(57)【要約】【課題】投影光学系の光学構成のコンパクト化を図ることのできる位置検出装置を提供する。【解決手段】本発明の位置検出装置は、自由表面７ａを形成する液体７と、自由表面７ａに向けて光束を照射する光源２と、光源２と液体７との間にあり光束にパターンを形成する暗視野パターン４と、自由表面７ａで反射された光束のパターンを検出する受光センサ９と、受光センサ９の検出結果からパターンの位置を算出する演算手段１１とを備え、受光センサ１１は受光素子がＸ方向とＹ方向とにマトリックス状に配置され、受光センサ１１の検出結果をＸ方向とＹ方向とに加算し、Ｘ方向と前記Ｙ方向とに加算したパターンの配列から、演算手段１１がパターンの位置を算出する。【選択図】図１
2007127628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由表面を形成する液体と、該自由表面に向けて光束を照射する光源と、該光源と液体との間に存在して光束にパターンを形成する暗視野パターンと、前記自由表面で反射された光束のパターンを検出する受光センサと、該受光センサの検出結果からパターンの位置を算出する演算手段とを備え、
前記受光センサは受光素子がＸ方向とＹ方向とにマトリックス状に配置され、前記受光センサの検出結果をＸ方向とＹ方向とに加算し、前記演算手段は前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに加算したパターンの配列からパターンの位置を算出する位置検出装置。
【請求項２】
前記パターンはＸ方向とＹ方向とに向けて幅が異なるように配置され、前記演算手段は前記Ｘ方向とＹ方向とに加算したパターンの配列から基準位置に対するパターンの位置を算出する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記パターンはＸ方向とＹ方向とに向けて、周期的に幅が異なるように配置され、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに加算したパターンの配列結果をフーリエ変換し、位相差により基準位置に対するパターンの位置を算出する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記パターンはＸ方向とＹ方向とに向けて、周期的に幅が異なる複数個のパターンが交互に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記自由表面を形成する液体と前記自由表面で反射された光束を反射偏向するハーフミラーとの間の光路に１／４波長板が設けられ、前記ハーフミラーと前記暗視野パターンとの間の光路に偏光板が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記暗視野パターンと前記液体との間に前記自由表面で反射された光束を反射偏向する偏光ミラーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記受光センサは、垂直レジスタと水平レジスタとを有し、前記垂直レジスタと前記水平レジスタとを通じて出力された各受光素子の検出結果を順次記憶し、前記記憶された検出結果を前記受光センサのＸ方向とＹ方向とに加算し、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに加算したパターンの配列から、前記演算手段が前記パターンの位置を算出する請求項１に記載
の位置検出装置。
【請求項８】
前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに配列される受光素子の加算された出力が可能な受光センサであって、前記演算手段は前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに加算したパターンの配列から前記パターンの位置を算出する請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記演算手段は、算出したパターンの位置に基づき、前記パターンの位置を傾きに換算する請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の位置検出装置を使用した測量機の傾斜センサ装置。
【請求項１１】
光源からの光束を平行にして射出する光学系の途中に設けられかつ前記光源からの光束を通過させる通過部がX方向とY方向とからなる二次元位置を示すように配列された暗視野パターンと、前記通過部を通過したパターン形成光束を反射する自由表面を有する液体と、該液体と前記暗視野パターンとの間に設けられて前記自由表面により反射されたパターン形成光束を反射するハーフミラーと、該ハーフミラーによって反射されたパターン形成光束を投影像として投影する投影レンズと、該投影レンズにより投影された投影像を受像する受像センサと、該受像センサに投影された投影像の読み出し出力に基づきその投影像の位置を演算する演算手段とを備え、
