平度または鉛直度のみを検出する単純な形態のものを示している。内部球体１３の球面１４には赤道面内の大円が検出パターンとして描かれる。この大円は細い線とするが、その太さは検出の精度をどの程度にするかに応じたものになる。パターンとしてはこの大円のパターン１８ａのみなので、１色でよく、例えば白地に黒の線、あるいは黒地に白の線としてもよい。光学的検出器１の発光素子の光、受光素子はこの大円を識別できるものとすればよい。水平度を検出するものでは、光学的検出器１９は水平状態で大円に対応する位置を検出するように１組配置すればよい。
【００２４】
図２（ａ）において、筐体１１内の内部球体１３は、安定した状態において大円のパターン１８ａの面（赤道面）が水平になっている。光学的検出器１９はこの時の大円のパターン１８ａと同じ平面内にある位置で筐体１１内部の球面１２上に配設されており、光学的検出器１９が大円のパターン１８ａを検出した時に、筐体１１が水平状態になったことを筐体の外部形状、マーキングあるいは突起等により視認できるようにするとともに、検出制御部２０により表示または告知するようにする。
【００２５】
さらに、水平状態であることの確認を容易にするための検出補助部材３０として棒状の部材３０ａ，３０ａを、図２（ａ）において左右両側に延在させる。すなわち、棒状の部材３０ａ，３０ａを筐体１１の両側に固設しておき、光学的検出器１９が大円のパターン１８ａを検出し筐体１１が水平になっている時に棒状の部材が水平方向に延在するようにしておく。このようにすれば、光学的検出器１９での検出により水平状態であることが表示または告知された時の棒状の部材３０ａ，３０ａの方向が水平方向であることになる。図２（ｂ）に示す状態では、安定した状態で内部球体１３が水平であるが、筐体１１は傾斜している。そのため、光学的検出器１９での検出による表示または告知することはなく、その場合に棒状の部材３０ａ，３０ａの方向は水平方向ではないことが確認される。
【００２６】
鉛直度の検出装置としての形態は、図２（ｃ）に示すように、棒状の部材３０ａ，３０ａを図２（ａ）の方向と直交する方向に延在するように筐体１１の両側に固設する。このようにすれば、光学的検出器１９での検出により表示または告知がなされた時の棒状の部材３０ａの方向が鉛直方向を示すことになる。
【００２７】
表示または告知の手段を含む検出制御部３０は筐体１１に内蔵してもよく、検出補助部材３０が棒状の部材３０ａ，３０ａである場合には、棒状の部材３０ａ，３０ａ内に収容してもよい。検出補助部材２０は紐３０ｂ，３０ｂを筐体１１の両側に取り付けてもよい。紐３０ｂ，３０ｂとした場合には、水平状態または鉛直状態であることを検出する際に、両手で紐３０ｂ，３０ｂを端側から引っ張って使用する。光学的検出器１９での検出により表示または告知がなされた時に紐が延びる方向が水平方向または鉛直方向を示すことになる。検出補助部材３０として紐３０ｂ，３０ｂを用いることにより、携帯、収納が容易になる。
【００２８】
特に水平度検出のためのものとして簡易に構成した場合の例を図３に示す。図３における傾斜状態検出装置は、外形を球形としたことのほかは図１（ｂ）と同様の内部構成を有する筐体１１に１対の突出部材１１ａ，１１ａを付設してあり、それぞれの突出部材１１ａ，１１ａに紐３０ｂ，３０ｂを取り付けている。安定した状態において、光学的検出器１９が大円のパターン１８を検出する位置にあって、筐体１１が水平状態にある時に、内部球体１３の地軸線の方向に関して対して対称的に突出部材１１ａ，１１ａが配設されており、突出部材１１ａ，１１ｂの端に紐３０ｂ，３０ｂを取り付けて引っ張って一直線状にし、光学的検出器１９での検出により水平状態が検出されたことが表示、告知された時の紐３０ｂ，３０ｂの方向が水平方向になる。この場合の紐３０ｂ，３０ｂは図２（ａ）〜（ｃ）の場合の棒状の部材と同様の作用を行うものであるが、紐とすることによって携帯するのに有利であり、また棒状の部材の場合ではその両端により水平方向の範囲が限られ、制限された狭い範囲の場合に使用できなくなるが、紐状の部材の場合には、紐の筐体１１寄りの位置を把持すればよく、狭い範囲内でも使用可能である。
【００２９】
