(57)【要約】【課題】水平度合いや傾斜度合いを検知する水平センサにおいて、小型化と高精度化を図る。【解決手段】水平センサは、光源である発光ダイオード１、気泡２１が残るように液体２ｗを封入した水準器２、４つの受光素子３１〜３４からなる受光部３、発光ダイオード１から入射した光を全反射面４１及び凹凸形状部４６を持つ反射面４２とを有する透明部材よりなる導光板４を備えている。反射面４２において形成された面発光部からの拡散光を水準器２に照射し、受光部３上の気泡２１の投影光の光量分布が、気泡２１の中心軸付近に極小点を持ち、かつこの気泡２１の半径と略同範囲において、気泡２１の中心軸から離れるにつれて単調増加するような特性を得る。これにより、受光部３の受光面の大きさを気泡２１の直径の気泡影より小さくでき、小型化、高精度化できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気泡が残るように液体を封入した水準器と、光源と、受光した光を電気信号に変換する４つ以上の受光素子とを備え、前記光源からの光を前記水準器に向かって照射し前記気泡の陰影を前記受光素子に投影させ、前記受光素子上の投影光の位置を該受光素子で検出することにより、水平度合いや傾斜度合いを検知する水平センサにおいて、
前記受光素子上の投影光の光量分布が、前記気泡の中心軸付近に極小点を持ち、この気泡の半径と略同範囲において該気泡の中心軸から離れるにつれて単調増加する特性を持つようにしたことを特徴とする水平センサ。
【請求項２】
前記受光素子上の投影光の光量分布が、前記気泡の中心軸付近に極小点を持ち、該気泡の半径と略同範囲において中心軸から離れるにつれて直線的増加する特性を持つようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水平センサ。
【請求項３】
平行光によって前記気泡を投影したときにできる投影光の面積以上の大きさの発光面積を有する面発光部を備え、該面発光部から前記水準器に向かって拡散された光を照射することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水平センサ。
【請求項４】
前記受光素子を４つ備え、これらの各受光素子の頂点のうち該受光素子全体の中心に最も近い頂点を、他の頂点より前記水準器から離れるように前記受光素子を配置したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水平センサ。
【請求項５】
光源から入射した光を反射・屈折させ略均一に面放射するように、透明部材に凹凸又は溝形状を有する導光板を前記面発光部として配設したことを特徴とする請求項３に記載の水平センサ。
【請求項６】
前記水準器に対して光源と受光素子を対向させると共に、前記光源の光軸と前記水準器の中心軸と前記受光素子の光軸とを略一直線上になるように配置し、
前記光源と前記水準器の間に、拡散効果を有するように凹凸が形成されたシート状の部材を配設したことを特徴とする請求項３又は請求項５に記載の水平センサ。
【請求項７】
前記光源を２つ以上備え、該光源を前記水準器の中心軸に対し略回転対称な位置に配置し、かつ該水準器に対して前記光源と前記受光素子を対向させると共に、前記水準器の中心軸と前記受光素子の光軸が略一直線上になり、前記光源の光軸と前記受光素子の光軸が略平行になるように配置したことを特徴とする請求項３又は請求項５又は請求項６のいずれか一項に記載の水平センサ。
【請求項８】
前記水準器に対して光源と受光素子とは同じ側に配置され、光源からの光を入射し、この光を前記水準器に向けて照射する位置にガイドするように透明部材から成る光ガイドを備え、この光ガイドは、光源からの光を全反射させる全反射面を有したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の水平センサ。
【請求項９】
前記気泡が摺動する面以外の少なくとも１つの水準器の面に、光を拡散する微小な凹凸を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の水平センサ。
【請求項１０】
前記水準器の側面の受光素子から遠い側に光源からの光が入射する入光部を設け、前記入光部から入射した光を反射・屈折させ略均一に面照射させるように、水準器の受光素子のある側の反対側の面に微小な凹凸又は溝形状を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４及び請求項８及び請求項９のいずれか一項に記載の水平センサ。
【請求項１１】
前記光ガイドは、光源から射出した光が該光ガイドの入光面において概ね平行になるように、該入光面が凸型の円筒形状部とされ、この円筒形状部の軸が、光源の光軸と、光源の光軸が前記光ガイドの全反射面に対して反射してできる軸とを含む平面の法線に平行であることを特徴とする請求項８に記載の水平センサ。
【請求項１２】
前記光ガイドは、導光板状の面発光部を備え、
前記光ガイドの全反射面は、光源の光軸と、光源の光軸が該全反射面に対して反射してできる軸とを含む平面での断面形状が放物面を成し、この放物面の焦点が、前記面発光部の入り口付近になるように形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の水平センサ。
【請求項１３】
前記光ガイドは、前記円筒形状部の円筒面に沿って、前記円筒の軸方向に光を拡散させる複数の溝が形成されていることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の水平センサ。
【請求項１４】
前記光ガイドは、前記面発光部の反射面に、前記円筒形状部の円筒の軸に平行に断面形状が三角形状の複数の溝が形成されており、かつ、その溝の光の入射側面の底角が２０〜４０°であり、
前記光ガイドの面発光部の射出面と前記水準器の間に、頂角９０°の三角プリズムが形成されたシート状部材を、プリズムの稜線が前記光ガイドの溝の稜線と平行になるように配置したことを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の水平センサ。
【請求項１５】
前記光ガイドにおける面発光部の厚みが、０．７〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載の水平センサ。
【請求項１６】
前記光ガイドの面発光部の反射面に形成された三角形状の溝と溝との間に、該面発光部に平行な平面を形成したことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の水平センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設備、装置または器具などの水平度合いを検出したり傾斜度合いを検出するために用いられる水平センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水平センサでは、水準器内の気泡位置を検出して水平度合いや傾斜度合いを検知する。この気泡位置の検出方式としては、水準器に向かって光を照射し気泡の投影光の位置を受光素子で検出する光学透過式、水準器内に電極を備え、気泡位置によって変化する電極間の静電容量を検出する静電容量式、及び静電容量式と同様な構成で電極間の抵抗を検出する抵抗式などが挙げられる。これらの内、光学透過式は、水平度合いや傾斜度合いの検知精度や水準器の加工性等の点で優れていることから広く使用されている。
【０００３】
