(57)【要約】【課題】  水準センサの機械的誤差成分を可及的に低減して水準検出精度を高めた水準センサの提供、およびこの水準センサが適用される水準検出処理回路および墨出し装置を提供する。【解決手段】  気泡管１５、発光素子１６および受光素子１７を保持する保持体１８を備え、保持体１８は、上下２つの部材２１，２２の接合面の一方が球面状の凹部２１ｂ、他方が球面状の凸部２２ｄに形成されて相対的に任意方向に揺動可能に設けられると共に、両部材２１，２２の動きを拘束する定着手段２０，２５を備え、一方側の部材２１に受光素子１７および気泡管１５が、他方側の部材２２に発光素子１６がそれぞれ取り付けられている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気泡と液体が封入された気泡管と、互いに均等な受光面積を有する４つの受光素子と、前記気泡管を介して各受光素子に光を照射する発光素子と、前記気泡官、発光素子および受光素子を保持する保持体とを備えた水準センサにおいて、
前記保持体は、上部部材とこれに対向する下部部材の２つの部材を有し、この上下両部材の対向面の何れか一方が球面状の凹部、他方が球面状の凸部にそれぞれ形成され、下部部材の底面を水平基準面として、上部部材が下部部材に対して上記球面状凹凸部を揺動支点として任意方向に揺動可能に設けられるとともに、上部部材の下部部材に対する動きを締め付け調整して上部部材を下部部材に定着する定着手段を備え、上部部材に前記受光素子および気泡管が、下部部材に前記発光素子がそれぞれ取り付けられていることを特徴とする水準センサ。
【請求項２】
請求項１記載の水準センサのセンサ出力に基づいて前記気泡の光軸中心からの偏位量に応じた検出信号を取り出す回路であって、
前記４つの受光素子の内、光軸中心を挟んで対向する一対の受光素子の検出出力の差分を出力する２つの前段側差動増幅器と、前記発光素子の点灯時および消灯時における各差動増幅器の検出出力レベルを保持するレベル保持回路と、前記発光素子の点灯時および消灯時における前記各前段側レベル保持回路の差分を出力する２つの後段側差動増幅器と、を備えることを特徴とする水準センサの水準検出処理回路。
【請求項３】
水平度の高い検査用水平盤上に請求項１記載の水準センサをその下部部材の底面が水平基準面となるようにして載置すると共に、この水準センサに請求項２の水準検出処理回路を接続し、この水準検出処理回路に接続されるモニタ回路を観察しながら、水準センサの前記定着手段の締め付け量を調整して、受光素子と気泡管が取り付けられる上部部材を下部部材に対して揺動させつつ、水準検出処理回路のＸ軸側の出力端子とＹ軸側の出力端子の検出信号が共に零になるように調整するようにして水準センサを組み立てるようにした水準センサの製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の水準センサと、請求項２記載の水準検出処理回路と、レーザビームを投射するレーザヘッドと、このレーザヘッドを平面上の互いに直交するＸ軸とＹ軸とをそれぞれ回転中心にして個別に傾動させる２つの傾動手段と、前記水準検出処理回路からの信号出力に基づいて前記各傾動手段を制御するコントロールユニットと、を備えることを特徴とする墨出し装置。
【請求項５】
請求項３記載の製造方法によって製造される水準センサと、レーザビームを投射するレーザヘッドと、このレーザヘッドを平面上の互いに直交するＸ軸とＹ軸とをそれぞれ回転中心にして個別に傾動させる２つの傾動手段と、前記水準検出処理回路からの信号出力に基づいて前記各傾動手段を制御するコントロールユニットと、を備えることを特徴とする墨出し装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木計測や高精度計測を行う場合の傾き検出用の水準センサ、この水準センサの検出出力を処理する水準検出処理回路、両者を用いた水準センサの製造方法およびこれらを用いた墨出し装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、土木計測や高精度計測を行う場合には、計測機器の傾きを検出して正確に水平姿勢を保つために水準センサが使用される。
【０００３】