検出補助部材３０として棒状の部材３０ａ，３０ａを筐体１１の両側に取り付けたものである場合に、棒状の部材３０ａ，３０ａを筐体１１に着脱可能に取り付けることにより、携帯し易くすることができる。筐体１１への着脱可能な取り付け手段としては、ねじを用いてもよいが、筐体１１側にねじ部を設けることにより筐体１１の壁厚が大きくなるので、例えば、図４に示すような差し込み構造を用いてもよい。図４において、筐体１１はその外見を示してあり、棒状の部材３０ａ，３０ａのそれぞれの端部側に１対の突出片３１ａ，３１ａ′を形成しておき、筐体１１の対向する面には、筐体１１への棒状の部材３０ａ，３０ａの取り付けの際に突出片３１ａ，３１ａ′をガイドし収納する凹溝１１ｂ、１１ｂ′を形成しておく。凹部１１ｂ，１１ｂ′の形状、寸法は、突出片３１ａ，３１ａ′が凹部１１ｂ，１１ｂ′上に摺動可能に入り込み、筐体１１上に保持されるようにする。保持をより確実にするために、突出片３１ａ，３１ａ′と凹溝１１ｂ，１１ｂ′との対向する面上に緩く嵌合するクリック凸部及び凹部を設けるようにしてもよい。
【００３０】
このように棒状の部材３０ａ，３０ａを筐体に着脱可能に保持することにより、傾斜状態の検出の際に棒状の部材３０ａ，３０ａを筐体１１に取り付け、携帯時には取り外すようにすればよい。棒状の部材３０ａ，３０ａ内に検出制御部２０またはその一部を収容している場合には、筐体１１側との間で電気的接続を行うための接点を筐体１１と棒状の部材３０ａ，３０ａとに設けて、棒状の部材３０ａ，３０ａを筐体１１に取り付けた時に電気的接続がなされるようにする。
【００３１】
図５（ａ）は、水平度と鉛直度との両方を検出する形態のものを示している。この場合、水平度または鉛直度を検出する図２（ａ）または（ｃ）の場合と異なるのは、筐体１１内部の球面１２上に２組の光学的検出器１９ａ及び１９ｂが配設されることであり、筐体１１の水平方向に検出補助部材としての棒状の部材３０ａ，３０ａが延在するように設けられている。図５（ａ）においては、図２（ａ）の場合同じ位置、すなわち筐体１１が水平状態あることを検出する位置に１組の光学的検出器１９ａが配設され、もう１組の光学的検出器１９ｂは、内部球体１３の安定した状態において地軸線上にある位置、すなわち内部球体１３の上極点、または下極点のいずれかに対向する球面１２上の位置に配設され、外部からのスイッチの切換えにより水平度、鉛直度のいずれを検出するかに応じて光学的検出器１９ａ，１９ｂのいずれにより検出するかをスイッチにより切換えて選択する。
【００３２】
図５（ａ）は水平度を検出する場合であり、光学的検出器１９ａを検出用として選択し（光学的検出器１９ｂは非動作状態になる）、安定した状態で内部球体１３の大円の検出パターン１８ａを光学的検出器１９ａが検出した時に、棒状の部材３０ａ，３０ａが水平方向を示す。図５（ｂ）は、鉛直度を検出する場合を示しており、図５（ａ）の状態から時計方向に９０°回転させた状態になっている、スイッチの切換えにより光学的検出器１９ｂを選択し（光学的検出器１９ａは非動作状態になる）、安定した状態で内部球体１３の大円のパターン１８ａを光学的検出器１９ｂが検出した時に、棒状の部材３０ａ，３０ａが鉛直方向を示す。
〔傾斜角度の検出〕
水平方向または鉛直方向からの角度を検出する形態においては、内部球体１３の球面１４にそのための検出用パターンを施す必要がある。図６（ａ）は、この場合の内部球体１３の外見を斜視図で示したものである。この図で１８−０は内部球体１３の赤道面上の大円であり、１８−１ａ，１８−２ａ，・・・・及び１８−１ｂ、１８−２ｂ，・・・・は、赤道面に平行な面内における球面１４上の円を「緯線」として、それぞれ隣り合う緯線の間に画定される領域であり、赤道面内の大円から上極点に向かう方が１８−１ａ，１８−２ａ，・・・・、下極点に向かう方が１８−１ｂ，１８−２ｂ，・・・・としてある。各領域は明度を順次変えて着色する。例えば赤道面内の大円の部分１８−０がある程度幅をもつとして、明度０の黒とし、両側の１８−１ａ及び１８−１ｂの領域を、黒よりある程度明度の高い灰色とし、その外側の領域１８−２ａ及び１８−２ｂをさらに明度の高い灰色にする、というようにして、順次明度を変えた配色にしておく。
【００３３】
光学的検出器１９によりこの明度を検出し、光学的検出器１９の位置が検出した明度に基づいて、検出制御部２０において内部球体１３の球面１４上の検出用パターン１８のどの領域にあるかを判定する。光学的検出器１９の発光素子の光と受光素子の受光の性能としては、検出用パターン１８の明度差を識別できるものとすればよい。検出制御部２０の処理回路においては、内部球体１３の球面１４上に施された検出用パターン１８の各領域と、それに対応する角度ないし角度範囲との対応表のデータを備えており、それを用いて角度を判定する。
【００３４】