このような従来の光学透過式の水平センサとしては、特許文献１に示されるように、発光ダイオードから成る光源、水準器、４つの受光素子等の主な部品から構成され、光源と受光素子が水準器を挟んで対向し、かつ光源、水準器、受光素子の中心軸が略一直線上に並ぶように配置された水平センサが知られている。この水平センサでは、気泡の直径が一定の場合、光源と水準器の距離が近くなるほど気泡の投影光の直径が大きくなるため、その分、受光素子も大きくする必要がある。そのため、従来は光源と水準器の間にある一定以上の距離を設けて光線をできるだけ平行にすることにより、気泡の直径と気泡の投影光の直径がほぼ等しくなるようにし、この投影光を受光する受光素子も気泡の直径と同程度の大きさのものが用いられてきた。すなわち、各受光素子の受光面の大きさを、気泡の大きさとほぼ同じ程度にするには、できるだけ平行な光線が必要とされていた。このため、光源と水準器の間に一定以上の距離を設けて光経路を長くする必要があり、水平センサを小型化することが困難であった。
【０００４】
ここで、図１９（ａ）、（ｂ）を参照して、従来の水平センサにおける気泡１０３ａと受光素子である受光部１０２との平面上の位置関係を説明する。光源は水平センサの上面から水準器１０１内の気泡１０３ａ（又は、移動した気泡１０３ｂ）を照射し、この気泡１０３ａの投影光（この影を気泡影と呼ぶ）を受光部１０２を構成する４個の略正方形の受光ダイオード１０２ａで受光する。４個の受光ダイオード１０２ａは、受光面が全体として正方形状になるように配列されて縦、横寸法が、気泡１０３ａの直径の大きさとほぼ同じに設定され、受光面で受光した光の検出量に対応した電圧をそれぞれ出力し、これらの電圧を比較することにより、傾斜度を検出することができる。水平センサの水平度が保たれ、受光部１０２の受光面の中心に気泡１０３ａの気泡影の中心が一致すると、４個の受光ダイオード１０２ａの受光レベルが一致する。
【０００５】
上記水平センサにおいて、気泡１０３ａが受光面中心から移動したとき、その移動前後における受光面の光量分布の変化を図１９（ｂ）に示す。受光量分布Ｐ３は、気泡１０３ａの移動が無いときの分布であり、受光量分布Ｐ４（破線）は、気泡１０３ａが気泡１０３ｂに移動したときの分布である。気泡１０３ａが移動して気泡１０３ｂに移ったとき、気泡１０３ｂの投影光の位置が受光ダイオード１０２ａの受光面からずれるため、受光ダイオード１０２ａで受光する受光量が変化し、これにより移動が検知される。
【０００６】
次に、上記水平センサの受光部１０２を小型化するため、受光部１０２の大きさを気泡１０３ａの径よりさらに小さくした場合の前記と同様の内容を図２０（ａ）、（ｂ）に示す。受光ダイオード１０２ｂを前述の例より小さくすると、４つの受光素子の受光ダイオード１０２ｂの受光面積は、気泡１０３ａの気泡影の面積より小さくなる。このため、４つの受光ダイオード１０２ｂは、気泡１０３ａが気泡１０３ｂの位置に微小に移動しても、気泡１０３ｂの気泡影の中に入ったままとなる。従って、４つの受光ダイオード１０２ｂは、気泡１０３ａと気泡１０３ｂのいずれの場合も気泡影に入ったままなので、受光量は変化せず傾斜度を検出することができない。このため、従来の水平センサでは、受光素子を気泡のサイズより小さくすることができず、水平センサの小型化をさらに困難にしていた。
【特許文献１】特許第３３７０６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、受光部を小さくでき、また、光源と水準器間の距離を短くできることにより、微小な傾斜をも検出できる小型で高性能な光学透過式の水平センサ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】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、気泡が残るように液体を封入した水準器と、光源と、受光した光を電気信号に変換する４つ以上の受光素子とを備え、前記光源からの光を前記水準器に向かって照射し前記気泡の陰影を前記受光素子に投影させ、前記受光素子上の投影光の位置を該受光素子で検出することにより、水平度合いや傾斜度合いを検知する水平センサにおいて、前記受光素子上の投影光の光量分布が、前記気泡の中心軸付近に極小点を持ち、この気泡の半径と略同範囲において該気泡の中心軸から離れるにつれて単調増加する特性を持つようにしたものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の水平センサにおいて、前記受光素子上の投影光の光量分布が、前記気泡の中心軸付近に極小点を持ち、該気泡の半径と略同範囲において中心軸から離れるにつれて直線的増加する特性を持つようにしたものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の水平センサにおいて、平行光によって前記気泡を投影したときにできる投影光の面積以上の大きさの発光面積を有する面発光部を備え、該面発光部から前記水準器に向かって拡散された光を照射するものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の水平センサにおいて、前記受光素子を４つ備え、これらの各受光素子の頂点のうち該受光素子全体の中心に最も近い頂点を、他の頂点より前記水準器から離れるように前記受光素子を配置したものである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項３に記載の水平センサにおいて、光源から入射した光を反射・屈折させ略均一に面放射するように、透明部材に凹凸又は溝形状を有する導光板を面発光部として配設したものである。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項３又は請求項５に記載の水平センサにおいて、前記水準器に対して光源と受光素子を対向させると共に、前記光源の光軸と前記水準器の中心軸と前記受光素子の光軸とを略一直線上になるように配置し、前記光源と前記水準器の間に、拡散効果を有するように凹凸が形成されたシート状の部材を配設したものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項３又は請求項５又は請求項６のいずれか一項に記載の水平センサにおいて、前記光源を２つ以上備え、該光源を前記水準器の中心軸に対し略回転対称な位置に配置し、かつ該水準器に対して前記光源と前記受光素子を対向させると共に、前記水準器の中心軸と前記受光素子の光軸が略一直線上になり、前記光源の光軸と前記受光素子の光軸が略平行になるように配置したものである。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の水平センサにおいて、前記水準器に対して光源と受光素子とは同じ側に配置され、光源からの光を入射し、この光を前記水準器に向けて照射する位置にガイドするように透明部材から成る光ガイドを備え、この光ガイドは、光源からの光を全反射させる全反射面を有したものである。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の水平センサにおいて、前記気泡が摺動する面以外の少なくとも１つの水準器の面に、光を拡散する微小な凹凸を形成したものである。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１乃至請求項４及び請求項８及び請求項９のいずれか一項に記載の水平センサにおいて、前記水準器の側面の受光素子から遠い側に光源からの光が入射する入光部を設け、前記入光部から入射した光を反射・屈折させ略均一に面照射させるように、水準器の受光素子のある側の反対側の面に微小な凹凸又は溝形状を備えたものである。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項８に記載の水平センサにおいて、前記光ガイドは、光源から射出した光が該光ガイドの入光面において概ね平行になるように、該入光面が凸型の円筒形状部とされ、この円筒形状部の軸が、光源の光軸と、光源の光軸が前記光ガイドの全反射面に対して反射してできる軸とを含む平面の法線に平行であるものである。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の水平センサにおいて、前記光ガイドは、導光板状の面発光部を備え、前記光ガイドの全反射面は、光源の光軸と、光源の光軸が該全反射面に対して反射してできる軸とを含む平面での断面形状が放物面を成し、この放物面の焦点が、前記面発光部の入り口付近になるように形成されているものである。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１１又は請求項１２に記載の水平センサにおいて、前記光ガイドは、前記円筒形状部の円筒面に沿って、前記円筒の軸方向に光を拡散させる複数の溝が形成されているものである。
