(57)【要約】【課題】傾斜測定装置の構造を簡易にする。【解決手段】反射部１４は、光の出射方向が可変である。反射部１４からの光は、光学部材２０を透過可能である。検知部３０は、光学部材２０を介して反射部１４の反対側に位置している。検知部３０は、反射部１４からの光を検知する。筐体４０は、反射部１４、光学部材２０、及び検知部３０を保持している。光学部材２０は、収容部材２２及び流体２４を備えている。収容部材２２は、収容空間を有している。流体２４は、収容部材２２の収容空間に収容されている。流体２４の体積は、収容空間の容積よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の出射方向が可変である光照射部と、
前記光照射部からの光が透過可能な光学部材と、
前記光学部材を介して前記光照射部の反対側に位置しており、前記光照射部からの光を検知する検知部と、
前記光照射部、前記光学部材、及び前記検知部を保持する保持部材と、
を備え、
前記光学部材は、
収容空間を有する収容部材と、
前記収容部材の前記収容空間に収容されており、体積が前記収容空間の容積よりも小さい流体と、
を備える傾斜測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の傾斜測定装置において、
光源と、
反射面が回転可能であり、前記光源からの光を反射する反射部と、
を備え、
前記光照射部は、前記反射部である傾斜測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の傾斜測定装置において、
前記光照射部の出射方向を制御する制御部と、
前記光照射部の出射方向及び前記検知部の検知結果に基づいて、前記収容部材の傾きを判断する判断部と、
を備える傾斜測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の傾斜測定装置において、
前記光照射部と前記検知部との間に複数の前記光学部材が配置されている傾斜測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の傾斜測定装置において、
ｎ１を前記収容部材の屈折率とし、ｎ２を前記流体の屈折率としたとき、｜（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）｜２×１００≦０．０３０である傾斜測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の傾斜測定装置において、
前記収容部材は、ガラスにより形成されている傾斜測定装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の傾斜測定装置において、
前記流体は、シリコーンオイルである傾斜測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、傾斜測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物（例えば、橋）が水平面からどれだけ傾いているかを測定するために傾斜測定装置を用いることがある。特許文献１には、傾斜測定装置の一例が記載されている。特許文献１に記載の傾斜測定装置は、収容部材、流体、及び２つの電極を備えている。収容部材は、収容空間を有している。流体は、収容部材の収容空間に収容されている。流体の体積は、収容空間の容積よりも小さい。２つの電極の一方は収容空間の上面を覆い、２つの電極の他方は収容空間の下面を覆っている。この傾斜測定装置では、２つの電極の間の静電容量を測定している。この場合、収容部材が傾くと、２つの電極の間の流体の量が変化することにより静電容量が変化する。これにより、収容部材の傾きを測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１７４５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の傾斜測定装置では、静電容量を測定するため、２つの電極それぞれの電圧を測定する必要がある。この場合、電圧を測定するための部品（例えば、配線）を２つの電極それぞれに取り付ける必要がある。一方、このような部品を設けると、傾斜測定装置の構造が複雑になる。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、傾斜測定装置の構造を簡易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る傾斜測定装置は、光照射部、光学部材、検知部、及び保持部材を備える。光照射部は、光の出射方向が可変である。光照射部からの光は、光学部材を透過可能である。検知部は、光学部材を介して光照射部の反対側に位置している。検知部は、光照射部からの光を検知する。保持部材は、光照射部、光学部材、及び検知部を保持している。光学部材は、収容部材及び流体を備えている。収容部材は、収容空間を有している。流体は、収容部材の収容空間に収容されている。流体の体積は収容空間の容積よりも小さい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、傾斜測定装置の構造を簡易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る傾斜測定装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した光学部材の詳細構造の一例を示す図である。