従来、この種の水準センサとして、気泡と液体が封入された気泡管、互いに均等な受光面積を有する４つの受光素子、および気泡管を介して各受光素子に対して均等に光を照射する発光素子光部を備え、これらの気泡管、発光素子、および受光素子を保持体で一体的に保持してユニット化したものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。この構成の水準センサは、ジャイロスコープに比べて構成が簡単で、しかも廉価であるという利点を有する。
【０００４】
また、従来の墨出し装置においては、上記構成の水準センサを使用し、この水準センサの検出出力に基づいてレーザビームを投射するレーザヘッドを平面上の互いに直交するＸ軸とＹ軸をそれぞれ回転中心として個別に傾動させてレーザヘッドの水平方向の光軸が水準面と平行になるように自動調整するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。この構成の墨出し装置は、軽量、小型化に好適であり、衝撃等に対しても安定した特性を維持できるという利点を有する。
【特許文献１】特開昭６０−１２３７１９号公報
【特許文献２】特開平１０−３１８７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、水準センサの製品化のため、気泡管、発光素子、および受光素子を保持体に一体的に取り付けてユニット化する場合、気泡管、発光素子、受光素子の相互の光軸ずれ等の機械的な要因によって、気泡が投受光部の光軸中心上に位置せず、水準センサのセンサ出力に誤差を生じることがある。以下、このような取り付け誤差等に起因した機械的な誤差成分を機械的誤差成分と称する。
【０００６】
また、この機械的誤差成分が無くて気泡が光軸中心上に位置している場合でも、各受光素子の特性バラツキによってセンサ出力に差が生じ、これが誤差成分となる場合がある。さらに、各受光素子には、熱的要因などに起因した暗電流やその他の電気的ノイズが含まれており、これらの暗電流やノイズが誤差成分となる場合がある。以下、これらの電気的な誤差成分を電気的誤差成分と称する。そして、通常、機械的誤差成分の方が電気的誤差成分よりも大きい。
【０００７】
しかしながら、上記の従来技術１，２では、上記機械的誤差成分と電気的誤差成分を取り除くための対策が何ら講じられておらず、このような不具合発生を有効に防止することができなかった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、水準センサの機械的誤差成分および電気的誤差成分の双方を可及的に低減し、水準検出精度を高めた水準センサ、この水準センサの検出出力を処理する水準検出処理回路、両者を用いた水準センサの製造方法およびこれらを用いた墨出し装置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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、請求項１記載の発明に係る水準センサは、気泡と液体が封入された気泡管と、互いに均等な受光面積を有する４つの受光素子と、前記気泡管を介して各受光素子に光を照射する発光素子と、前記気泡官、発光素子および受光素子を保持する保持体とを備えた水準センサにおいて、
前記保持体は、上部部材とこれに対向する下部部材の２つの部材を有し、この上下両部材の対向面の何れか一方が球面状の凹部、他方が球面状の凸部にそれぞれ形成され、下部部材の底面を水平基準面として、上部部材が下部部材に対して上記球面状凹凸部を揺動支点として任意方向に揺動可能に設けられるとともに、上部部材の下部部材に対する動きを締め付け調整して上部部材を下部部材に定着する定着手段を備え、上部部材に受光素子および気泡管が、下部部材に前記発光素子がそれぞれ取り付けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明に係る水準検出処理回路は、請求項１記載の水準センサのセンサ出力に基づいて気泡の光軸中心からの偏位量に応じた検出信号を取り出す回路であって、前記４つの受光素子の内、光軸中心を挟んで対向する一対の受光素子の検出出力の差分を出力する２つの前段側差動増幅器と、前記発光素子の点灯時および消灯時における前記各前段側差動増幅器の検出出力レベルを保持するレベル保持回路と、前記発光素子の点灯時および消灯時における各レベル保持回路の差分を出力する２つの後段側差