前記受像センサは、X方向とY方向とにマトリックス的に配列された受光素子を有し、前記受像センサはX方向に配列された各受光素子をX方向に加算してY方向読み出し出力を出力するX方向射影データ出力機能と、Y方向に配列された各受光素子をY方向に加算してX方向読み出し出力を出力するY方向射影データ出力機能とを有することを特徴とする位置測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自由表面を有する液体を利用した位置検出装置に係わり、特に、測量機の傾斜センサ装置に最適であり、コンパクトに構成することのできる位置検出装置及びこれを使用した測量機の傾斜センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、位置検出装置及びこれを使用した測量機には、光源からの光束を平行にして射出する射出光学系と、この射出光学系からのパターン形成光束を通過させる通過部を有しこの通過部が二次元的にパターン配列された暗視野パターンと、そのパターン形成光束を反射させる自由表面を有する液体と、この液体の自由表面により反射されたパターン形成光束を投影する投影光学系と、この投影光学系の一部を構成しかつパターン形成光束を第１方向に集光させる第１集光素子と、この投影光学系の一部を構成しかつパターン形成光束を第１方向とは異なる第２方向に集光させる第２集光素子と、第１集光素子により集光された投影像を受光する第１受光センサと、第２集光素子により集光された投影像を受光する第２受光センサとを備え、第１受光センサの受光信号と第２受光センサの受光信号とに基づき、Ｘ−Ｙ方向の位置の検出を行い、基準位置からの移動量を求めるものが知られている。また、求めた移動量を傾斜角に換算するものも知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
そして、この位置検出装置を用いた測量機の傾斜センサ装置も知られている。
【特許文献１】特開２０００−１０５１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種の位置検出装置及びこれを使用した測量機の傾斜センサ装置では、液体の自由表面で反射されたパターン形成光束を投影光学系の一部を構成する第１集光素子、第２集光素子としてのシリンドリカルレンズを用いて互いに異なる方向に集光させ、集光光束を第１受光センサ、第２受光センサでそれぞれ受像する構成であるので、その投影光学系の構成が少し複雑であり、コンパクト化を図り難いという不都合がある。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、投影光学系の光学構成のコンパクト化を図ることのできる位置検出装置及びこれを使用した測量機の傾斜センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の位置検出装置は、自由表面を形成する液体と、該自由表面に向けて光束を照射する光源と、該光源と液体との間に存在して光束にパターンを形成する暗視野パターンと、前記自由表面で反射された光束のパターンを検出する受光センサと、該受光センサの検出結果からパターンの位置を算出する演算手段とを備え、
前記受光センサは受光素子がＸ方向とＹ方向とにマトリックス状に配置され、前記受光センサの検出結果をＸ方向とＹ方向とに加算し、前記演算手段は前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに加算したパターンの配列からパターンの位置を算出することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の位置検出装置は、前記パターンはＸ方向とＹ方向とに向けて幅が異なるように配置され、前記演算手段は前記Ｘ方向とＹ方向とに加算したパターンの配列から基準位置に対するパターンの位置を算出することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の位置検出装置は、前記パターンはＸ方向とＹ方向とに向けて、周期的に幅が異なるように配置され、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに加算したパターンの配列結果をフーリエ変換し、位相差により基準位置に対するパターンの位置を算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の位置検出装置は、前記パターンはＸ方向とＹ方向とに向けて、周期的に幅が異なる複数個のパターンが交互に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の位置検出装置は、前記自由表面を形成する液体と前