【００２１】
請求項１４の発明は、請求項１１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の水平センサにおいて、前記光ガイドは、前記面発光部の反射面に、前記円筒形状部の円筒の軸に平行に断面形状が三角形状の複数の溝が形成されており、かつ、その溝の光の入射側面の底角が２０〜４０°であり、前記光ガイドの面発光部の射出面と前記水準器の間に、頂角９０°の三角プリズムが形成されたシート状部材を、プリズムの稜線が前記光ガイドの溝の稜線と平行になるように配置したものである。
【００２２】
請求項１５の発明は、請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載の水平センサにおいて、前記光ガイドにおける面発光部の厚みが、０．７〜１．５ｍｍであるものである。
【００２３】
請求項１６の発明は、請求項１４又は請求項１５に記載の水平センサにおいて、前記光ガイドの面発光部の反射面に形成された三角形状の溝と溝との間に、該面発光部に平行な平面を形成したものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、受光素子上の投影光の光量分布が、気泡の中心軸付近に極小点を持ち、この気泡の半径と略同範囲において気泡の中心軸から離れるにつれて単調増加する特性を持つので、受光素子を小さくしても、気泡の移動時の光量変化を良好に検知することが可能となり、小型で高精度な光学透過式の水平センサを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の第１の実施形態に係る水平センサについて、図１乃至図４を参照して説明する。図１及び図２において、水平センサは、光源である発光ダイオード１と、気泡２１が残るように略透明な液体２ｗを封入した円筒容器２ａを持つ水準器２と、気泡２１の平行光による投影光（これを気泡影と呼ぶ）より小さい受光面積を持ち４つの受光素子３１〜３４（図４参照）からなる受光部３と、発光ダイオード１から入射した光を水準器２に導く導光板４とを備える。導光板４は、透明部材で形成され、光源からの光が入る入光面４４と、入射光を全反射させガイドする光ガイドとなる反射面４１と、入射光を面発光とするための微小な凹凸又は溝形状の凹凸形状部４６を表面に備えた反射面４２と、導光板４から光を出射する出光面４３と、終端面４５とを有する。この凹凸形状部４６は、光を拡散するための加工がさらに施されている。ここで、導光板４は、導光板４を形成する透明部材の少なくとも１つの面に、面発光のための微小な凹凸又は溝形状を持っていればよい。また、発光ダイオード１と受光部３は、共に１つのプリント基板５に実装され、水準器２に対して同じ側に配置される。
【００２６】
水準器２は、その中心軸と受光部３の光軸とが略一直線上に配設され、かつ受光部３と導光板４の出光面４３との間に配置されている。水準器２の円筒容器２ａは、その内側が空洞で、かつその内側の面の少なくとも１つの面が略回転対称の曲面形状を有し、受光部３に対向する出射面２３を持つ上底部２ｂと、その底厚の両面に光の入射面２２と出射面２６を有する下底部２ｃと、側壁部２ｄとを備えている。また、導光板４の出光面４３の面積は、対向する水準器２の入射面２２の面積とほぼ同じになるように設定している。
【００２７】
上記構成において、発光ダイオード１から照射された光は、導光板４の入光面４４に入射される。この入射光は、導光板４内の光経路において、光を水準器２にガイドするための反射面４１で全反射され、図中右向きに進行方向を変更させられて、反射面４２と出光面４３に挟まれた領域に入射する。この入射した光は、反射面４２の表面に微小な凹凸ないしは溝状の凹凸形状部４６が形成されているため、反射面４２に当たった光は、反射面４２で決定される方向へ反射して出光面４３から出射され、水準器２に向かって進行する。この時、反射面４２は、発光ダイオード１からの入射光を拡散し、出光面４３全体から略均一な光量を持って、広い角度の光量分布を有する拡散光を照射する。このように、導光板４の出光面４３は、面全体より拡散光を照射する面発光部を形成することになる。この出光面４３の面発光部は、気泡２１を平行光によって投影したときにできる気泡影の面積以上の大きさの発光面積を有し、水準器２に向かって拡散光を照射する。ここで、導光板４の反射面４２と出光面４３の間は０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度あればよいため、導光板４の厚さを薄くできることにより、導光板４が水平センサの大型化の要因とはならずに済み、受光部を小型化しつつ、水平センサの厚さ（円筒形水準器の軸方向の大きさ）も小さく抑えることができる。
【００２８】
上記出光面４３全体から射出した拡散光は、出光面４３に対向する水準器２の入射面２２に入射し、水準器２内の液体２ｗと気泡２１との界面に当たり、この界面で屈折又は全反射され、水準器２の出射面２３から射出され、受光部３の受光素子３１〜３４に入射する。この拡散光によって照射された気泡２１の投影光は、受光部３に投影され、受光素子３１〜３４で受光される。そして、水準器２が傾斜し水準器２内の気泡２１が移動すると、受光素子３１〜３４に投影された気泡２１の気泡影の位置が変化し、その結果、受光素子３１〜３４の受光量が変化する。従って、この変化量を読み取ることにより傾斜角を検出することができる。
【００２９】
図３（ａ）、（ｂ）を参照して、本実施形態の水平センサの受光部３における受光分布状態を説明する。図３（ａ）は、受光部３における平面上の２次元的受光量分布（白黒の濃淡分布）を示し、図３（ｂ）は、気泡２１の中心を基準とする水平方向の１次元的光量分布を示す。
【００３０】
２次元的光量分布は、出光面４３からの拡散光により照射された気泡２１の投影光を受光素子３１〜３４により検出した光量により定まり、受光量が多いほど白く、少ないほど黒く示される。出光面４３からの拡散光は、平行光と異なり出光面４３から前方に、ほぼあらゆる角度で照射される。従って、この拡散光は、水準器２の入射面２２から、広い角度範囲を持って水準器２内の気泡２１に入射する。このとき、この入射光は、気泡２１表面で反射、屈折されるが、気泡２１が球形なので、その球面上の接線に直角に入射した光は直進するが、それ以外は液体２ｗと気泡２１の間で屈折、反射される。このため、２次元受光量分布は、図３（ａ）のように、気泡２１の中心と外周部で小さく（黒い部分）、中心と外周部の間に最大点（白い部分）を持つリング状の分布となる。
【００３１】
これにより、投影光の水平方向位置での光量分布は、図３（ｂ）に示すように、気泡２１の中心軸付近に極小点をもち、略気泡２１の半径と同範囲において気泡２１の中心軸（気泡の中心）から離れるにつれて単調増加するような特性を得ることができる。この特性によって、受光部３を気泡２１の直径の気泡影２１ａより小さくしても、気泡２１の微小移動時において、受光素子３１〜３４により受光量変化を検出することが可能となる。また、この単調増加特性を中心軸から離れるにつれて直線的増加する特性を持つように構成（例えば、電気的補正等を含む）することにより、気泡の位置による変化を直線的に検出できるので、検知の直線性が良くなり、傾斜検知精度の誤差をより少なくすることが可能となる。
【００３２】