動増幅器とを備えることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明に係る水準センサの製造方法は、水平度の高い検査用水平盤上に請求項１記載の水準センサをその下部部材の底面が水平基準面となるようにして載置すると共に、この水準センサに請求項２の水準検出処理回路を接続し、この水準検出処理回路に接続されるモニタ回路を観察しながら、水準センサの前記定着手段の締め付け量を調整して、受光素子と気泡管が取り付けられる上部部材を下部部材に対して揺動させつつ、水準検出処理回路のＸ軸側の出力端子とＹ軸側の出力端子の検出信号が共に零になるように調整するようにして水準センサを組み立てるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明に係る墨出し装置は、請求項１記載の水準センサと、請求項２の記載の水準検出処理回路と、レーザビームを投射するレーザヘッドと、このレーザヘッドを平面上の互いに直交するＸ軸とＹ軸とをそれぞれ回転中心にして個別に傾動させる２つの傾動手段と、前記水準検出処理回路からの信号出力に基づいて前記各傾動手段を制御するコントロールユニットと、を備えることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の発明に係る墨出し装置は、請求項３記載の製造方法によって製造される水準センサと、レーザビームを投射するレーザヘッドと、このレーザヘッドを平面上の互いに直交するＸ軸とＹ軸とをそれぞれ回転中心にして個別に傾動させる２つの傾動手段と、前記水準検出処理回路からの信号出力に基づいて前記各傾動手段を制御するコントロールユニットと、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明に係る水準センサによれば、気泡管、発光素子、受光素子を保持体により一体的に取り付けてユニット化する際、発光素子が取り付けられた下部部材と受光素子および気泡管が取り付られた上部部材のいずれか一方を僅かに揺動させることにより、気泡が光軸中心上に位置するように正確に調整することができ、調整後は定着手段によって両部材の動きが拘束定着されて調整後の状態が保たれる。
【００１５】
このため、水準センサをユニット化する際に生じる機械的誤差成分を極力取り除くことができ、水準センサの品質と信頼性を高めることができる。したがって、水準センサを交換する場合でも、ユーザーはキャリブレーション等の調整が不要で、直ちにこれを各種機器にセットして使用することができる。
【００１６】
請求項２記載の発明に係る水準検出処理回路によれば、請求項１記載の水準センサのセンサ出力に基づいて気泡の光軸中心からの偏位量に応じた検出信号を取り出す際に、前段側差動増幅器で両検出信号の差分をとることで各受光素子から出力される検出信号に含まれる電気的ノイズが除去される。また、発光素子の点灯時および消灯時における各前段側差動増幅器の検出出力レベルをレベル保持回路で保持した後、後段側差動増幅器で各レベル保持回路の差分を出力することで、検出信号に含まれる暗電流成分が除かれる。したがって、これらの電気的誤差成分を有効に取り除くことができる。
【００１７】
そして、この水準検出処理回路と請求項１記載の水準センサとを組み合わせることで水準センサの検出信号に含まれる電気的誤差成分と機械的誤差成分の双方が削減されるため、両者を組み合わせて各種機器に取り付けることにより、各種機器の微小な傾斜角度を高精度で検出することが可能になる。
【００１８】
請求項３に記載の発明に係る水準センサの製造方法よれば、水平度の高い検査用水平盤を利用して、この上面に請求項１記載の水準センサをその下部部材の底面が水平基準面となるようにして載置すると共に、この水準センサに請求項２の水準検出処理回路を接続し、この水準検出処理回路に接続されるモニタ回路を観察しながら、水準センサの前記定着手段の締め付け量を調整して、受光素子と気泡管が取り付けられる上部部材を下部部材に対して揺動させつつ、水準検出処理回路のＸ軸側の出力端子とＹ軸側の出力端子の検出信号が共に零になるように調整するようにして水準センサを組み立てるようにしたから、水準センサの検出信号に含まれる電気的誤差成分と機械的誤差成分の双方が削減された均一に精度の高い水準センサを量産することができる。
【００１９】
