(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を投光するためのレーザー投光器を備え、このレーザー投光器を少なくとも１方向に傾動可能にするための傾動手段と、傾斜検出手段とを備えた回転レーザー装置であって、傾斜検出手段は、光源と、該光源と前記液体部材の間に配設される暗視野パターンを備え、暗視野パターンは、互いに直交するＸ軸とＹ軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、該配列の交点に矩形状の透過部を有しており、前記光源からの光を反射するための自由表面を有する液体部材と、前記暗視野パターンを通過し、前記液体部材の自由表面を反射した光を、パターンの像と共に、複数の方向に分割するための分割光学系と、この分割光学系から分割した一方の光をパターンの像のＸ方向或いはＹ方向の配列と平行な方向に集光させるための第１の光学素子と、前記分割光学系から分割した他方の光を、該第１の光学素子と異なる方向に集光させるための第２の光学素子と、前記第１の光学素子により集光された前記パターンの像を受光するための第１の受光素子と、前記第２の光学素子により集光された前記パターンの像を受光するための第２の受光素子と、この第１の受光素子と第２の受光素子との受光信号により、傾き角を演算するための演算処理手段を有し、この演算処理手段で演算された傾きに基づき、傾動手段を駆動して前記レーザー投光器の傾斜を設定することを特徴とする傾斜設定回転レーザー装置。
【請求項２】
前記暗視野パターンが有する矩形状の透過部は、Ｘ軸に平行な第１方向或いはＹ軸に平行な第２方向と直交する方向に平行な辺の長さが、配列毎に等しい請求項１記載の傾斜設定回転レーザー装置。
【請求項３】
前記配列が有するパターンは、前記第１の方向、前記第２の方向、のそれぞれが、少なくとも第１の周期で変調された第１パターンと、この第１のパターンと異なる第２の周期で変調された第２パターンとを有し、前記第１パターンと前記第２パターンとを等ピッチで順次配列されている請求項１又は請求項２記載の傾斜設定回転レーザー装置。
【請求項４】
前記第１パターン及び前記第２パターンの変調は、線幅を変化させる空間変調により行われている請求項３記載の傾斜設定回転レーザー装置。
【請求項５】
前記第１の光学素子と前記第２の光学素子、及び、前記第１の受光素子と前記第２の受光素子に代えて、少なくとも１つのエリアセンサとする請求項１〜４の何れか１つに記載の傾斜設定回転レーザー装置。
【請求項６】
前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子は、集光する光学素子に代えて、発散する光学素子である請求項１〜４の何れか１つに記載の傾斜設定回転レーザー装置。
【請求項７】
前記暗視野パターンは、透過部材で構成され、互いに直交するＸ軸とＹ軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、該配列の交点に矩形状の遮光部を有している請求項１〜６の何れか１つに記載の傾斜設定回転レーザー装置。
【請求項８】
前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子は、前記パターンの像を透過した光をＸ方向或いはＹ方向に集光する様に配置したシリンドリカルレンズである請求項１〜４、請求項７の何れか１つに記載の傾斜設定回転レーザー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平面に対して任意の傾斜角でレーザ光を投光することができるレーザ測量機の傾斜設定回転レーザー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、特開平６−２６８６１号公報に記載されている様な回転レーザ装置が存在していた。この回転レーザ装置は、図１２に示す様に、レーザ光を回転照射し、レーザ基準面を形成することができ、更に、レーザー基準面を傾斜することができる様に構成されている。
【０００３】
即ち、ケーシング（５）の略中央には、レーザ光を発するレーザ投光器（１０）があり、前記レーザ投光器（１０）上には、回動走査部（１３）が設けられている。この回動走査部（１３）は、ギヤを介して、走査モータ（１５）により水平方向に回転可能に構成されている。そして回動走査部（１３）には、ペンタプリズム（１８）が設けられており、回動走査部（１３）の回転軸上に射出されたレーザ光を９０度偏向し、レーザ基準面を形成する様になっている。