図４（ａ）、（ｂ）を参照して、上記受光量分布を持つ水平センサの気泡２１移動時における受光量検出の様子をさらに詳細に説明する。図４（ａ）は、上記本実施形態の水平センサの上面から見た場合における平面上の気泡２１と受光部３の受光素子３１〜３４との位置関係を示す。導光射４の出光面４３の面発光部からの拡散光は、水準器２内の気泡２１を照射し、受光部３を構成する４個の略正方形の受光素子である受光ダイオード３１〜３４で受光される。４個の受光ダイオード３１〜３４は、受光面が全体として正方形状になるように受光面の中心に対して対称に配列されて縦、横寸法が、気泡２１の直径の大きさより小さくなるように設定されている。そして、受光面で受光した光の検出量に対応した電圧をそれぞれ出力し、これらの電圧を比較することにより、傾斜度を検出することができる。水平センサの水平度が保たれ、受光部３の受光面の中心に気泡２１の気泡影の中心が一致すると、４個の受光ダイオード３１〜３４の受光レベルが一致する。
【００３３】
図４（ｂ）は、上記水平センサにおいて、受光部３を気泡影２１ａより小さくした場合において、気泡影２１ａが受光面中心から移動したとき、その移動前後における受光面の光量分布の変化を示す。受光量分布Ｐ１は、気泡２１の移動が無いときの分布であり、受光量分布Ｐ２（破線）は、気泡２１が移動し、気泡影２１ａが気泡影２１ｂにシフトしたときの分布である。受光量分布Ｐ１は、図３（ａ）、（ｂ）で示したように、気泡２１の中心軸付近に極小点を持ち、この気泡の半径と略同範囲において気泡２１の中心軸から離れるにつれて直線的に単調増加する特性を持ち、中心から左右に増加する略Ｖ字カーブの形をなす。従って、受光量分布Ｐ１は、受光面の中心で最小となり、中心から離れると必ず、受光レベルが変化する。水平状態で気泡２１の移動前は、受光素子３１〜３４の受光量は、すべて同じで、受光量分布Ｐ１のレベルｌ１でバランスが取られている。一方、気泡２１が移動した移動後は、受光量分布Ｐ１が受光量分布Ｐ２にシフトするので、受光素子３１〜３２の受光量は、受光量分布Ｐ２のレベルｌ２となり、受光素子３３〜３４の受光量は、受光量分布Ｐ２のレベルｌ３となり大きくずれてくる。このように、受光素子３１〜３２と受光素子３３〜３４で受光レベルが異なってくることにより、受光ダイオード３１〜３４のそれぞれで受光する受光量が変化し、これにより移動が検知される。これは、他の方向にずれても同様に検知される。
【００３４】
従って、気泡２１の微小移動に対して、各受光素子３１〜３４における受光量の変化を細かく検出することができる。そして、各受光素子３１〜３４において、受光された光量に対応した電圧をそれぞれ出力し、これらの電圧を比較することにより、より微小な傾斜度を検出することが可能となる。
【００３５】
上記のように、本実施形態の水平センサは、大きい実装面積を占める受光部３を、気泡２１の気泡影２１ａより小さくし、拡散光の照射できる薄型の面発光部を形成したことにより、受光素子上の投影光の光量分布が、気泡２１の中心軸付近に極小点を持ち、この気泡２１の半径と略同範囲において気泡２１の中心軸から離れるにつれて単調増加する光分布特性を得る光学系を実現することができ、小型で高精度のセンサを得ることができる。
【００３６】
また、上記水平センサにおいて、拡散光の形成において、導光板４の出光面４３と水準器２の入射面２２の間に光を拡散する機能を有する微小な凹凸が設けられたシート状の部材６（以下、シート状部材と略す）（後述の図５（ａ）参照）を配置することにより、導光板４の反射面４２の凹凸形状又は溝状の凹凸形状部４６に拡散用の加工をすることが不要となり、その分、出光面４３全体からの照射光量をより均一にすることが可能となる。
【００３７】
また、上記シート状部材６を配置する代わりに、水準器２の入射面２２を粗面にすることにより拡散光を形成してもよい。
【００３８】
さらに、導光板４の反射面４１や反射面４２にシート状又は板状の高反射部材を配設することで、入光面４４に入射する光量と出光面４３から射出する光量の比を大きくすることができる。これにより、必要な傾斜検知精度を得るため光源となる発光ダイオード１の電流を小さくすることができ、水平センサの低消費電力化が可能となる。また、本実施形態のように、発光ダイオード１と受光部３を水準器２に対して同じ側に配置し、一般的に平板状をなす導光板４を、光源から面発光部まで全反射面を持つ光ガイド部分（ここでは、反射面４１を含む入光面４４から反射板４２に至る部分）を増設した構成にすれば、水準器軸方向のセンサの大きさ（厚さ）を大幅に小さくすることが可能となる。また、ここでは、発光ダイオード１と受光部３を水準器２に対して同じ側に配置した例を示したが、これに限定されるものでない。例えば、前記両者を水準器軸方向に略一直線上に配置した場合は、水準器２の軸方向と直交する水平方向における水平センサの大きさを小さくすることができる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る水平センサについて、図５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。水平センサは、光源である発光ダイオード１と、気泡２１が残るように略透明な液体２ｗを封入した円筒容器２ａを持つ水準器２と、気泡２１の平行光による投影光より小さい受光面積を持つ４つの受光素子３１〜３４からなる受光部３と、上記シート状部材６で構成される。発光ダイオード１の光軸と、水準器２の中心軸と、受光部３の光軸は、略一直線上になるように配設され、かつ水準器２が発光ダイオード１と受光部３の間に配置されている。さらに、光拡散用のシート状部材６が、発光ダイオード１と水準器２の間に配置され、面発光部として機能する。
【００４０】
水準器２の円筒容器２ａは、その内側が空洞で、かつその内側の面の少なくとも１つの面が略回転対称の曲面形状を有し、受光部３に対向する出射面２３を持つ上底部２ｂと、その底厚の両面に光の入射面２２と出射面２６を有する下底部２ｃと、側壁部２ｄとを備えている。なお、発光ダイオード１、シート状部材６、水準器２及び受光素子３１〜３４は、図示していないフレームにより組み立てられる。
【００４１】
上記構成において、発光ダイオード１から照射された光１１は、シート状部材６で拡散されて拡散光１２となる。この拡散光１２は、水準器２の入射面２２に入射され、水準器２内の液体２ｗと気泡２１の界面に当たり、その界面で屈折又は全反射し水準器２の出射面２３から射出されて、受光素子３１〜３４に入射する。これにより、気泡２１の投影光が受光素子３１〜３４に投影され、受光量が検出される。
【００４２】
このとき、気泡２１が照射される光は、発光ダイオード１の光をシート状部材６により拡散された拡散光であるため、受光部３において、前記図３（ａ）、（ｂ）に示されたのと同様の光量分布特性が得られる。従って、水準器２が傾斜し、水準器２内の気泡２１が微小移動すると、前記同様、その変化量を読み取ることができ、傾斜角を検出することができる。
【００４３】
このように、本実施形態の水平センサは、発光ダイオード１と水準器２の間にシート状部材６を配設し、受光部３の受光面積を気泡２１の気泡影より小さくすることにより、前記同様の光量分布特性が得られる。従って、この光量分布特性により、気泡２１の微小移動時における受光素子３１〜３４の光量変化を検出でき、高精度の検知特性を得ることができる。
【００４４】
また、上記の高精度の検知特性を確保しつつ、センサに用いる電子部品の中でも広い実装面積を必要とする受光部３を小さくすることができるため、実装基板の幅、長さを小さくでき、水平センサの小型化に寄与することができる。さらに、シート状部材６で効率よく拡散光を形成できるので、必要な傾斜検知精度を得るための発光ダイオード等の光源の電流を小さくでき、低消費電力化が可能となる。また、水準器２の入射面２２を粗面にすることにより、水準器２の入射面２２に入射する光の拡がり角を一層大きくすることができるため、より鮮明で受光感度の高い光量分布特性を得ることができ、受光部３をより小さくすることを可能とする。