したがって、水準センサを交換した場合でも、ユーザーはキャリブレーション等の調整が不要で、直ちにこれを各種機器にセットして使用することができる。
【００２０】
請求項４記載の発明に係る墨出し装置によれば、請求項１記載の水準センサと、請求項２記載の水準検出処理回路を墨出し装置に設置してから、水準検出処理回路に接続されるモニタ回路を観察しながら、水準センサの前記定着手段の締め付け量を調整して、受光素子と気泡管が取り付けられる上部部材を下部部材に対して揺動させつつ、水準検出処理回路のＸ軸側の出力端子とＹ軸側の出力端子の検出信号が共に零になるように調整するようにしたから、個々の墨出し装置そのものに若干の製作誤差があっても、個々の墨出し装置上で、水準センサの検出信号に含まれる電気的誤差成分と機械的誤差成分の双方が直接に削除されることになるから、それだけ高精度の墨出し装置を製作することができる。
【００２１】
請求項５記載の発明に係る墨出し装置によれば、請求項３記載の製造方法によって製造される水準センサを利用して、これを墨出し装置の水平レベル検出手段に採用し、そして、コントロールユニットは、この水準センサの水準検出処理回路からの信号出力に基づいて傾動手段を制御するため、レーザヘッドは精度良く水平度が保たれ、レーザビームが常に正確に水平方向や鉛直方向に沿って投射され、均一に高精度な墨出し装置を量産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は本発明の実施の形態における墨出し装置の概略構成を示す斜視図、図２は水準センサの平面図、図３は同水準センサの縦断面図である。
【００２３】
この実施の形態の墨出し装置１は、水平方向および垂直方向に沿ってそれぞれレーザビームＢ１，Ｂ２を投射するレーザヘッド２を有し、このレーザヘッド２が可動台３に固定されている。この可動台３は、平面上の互いに直交するＸ軸とＹ軸上にそれぞれ配置された図示しない回転モータ等を備えた傾動手段４ｘ，４ｙに連係されており、各傾動手段４ｘ，４ｙによって可動台３およびレーザヘッド２がＸ軸とＹ軸をそれぞれ回転中心として、個別に矢印で示すように傾動されるようになっている。また、可動台３の下部には支柱２ａを介して水平基板５が取り付けられ、この水平基板５の上面５ａに水準センサ８の底面８ａが載置されるようにして取り付けられる。したがって、水準センサ８は水平基板５と互いの接触面５ａ，２２ａ1 を水平基準面として可動台３と一体に傾動するようになっている。
【００２４】
そして、これらのレーザヘッド２、可動台３、傾動手段４ｘ，４ｙ、および水準センサ８はケース９内に収納されている。また、ケース９内には、後述する水準検出処理回路１１が形成された回路基板１０や、この水準検出処理回路１１からの信号出力に基づいて各傾動手段４ｘ，４ｙを制御したりレーザヘッド２の動作を制御するマイクロコンピュータ等からなるコントロールユニット１２が設けられている。さらに、ケース９の底部には設置用脚１３が設けられる一方、ケース９の上部にはレーザビームＢ１，Ｂ２を出射するための図示しない投射窓が形成されている。
【００２５】
上記の水準センサ８は、図２および図３に示すように、気泡管１５、発光素子１６、４つの受光素子１７（１７ａ〜１７ｄ）、およびこれら１５，１６，１７を保持する保持体１８を備える。
【００２６】
保持体１８は、互いに揺動可能に対接された上下２つの部材２１，２２を有する。上部部材２１は平面視で円形をした筒状のものであり、その周方向に沿って４箇所に定着手段であるボルト２０を装着するボルト装着穴２１ａが形成されている。そして、この上側部材２１の内周壁には気泡管１５が同軸状に一体的に固定され、また上面には受光素子１７が形成された素子基板２３が取り付けられて気泡管１５と対面している。さらに、この上部部材２１の下部部材２２との対接部分が球面状の凹部２１ｂとして形成されている。
【００２７】
一方、下部部材２２は、平面視で円形をした筒状のものであり、その上部には径方向に張り出したフランジ部２２ａが形成され、このフランジ部２２ａの周方向に沿ってボルト２０を固定するネジ穴２２ｂ、およびその外側に水平基板５にボルト２２ｅ止めするための取付穴２２ｃがそれぞれ形成されており、水平基板５は前述の支柱５ａによって可動台３に一体的に吊持され、また、下部部材２２の内周面の上部は気泡管１５が挿入できるように拡径されている。そして、この下部部材２２の底部に取付基板２４が固定され、この取付基板２４上に発光素子１６が配置されて気泡管１５に対面している。さらに、この下部部材２２の上部部材２１との対接部分が球面状の凸部２２ｄとして形成されている。