【図３】図１に示した反射部の詳細構造の一例を示す平面図である。
【図４】収容部材の傾きを測定する方法の一例を説明するための図である。
【図５】収容部材の傾きを測定する方法の一例を説明するための図である。
【図６】図１に示した流体を透過する光の屈折の詳細を説明するための図である。
【図７】図１の第１の変形例を示す図である。
【図８】図１の第２の変形例を示す図である。
【図９】第２の実施形態に係る傾斜測定装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１０】
なお、以下に示す説明において、制御部５２、判断部５４、及び記憶部５６は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。制御部５２、判断部５４、及び記憶部５６は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る傾斜測定装置の構成を示す図である。傾斜測定装置は、反射部１４（光照射部）、光学部材２０、検知部３０、及び筐体４０（保持部材）を備えている。反射部１４は、光の出射方向が可変である。反射部１４からの光は、光学部材２０を透過可能である。検知部３０は、光学部材２０を介して反射部１４の反対側に位置している。検知部３０は、反射部１４からの光を検知する。筐体４０は、反射部１４、光学部材２０、及び検知部３０を保持している。光学部材２０は、収容部材２２及び流体２４を備えている。収容部材２２は、収容空間を有している。流体２４は、収容部材２２の収容空間に収容されている。流体２４の体積は、収容空間の容積よりも小さい。以下、詳細に説明する。
【００１２】
本図に示す例において、傾斜測定装置は、光源１２、反射部１４、光学部材２０、検知部３０、筐体４０、制御部５２、判断部５４、及び記憶部５６を備えている。光源１２、反射部１４、光学部材２０、及び検知部３０は、筐体４０の内側の空間に設けられており、筐体４０によって保持されている。これにより、筐体４０が傾くと、光源１２、反射部１４、光学部材２０、及び検知部３０は、筐体４０と一体となって傾く。なお、本図に示す例では、筐体４０の内側の空間には空気が充填されており、筐体４０の内側の空間の気圧は４０の外側の空間の気圧と同じである。制御部５２、判断部５４、及び記憶部５６は、筐体４０の外側に設けられている。制御部５２、判断部５４、及び記憶部５６は、例えば、デスクトップコンピュータ又はラップトップコンピュータに実装されている。
【００１３】
光源１２は、例えばレーザダイオードである。光源１２から出射される光は、例えば、可視光、赤外線、又は紫外線である。
【００１４】
光源１２から出射された光は、反射部１４の反射面で反射される。その後、この光は、光学部材２０に入射する。反射部１４は回転可能である。そして反射部１４の回転量（言い換えると、反射部１４の反射面の向き）は、制御部５２によって制御されている。これにより、反射部１４で反射した光が向かう方向を制御することができる。
【００１５】
反射部１４で反射された光は、光学部材２０を透過した後、検知部３０に達する。検知部３０は、例えばフォトダイオードである。
【００１６】
図２は、図１に示した光学部材２０の詳細構造の一例を示す図である。本図に示す例において、収容部材２２は、枠体２１０及び基材２２０を有している。枠体２１０は、収容空間、及び収容空間に繋がる開口を有している。基材２２０は、枠体２１０の開口を塞いでいる。枠体２１０及び基材２２０は、いずれも、反射部１４からの光が透過可能な材料（例えば、反射部１４からの光が可視光である場合はガラス）により形成されている。
【００１７】
流体２４は、枠体２１０の収容空間に収容されている。流体２４は、流動性を有しており、例えば液相又はゲル相である。流体２４は、反射部１４からの光が透過可能な流体であり、具体的には、例えばシリコーンオイルである。流体２４の体積は、枠体２１０の収容空間の容積よりも小さい。これにより、図４及び図５を用いて後述するように、流体２４は、収容部材２２の傾きによって形状が変化するプリズムとして機能する。詳細には、収容部材２２が傾いたとき、流体２４の上面は水平面となり、流体２４の下面は水平面から傾いた面となる。
【００１８】