記自由表面で反射された光束を反射偏向するハーフミラーとの間の光路に１／４波長板が設けられ、前記ハーフミラーと前記暗視野パターンとの間の光路に偏光板が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の位置検出装置は、前記暗視野パターンと前記液体との間に前記自由表面で反射された光束を反射偏向する偏光ミラーが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の位置検出装置は、前記受光センサは、垂直レジスタと水平レジスタとを有し、前記垂直レジスタと前記水平レジスタとを通じて出力された各受光素子の検出結果を順次記憶し、前記記憶された検出結果を前記受光センサのＸ方向とＹ方向とに加算し、前記演算手段は前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに加算したパターンの配列から前記パターンの位置を算出することを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の位置検出装置は、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに配列される受光素子の加算された出力が可能な受光センサであって、前記演算手段は前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とに加算したパターンの配列から前記パターンの位置を算出することを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の位置検出装置は、前記演算手段は、算出したパターンの位置に基づき、前記パターンの位置を傾きに換算することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の測量機の傾斜センサ装置は、請求項９に記載の位置検出装置を使用したことを特徴とする。
請求項１１に記載の位置測定装置は、光源からの光束を平行にして射出する光学系の途中に設けられかつ前記光源からの光束を通過させる通過部がX方向とY方向とからなる二次元位置を示すように配列された暗視野パターンと、前記通過部を通過したパターン形成光束を反射する自由表面を有する液体と、該液体と前記暗視野パターンとの間に設けられて前記自由表面により反射されたパターン形成光束を反射するハーフミラーと、該ハーフミラーによって反射されたパターン形成光束を投影像として投影する投影レンズと、該投影レンズにより投影された投影像を受像する受像センサと、該受像センサに投影された投影像の読み出し出力に基づきその投影像の位置を演算する演算手段とを備え、
前記受像センサは、X方向とY方向とにマトリックス的に配列された受光素子を有し、前記受像センサはX方向に配列された各受光素子をX方向に加算してY方向読み出し出力を出力するX方向射影データ出力機能と、Y方向に配列された各受光素子をY方向に加算してX方向読み出し出力を出力するY方向射影データ出力機能とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、投影光学系の光学構成のコンパクト化を図ることができるという効果を奏する。
【００１７】
また、投影光学系を構成する光学要素の削減を図ることができるので、誤差要因をその分低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係わる位置検出装置及びこれを使用した測量機の傾斜センサ装置の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【実施例】
【００１９】
図１は本発明に係わる位置検出装置の要部を構成する傾斜センサ装置１の光学的構成を示し、傾斜センサ装置１は、光源２、コンデンサレンズ３、暗視野パターン４、リレーレンズ５、ハーフミラー６、自由表面を有する液体７、投影レンズ８、受光センサ９を有する。
【００２０】
光源２には、ここでは、ＬＥＤを用いるがいずれの種類の光源を用いても良い。コンデンサレンズ３は、光源２からの光束を平行にして射出する射出光学系としての機能を有する。
【００２１】
暗視野パターン４とリレーレンズ５との間には偏光板１２が設けられ、ハーフミラー６と液体７との間にはλ／４板（１／４波長板）１３が設けられている。
【００２２】
なお、偏光板１２、λ／４板１３を除去し、ハーフミラー６の代わりとして偏光ミラーを設けても良い。
【００２３】
暗視野パターン４は、受光センサ９に後述する投影像を形成するのに用いられる。暗視野パターン４は、図２に示すように、黒マスク部４ａに多数の通過部（スリット）４ｂが整列配置された形状を呈している。
【００２４】
図３はその暗視野パターン４の拡大図である。その通過部４ｂは、互いに直交するＸ軸方向の配列パターンとＹ軸方向の配列パターンとからなるアブソリュートパターンである。