【０００４】
レーザ投光器（１０）と回動走査部（１３）は、直交する２方向に傾斜可能に構成されており、レーザ投光器（１０）には、２方向の傾斜を検出するための第１の傾斜センサ（２０）及び第２の（２１）とが設けられている。なお、第１の傾斜センサ（２０）と第２の傾斜センサ（２１）とは、直交する様に配置されている。
【０００５】
更にレーザ投光器（１０）には、傾斜可能に構成された第１の設定用傾斜センサ（６５）と第２の設定用傾斜センサ（６６）とが設けられている。なお、第１の設定用傾斜センサ（６５）と第２の設定用傾斜センサ（６６）の傾斜方向は、第１の傾斜センサ（２０）と第２の傾斜センサ（２１）の直交する２方向に一致しており、第１の設定用傾斜センサ（６５）と第２の設定用傾斜センサ（６６）の位置を基準に傾斜する様になっている。
【０００６】
そして、第１の設定用傾斜センサ（６５）と第２の設定用傾斜センサ（６６）は、べ一スプレート上に設けられ、第１の任意角設定部（５２）、第２の任意角設定部（５３）（共に図示せず）により任意の角度に設定することができる。
【０００７】
第１の任意角設定部（５２）と第２の任意角設定部（５３）とは、ギヤを介して第１の傾動モータ（５８）、第２１の傾動モータ（５９）（共に図示せず）により作動される様に構成されている。
【０００８】
ケーシング（５）には、第１の傾斜センサ（２０）と第２の傾斜センサ（２１）との方向が直交する様に、レーザ投光器（１０）と回動走査部（１３）とを、２方向に傾斜させるための第１の傾斜設定部（３５）、第２の傾斜設定部（３６）（共に図示せず）が設けられている。
【０００９】
第１の傾斜設定部（３５）と第２の傾斜設定部（３６）とは、ギヤを介して、第１の傾斜調整モータ（３１）及び第２の傾斜調整モータ（３２）（共に図示せず）により作動される。
【００１０】
レーザー投光器（１０）から、これと直交する方向に向けて第１のアーム２５と第２のアーム２６（共に図示せず）とが、第１の傾斜設定部（３５）、第２の傾斜設定部（３６）に係合している。
【００１１】
そして傾斜を設定する場合には、まず、基準位置を設定するためにレーザ基準面を水平に合致させる。なお、これらの傾動機構は、傾動手段に該当するものである。
【００１２】
更に水平の設定は、第１の傾斜センサ（２０）及び第２の傾斜センサ（２１）の出力信号により検出する。この時、回動走査部（１３）の回転軸は鉛直となり、第１の設定用傾斜センサ（６５）と第２の設定用傾斜センサ（６６）とは、水平の状態となっている。
【００１３】
次に、入力手段から入力した傾斜角に基づき、第１の任意角設定部（５２）と第２の任意角設定部（５３）とを作動させ、第１の設定用傾斜センサ（６５）と第２の設定用傾斜センサ（６６）とを、所定の傾斜角に対してマイナスに傾斜させる。
【００１４】
そして、第１の設定用傾斜センサ（６５）と第２の設定用傾斜センサ（６６）とを、マイナスに傾斜させた後、これらのセンサの出力信号が水平を指示するまで、第１の傾斜設定部（３５）と第２の傾斜設定部（３６）とを作動させ、レーザー投光器（１０）及び回動走査部（１３）とを傾斜させる。そして、第１の設定用傾斜センサ（６５）と第２の設定用傾斜センサ（６６）の出力信号が水平を指示すると傾斜設定作業は、完了する。
【００１５】
図１３は、装置を制御する制御ブロックを示す図である。
【００１６】
第１の固定気泡管（２０）と第１の任意角設定気泡管（６５）の検出結果は、第１の切換え回路（８５）を介して第１の角度検出回路（８７）に入力され、第２の固定気泡管（２１）と第２の任意角設定気泡管（６６）の検出結果は、第２の切換え回路（８６）を介して第２の角度検出回蕗（８８）に入力される。
【００１７】
なお、第１の角度検出回路（８７）及び第２の角度検出回路（８８）には、基準角度（９１）、基準角度（９２）が設定されている。基準角度（９１）、基準角度（９２）は、通常０である。
【００１８】
第１の切換え回略（８５）により、第１の角度検出回路（８７）に第１の固定気泡管（２０）からの信号が入力されると、第１の角度検出回路（８７）は、基準角度（９１）との偏差量を検出し、第１の角度検出回路（８７）の信号は第１のモー夕制御器（８９）に入力され、第１のモータ制御器（８９）によって第１のレベル調整モータ（３１）を駆動制御する様になっている。
【００１９】