【００２８】
そして、上部部材２１のボルト装着穴２１ａにボルト２０が装着されて下部部材２２のネジ穴２２ｂに螺合されることで、上側部材２１の球面状の凹部２１ｂと下側部材２２の球面状の凸部２２ｄとが互いに対接されている。さらに、４つのボルト装着凹穴２１ａの内、図中左側のボルト２０は素子基板２３で被覆されているため、該ボルト２０を締め付け調整することができない。そこで、該ボルト２０を下部部材２２のネジ穴２２ｂにねじ込む際に予め両者間にスプリングワッシャ等の弾性体２５を介在させ、該弾性体の弾性力によって上部部材２１の球面状凹部２１ｂを下部部材２２の球面状凸部２２ｄに常時押圧させ、素子基板２３で被覆されていない他の３個のボルト２０の締め付け量を加減することにより、弾性体２５のあるボルト位置を支点にして上部部材２１が下部部材２２に対して、下部部材２２の底面２２ａ1 を水平基準面として、全方位の任意方向に僅かに揺動される。なお、上部部材２１と下部部材２２との間には上部部材２１が揺動可能なように僅かの隙間Ｃが形成されている。このように、上記弾性体２５と４個のボルト２０は、上下両部材２１，２２の位置調整後の状態が保たれるように、両部材２１，２２の動きを拘束定着する定着手段を構成している。
【００２９】
上記の気泡管１５は、例えば筒体１５ａの上下にガラス板１５ｂ，１５ｃを一体に固定した内部に気泡２９と液体３０が封入されたもので、上側のガラス板１５ｂの下面は半球状の凹面に形成されている。したがって、気泡２９は水準センサ８の傾きに伴って発光素子１６の光軸中心Ｏからその周辺に移動する。
【００３０】
発光素子１６は、気泡管１５を介して各受光素子１７ａ〜１７ｄに対して、図３の矢印に示すように、均等に光を照射するもので、例えば赤外線を発光する発光ダイオードが使用されている。また、４つの受光素子１７ａ〜１７ｄは、例えばフォトダイオードからなり、互いに均等な受光面積を有するように素子基板２３の下面に田の字状に配置形成されている。しかも、上記のＸ軸方向とＹ軸方向とが田の字状の頂点を通過するように各受光素子１７ａ〜１７ｄが配置されている。
【００３１】
図４は水準センサ８および水準検出処理回路１１の回路構成図である。
【００３２】
水準センサ８の発光素子１６は、水準検出処理回路１１の駆動端子ＤＲ１，ＤＲ２に接続されており、一方の駆動端子ＤＲ１は図外の電源に接続され、他方の駆動端子ＤＲ２はトランジスタ等のスイッチング素子３１を介して接地されている。
【００３３】
また、Ｘ軸上に位置して光軸中心Ｏを挟んで対向する一対の受光素子１７ａ，１７ｃ（図２参照）は、アノード側がそれぞれ水準検出処理回路１１の入力端子ＩＮａ，ＩＮｃに接続され、カソード側が互いに突き合わし接続されている。同様に、Ｙ軸上に位置して光軸中心Ｏを挟んで対向する一対の受光素子１７ｂ，１７ｄ（図２参照）は、アノード側がそれぞれ水準検出処理回路１１の入力端子ＩＮｂ，ＩＮｄに個別に接続され、カソード側が互いに突き合わし接続されている。そして、各一対の受光素子１７ａ，１７ｃ、１７ｂ，１７ｄ同士の突き合わせ点は接地端子ＧＮＤに共通に接続されている。
【００３４】
また、水準検出処理回路１１において、Ｘ軸上に位置する一対の受光素子１７ａ，１７ｃが接続される入力端子ＩＮａ，ＩＮｃには、入力電流を電圧に変換する電圧変換器３２ａ，３２ｃが個別に接続され、各電圧変換器３２ａ，３２ｃの出力側に各電圧変換器３２ａ，３２ｃから出力される信号の差分を出力する前段側差動増幅器３３ｘが接続されている。また、Ｘ軸上に位置する一対の受光素子１７ｂ，１７ｄが接続される入力端子ＩＮｂ，ＩＮｄには、入力電流を電圧に変換する電圧変換器３２ｂ，３２ｄが個別に接続され、各電圧変換器３２ｂ，３２ｄの出力側に各電圧変換器３２ｂ，３２ｄから出力される信号の差分を出力する前段側差動増幅器３３ｙが接続されている。
【００３５】