【００２５】
ここで、Ｘ軸方向である列を符号i（iは１からＮまでの整数）で表し、Ｙ軸方向である行を符号ｊ（ｊは１からＫまでの整数）で表し、特定パターンを符号Ｐijで表す。なお、この図３には、Ｎ＝９、Ｋ＝８の場合が一例として示されている。
【００２６】
第１行のパターンは、基準パターンＲ、第１パターンＡ、第２パターンＢ、第３パターンＣとが等間隔（P）で繰り返し配置されている。すなわち、この４種のパターンを一組のブロックと定義して、このブロックが連続形成されている。最も左側に配置されたブロックを、Ｒ、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｃ（１）と記載すれば、例えば、第１行のパターンは、各ブロックがＲ、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｃ（１）；Ｒ、Ａ（２）、Ｂ（２）、Ｃ（２）；Ｒ、Ａ（３）、Ｂ（３）、Ｃ（３）；…と繰り返し配置されていることになる。
【００２７】
すなわち、この図３では、Ｐ１１＝Ｒ、Ｐ２１＝Ａ１、Ｐ３１＝Ｂ１、Ｐ４１＝Ｃ１、Ｐ５１＝Ｒ、Ｐ６１＝Ａ２、Ｐ７１＝Ｂ２、Ｐ８１＝Ｃ２、Ｐ９１＝Ｒとなる。
【００２８】
同様に、第１列のパターンは、基準パターンＲ、第１パターンＡ、第２パターンＢ、第３パターンＣとが等間隔（P）で繰り返し配置されている。すなわち、第１行のパターンと同様にこの４種のパターンを一組のブロックと定義して、このブロックが連続形成されている。最も上側に配置されたブロックを、Ｒ、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｃ（１）と記載すれば、例えば、第１列のパターンは、各ブロックがＲ、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｃ（１）；Ｒ、Ａ（２）、Ｂ（２）、Ｃ（２）；Ｒ、Ａ（３）、Ｂ（３）、Ｃ（３）；…と繰り返し配置されていることになる。
【００２９】
すなわち、この図３では、Ｐ１１＝Ｒ、Ｐ１２＝Ａ１、Ｐ１３＝Ｂ１、Ｐ１４＝Ｃ１、Ｐ１５＝Ｒ、Ｐ１６＝Ａ２、Ｐ１７＝Ｂ２、Ｐ１８＝Ｃ２となる。
【００３０】
リレーレンズ５は、暗視野パターン４を通過したパターン形成光束をハーフミラー６を透過させて液体７に導くものである。
【００３１】
ハーフミラー６は、ここでは半透過面６ａを有するビームスプリッタから構成されている。ハーフミラー６に入射したパターン形成光束は半透過面６ａを通過して上方に導かれて液体７に入射して、自由表面７ａに向かう。その自由表面７ａで反射されたパターン光束は、再びハーフミラー６に戻り、その半透過面６ａで反射されて、投影レンズ８に導かれる。
【００３２】
液体７は、シリコンオイル等の適度の粘性を有するものが用いられる。その液体７は自由表面７ａを有するので、傾斜センサ装置１の傾きに対して自由表面７ａは水平を維持する。
【００３３】
投影レンズ８は、自由表面７ａで反射されかつ半透過面６ａに導かれて反射されたパターン形成光束を受光センサ９に結像させる機能を有する。受光センサ９には、ここでは、図４に示すＸ方向とＹ方向とに加算された検出出力を出力することが可能な二次元のエリアセンサ９が用いられる。
【００３４】
このエリアセンサ９は、Ｘ方向にｎ個、Ｙ方向にｍ個、マトリックス的に配列された受光素子９ａを有する。そのエリアセンサ９の受光素子９ａには、図４に示すように、暗視野パターン像としての投影像４’が投影される。
【００３５】
ここで、（i,j）はi,j番目に存在する受光素子９ａの出力を示し、（１，１）はエリアセンサ９の左上隅の受光素子９ａの出力、（ｍ，ｎ）はエリアセンサ９の右下隅の受光素子９ａの出力を意味している。
【００３６】
このエリアセンサ９のＸ方向についてのデータの読み出し出力は、図５に示す式によって表されるものとなる。
Ｘ１＝（１，１）＋（２，１）＋（３，１）＋…＋（ｍ，１）  …（Ａ１）
Ｘ２＝（１，２）＋（２，２）＋（３，２）＋…＋（ｍ，２）  …（Ａ２）
Ｘ３＝（１，３）＋（２，３）＋（３，３）＋…＋（ｍ，３）  …（Ａ３）
…
Ｘｎ＝（１，ｍ）＋（２，ｍ）＋（３，ｍ）＋…＋（ｍ，ｎ）  …（Ａｎ）
このエリアセンサ９のＹ方向についてのデータの読み出し出力も同様に図５に示す式によって表されるものとなる。
Ｙ１＝（１，１）＋（１，２）＋（１，３）＋…＋（１，ｎ）  …（Ｂ１）
Ｙ２＝（２，１）＋（２，２）＋（２，３）＋…＋（２，ｎ）  …（Ｂ２）
Ｙ３＝（３，１）＋（３，２）＋（３，３）＋…＋（３，ｎ）  …（Ｂ３）
…
Ｙｍ＝（ｍ，１）＋（ｍ，２）＋（ｍ，３）＋…＋（ｍ，ｎ）…（Ｂｍ）
そのエリアセンサ９のＸ方向についてのデータの読み出し出力、そのエリアセンサ９のＹ方向についてのデータの読み出し出力は、図５の下側、右側に示すようにピッチPの間隔でＸ方向に集光されたＹ方向の位置を示す投影像４’、ピッチPの間隔でＹ方向に集光されたＸ方向の位置を示す投影像４’と等価である。