【００４５】
次に、本発明の第３の実施形態に係る水平センサについて、図６（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。水平センサは、光源としての４つの発光ダイオード１と、気泡２１が残るように略透明な液体２ｗを封入した円筒容器２ａを持つ水準器２と、気泡２１の平行光による投影光より小さい受光面積を持つ４つの受光素子３１〜３４からなる受光部３を備えている。４つの発光ダイオード１は、水準器２の中心軸に対して略回転対称になるように配置されている。
【００４６】
水準器２は、水準器２の中心軸と受光部３の光軸が略一直線上になるように配設され、かつ発光ダイオード１と受光部３の間に配置されている。水準器２の円筒容器２ａは、その内側が空洞で、かつその内側の面の１つの面が略回転対称の曲面形状を有し、受光部３に対向する出射面２３を持つ上底部２ｂと、その底厚の両面に光の入射面２２と出射面２６を有する下底部２ｃと、側壁部２ｄとを備えている。
【００４７】
上記構成において、４つの発光ダイオード１から照射された各光１１は、光源として複数の発光ダイオード１を使用することにより、水準器２の入射面２２に入射する光の拡がり角を全体としてさらに大きくすることができ、拡散光を形成する。この拡散光１２は、水準器２の入射面２２に入射され、水準器２内の液体２ｗと気泡２１の界面に当たり、その界面で屈折又は全反射し水準器２の出射面２３から射出されて、受光素子３１〜３４に入射する。これにより、気泡２１の投影光が受光素子３１〜３４に投影され、受光量が検出される。
【００４８】
このとき、気泡２１が照射される光は、複数の発光ダイオード１による拡散光であるため、受光部３において、前記図３（ａ）、（ｂ）に示されたのと同様の光量分布特性が得られる。従って、水準器２が傾斜し、水準器２内の気泡２１が微小移動すると、前記同様に、その変化量を読み取ることができ、傾斜角を検出することができる。
【００４９】
このように、本実施形態の水平センサは、複数の発光ダイオード１を用いて入射光量を大きくし、光の拡がり角を大きくできるため、上記検知特性を確保しつつ、水平センサの電子部品の中でも広い実装面積が必要な受光部３をさらに小さくすることができるため、センサの高感度化、小型化に寄与することができる。また、光源の面積が実質広くなることにより、光源を水準器に接近させることができ、さらに薄型、小型化に寄与できる。
【００５０】
また、発光ダイオード１と水準器２の間に上記シート状部材６を配置したり、水準器２の入射面２２を粗面にすることにより、水準器２に入射する光量の均一性を高め、傾斜検知精度をさらに向上させることが可能となる。
【００５１】
次に、本発明の第４の実施形態に係る水平センサについて、図７（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図７（ａ）、（ｂ）において、水平センサ１０は、光源である発光ダイオード１と、気泡２１が残るように略透明な液体２ｗを封入した円筒容器２ａを持つ水準器２と、発光ダイオード１からの光を水準器２まで誘導する透明部材よりなる光ガイド７と、上記シート状部材６と、気泡２１の平行光による投影光より小さい受光面積を持つ４つの受光素子３１〜３４からなる受光部３を備えている。
【００５２】
光ガイド７は、発光ダイオード１からからの光を入射する入光面７４と、この入射光を全反射させる反射面７１、７２と、反射光を出射する出光面７３を有している。また、発光ダイオード１と受光部３は、同じプリント基板５に実装され、水準器２に対して同じ側に配置される。
【００５３】
水準器２は、その中心軸と受光部３の光軸が略一直線上になるように配設され、かつ受光部３と光ガイド７の出光面７３との間に配置されている。さらに、光ガイド７の出光面７３と水準器２の間に、上記シート状部材６が配置されている。水準器２の円筒容器２ａは、水準器２の円筒容器２ａは、その内側が空洞で、かつその内側の面の少なくとも１つの面が略回転対称の曲面形状を有し、受光部３に対向する出射面２３を持つ上底部２ｂと、その底厚の両面に光の入射面２２と出射面２６を有する下底部２ｃと、側壁部２ｄとを備えている。
【００５４】
発光ダイオード１から照射された光は、光ガイド７の入光面７４に入射し、入光面７４に入射した光は、光ガイド７内の反射面７１で全反射され、図中右向きに進行方向を変化させられ、さらに反射面７２で全反射されて出光面７３から射出する。出光面７３から射出された光は、シート状部材６で拡散され、拡散光となって水準器２の入射面２２に入射される。この拡散光は、液体２ｗと気泡２１の界面に当たると、その界面で屈折又は全反射され、水準器２の出射面２３から射出されて、受光素子３１〜３４に入射する。これにより、気泡２１の陰影が発光ダイオード１からの光によって受光素子３１〜３４に投影され、受光量が検出される。
【００５５】
このように、光ガイド７を設け、その出光面７３と水準器２の間にシート状部材６を配設することにより、水準器２の入射面２２に入射する光の拡がり角を大きくすることができ、前記と同様の光量分布特性を得ることができる。従って、この光量分布特性により、水準器２が傾斜し、水準器２内の気泡２１が微小移動すると、前記同様に、その変化量を読み取ることができ、傾斜角を検出することができる。
【００５６】
これにより、本実施形態の水平センサは、上記検知特性を確保しつつ、水平センサに使用する電子部品の中でも広い実装面積が必要な受光部３を小さくすることができるため、水平センサの小型化に寄与することができる。また、光ガイド７を用いて入射光を効率良く伝送できるため、光ガイド７の入光面７４から入射する光量と出光面７３から射出する光量の比を大きくすることができると共に、シート状部材６で効率良く拡散光を形成できる。このため、必要な傾斜検知精度を得るための発光ダイオード１の電流を小さくすることができ、水平センサの低消費電力化が可能となる。また、光ガイド７の出光部分を平板状にして、いわゆる導光板のようにしてもよく、この場合は、第１の実施形態と同様のものが得られる。
【００５７】
次に、本発明の第５の実施形態に係る水平センサについて、図８を参照して説明する。図８において、水平センサは、光源である発光ダイオード１と、気泡２１が残るように略透明な液体２ｗを封入した円筒容器２ａを持つ水準器２と、気泡２１の平行光による投影光より小さい受光面積を持つ４つの受光素子３１〜３４からなる受光部３を備え、水準器２の気泡が摺動する面以外の少なくとも１つの面に、光を拡散する微小な凹凸が形成されている。発光ダイオード１の光軸と、水準器２の中心軸と、受光部３の光軸とは、互いに略一直線上になるように配置され、かつ水準器２が発光ダイオード１と受光部３の間に配置されている。
【００５８】
水準器２は、気泡２１が摺動する面以外の面、例えば、入射面２２、側壁内面２４、出射面２６の少なくとも１つの面に、光を拡散させるための微小な凹凸が形成されている。従って、今、出射面２６に微小な凹凸が形成されているとすると、発光ダイオード１から照射された光は、水準器２の入射面２２に入射し、その出射面２６で拡散されて、拡散光となって水準器２の中の気泡２１を照射する。また、同様に、入射面２２又は側壁内面２４に微小な凹凸を形成しても同様の拡散光を発生させることができる。
【００５９】
このように、気泡２１が照射される光は、水準器２内で拡散され拡散光となるため、前記図３（ａ）、（ｂ）に示されたのと同様の光量分布特性を得ることができる。従って、受光部３は、水準器２が傾斜し、水準器２内の気泡２１が微小移動すると、前記同様に、その変化量を読み取ることができ、傾斜角を検出することができる。
【００６０】
これにより、本実施形態の水平センサは、水準器２において、気泡２１が摺動する面以外の少なくとも１つ面に光を拡散させるための微小な凹凸を形成したことにより、光を拡散させる効果を水準器２自体で形成することができる。従って、上記シート状部材６等を省略でき、部品点数の低減及びセンサの厚みを薄くすることが可能となり、センサの小型化に寄与することができる。