さらに、一方の前段側差動増幅器３３ｘの出力側には２つのレベル保持回路３４ｅ，３４ｆが並列に接続され、各レベル保持回路３４ｅ，３４ｆの出力側には各レベル保持回路３４ｅ，３４ｆの差分を出力する後段側差動増幅器３７ｘが接続されている。そして、この後段側差動増幅器３７ｘの出力側が検出信号の出力端子ＯＵＴｘに接続されている。同様に、他方の前段側差動増幅器３３ｙの出力側には２つのレベル保持回路３４ｇ，３４ｈが並列に接続され、各レベル保持回路３４ｇ，３４ｈの出力側には各レベル保持回路３４ｇ，３４ｈの差分を出力する後段側差動増幅器３７ｙが接続されている。そして、この後段側差動増幅器３７ｙの出力側が検出信号の出力端子ＯＵＴｙに接続されている。
【００３６】
この場合の各々のレベル保持回路３４ｅ，３４ｆ，３４ｇ，３４ｈは、オン／オフ用のスイッチ３５ｅ，３５ｆ，３５ｇ，３５ｈおよびコンデンサ３６ｅ，３６ｆ，３６ｇ，３６ｈからなり、発光素子１６の点灯時および消灯時において各スイッチ３５ｅ，３５ｆ，３５ｇ，３５ｈがオン／オフ制御されることで各コンデンサ３６ｅ，３６ｆ，３６ｇ，３６ｈによって各前段側差動増幅器３３ｘ，３３ｙの出力レベルがそれぞれ保持されるようになっている。
【００３７】
また、この水準検出処理回路１１には、スイッチング素子３１および各スイッチ３５ｅ，３５ｆ，３５ｇ，３５ｈを互いに同期してオン／オフ制御する制御回路３８が設けられている。すなわち、この制御回路３８は、スイッチング素子３１をオンして発光素子１６を点灯したときには、これに同期して一方のスイッチ３５ｅ，３５ｇがオン、他方のスイッチ３５ｆ，３５ｈがオフになるように制御し、また、スイッチング素子３１をオフして発光素子１６を消灯したときには、これに同期して一方のスイッチ３５ｅ，３５ｇがオフ、他方のスイッチ３５ｆ，３５ｈがオンになるように制御するものである。
【００３８】
次に、上記のように構成された水準センサ８、水準検出処理回路１１、およびこれらが装備された墨出し装置１の各動作や使用方法について説明する。
【００３９】
ここでは便宜上、先ず水準検出処理回路１１の動作について説明する。
【００４０】
制御回路３８によりスイッチング素子３１がオンされて発光素子１６が点灯されると、その光が気泡管１５を通過して各受光素子１７ａ〜１７ｄに受光され、各受光素子１７ａ〜１７ｄからは受光量に応じた大きさの検出電流が発生される。この場合、光は気泡２９を通過する際に散乱されるため、図５に示すように、各受光素子１７ａ〜１７ｄの受光量は、気泡２９による影４０の部分を除いたものとなる。
【００４１】
そして、Ｘ軸上に位置する一対の受光素子１７ａ，１７ｃでそれぞれ発生される検出電流は、各入力端子ＩＮａ，ＩＮｃに接続されている電圧変換器３２ａ，３２ｃによって電流の大きさに対応した電圧値に変換される。続いて、両電圧変換器３２ａ，３２ｃから出力される電圧信号は、前段側差動増幅器３３ｘによって両信号の差分がとられて差分信号として出力される。同様に、Ｙ軸上に位置する一対の受光素子１７ｂ，１７ｄでそれぞれ発生される検出電流は、各入力端子ＩＮｂ，ＩＮｄに接続されている電圧変換器３２ｂ，３２ｄによって電流の大きさに対応した電圧値に変換される。続いて、両電圧変換器３２ｂ，３２ｄから出力される電圧信号は、前段側差動増幅器３３ｙによって両信号の差分がとられて差分信号として出力される。
【００４２】
このように、各前段側差動増幅器３３ｘ，３３ｙで検出信号の差分をとることで各受光素子１７ａ，１７ｃ、１７ｂ，１７ｄから出力される検出信号に共通に含まれる電気的ノイズが除去される。
【００４３】
ここで、気泡管１５内に封止されている気泡２９が発光素子１６の光軸中心Ｏ上に位置している場合には、各受光素子１７ａ〜１７ｄに生じる気泡２９の影４０の部分面積は互いに等しくなるので、各々の受光素子１７ａ〜１７ｄから発生される検出電流も基本的に等しくなり、その結果、各々の前段側差動増幅器３３ｘ，３３ｙの差分出力はほぼ零となる。
【００４４】
これに対して、気泡２９が光軸中心Ｏを通る位置からずれている場合には、各々の受光素子１７ａ〜１７ｄに生じる気泡２９の影４０の部分面積は気泡２９の偏位量によって異なるので、各々の受光素子１７ａ〜１７ｄから発生される検出電流も互いに異なってきて、一方の前段側差動増幅器３３ｘからは気泡２９のＸ軸方向の偏位量に応じた大きさの差分信号が出力され、また、他方の前段側差動増幅器３３ｙからは気泡２９のＹ軸方向の偏位量に応じた大きさの差分信号が出力される。
【００４５】