【００３７】
というのは、エリアセンサ９のＸ方向についてのデータの読み出し出力は、ピッチPの間隔で分布する暗視野パターン４をシリンドリカルレンズを用いてＸ方向に集光し、Ｙ方向に延びるラインセンサに投影されたアブソリュートパターンの投影像に基づく光電変換出力と等価であるからである。
また、エリアセンサ９のＹ方向についてのデータの読み出し出力は、ピッチPの間隔で分布する暗視野パターン４をシリンドリカルレンズを用いてＹ方向に集光し、Ｘ方向に延びるラインセンサに投影されたアブソリュートパターンの投影像に基づく光電変換出力と等価であるからである。なお、このシリンドリカルレンズを用いた投影光学系の構成は、特開２０００−１０５１１９号公報に開示されている。
【００３８】
すなわち、このエリアセンサ９は、Ｘ方向に配列された各受光素子をＸ方向に加算してＹ方向読み出し出力を出力するＸ方向射影データ出力機能と、Ｙ方向に配列された各受光素子をＹ方向に加算してＸ方向読み出し出力を出力するＹ方向射影データ出力機能とを有する。
【００３９】
そのエリアセンサ９の読み出し出力は、図１（a）に示す演算手段１１に入力される。演算手段１１はＣＰＵを有し、全体制御を司ると共に、暗視野パターン４の各投影像４’の受光センサ９上での位置を検出し、例えば、特定パターン像Pijが受光センサ９の中心O（図４参照）に位置しているときの投影像４’の位置を基準位置として、この基準位置と実際に投影されている投影像４’の位置との差を求める。これにより対応する傾き角が算出される。
【００４０】
傾斜センサ装置１が傾いても、液体７の自由表面７ａは水平を保つので、傾きの角度に比例して、エリアセンサ９の各投影像４’が移動する。
【００４１】
傾斜センサ装置１が角度θほど傾くと、自由表面７ａによる反射されたパターン形成光束は、液体７の屈折率をｎとすると、２ｎθほど傾くことになる。ここで、投影レンズ８の焦点距離（ここでは、自由表面７aから受光センサ９までの光軸上の距離に等しい）を図１（ｂ）に示すようにｆとし、受光センサ９の中心Oからの特定パターンPijのずれ量をｄＬとすると、
ｄＬ＝ｆ＊tan （２ｎθ）  …（１）
である。
【００４２】
従って、暗視野パターン４のＸ方向、Ｙ方向の投影像４’の位置を、エリアセンサ９により検出し、基準位置からのずれ量ｄLを求め、演算手段１１により角度θに変換すれば、傾斜センサ装置１の傾きを測定することができる。
【００４３】
以下に、演算手段１１の傾き角の演算処理の詳細について説明する。
【００４４】
角度θを求めるには、すでに述べたように、特定パターン像Ｐijを基準位置とし、エリアセンサ９上により検出された投影像４’の位置の基準位置に対するずれ量ｄＬを測定すれば良い。
【００４５】
また、ピッチＰの間隔以下のずれ量については、ピッチPのパターン像に対応する空間周波数をフーリエ変換することにより得られたサイン波又はコサイン波を基準信号として用いる。
傾斜センサ装置１が水平（角度θ＝０）、すなわち、特定パターンPijが受光センサ９の中心Oに一致したときに得られたエリアセンサ９の読み出し出力Ｘi、Ｙjをフーリエ変換することにより求められた信号の基準信号に対する位相差は「０」である。
傾斜センサ装置１が角度θだけ傾いたとき、特定パターンPijが受光センサ９の中心Oからずれるため、エリアセンサ９の読み出し出力Ｘi、Ｙjをフーリエ変換することにより求められた信号の位相が基準信号の位相に対してずれる。
その基準信号の位相に対する信号の位相の差、すなわち、位相差をΦとして、ピッチP以下でのずれ量は下記の式によって求められる。
Φ＊P＊ｍ／（２π）  …（２）
従って、ピッチＰの間隔以下のずれ量を高精度に測定することができる。ただし、符号ｍは倍率である。
この倍率ｍは、光源２から自由表面７aまでの距離と自由表面７aから受光センサ９までの距離との比である。
【００４６】
特定パターンPijの受光センサ９の中心Oからのずれ量ｄLは、後述するピッチP単位でのずれ量とピッチP以下のずれ量との加算により求められる。
【００４７】
従って、演算手段１１は、全体のずれ量ｄLに基づき対応する傾き角を演算できる。すなわち、エリアセンサ９を用いて、Ｘ方向についてのデータの読み出し出力Ｘi、Ｙ方向についてのデータの読み出し出力Ｙjを得ることができるので、Ｘ方向、Ｙ方向の各読み出し出力により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の傾き角を演算手段１１により得ることができる。
【００４８】
次に、ピッチP単位でのずれ量の求め方について説明する。
説明の簡略化を図るために、受光素子９ａに形成された投影像４’を図６に示すように、パターンＣを省略して、Ｒ、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｒ、Ａ（２）、Ｂ（２）、Ｒ、Ａ（３）、Ｂ（３）、…の繰り返し配置からなるブロックの繰り返しとして、以下に説明する。