領域１８−１ａ，１８−２ａ，・・・・、１８−１ｂ，１８−２ｂ，・・・・を画定する緯線は赤道面からの角度に対応するものであり、この緯線の間隔を狭くすれば、それだけ測定される角度範囲が狭くなり、角度検出の精度が高められるが、どの程度緯線の間隔を狭くできるかは、用いる光学的検出器１９の性能に応じたものになる。
【００３５】
図６（ｂ）は、図６（ａ）の内部球体１３としたことのほかは、図２（ａ）の場合と同様の構成としたものである。図６（ｂ）の状態では、光学的検出器１９により内部球体１３の球面１４上の検出用パターン１８のうち、赤道面内の大円１８−０の部分が検出され、棒状の部材３０ａ，３０ａの方向が水平の方向を示すことになる。
【００３６】
図６（ｃ）の状態では、光学的検出器１９は検出用パターンのうちのいずれかの領域１８−１ｍあるいは１８−２ｎというような領域を検出し、検出制御部２０ではその領域に対応する角度範囲を判定し、その時の棒状部材３０ａ，３０ａの示す方向がその角度範囲にあることを表示、告知する。
【００３７】
図６（ｂ）、（ｃ）の例は、水平方向からの角度を検出するものを示しているが、図５（ａ）に示されるように、筐体１１内の球面１２上において水平面内と鉛直方向に対応する位置とに２つの光学的検出器１９ａ，１９ｂを配設し、スイッチにより切換えて用いることにより、鉛直方向からの傾斜角度を検出するようにすることもできる。
〔傾斜角度及び方位の検出〕
図７（ａ）の例は、傾斜角とともに、方位を検出する形態のものにおける内部球体１３の球面１４上の検出用パターン１８を示している。この場合の内部球体１３は、内部に重りを有し、重心が下極点側に偏倚しているとともに、地軸線に垂直な面内にＮＳの磁極を有する永久磁石が配設されるか、永久磁石が重りを兼ねるようにしたものである。検出用パターン１８は、傾斜角度を示す領域を画定する複数の緯線と、方位を示す領域を画定する複数の経線とにより、傾斜角度及び方位を示す領域を画定する。この経線は、内部球体１３の地軸線を直径とする大円である。経線の数は方位の分割に対応するだけ必要であり、４方位、８方位等に分割するのに必要なだけある。角度の検出に検出パターン１８の各領域の明度差を用いるので、方位の検出には色相の差を用い、例えば北が赤、東が緑、・・・というようにする。それにより、赤道面内の大円の領域は、方位に対応して、１８−０１，１８−０２，・・・・というように分割され、それに隣接する領域は、方位に応じて、１８−１１ａ，１８−１２ａ，・・・・というように分割される。
【００３８】
緯線と経線とにより画定される各領域は明度とともに色相の情報を有することになり、同じ緯度範囲の領域では、明度が同じにする必要があるから、明度の範囲が小さい色相（黄等）は用いられない。このため、簡易な構成としては４方位の検出になり、光学的検出器の明度、色相の識別能力を高めるか、検出器の追加により８方位を検出することができる。色相を検出するために、光学的検出器の発光素子は白色光のものとし、受光素子は、白色光から検出用パターンで反射された光の明度及び色相を識別することができるものとする。また、検出制御部２０の処理回路には、検出用パターン１８の複数の緯線及び経線により画定される各領域と、それに対応する角度及び方位との対応表のデータを備えており、それを用いて角度及び方位を判定する。
【００３９】
図７（ｂ）は、図７（ａ）の内部球体１３としたことのほかは、図２（ｂ）の場合と同様の構成とし、棒状の部材３０ａ，３０ａが傾斜した状態になっている。光学的検出器１９により内部球体１３の球面１４上の検出用パターン１８のうち、例えば領域１８−ｍｉａあるいは１８−ｎｋｂが検出され、検出制御部２０において、その領域に対応する傾斜角及び方位を判定し、表示・告知をする。
【００４０】
図７（ｃ）は、４方位を検出する場合に用いる内部球体１３の球面１４上の検出用パターンにおける色相の組み合わせの例を示し、内部球体１３の上極点側から見た状態である。９０°の間隔の経線で分けられる各方位の領域のうち、Ｅ、Ｓ、Ｗの部分をそれぞれ赤、青、緑とし、Ｎを無彩色（灰）としている。
【００４１】