なお、本図に示す例において、枠体２１０の収容空間には空気が充填されており、枠体２１０の収容空間の気圧は枠体２１０の外側の気圧と同じである。ただし、枠体２１０の収容空間に収容されている気体は空気に限定されるものではない。枠体２１０の収容空間に収容されている気体は、例えば、不活性ガス（より具体的には、例えば、窒素）であってもよい。
【００１９】
基材２２０の上面には、反射防止（ＡＲ：Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）膜が形成されている。これにより、反射部１４（図１）からの光が基材２２０の上面において反射することを抑制することができる。さらに、基材２２０の下面にも、ＡＲ膜が形成されている。これにより、基材２２０の上面側から下面側に向かう光が基材２２０の下面において反射することを抑制することができる。さらに、枠体２１０の下面にも、ＡＲ膜が形成されている。これにより、枠体２１０の収容空間側から枠体２１０の下面側に向かう光が枠体２１０の下面において反射することを抑制することができる。
【００２０】
本図に示す例では、ｎ１を枠体２１０の屈折率とし、ｎ２を流体２４の屈折率ｎ２としたとき、｜（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）｜２×１００≦０．０３０であり、好ましくは｜（ｎ１−ｎ２）／（ｎ１＋ｎ２）｜２×１００≦０．０１０である。言い換えると、枠体２１０の屈折率ｎ１と流体２４の屈折率ｎ２とはほぼ等しいことが好ましい。これにより、流体２４の下面と枠体２１０の底面との界面において光が反射することを抑制することができる。
【００２１】
図３は、図１に示した反射部１４の詳細構造の一例を示す平面図である。本図に示す例において、反射部１４は、可動反射部１００の可動電極１２０である。可動反射部１００は、可動電極１２０、枠体１１０、保持部材１３０、及び２つの固定電極１４０を備えている。保持部材１３０は、可動電極１２０を枠体１１０に取り付けており、かつ可動電極１２０の回転軸となる。２つの固定電極１４０は、可動電極１２０を介して互いに対向しており、可動電極１２０の回転軸と交わる方向に並んでいる。
【００２２】
可動電極１２０の平面形状は矩形であるが、固定電極１４０と対向する辺（本図においてＹ方向に伸びている辺）は、櫛歯形状となっている。枠体１１０は、可動電極１２０の４辺のうち固定電極１４０と対向していない２つの辺（本図においてＸ方向に伸びている辺）それぞれに対向している。保持部材１３０は、可動電極１２０のうち枠体１１０と対向している２辺それぞれに対して設けられている。詳細には、保持部材１３０は、可動電極１２０のうち枠体１１０と対向している辺の中心に接続している。そして２つの保持部材１３０を結ぶ線が、可動電極１２０の回転軸となっている。本実施形態では、枠体１１０、可動電極１２０、及び保持部材１３０は一体的に形成されている。
【００２３】
固定電極１４０のうち可動電極１２０と対向する辺は、櫛歯形状となっており、可動電極１２０の櫛歯部分とかみ合っている。このため、固定電極１４０と可動電極１２０は、互いに対向する部分の面積が大きくなり、その結果、可動電極１２０の駆動力は大きくなる。
【００２４】
また、固定電極１４０は、一部が可動電極１２０と枠体１１０の間に伸びている。その伸びている部分の先端は、保持部材１３０に対向している。
【００２５】
可動反射部１００の可動電極１２０は、例えば上面が鏡面になっている。この鏡面は、例えば可動電極１２０の上面に金属膜（例えばＡｌ膜）を形成することにより、形成されている。そして可動電極１２０の角度を変えることにより、可動電極１２０に入射してきた光の反射角を変える。可動電極１２０の角度は、制御部５２によって制御される。
【００２６】
図４及び図５の各図は、収容部材２２の傾きを測定する方法の一例を説明するための図である。本図に示す例では、筐体４０が水平面から角度θ傾いている。これにより、光源１２、反射部１４、光学部材２０、及び検知部３０が筐体４０と一体となって傾く。この場合においても、流体２４の上面は水平面のままである。これに対して、流体２４の下面は水平面から角度θ傾いた面となる。
【００２７】
図４に示すように、筐体４０が傾いている場合は、反射部１４からの光が検知部３０から逸れることがある。これは、本図に示すように、流体２４の上面及び流体２４の下面それぞれにおいて光が屈折するためである。これに対して、図５に示すように、筐体４０が傾いていても、反射部１４からの光の出射方向を制御部５２によって制御することにより、反射部１４からの光を検知部３０に到達させることができる。
【００２８】