そして第１の切換え回路（８５）により第１の角度検出回路（８７）に、第１の固定気泡管（２０）及び任意角設定気泡管（６５）からの両信号が入力されると、第１の角度検出回路（８７）は、その偏差量に対応した信号を出力し、この信号が第１の傾斜駆動回路（８３）に入力され、この第１の傾斜駆動回路（８３）によって第１の駆動モータ（５８）が駆動制御される。又、第１の切換え回路（８５）により、第１の角度検出回路（８７）に第１の任意角設定気泡管（６５）からの信号が入力されると、第１の角度検出回路（８７）は、基準角度（９１）との偏差量を検出し、第１の角度検出回路（８７）の信号は第１のモータ制御部（８９）に入力され、この第１のモータ制御器（８９）によって第１のレベル調整モータ（３１）を駆動制御する。
【００２０】
また第２の角度検出回路（８８）の信号は、第２のモータ制御器（９０）に入力され、この第２のモータ制御器（９０）によって、第２のレベル調整モータ（３２）を駆動制御する。又、第２の角度検出回路（８８）の信号及び第２の任意角設定器（８２）からの信号が第２の傾斜駆動回路（８４）に入力され、この第２の傾斜駆動回路（８４）によって第２の駆動モータ（５９）が駆動制御される。
【００２１】
そして、第１の角度検出回路（８７）と第２の角度検出回路（８８）の角度偏差は、判別器（９３）に入力され、この判別器（９３）は、第１の角度検出回路（８７）と第２の角度検出回路（８８）の角度偏差のうち大きな方の角度偏差を選択し、この選択した角度偏差の変化に応じた出力を表示器駆動器（９４）に出力し、表示器駆動器（９４）は、表示器（９５）に対して偏差の値に応じた表示をさせる様になっている。
【００２２】
本実施例ではレーザ光により形成される基準平面は水平、或いは任意の角度に設定可能であり、先ず、水平基準面を形成するレーザ測量機の整準作動を説明する。
【００２３】
本体部（４）が設置され無調整の状態では、レーザ投光器（１０）の軸心は一般に鉛直線と合致せず、第１の固定気泡管（２０）、第２の固定気泡管（２１）は水平とはなっていない。
【００２４】
第１の切換え回路（８５）は、第１の固定気泡管（２０）からの信号が、第１の角度検出回路（８７）に入力される様にし、第２の切換え回路（８６）は、第２の固定気泡管（２１）からの信号が、第２の角度検出回路（８８）に入力される様に構成されている。
【００２５】
基準角度９１が０とすると、第１の角度検出回路（８７）からは角度偏差信号が出力され、基準角度９２が０とすると、第２の角度検出回路（８８）からは角度偏差信号が出力される。この角度偏差信号が出力されると、第１のモータ制御器（８９）、第２のモータ制御器（９０）は、このこの角度偏差信号が０となる様に、第１のレベル調整モータ（３１）と第２のレベル調整モータ（３２）を所要の方向に駆動する。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】
回転レーザ装置が形成するレーザ平面は、基準面となるので高精度の傾斜精度が要求される。振子式傾斜検出装置は、ある程度広い範囲の傾斜角を検出できるが、機械可動部のあるので摩擦抵抗が影響し、数秒単位の角度を検出することは非常に困難である。
【００２７】
従来から測量機の傾きを検出する素子として、図１４に示す電気式気泡管１００００が使用されていた。この気泡管１００００は、内部に気泡５０００を封入すると共に、電極６０００、７０００を形成し、静電容量を電気的に計測することにより、傾きを測定することができる。
【００２８】
電気式気泡管１００００は中空ガラス管から構成され、内部に液体と気泡５０００を封入している。ガラス管の外側には電極６０００、７０００が構成され、機械的可動部はなく、気泡の移動による静電容量を精密に検出している。
【００２９】
気泡管式で高精度の角度検出をする場合、ガラス管の曲率半径が大きいことが要求されるが、曲率半径が大きいものは検出転囲が小さい上、高価であるという問題点があった。
【００３０】
更に、静電容量を検出するダイナミックレンジは狭く、検出範囲は略水平の範囲となり、傾斜を精度よく設定ためには、固定センサと設定用傾斜センサとが必要となるという問題点があった。更に、２方向の場合には、４本の傾斜センサが必要となる。
【００３１】