【００６１】
次に、本発明の第６の実施形態に係る水平センサについて、図９（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）、（ｂ）において、水平センサは、光源となる発光ダイオード１と、気泡２１が残るように略透明な液体２ｗを封入した円筒容器２ａを持つ水準器２と、気泡２１の平行光による投影光より小さい受光面積を持つ４つの受光素子３１〜３４からなる受光部３と、発光ダイオード１からの入射光を水準器２の側面に導く光ガイド７を備えている。
【００６２】
水準器２の中心軸と受光部３の光軸は、略一直線上になるように配設されている。水準器２は、側壁部２ｄの受光部３から遠い側に、光ガイド７からの光のが入射する入光部２５を備え、下底部２ｃの底厚における受光部３から遠い側の面に、光を拡散する微小な凹凸又は溝形状を備えた反射面２２ａを備える。
【００６３】
光ガイド７は、透明部材で形成され、光源からの入射光の入る入光面７４と、入射光を全反射させる反射面７１と、光ガイド７の端面において水準器２側面の入光部２５に光を照射する出光面７３とを有する。また、発光ダイオード１と受光部３は、同じプリント基板５に実装され、水準器２に対して同じ側に配置されている。
【００６４】
発光ダイオード１から照射された光は、光ガイド７の入光面７４に入射し、光ガイド７内の反射面７１で全反射され、図中右向きに進行方向を変化させられた後、出光面７３から射出され、水準器２の入光部２５に入射される。水準器２の入光部２５に入射された光は、反射面２２ａと出射面２６で反射を繰り返しながら図中右方向へ進行する。
【００６５】
ここで、反射面２２ａは、微小な凹凸又は溝形状による光の拡散形状をしているため、反射面２２ａに当たった光は、反射面２２ａの散乱形状で決定される方向へ反射されて出射面２６から照射され、水準器２内の液体２ｗ及び気泡２１に向かって進行する。反射面２２ａに形成された凹凸形状又は溝形状は、出射面２６全体から略均一な光量の光を射出し、この射出光された光の光量分布が拡がるように形成されている。このため、出射面２６全体から射出された光は、拡散光となって、気泡２１を照射することができる。
【００６６】
このように、気泡２１が照射される光は、散乱形状を持った反射面２２ａからの照射により拡散光となるため、受光部３において、前記図３（ａ）、（ｂ）に示されたのと同様の光量分布特性を得ることができる。従って、水準器２が傾斜し、水準器２内の気泡２１が微小移動すると、前記同様に、その変化量を読み取ることができ、傾斜角を検出することができる。
【００６７】
これにより、本実施形態の水平センサは、上記検知特性を確保しつつ、水平センサの電子部品の中でも広い実装面積が必要な受光部３を小さくすることができるため、水平センサの小型化に寄与することができる。また、光ガイド７からの光を水準器２の側面から入射し、凹凸形状又は溝形状を水準器２の反射面２２ａに形成することにより水準器２の外部に光の拡散部品を装着する必要がなく、水平センサの厚みをさらに薄くすることが可能となる。また、発光ダイオード１と受光部３は、同一基板上に実装さているが、それぞれを異なる基板に実装しても同等の効果が得られる。
【００６８】
次に、本発明の第７の実施形態に係る水平センサについて、図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図１０（ａ）、（ｂ）において、水平センサは、光源となる発光ダイオード１と、気泡２１が残るように略透明な液体２ｗを封入した円筒容器２ａを持つ水準器２と、４つの受光素子３１〜３４からなる受光部３とを備える。受光素子３１〜３４はそれぞれ受光部３の光軸に最も近い頂点が、他の頂点と比較して水準器２の出射面２３から遠い位置になるように配置されている。それらの光軸から見た等価的な受光部３の面積は、気泡２１の平行光による投影光の面積と同等以下にしてある。
【００６９】
発光ダイオード１の光軸と、水準器２の中心軸と、受光部３の光軸とは、略一直線上になるように配置され、かつ水準器２が発光ダイオード１と受光部３の間に配置されている。水準器２の円筒容器２ａは、その内側が空洞で、かつその内側の面の少なくとも１つの面が略回転対称の曲面形状を有し、受光部３に対向する出射面２３を持つ上底部２ｂと、その底厚の両面に光の入射面２２と出射面２６を有する下底部２ｃと、側壁部２ｄとを備える。
【００７０】
発光ダイオード１から照射された光は、水準器２の入射面２２に入射し、液体２ｗと気泡２１の界面に当たると、その界面で屈折又は全反射され、水準器２の出射面２３から射出され、受光素子３１〜３４に入射する。これにより、気泡２１の陰影が発光ダイオード１からの光によって受光素子３１〜３４に投影される。
【００７１】
ここで、受光部３の受光素子３１〜３４が、受光部３の光軸に最も近い頂点が、他の頂点と比較して水準器２の出射面２３から遠い位置になるように配置されているので、各受光素子３１〜３４の受光面が、水準器２の出射面２３から見て、等価的に菱形のような形状になる。従って各受光素子３１〜３４の中央部で面積が大きく、上下の両頂点に向かうほど面積が小さくなる。これにより、受光部３で受光する光量分布は、前記図３（ａ）、（ｂ）と同様の光量分布特性を得ることができる。従って、この光量分布特性によって、気泡２１の微小移動時における受光素子３１〜３４の光量変化を検出できる高精度の検知特性を得ることができる。
【００７２】
このように、本実施形態の水平センサは、受光部３のみで同様の光量分布特性が得られるので、入射光として拡散光が必ずしも必要でなく、構成が簡単にでき、センサの小型化に寄与できる。また、拡散光を必要としないことから、拡散用の反射面４２を備えた導光板４や、上記シート状部材６等が不要となるので、部品点数の低減が可能になる。
【００７３】
次に、本発明の第８の実施形態に係る水平センサについて、図１１（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実施形態の水平センサは、図１乃至図４に示した第１の実施形態における導光板４を変形した部材を備えており、この部材を光ガイドと称して以下では説明する。なお、水平センサとしての水準器や受光部は、前述の実施形態と同様あるので、図示を省いている。光ガイド７は、光源から射出した光Ｌ１がこの光ガイドの入光面７６において概ね平行になるように、その入光面７６が凸型の円筒形状部７５を備え、この円筒形状部７５は、その円筒形の軸Ｒ１が、光源の光軸Ｒ２と、この光源の光軸Ｒ２が光ガイドの反射面７１（全反射面）に対して反射してできる軸Ｒ３とを含む平面の法線に平行となるように形成されている。
【００７４】
上記円筒形状部７５は、凸形の円筒形状の入光面７６を有することにより、凸レンズの働きをする。これにより、光源から光ガイド７の入光面７６に入射した光Ｌ１は、円筒形状部７５の凸レンズ作用により、この凸レンズの光軸に沿う方向に屈折され、光ガイド７内でこの光軸に概ね平行な光Ｌ２となる。これにより、光ガイド７の反射面７１で反射される光Ｌ２が全反射され易く成る。一方、図１１（ｃ）に示すように、光ガイド７が平面の入光面７４を有する時は、入光面７４はレンズ作用がないので入光面７４から入射した光が、反射面７１で全反射し難くなり、反射面７１から光ガイドの外へ放射される光Ｌｘが増え、光源からの光を水準器２に向けて照射する面発光部の位置にガイドする光量が低減してしまうことになる。
【００７５】
本実施形態によれば、光ガイド７は、凸型の円筒形状の入光面７６を有する円筒形状部７５を備えたことにより、光ガイド７の反射面７１で全反射の条件を満足しやすくなり、光ガイド７より外部に出射する光を抑え、光ガイドの伝送効率が上がる。これにより、面発光部から面出射する均一光の強度が向上し、このため、水平センサの分解能が向上し、光源の発光ダイオード１に印加する電力を低減でき、水平センサの低消費電流化が実現できる。