【００４９】
すなわち、３種のパターンを１組として各ブロックが連続して形成され、全てのパターンが等間隔Pで繰り返し配置されている。全てのパターンが等間隔Pで繰り返されているので、この間隔Pに対応する信号を基準信号とする。
【００５０】
基準パターンＲは黒幅５０μｍで固定幅とされ、第１パターンＡは７ブロックで１周期となるように黒部分の幅が変調され、第２パターンＢは５ブロックで１周期となるように黒部分の幅が変調されている。
【００５１】
第１パターンＡは、７ブロックで１周期となるように黒部分の幅を変調しているので、変調幅を２０μｍ〜８０μｍとすれば、第１パターン幅ＤＡは以下の式で与えられる。
ＤＡ＝５０＋３０＊SIN（２＊π＊Ｘ／７）…（３）
ただし、Ｘ＝（０，１，２，３，４，５，６，７）の整数である。
【００５２】
同様に、第２パターンＢは、５ブロックで１周期となるように黒部分の幅を変調しているので、第２パターン幅ＤＢは以下の式で与えられる。
ＤＢ＝５０＋３０＊SIN（２＊π＊Ｘ／５）…（４）
ただし、Ｘ＝（０，１，２，３，４，５）の整数である。
【００５３】
そして、第１パターンＡと第２パターンＢとは、周期が僅かに異なるので、両者の最小公倍数で最初と同じパターンが現れる。この発明の実施の形態では、７ブロックと５ブロックとの最小公倍数である３５ブロックで同じパターンが現れる。
【００５４】
すなわち、第１パターンＡの位相番号をΦＡ（１〜７）とし、第２パターンＢの位相番号をΦＢ（１〜５）とすれば、暗視野パターンの投影像４’のピッチP単位での受光センサ９の中心からのずれ量Ｈは、ΦＡとΦＢとの組み合わせによるブロック番号をΦＡＢとすると、
Ｈ＝ΦＡＢ＊P＊ｍ  …（５）
式によって求められる。
従って、ずれ量ｄLは、
ｄL＝H＋Φ＊P＊ｍ／（２π）
【００５５】
その演算手段１１は、図示を略すアンプリファイアを有し、アンプリファイアで増幅された読み出し出力（Ａ１〜Ａｎ、Ｂ１〜Ｂｍ）は、デジタル変換されて、図示を略す演算部に入力される。
【００５６】
その演算部は、第１パターンAに係わる信号と第２パターンBに係わる信号との位相番号から基準位置が含まれるブロック番号を算出し、更に、ピッチ単位のずれ量を求め、高速フーリエ変換により得られたピッチ単位以下の位相（第２式）に基づくずれ量との桁数を合わせ、暗視野パターン４のズレ量ｄLを求める。
【００５７】
そして、その演算部で算出された傾き角は図示を略す表示器に表示される。
【００５８】
また、傾斜センサ装置１を電子式セオドライト等に取り付ければ、測量装置本体のＸ方向及びＹ方向の傾きを検出できる。
【００５９】
以上、発明の実施の形態では、Ｘ方向とＹ方向とに加算された検出出力が出力可能な二次元のエリアセンサについて説明したが、図７に示すように、通常用いられる受光センサとしてのイメージセンサ１４を用いても本発明を構成することができる。
【００６０】
例えば、図７に示すように、各受光素子１４ａに蓄積された電荷である検出信号ＳＫを垂直レジスタ１５で順次水平レジスタ１６に転送する。ついで、水平レジスタ１６から順次出力部１７に転送し、各受光素子１６ａから出力される各検出信号ＳＫを順次記憶手段１８に、その各受光素子１６ａの配列に従って記憶させる。
【００６１】
この場合には、演算手段は、この記憶手段１８に記憶された検出信号ＳＫをイメージセンサ１４のＸ方向とＹ方向とに加算することにより得られたパターンの配列からパターンの位置を算出する。
【００６２】
このように構成すると、一般のイメージセンサ１４を用いて、従来のシリンドリカルレンズとラインセンサとの組み合わせと同様の機能を果たしつつ、投影光学系の光学構成のコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係わる位置検出装置の光学系を示す図であって、（a）はその詳細な光学図、（ｂ）はその模式図である。
【図２】暗視野パターンの一例を示す図である。
【図３】図２に示す暗視野パターンの拡大図である。
【図４】暗視野パターンが投影された状態を示すエリアセンサを示す図である。
【図５】図４に示すエリアセンサの読み出し出力の説明図である。
【図６】本発明に係わる位置検出装置の測定原理を説明するための説明図である。
【図７】エリアセンサの代わりにイメージセンサを用いた場合の回路図である。
【符号の説明】
【００６４】
２…光源
４…暗視野パターン
４ｂ…通過部
６…ハーフミラー
７…液体
７ａ…自由表面
８…投影レンズ
９…受光センサ
９ａ…受光素子
１１…演算手段
【図１】
2007127628.tif 000003
【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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