図７（ｄ）は、有彩色としては、赤、青、緑の３色として、８方位を検出する場合を示し、光学的検出器を２個追加して３個とし、それらを１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃで示す。検出用パターンの配色として、４５°の間隔の経線で分けられる領域のうち、Ｅ、Ｓ、Ｗの部分をそれぞれ赤、青、緑とし、それ以外を全て無彩色（灰）にする。光学的検出器１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃは、それぞれ色相を検出する同等のもので、筐体１１が水平位置にあり内部球体１３の赤道面内の位置において、互いに４５°間隔をおいて配置される。光学的検出器１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃは筐体１１がほぼ水平状態にあれば、それぞれ異なる、隣接した方位の領域を検出することになる。そこで、中心の光学的検出器１９Ｂの検出光を主情報とし、両側の光学的検出器１９Ａ，１９Ｃからの検出光による情報を補助情報として用いる。光学的検出器１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの検出光の色相の配列、組み合わせは、８方位に対応して一義的に定まるので、検出制御部２０において、方位に応じた色相の組み合わせのデータを備えておくことにより、光学的検出器１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃによる検出光に基づいて方位が判別できる。ただし、３個の光学的検出器を用いる場合、筐体がほぼ水平状態にあることが前提になり、水平状態から大きく外れると、前述のようにして８方位を正しく検出できなくなるので、傾斜角検出の機能により、まず水平状態を確認してから方位を検出するという手順で行うことが必要になる。
【００４２】
前述した本発明の傾斜状態検出装置は、筐体単独の形態でも実施できるほか、紐状ないし棒状の検出補助部材を備えるというように多様な形で利用できるものである。棒状の部材を補助部材とする場合の類例として、傾斜状態検出装置を視覚障害者用の白杖に内蔵するというような形態が考えられる。この場合、白杖は棒状の検出補助部材の機能を果たすものになり、視覚的表示ではなく、音声での告知により利用者に検出結果を知らせるようにする。このような白杖により、利用者は方位や坂道の傾斜度などを知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）本発明の傾斜状態検出器の概略的構成を示す図である。（ｂ）傾斜状態検出部の構成を示す図である。（ｃ）検出制御部の構成を示す図である。
【図２】（ａ）水平度のみを検出する場合の傾斜状態検出装置の主要構成を示す図である。（ｂ）傾斜状態にある時の傾斜状態検出装置を示す図である。（ｃ）鉛直度のみを検出する場合の傾斜状態検出装置を示す図である。
【図３】水平度検出のために傾斜状態検出装置の一形態を示す図である。
【図４】棒状の部材を筐体に着脱自在に取り付ける場合の例を示す図である。
【図５】（ａ）垂直度と鉛直度とを選択的に検出可能にした傾斜状態検出装置において、水平度を検出する場合を示す図である。（ｂ）垂直度と鉛直度とを選択的に検出可能にした傾斜状態検出装置において、鉛直度を検出する場合を示す図である。
【図６】（ａ）傾斜角度を検出する傾斜状態検出装置の内部球体の外見を斜視図で示したものである。（ｂ）傾斜角度を検出する傾斜状態検出装置が傾斜状態にある場合を示す図である。（ｃ）傾斜角度を検出する傾斜状態検出装置が水平状態にある場合を示す図である。
【図７】（ａ）傾斜角度及び方位を検出する傾斜状態検出装置の内部球体の外見を斜視図で示したものである。（ｂ）傾斜角度を検出する傾斜状態検出装置が傾斜状態にある場合を示す図である。（ｃ）４方位を検出する場合の検出用パターンの色相の組み合わせの例を示す図である。（ｄ）８方位を検出する場合の検出用パターンの色相の組み合わせの例を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      傾斜状態検出装置
１０    傾斜状態検出部
１１    筺体
１１ａ  突出部材
１１ｂ、１１ｂ’
１２、１４    球面
１３    内部球体
１５    液体
１６    重り
１７    永久磁石
１８    検出用パターン
１８ａ  大円のパターン（赤道面）
１８−１ｍ、１８−１ｎ  領域
１９    光学的検出器
１９ａ、１９ｂ  光学的検出器
１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ  光学的検出器
２０    検出制御部
２１    処理回路
２２    表示・告知手段
２３    電源
２４    スイッチ
３０    検出補助部材
３０ａ    棒状部材
３０ｂ    紐
３１ａ、３１ａ’  突出片
【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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