【００７６】
次に、本発明の第９の実施形態に係る水平センサについて、図１２を参照して説明する。本実施形態において、光ガイド７は、導光板状の面発光部７７を備え、光ガイド７の反射面７１が、光源の光軸Ｒ２と、この光軸Ｒ２が反射面７１で反射してできる軸Ｒ３との両軸を含む平面での断面形状が放物面を成し、この放物面の焦点が、光ガイド７の面発光部７７の入り口付近になるように形成されている。
【００７７】
光ガイド７は、光を反射する凹凸や溝を有する反射面７２と、その平面より光を出射する出光面７３（出射面）とを有する導光板状の面発光部７７を備え、光ガイド７の反射面７１が、光源の光軸Ｒ２と、この光軸Ｒ２が反射面７１で反射してできる軸Ｒ３との両軸を含む平面での断面形状が放物面を成し、この放物面の焦点が、光ガイド７の面発光部７７の入り口付近になるように形成されている。
【００７８】
上記構成において、光源の発光ダイオード１から光ガイド７の入光面７６に入射した光Ｌ１は、凸レンズ作用を持つ円筒形状部７５で光軸Ｒ２に沿う方向に屈折され、この光軸Ｒ２に概ね平行な光Ｌ２になって、放物面を成す反射面７１で反射される。この平行な光Ｌ２は、この放物面で反射されると放物面の焦点（焦線）Ｆ１に絞られる。この焦点Ｆ１は、光ガイド７の面発光部７７の入口付近に来るように位置されている。また、この面発光部７７の厚さは、光ガイド７の光ガイド部分（入光面７６から反射面７１、面発光部７７に至る部分）に比較して光ガイド７の中で最も薄い部分となっており、面発光部７７の入口付近では光が入り難くなっている。従って、光ガイド７内の光Ｌ２を光ガイドの放物面を成す反射面７１で反射して、最も厚みの薄い面発光部７７の入口付近で集光させることにより、面発光部７７に光が入り易くなる。
【００７９】
本実施形態によれば、光ガイド７が放物面を成す反射面７１を有し、この放物面で入光面７６からの平行な光Ｌ２を反射させ、光を放物面の焦点に集めることができ、この焦点を面発光部７７入り口付近としていることにより、面発光部７７に入射する光量が増加する。これにより、面発光部７７から射出する光の強度が向上するため、水平センサの分解能が向上し、また、光源に印加する電力を低減でき、低消費電流化を実現できる。
【００８０】
次に、本発明の第１０の実施形態に係る水平センサについて、図１３（ａ）〜（ｆ）を参照して説明する。本実施形態において、光ガイド７は、円筒形状部７５における入光面の円筒に沿って、三角形又は台形の断面形状を有する複数の拡散溝７６ａ（溝）を備える。また、この拡散溝７６ａ（溝）の各溝は、円筒形の軸Ｒ１と直交する平面上にあり、かつ、円筒の軸Ｒ１方向に略等間隔に円筒面のほぼ全体に配設されている。また、図１３（ｅ）、（ｆ）に示すように、複数の拡散溝７６ａ（溝）の形成された入光面７６において、光源から射出された光Ｌ１が入射されると、この光Ｌ１は、前述のように、円筒形状の入光面７６により、光源の光軸Ｒ２方向に平行化されると共に、複数の拡散溝７６ａの各溝で反射されることにより、円筒形の軸Ｒ１方向に拡散されて光ガイド７に入射される。従って、光ガイド７内において、光Ｌ２が円筒形の軸Ｒ１方向に広がるので、面発光部７７の入口付近から入射された光Ｌ３は、面発光部７７内において円筒形の軸Ｒ１と同じ方向に広がって導光される。これにより、面発光部７７は、円筒面の軸Ｒ１方向における面発光均一性を向上することができる。
【００８１】
本実施形態によれば、入光面７６の円筒形状の円筒面に沿って、断面形状が三角形又は台形形状を有する複数の拡散溝７６ａを備えたことにより、面発光部７７の軸Ｒ１方向の面発光均一性が向上し、気泡２１が円筒面の軸Ｒ１方向に移動した場合における水平センサの分解能が向上する。
【００８２】
次に、本発明の第１１の実施形態に係る水平センサについて、図１４（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。本実施形態の光ガイド７は、面発光部７７の反射面７２に、断面形状が三角形状の複数の三角溝７２ａ（溝）が形成され、光ガイド７の面発光部７７の出光面７３と水準器２の間に、頂角９０°の三角プリズム６ｐが形成されたシート状部材６a、６ｂを備えている。三角溝７２ａは、円筒形状部７５の円筒の軸Ｒ１に平行に配設され、面発光部７７の反射板７２において、光の入射側面７２ｂの底角θが２０〜４０°を成す。また、三角プリズム６ｐと三角溝７２ａは、プリズム６ｐの稜線Ｑ２が光ガイド７の三角溝７２ａの稜線Ｑ１と平行になるように配置されている。また、反射面７２の外側に、この反射面７２に平行に補助反射板７８が設けられている。
【００８３】
本実施形態の光ガイド７において、光ガイド７の反射面７１からの光Ｌ３が面発光部７７に入射されると、入射された光Ｌ４は、面発光部７７内を通過する際、面発光部７７の反射面７２において、三角溝７２ａの底角θが２０〜４０度を成す入射側面７２ｂで反射されるので、出光面７３の法線に対し２０°〜４０°で出射することになる。また、入射側面７２ｂで反射されずに反射面７２から出射面４３と反対方向に出た光は、反射面７２の下に設けられた補助反射板７８で略全反射されて再度、面発光部７７の反射面７２に入射され、出光面７３より出射される。これにより、面発光部７７の面発光効率が高まる。
【００８４】
さらに、出射面４３より出射された光は、シート状部材６ａ、６ｂに順次入射し、先ず、シート状部材６ａの三角プリズム６ｐにより水準器２の円筒の中心軸方向に沿うように曲げられ、さらにシート状部材６ｂで再度、同様に曲げられるので、水準器２の中心軸とより平行に近い光線となる。これにより、シート状部材６ａ、６ｂの三角プリズム６ｐを通過した光の分布の中心が、面発光部７７の出光面７３に対して、概ね垂直となり、面発光分布は、水準器２の中心軸に対して略対称となる。この面発光分布が略対称な光となった光Ｌ５は、水準器２に入射され、水準器２の気泡２１を通過して、受光部３における水準器２の中心軸に対して対称に配置された４分割のフォトダイオード（ＰＤ）の各受光素子３１、３２、３３、３４で受光され、光量が検出される。
【００８５】
ここで、上記光ガイド７における面発光の改善前と上記第１１の実施形態による改善後の面発光分布状態について、図１５（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図１５（ａ）に示す改善前では、光ガイド７は、面発光部７７の三角溝７２ａや三角プリズム６ｐを有するシート状部材６を備えていないので、出光面７３から出射される光の向きは、出光面７３に水準器２の中心軸に対して平行方向から傾いてずれた方向の面発光分布Ｇ１を形成している。従って、水準器２の気泡２１に当たる光の方向が水準器２の中心軸に対して斜め方向となる。これにより、球形の気泡２１を通過してきた光の受光光量は、Ａ側の受光素子３１、３２とＢ側の受光素子３３、３４の左右で異なってくる。一方、図１５（ｂ）に示す改善後では、出光面７３から出射される光の向きは、出光面７３に水準器２の中心軸に対して略平行となり、面発光分布Ｇ２が略対称な光となっているので、水準器２の気泡２１を通過してきた光の光量は、Ａ側とＢ側の左右で略同じで対称となる。
【００８６】
また、図１６（ａ）、（ｂ）は、水準器２の中心軸上の気泡２１がある水平状態において、環境温度変化により温度が変化した場合、例えば、温度が上昇した場合の上記面発光分布の改善前と上記第１１の実施形態による改善後における受光素子３１、３２、３３、３４のそれぞれの光量検出状態を示す。なお、水平状態のままで温度が上昇した場合は、気泡２１の位置は水準器２の中心軸上で変わらないが、気泡２１の径は小さくなる。改善前において、気泡２１を通過してきた光のＡ側の受光素子３１、３２の受光量Ｌａをとし、Ｂ側の受光素子３３、３４の受光量Ｌｂとし、それらの温度変化前後の差をΔｐ１、Δｐ２とすると、改善前では面発光分布Ｇ１が傾いているので、Δｐ１、Δｐ２はいずれもゼロにはならない。この差Δｐ１、Δｐは、水準器２の水平度（Δｐ１、Δｐがゼロで水平）を示すので、この場合は、水準器２が水平であるにも拘わらず水平を示さないので誤差を生じることになる。一方、改善後は、面発光分布Ｇ２が水準器２の中心軸に対して対称なので、温度が変化しても各受光素子のＡ側の受光量Ｌａと、Ｂ側の受光量Ｌｂとの差Δｑ１、Δｑ２はいずれも略ゼロになる。これにより、温度変化しても、気泡２１の位置変動はないことが確認され、水平状態あることを確度良く検出できる。