判断部５４は、反射部１４からの光の出射方向及び検知部３０の検知結果に基づいて、収容部材２２の傾きを判断する。詳細には、制御部５２は、反射部１４からの光の出射方向（すなわち、反射部１４の回転量：図５のθＡ）を示す信号を判断部５４に送信する。検知部３０は、検知部３０の検知結果を示す信号を判断部５４に送信する。これにより、判断部５４は、検知部３０が光を検知したタイミングにおいて反射部１４の回転量がとった値を判断する。記憶部５６は、収容部材２２の傾きと、反射部１４からの光の出射方向（すなわち、反射部１４の回転量）との関係を示す基準データを記憶している。これにより、判断部５４は、記憶部５６の基準データを用いることにより、制御部５２の信号（反射部１４の回転量）から収容部材２２の傾きを判断することができる。
【００２９】
なお、基準データは、収容部材２２の傾きと反射部１４の回転量との関係を予め実際に測定することにより生成してもよいし、又は収容部材２２の傾きと反射部１４の回転量との関係を予めシミュレーションにより測定することにより生成してもよい。
【００３０】
図６は、図１に示した流体２４を透過する光の屈折の詳細を説明するための図である。本図に示す例では、筐体４０（図１）が水平面から角度θ傾いている。流体２４の屈折率はｎ´であり、流体２４の周囲の媒質の屈折率はｎ（ｎ＜ｎ´）である。これにより、流体２４は、底辺と斜辺の間の角度がθである直角三角形のプリズムとして機能する。本図（ａ）では、流体２４に入射する光の光軸は、筐体４０（図１）の傾斜方向と同じ側に傾いている。本図（ｂ）では、流体２４に入射する光の光軸は、筐体４０（図１）の傾斜方向とは逆側に傾いている。
【００３１】
本図（ａ）では、流体２４の外側から内側に入り込む光の入射角θ１と屈折角θ１´とは、スネルの法則により、以下の式（１）を満たす。
ｎｓｉｎθ１＝ｎ´ｓｉｎθ１´      （１）
さらに、流体２４の内側から外側へ出る光の入射角θ２´と屈折角θ２とは、スネルの法則により、以下の式（２）を満たす。
ｎ´ｓｉｎθ２´＝ｎｓｉｎθ２      （２）
さらに、本図から明らかなように、
θ２´＝θ−θ１´      （３）
である。
【００３２】
本図（ｂ）においても、上記した式（１）及び（２）が満たされる。一方、本図（ｂ）では、
θ２´＝θ＋θ１´      （４）
である。このため、本図（ｂ）では、式（１）、（２）、及び（４）より、
θ１＜θ２      （５）
である。
【００３３】
以上、本実施形態によれば、光源１２、反射部１４、及び検知部３０を用いて収容部材２２の傾きを測定することができる。この場合、光学部材２０の電気的特性を測定することなく収容部材２２の傾きを測定することができる。言い換えると、収容部材２２の傾きを測定するために、電気的特性を測定するための部材（例えば、配線）を光学部材２０に設ける必要がない。これにより、傾斜測定装置の構造を簡易にすることができる。
【００３４】
なお、本実施形態に係る傾斜測定装置は、例えば、橋の傾きを測定するために用いることができる。
【００３５】
図７は、図１の第１の変形例を示す図である。本図に示すように、光源１２は、反射部１４（図１）を介さず検知部３０に向けて直接光を出射してもよい。本図に示す例では、光源１２の光の出射方向は、制御部５２によって制御されている。
【００３６】
図８は、図１の第２の変形例を示す図である。本図に示すように、制御部５２、判断部５４、及び記憶部５６は、筐体４０の内側に設けられていてもよい。制御部５２、判断部５４、及び記憶部５６は、例えばマイクロコンピュータに実装されている。
【００３７】
（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る傾斜測定装置の構成を示す図であり、第１の実施形態の図１に対応する。本実施形態に係る傾斜測定装置は、以下の点を除いて、第１の実施形態と同様の構成である。
【００３８】
本図に示す例では、反射部１４と検知部３０の間に複数の光学部材２０が設けられている。複数の光学部材２０は、反射部１４から検知部３０に向かう方向に沿って並んでいる。そして本図に示す例では、複数の光学部材２０は、等間隔に配置されている。なお、光学部材２０の数は、本図に示す例（４つ）に限定されるものではない。
【００３９】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１２  光源
１４  反射部
２０  光学部材
２２  収容部材
２４  流体
３０  検知部
４０  筐体
５２  制御部
５４  判断部
５６  記憶部
１００  可動反射部
１１０  枠体
１２０  可動電極
１３０  保持部材
１４０  固定電極
２１０  枠体
２２０  基材
【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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【図８】
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【図９】
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