(57)【要約】【課題】  傾斜角検出器に汎用品の受光素子を使用することによって、傾斜角検出器のコストダウンをする。【解決手段】  気泡管（１）と、気泡管の下方に設置された発光部（６）と、気泡管の上方に設置された受光素子（３０）と、受光素子の出力から傾斜角を算出する演算部（１７）とを備えた傾斜角検出器において、気泡管と受光素子との間にマスクパターン（２０）が配置され、該マスクパターンには、４つの位置検出光通過窓を十字形の放射状に配置するとともに、位置検出光通過窓の放射方向外端付近に参照光通過窓を配置し、受光素子は４つの２分割光検出器を有し、各２分割光検出器の２つの受光部は位置検出光通過窓及び参照光通過窓それぞれに対応する位置に配置される。【選択図】  図１
2007218722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気泡管と、該気泡管の下方に設置された発光部と、前記気泡管の上方に設置された受光素子と、該受光素子の出力から傾斜角を算出する演算部とを備えた傾斜角検出器において、
前記気泡管と前記受光素子との間にマスクパターンが配置され、該マスクパターンには、４つの位置検出光通過窓を十字形の放射状に配置するとともに、前記各位置検出光通過窓の放射方向外端付近に参照光通過窓を配置し、
前記受光素子は４つの２分割光検出器を有し、各２分割光検出器の２つの受光部は前記位置検出光通過窓及び前記参照光通過窓それぞれに対応する位置に配置されたことを特徴とする傾斜角検出器。
【請求項２】
気泡管と、該気泡管の下方に設置された発光部と、前記気泡管の上方に設置された受光素子と、該受光素子の出力から傾斜角を算出する演算部とを備えた傾斜角検出器において、
前記気泡管と前記受光素子との間に液晶のマスクパターンが配置され、前記演算部からの指令により、前記マスクパターンに十字形の放射状に配置された４つの位置検出用光通過窓と、該位置検出光通過窓の放射方向外端付近に配置された参照光通過窓とを時間的に交互に形成し、
前記受光素子は４つの受光部を有し、各受光部は前記位置検出光通過窓及び前記参照光通過窓に対応した位置に配置されたことを特徴とする傾斜角検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜角を電気信号として取り出す傾斜角検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子式測量機には、傾斜角を電気信号として取り出す傾斜角検出器が備えられる。このような傾斜角検出器としては、下記特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
下記特許文献１に記載された傾斜角検出器を図７〜図９に示す。図７に示したように、この傾斜角検出器は、透明液体５を封入した円形の気泡管１内に気泡４を封入したものであり、傾斜角を電気信号として取り出すために、気泡管１の下方に平行光線３を出射する発光部６を備え、気泡管１の上方に受光素子９を設置している。発光部６は、ＬＥＤ等の光源７と、光源７から放射される光を平行光線にするコリメータレンズ８とからなる。受光素子９は、図８に示したように、中心Ｏに原点を一致させたＸＹ座標のＸ軸及びＹ軸上に４つの位置検出用受光部１３、１４、１５、１６を十字形の放射状に配置して備えるとともに、参照用受光部１２を備えている。これらの受光部１２、１３、１４、１５、１６の出力は演算部１７へ入力される。
【０００４】
発光部６から出射された平行光線３は、気泡管１内の透明液体５を透過して受光素子９に入射するが、気泡４では反射され、気泡４は受光素子９上に影１０を落とすようになっている。受光素子９の参照用受光部１２は、気泡４の影１０にかからない位置に配置される。気泡管１が水平になっていると、気泡４の影１０の中心が図８に破線で示したように受光素子９の中心Ｏに位置して、４つの位置検出用受光部１３、１４、１５、１６には同じ光量が入射し、４つの位置検出用受光部１３、１４、１５、１６は等しい電気信号を出力するので、演算部１７は気泡管１が水平と判断できる。気泡管１が傾くと気泡４が移動して、気泡４の影１０も図８に実線で示したように移動するので、各位置検出用受光部１３、１４、１５、１６から出力される電気信号が個々に変化するので、演算部１７は、対になっている位置検出用受光部１３と１４、１５と１６の各出力差に基づいて、二軸方向の傾斜角を算出することができる。
【０００５】
すなわち、図８における傾斜角検出器のＸ軸方向の傾斜角θｘ及びＹ軸方向の傾斜角θｙは、気泡管１の上面の曲率半径をＲ、位置検出用受光部１３、１４、１５、１６の幅をＤ、参照用受光部１２の面積をＳ１２、参照用受光部１２の出力をＶ１２、位置検出用受光部１３、１４、１５、１６の出力をそれぞれＶ１３、Ｖ１４、Ｖ１5、Ｖ１6とすると、それぞれ次の（１）式及び（２）式で求まる。
θｘ＝｛Ｓ１２／（２ＤＲ）｝｛（Ｖ１３−Ｖ１４）／Ｖ１２｝      （１）
θｙ＝｛Ｓ１２／（２ＤＲ）｝｛（Ｖ１５−Ｖ１６）／Ｖ１２｝      （２）
【０００６】