【００８７】
このように、上記第１１の実施形態によれば、光ガイド７の面発光部７７から射出する光の分布の中心が、面発光部７７の出光面７３の法線に対し２０°〜４０°となり、さらに頂角９０°の三角プリズムを通過した光の分布の中心が面発光部の出光面７３に対し概ね垂直となる。すなわち面発光分布が水準器２の中心軸に対称となるため、気泡２１が４分割ＰＤの受光素子３１〜３４の中心にある水平状態においては、気泡径が増減しても４分割ＰＤの差分出力Δｑ１、Δｑ２が略ゼロに保たれる。これにより、温度変化によって気泡径が変化する場合においても水平を確実に検知し続けることができる。
【００８８】
次に、本発明の第１２の実施形態に係る水平センサについて、図１７（ａ）を参照して説明する。本実施形態において、光ガイド７の面発光部７７の厚みｔは、光ガイド７の設計により大きさは自由に替えることができる。ここで、図１７（ｂ）に示すように、ｔ＝０．７〜１．５ｍｍとした場合は、面発光部７７から射出される光量の面発光分布Ｇ３は、振幅変動が少なく、一様で平坦に近くなり、ｔの大きさは適正となる。また、図１７（ｃ）に示すように、ｔが大きい場合は、面発光分布Ｇ４は、振幅変動が大きく、面発光部７７からの射出光量において明部、暗部が発生し、適性とはならない。また、面発光部７７において、厚さｔが小さすぎると、面発光部７７に入射する光量が低下し、このため、面発光部７７から射出する光量が低下する。通常、光源位置の公差などで、光ガイド７の集光位置（焦点Ｆ１位置）が変動するが、面発光部７７の厚さｔが小さい場合は、集光位置が少しでもずれると、面発光部７７に入射する光量が急激に低下してしまう。
【００８９】
本実施形態によれば、面発光部７７の厚みｔを０．７〜１．５ｍｍの範囲の値にすることにより、面発光部７７に入射する光量を確保しながら面発光均一性が向上する。
【００９０】
次に、本発明の第１３の実施形態に係る水平センサについて、図１８（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。同図においては、水平センサのうち光ガイド７の面発光部７７の反射面７２のみを図示している。面発光部７７の反射面７２の複数の三角溝７２ａの溝と溝との間に反射面７２に平行な平面７２ｃを有している。このように本実施形態においては、平面７２ｃを設けたことにより、面発光部７７に入射してきた光Ｌ４は、この平面７２ｃに当たって全反射され、面発光部７７の入口付近から奥へと進行する。これにより、面発光部７７において入口側と奥側とに同程度の光量が届くため、面発光部７７の発光均一性がより一層向上する。
【００９１】
以上、本発明は各種の実施形態により実現されるが、これらに限られることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、任意に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施形態による水平センサの構成図。
【図２】上記水平センサの外観図。
【図３】（ａ）は上記水平センサの受光面による光量分布を示す図、（ｂ）は光量分布のグラフ。
【図４】（ａ）は上記水平センサの気泡と受光素子の平面上の位置関係を示す図、（ｂ）は気泡の移動前後における受光素子の受光レベル変化を示す図。
【図５】（ａ）は本発明の第２の実施形態による水平センサの構成図、（ｂ）はその外観図。
【図６】（ａ）は本発明の第３の実施形態による水平センサの構成図、（ｂ）はその外観図。
【図７】（ａ）は本発明の第４の実施形態による水平センサの構成図、（ｂ）はその外観図。
【図８】本発明の第５の実施形態における水平センサの構成図。
【図９】（ａ）は本発明の第６の実施形態による水平センサの構成図、（ｂ）はその外観図。
【図１０】（ａ）は本発明の第７の実施形態による水平センサの構成図、（ｂ）は４つの受光素子と水準器の配置関係を示す図。
【図１１】（ａ）は本発明の第８の実施形態による水平センサの構成図、（ｂ）は光ガイドにおける光の反射を説明する図、（ｃ）は光の反射を説明するための図。
【図１２】本発明の第９の実施形態による水平センサの構成図。
【図１３】（ａ）は本発明の第１０の実施形態による水平センサの構成図、（ｂ）は前記水平センサの正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ部の拡大図、（ｄ）は（ｂ）のＢ部の拡大図、（ｅ）、（ｆ）は前記水平センサの正面図及び部分斜視図における光の拡散を説明する図。
【図１４】（ａ）は本発明の第１１の実施形態による水平センサの構成図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大図、（ｃ）は前記水平センサの光ガイドにおける光の反射を説明する図、（ｄ）は（ｃ）のＤ部の拡大図、（ｅ）は（ｄ）のＥ部の拡大図。
【図１５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ上記センサの光ガイドの改善前と改善後の面発光分布を説明する図。
【図１６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ上記センサの光ガイドの改善前と改善後の受光素子の光量検出の温度による影響を説明する図。
【図１７】（ａ）は本発明の第１２の実施形態による水平センサの構成図、（ｂ）、（ｃ）は上記センサにおける面発光部の厚さが適正な場合と大きい場合のそれぞれの面発光分布を説明する図。
【図１８】（ａ）は本発明の第１３の実施形態による水平センサの構成図、（ｂ）は（ａ）のＦ部の拡大図。
【図１９】（ａ）は従来の水平センサの気泡と受光素子の位置関係を示す図、（ｂ）は前記気泡の移動による受光量の変化を示す図。
【図２０】（ａ）は従来の受光素子を小さくした状態の気泡と受光素子の位置関係を示す図、（ｂ）は前記気泡の移動前後における受光状態を示す図。
【符号の説明】
【００９３】
１  発光ダイオード（光源）
２  水準器
２ｗ  液体
３  受光部
４  導光板
４ａ  面発光部（導光板）
５  プリント基板
６、６ａ、６ｂ  シート状の部材
６ｐ  三角プリズム
７  光ガイド
２１  気泡
３１〜３４  受光素子
４１  反射板
４２  導光板
７１  反射板（全反射板）
７２  反射面
７２ａ  溝
７２ｂ  入力側面
７２ｃ  平面
７５  円筒形状部
７６  入光面
７６ａ  拡散溝（溝）
７７  面発光部
Ｆ１  焦点
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３  光軸
Ｑ１、Ｑ２  稜線
ｔ  厚み
【図２】
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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１】
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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１９】
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【図２０】
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