続いて、制御回路３８により、発光素子１６の点灯時にはこれに同期して一方側のスイッチ３５ｅ，３５ｇがオン、他方側のスイッチ３５ｆ，３５ｈがオフになるので、発光素子１６の点灯時の各前段側差動増幅器３３ｘ，３３ｙの出力が一方側のコンデンサ３６ｅ，３６ｇに蓄積される。また、発光素子１６の消灯時には、これに同期して一方側のスイッチ３５ｅ，３５ｇがオフ、他方側のスイッチ３５ｆ，３５ｈがオンになるので、発光素子１６の消灯時の前段側差動増幅器３３ｘ，３３ｙの出力が他方側のコンデンサ３６ｆ，３６ｈに蓄積される。
【００４６】
引き続いて、一方の後段側差動増幅器３７ｘは、各コンデンサ３６ｅ，３６ｆに保持されている信号レベルの差分を出力端子ＯＵＴｘを介して外部に出力する。同様に、他方の後段側差動増幅器３７ｙは、各コンデンサ３６ｇ，３６ｈで保持されている信号レベルの差分を出力端子ＯＵＴｙを介して外部に出力する。
【００４７】
このように、発光素子１６の点灯時および消灯時における各前段側差動増幅器３３ｘ，３３ｙの検出出力レベルをレベル保持回路３４ｅ〜３４ｈで保持した後、後段側差動増幅器３７ｘ，３７ｙで各レベル保持回路３４ｅ，３４ｆ、３４ｇ，３４ｈの差分を出力することで、各受光素子１７ａ〜１７ｄの検出信号に含まれる暗電流成分が除かれる。
【００４８】
したがって、この水準検出処理回路１１を使用すれば、水準センサ１の受光素子１７の出力信号に含まれる電気的誤差成分（ノイズ成分および暗電流成分）を有効に取り除くことができる。
【００４９】
図２に示すように、高精度の水平度を有する水平基板５上に設置された水準センサ８と、水準検出処理回路１１が形成された回路基板１０を墨出し装置１に配設し、この状態で、前記水準検出処理回路１１を図示しないモニタ回路を接続し、水準センサ８のボルト２０の締め付け量を調整して受光素子１７と気泡管１５とが取り付けられた上側部材２１を、矢印で示すように全方位に僅かに揺動させつつ、モニタ回路を観察しながら水準検出処理回路１１のＸ軸側の出力端子ＯＵＴｘとＹ軸側の出力端子ＯＵＴｙの検出信号が共に零となるように調整する。これにより、気泡管１５中の気泡２９が光軸中心Ｏ上に位置するように調整されるため、個々の墨出し装置に若干の製作誤差があっても、各墨出し装置を極めて高精度の水準度を有する墨出し装置に製作することができる。
【００５０】
次に、水準センサ８の製品化のために、気泡管１５、発光素子１６および受光素子１７を保持体１８に一体的に取り付けてユニット化する際には、例えば、図６に示すように、予め水平度の極めて高い検査用精密水平盤３８を使用し、この検査用精密水平盤３８上に下側部材２２のフランジ部２２ａをボルト等で仮止めするようにして載置する。従って、フランジ部２２ａの底面２２ａ1 は水平基準面となっている。そして、この水準センサ
８に水準検出処理回路１１を電気的に接続し、さらにこの水準検出処理回路１１に図示しないモニタ回路を接続する。
【００５１】
そして、水準センサ８のボルト２０の締め付け量を調整して受光素子１７と気泡管１５とが取り付けられた上側部材２１を、図６の矢印ａで示すように全方位に僅かに揺動させつつ、モニタ回路を観察しながら水準検出処理回路１１のＸ軸側の出力端子ＯＵＴｘとＹ軸側の出力端子ＯＵＴｙの検出信号が共に零となるように調整する。これにより、気泡管１５中の気泡２９が光軸中心Ｏ上に位置するように調整されるため、水平基準面２２ａ1 を中心とした水準センサ８を組み立てて製品化する際の機械的誤差が取り除かれる。
【００５２】
このように、水準センサ８を製品化する際には、ボルト２０の締め付け量を調整することで水準センサ８に生じる機械的誤差成分を有効に取り除くことができ、水準センサ８の品質と信頼性を高めることができる。したがって、水準センサ８を交換した場合でも、ユーザはキャリブレーション等の調整が不要で、直ちにこれを各種機器にセットして使用することができる。
【００５３】
さらに、このようにして調整された水準センサ８と水準検出処理回路１１とを組み合わせることにより、水準センサ８の電気的誤差成分と機械的誤差成分の双方が削減されるため、両者８，１１を組み合わせた水準センサ８を墨出し装置１を含む各種機器に取り付けることにより、各種機器の微小傾斜角度を高精度で検出することが可能になる。
【００５４】
すなわち、上記のように、モニタ回路を観察しながら、水準検出処理回路のＸ軸側の出力端子とＹ軸側の出力端子の検出信号が共に零になるように調整するようにして水準センサを組み立てるようにしたから、水準センサの検出信号に含まれる電気的誤差成分と機械的誤差成分の双方が削減された均一に精度の高い水準センサを量産することができる。