この傾斜角θｘ、θｙの算出の際、対になっている位置検出用受光部１３と１４、１５と１６の各出力差（Ｖ１３−Ｖ１４）、（Ｖ１５−Ｖ１６）を参照用受光部１２の出力Ｖ１２で割るのは、温度変化による気泡４の膨張や、受光素子９の感度変化等に起因する傾斜角の誤差を除去するためである。
【０００７】
なお、参照用受光部１２は、図９に示したように、各位置検出用受光部１３、１４、１５、１６の放射方向外端に近接させて４つ設けてもよい。
【０００８】
【特許文献１】特許第２６５５２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献１に記載の受光素子９は、４つの位置検出用受光部１３、１４、１５、１６を十字形の放射状に配置するとともに、参照用受光部１２も備えるという特別な形状をしているため、汎用品の受光素子を使用することができず、特注品を使用していた。このため、受光素子９が高価となり、傾斜角検出器の価格も高価になるという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記問題に鑑みてなされたものであって、傾斜角検出器に汎用品の受光素子を使用することによって、傾斜角検出器のコストダウンをすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、気泡管と、該気泡管の下方に設置された発光部と、前記気泡管の上方に設置された受光素子と、該受光素子の出力から傾斜角を算出する演算部とを備えた傾斜角検出器において、前記気泡管と前記受光素子との間にマスクパターンが配置され、該マスクパターンには、４つの位置検出光通過窓を十字形の放射状に配置するとともに、前記各位置検出光通過窓の放射方向外端付近に参照光通過窓を配置し、前記受光素子は４つの２分割光検出器を有し、各２分割光検出器の２つの受光部は前記位置検出光通過窓及び前記参照光通過窓それぞれに対応する位置に配置されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る発明は、気泡管と、該気泡管の下方に設置された発光部と、前記気泡管の上方に設置された受光素子と、該受光素子の出力から傾斜角を算出する演算部とを備えた傾斜角検出器において、前記気泡管と前記受光素子との間に液晶のマスクパターンが配置され、前記演算部からの指令により、前記マスクパターンに十字形の放射状に配置された４つの位置検出用光通過窓と、該位置検出光通過窓の放射方向外端付近に配置された参照光通過窓とを時間的に交互に形成し、前記受光素子は４つの受光部を有し、各受光部は前記位置検出光通過窓及び前記参照光通過窓に対応した位置に配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明の傾斜角検出器によれば、汎用品の２分割光検出器から受光素子を構成することが可能になって、特注品の受光素子を用いないで済むので、傾斜角検出器のコストダウンをすることができる。
【００１４】
請求項２に係る発明の傾斜角検出器によれば、汎用品の４分割光検出器又は４つの光検出器から受光素子を構成することが可能になって、特注品の受光素子を用いないで済むので、傾斜角検出器のコストダウンをすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて、本発明の傾斜角検出器の第１実施例を説明する。図１は、前記傾斜角検出器の縦断面図である。図２は、前記傾斜角検出器のマスクパターンの平面図である。図３は、前記傾斜角検出器の受光素子の平面図である。図４は、前記受光素子を構成する２分割光検出器の平面図である。
【００１６】
この傾斜角検出器は、図７〜図９に示した従来の傾斜角検出器と、図１に示したように、気泡管１と受光素子３０との間にマスクパターン２０を配置することと、図３及び図４に示したように受光素子３０の構造が異なることを除いて同じである。したがって、この傾斜角検出器の従来と同じ部分に関しては、図１において、図７と同じ符号を付すに止めて、これ以上の説明は省略し、以下、従来と異なる部分について説明する。
【００１７】
マスクパターン２０は、ガラス製であり、その表面には遮光のために金属膜が蒸着され、エッチングによって光が通過できる窓が形成される。金属膜としては、クロムや酸化クロム等を使用する。そして、図２に示したように、マスクパターン２０には、その中心Ｏに原点を一致させたＸＹ座標のＸ軸上及びＹ軸上に沿って長い４つの位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６を十字形の放射状に配置するとともに、各位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６の放射方向外端付近に短い参照光通過窓２２を配置している。４つの位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６の放射方向内端は、マスクパターン２０の中心Ｏから所定距離だけ離されている。位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６及び参照光通過窓２２は、ガラス板に酸化クロム等の金属を蒸着させ、各窓２３、２４、２５、２６、２２部分の金属膜をエッチングにより除去することで形成する。もちろん、マスクパターン２０を金属製の板とし、この板を切開して、各窓２３、２４、２５、２６、２２を形成してもよいし、液晶のマスクパターンとしてもよい。この場合のマスクパターンは、従来技術でマスクパターンを構成することができる。
【００１８】
受光素子３０は、図４に示したように、長短２つの受光部３３、３４、３５、３６、３２を有する汎用品である２分割光検出器３８を図３に示したように位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６及び参照光通過窓２２に対応した位置に配置している。そして、各２分割光検出器３８は、位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６及び参照光通過窓２２に対応した位置に、位置検出光受光部３３、３４、３５、３６及び参照光受光部３２が位置するように設置される。位置検出光受光部３３、３４、３５、３６及び参照光受光部３２は、位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６及び参照光通過窓２２より、幅及び長さが若干大きくされている。このため、発光部６から出射された平行光線３は、マスクパターン２０の位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６及び参照光通過窓２２を通過して、受光素子３０の位置検出光受光部３３、３４、３５、３６及び参照光受光部３２の上に、それらからはみ出さないように光の像４３、４４、４５、４６、４２を生じさせる。
【００１９】
気泡管１が水平なときは、気泡４の影１０の中心がマスクパターン２０の中心Ｏに位置して、位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６を通過した平行光線３は４つの位置検出光受光部３３、３４、３５、３６を等しい面積だけ照射し、４つの位置検出光受光部３３、３４、３５、３６からは等しい電気信号が出力されるので、演算部１７は気泡管１が水平と判断できる。気泡管１が傾いて、気泡４の位置が移動すると、気泡４の影１０も移動し、各位置検出光受光部３３、３４、３５、３６の受光量が個々に変化する。演算部１７は、それぞれの２分割光検出器３８の出力について、位置検出光受光部３３、３４、３５、３６の出力をそれぞれの参照光受光部３２の出力で割って基準化する。傾斜角検出器の対になっている位置検出光受光部３３と３４、３５と３６の各基準化した出力の差に基づいて、次の（３）式及び（４）式を用いて、傾斜角検出器の二軸方向の傾斜角θｘ、θｙを算出することができる。
θｘ＝｛Ｓ１２／（２ＤＲ）｝（Ｖ１３／Ｖ１２（１３）−Ｖ１４／Ｖ１２（１４））                                                            （３）
θｙ＝｛Ｓ１２／（２ＤＲ）｝（Ｖ１５／Ｖ１２（１５）−Ｖ１６／Ｖ１２（１６））                                                            （４）
【００２０】
ただし、前記（３）式及び（４）式において、Ｓ１２には参照光透過窓２２の１個の面積を、Ｒには気泡管１の上面の曲率半径を、Ｄには位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６の幅を、Ｖ１３、Ｖ１４、Ｖ１5、Ｖ１6には、それぞれ位置検出光受光部３３、３４、３５、３６の出力を、Ｖ１２（１３）、Ｖ１２（１４）、Ｖ１２（１５）、Ｖ１２（１６）には個々の２分割光検出器３８の参照光受光部３２の出力を用いる。
【００２１】
本実施例によれば、汎用品の２分割光検出器３８から受光素子３０を構成することが可能になって、特注品の受光素子を用いないで済むので、傾斜角検出器のコストダウンをすることができる。
【００２２】
次に、本発明の傾斜角検出器の第２実施例を説明する。図５は、前記傾斜角検出器のマスクパターンの平面図である。図６は、前記傾斜角検出器の受光素子の平面図である。本実施例の傾斜角検出器は、前記第１実施例とはマスクパターン５０と受光素子６０の構成が相違するのみで、その他は前記第１実施例と同じである。
【００２３】
マスクパターン５０は、通常は不透明で制御電圧をかけられると透明になる液晶パネルからなり、演算部１７（図１参照）からの指令により、図５において、実線で示した４つの位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６と、波線で示した４つの参照光通過窓５２とを時間的に交互に切換えて透明にすることにより、両窓５３、５４、５５、５６、５２を開閉可能としたものである。
【００２４】
受光素子６０は、汎用品である４分割光検出器を用いる。この受光素子６０は、中心角９０°の扇形の４つの受光部６３、６４、６５、６６に分割されており、マスクパターン５０の各位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６及び参照光通過窓５２の位置それぞれに対応させて、４分割光検出器の各受光部６３、６４、６５、６６を配置する。