【００５５】
墨出し装置１を製作する際には、上記のようにして予め位置調整された水準センサ８の下側部材２２のフランジ部２２ａを可動台３の下部に支柱５を介して取り付ける。また、ケース９には水準検出処理回路１１が形成された回路基板１０およびコントロールユニット１２を組み込付ける。そして、図４に示すように水準センサ８を水準検出処理回路１１に電気的に接続し、また、水準検出処理回路１１の出力端子ＯＵＴｘ，ＯＵＴｙをコントロールユニット１２に電気的に接続する。
【００５６】
こうして組み立てられた墨出し装置１を使用する場合には、設置用脚１３を現場の床面等に設置するが、このとき墨出し装置１が水準面から傾斜しているときには、水準センサ８の気泡２９が光軸中心Ｏから偏位するため、水準検出処理回路１１の出力端子ＯＵＴｘ，ＯＵＴｙからはその傾斜量に応じた検出信号が出力され、その検出信号がコントロールユニット１２に取り込まれる。このため、コントロールユニット１２は、この水準検出処理回路１１の各出力端子ＯＵＴｘ，ＯＵＴｙの出力信号が共にほぼ零となるように傾動手段４ｘ，４ｙを駆動する。
【００５７】
これにより、各傾動手段４ｘ，４ｙによって可動台３およびレーザヘッド２がＸ軸とＹ軸をそれぞれ回転中心にして個別に傾動され、水準センサ８の気泡２９が光軸中心Ｏに位置したときに傾動手段４ｘ，４ｙの駆動が停止される。その結果、レーザヘッド２の水平方向の光軸が水準面と平行になるように（換言すれば、レーザヘッド２の垂直方向の光軸が鉛直方向になるように）自動調整されることになる。
【００５８】
このように、この実施の形態１の墨出し装置１は、水準センサ８と水準検出処理回路１１とを組み合わせて使用しているので、水準センサ８の機械的誤差成分と電気的誤差成分が有効に取り除かれる。そして、コントロールユニット１２は、この水準検出処理回路１１からの信号出力に基づいて傾動手段４ｘ，４ｙを制御するため、レーザヘッド２は精度良く水平度が保たれ、レーザビームＢ１，Ｂ２が常に正確に水平方向や鉛直方向に沿って投射されるようになり、従来に比べて製品の信頼度が大幅に向上する。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
なお、上記の実施の形態では、本発明の水準センサ８や水準検出処理回路１１を墨出し装置１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種の航空機、船舶、鉄道車両、自動車等の水準装置、角度計、計測器など、高精度の水平度が要求される各種機器に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の形態における墨出し装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】水準センサの平面図である。
【図３】同水準センサの縦断面図である。
【図４】水準センサおよび水準検出処理回路の回路構成図である。
【図５】水準センサを構成する４つの受光素子と気泡により生じる影との位置関係を示す説明図である。
【図６】水準センサの製造方法の一実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１    墨出し装置
２    レーザヘッド
４ｘ，４ｙ    傾動手段
８    水準センサ
１１    水準検出処理回路
１２    コントロールユニット
１５    気泡管
１６    発光素子
１７（１７ａ〜１７ｄ）    受光素子
１８    保持体
２０    ボルト（定着手段）
２１    上部部材
２１ｂ  凹部
２２    下部部材
２２ａ1   下部部材の底面
２２ｄ  凸部
２５    スプリングワッシャ等の弾性体（定着手段）
２９    気泡
３０    液体
３３ｘ，３３ｙ    前段側差動増幅器
３４ｅ，３４ｆ，３４ｇ，３４ｈ    レベル保持回路
３７ｘ，３７ｙ    後段側差動増幅器
３８    検査用精密水平盤
【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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