【００２５】
傾斜角の検出の際には、発光部６から平行光線３を出射するとともに、まず、演算部１７からの指令により、４つの位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６のみを開ける。すると、位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６を通過した平行光線３により、受光素子６０の各受光部６３、６４、６５、６６には光の像７３、７４、７５、７６を生じる。ここで演算部１７は各受光部６３、６４、６５、６６の出力を読み込む。次に、演算部１７からの指令により、４つの位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６を閉め、４つの参照光通過窓５２を開ける。すると、受光素子６０の各受光部６３、６４、６５、６６には、位置検出光通過窓５２を通過した平行光線３により、光の像７２を生じる。ここで、演算部１７は、各受光部６３、６４、６５、６６の出力を読み込む。もちろん、位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６と参照光通過窓５２とを開閉する順序は、この逆でもよい。
【００２６】
こうして、時間的に交互に位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６と参照光通過窓５２を開閉すると、各位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６のみを開いたときと、各参照光通過窓５２のみを開いたときのそれぞれの各受光部６３、６４、６５、６６の出力を交互に読み取ることができる。これで、前記第１実施例と同様に、前記（３）式及び（４）式を用いて、傾斜角検出器の二軸方向の傾斜角θｘ、θｙを算出することができる。ただし、前記（３）式及び（４）式において、Ｓ１２は参照光透過窓５２の１個の面積を、Ｄは位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６の幅を、Ｖ１３、Ｖ１４、Ｖ１5、Ｖ１6は、それぞれ参照光通過窓５２を閉じて位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６を開いたときの各受光部６３、６４、６５、６６の出力を、Ｖ１２（１３）、Ｖ１２（１４）、Ｖ１２（１５）、Ｖ１２（１６）は、それぞれ位置検出光通過窓５３、５４、５５、５６を閉じて参照光通過窓５２を開いたときの各受光部６３、６４、６５、６６の出力を用いる。
【００２７】
本実施例でも、汎用品の４分割光検出器から受光素子６０を構成することが可能になって、特注品の受光素子を用いないで済むので、傾斜角検出器のコストダウンをすることができる。
【００２８】
ところで、本発明は、前記実施例に限るものではなく、種々の変形が可能である。たとえば、前記実施例では本発明を円形気泡管に適用したが、本発明は棒状気泡管にも適用可能である。また、前記第２実施例では受光素子６０を４分割光検出器から構成したが、受光部が１つだけの光検出器を４つ用いてもよい。また、図１の構成では、１個の光源７で気泡１管全体を照明しているが、位置検出光通過窓２３、２４、２５、２６と参照光通過窓２２の一対の範囲を照明するように光源を４個配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施例に係る傾斜角検出器の縦断面図である。
【図２】前記傾斜角検出器のマスクパターンの平面図である。
【図３】前記傾斜角検出器の受光素子の平面図である。
【図４】前記受光素子を構成する２分割光検出器の平面図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る傾斜角検出器のマスクパターンの平面図である。
【図６】前記第２実施例に係る傾斜角検出器の受光素子の平面図である。
【図７】従来の傾斜角検出器の縦断面図である。
【図８】従来の傾斜角検出器の受光素子の平面図である。
【図９】従来の傾斜角検出器の受光素子の別の平面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１          気泡管
６          発光部
１７        演算部
２０、５０  マスクパターン
２２、５２  参照光通過窓
２３、２４、２５、２６、５３、５４、５５、５６  位置検出光通過窓
３０、６０  受光素子
３２        参照光受光部
３３、３４、３５、３６  位置検出光受光部
６３、６４、６５、６６  受光部
【図１】
2007218722.tif 000003
【図２】
2007218722.tif 000004
【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】
2007218722.tif 000009
【図８】
2007218722.tif 000010
【図９】
2007218722.tif 000011