更に任意角設定部は構造が複雑なことから、将来的な摩耗誤差、摩擦による可動誤差を起こす要因となるという深刻な問題点あった。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、レーザー光を投光するためのレーザー投光器を備え、このレーザー投光器を少なくとも１方向に傾動可能にするための傾動手段と、傾斜検出手段とを備えた回転レーザー装置であって、傾斜検出手段は、光源と、該光源と前記液体部材の間に配設される暗視野パターンを備え、暗視野パターンは、互いに直交するＸ軸とＹ軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、該配列の交点に矩形状の透過部を有しており、前記光源からの光を反射するための自由表面を有する液体部材と、前記暗視野パターンを通過し、前記液体部材の自由表面を反射した光を、パターンの像と共に、複数の方向に分割するための分割光学系と、この分割光学系から分割した一方の光をパターンの像のＸ方向或いはＹ方向の配列と平行な方向に集光させるための第１の光学素子と、前記分割光学系から分割した他方の光を、該第１の光学素子と異なる方向に集光させるための第２の光学素子と、前記第１の光学素子により集光された前記パターンの像を受光するための第１の受光素子と、前記第２の光学素子により集光された前記パターンの像を受光するための第２の受光素子と、この第１の受光素子と第２の受光素子との受光信号により、傾き角を演算するための演算処理手段を有し、この演算処理手段で演算された傾きに基づき、傾動手段を駆動して前記レーザー投光器の傾斜を設定することを特徴としている。
【００３３】
また本発明の暗視野パターンが有する矩形状の透過部は、Ｘ軸に平行な第１方向或いはＹ軸に平行な第２方向と直交する方向に平行な辺の長さが、配列毎に等しくすることもできる。
【００３４】
そして本発明の前記暗視野パターンは、透過部材で構成され、互いに直交するＸ軸とＹ軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、該配列の交点に矩形状の遮光部を有する構成にすることもできる。
【００３５】
更に、本発明の前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子は、前記パターンの像を透過した光をＸ方向或いはＹ方向に集光する様に配置したシリンドリカルレンズとする構成にすることもできる。
【００３６】
また本発明の前記配列が有するパターンは、前記第１の方向、前記第２の方向、のそれぞれが、少なくとも第１の周期で変調された第１パターンと、この第１のパターンと異なる第２の周期で変調された第２パターンとを有し、前記第１パターンと前記第２パターンとを等ピッチで順次配列されている構成にすることもできる。
【００３７】
そして本発明の第１パターン及び第２パターンの変調は、線幅を変化させる空間変調により行われている構成にすることもできる。
【００３９】
また本発明の第１の光学素子と第２の光学素子、及び、第１の受光素子と第２の受光素子に代えて、少なくとも１つのエリアセンサとする構成にすることもできる。
【００４０】
そして本発明の第１の光学素子及び第２の光学素子は、集光する光学素子に代えて、発散する光学素子とする構成にすることもできる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以上の様に構成された本発明は、レーザー光を投光するためのレーザー投光器を備え、このレーザー投光器を少なくとも１方向に傾動可能にするための傾動手段と、傾斜検出手段とを備えた回転レーザー装置であり、傾斜検出手段は、光源と、光源と液体部材の間に配設される暗視野パターンを備え、暗視野パターンは、互いに直交するＸ軸とＹ軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、配列の交点に矩形状の透過部を有しており、自由表面を有する液体部材が、光源からの光を反射し、分割光学系が、暗視野パターンを通過し、液体部材の自由表面を反射した光を、パターンの像と共に、複数の方向に分割し、第１の光学素子が、分割光学系から分割した一方の光をパターンの像のＸ方向或いはＹ方向の配列と平行な方向に集光させ、第２の光学素子が、分割光学系から分割した他方の光を、第１の光学素子と異なる方向に集光させ、第１の受光素子が、第１の光学素子により集光されたパターンの像を受光し、第２の受光素子が、第２の光学素子により集光されたパターンの像を受光し、演算処理手段が、第１の受光素子と第２の受光素子との受光信号により、傾き角を演算し、演算処理手段で演算された傾きに基づき、傾動手段を駆動してレーザー投光器の傾斜を設定することができる。
【００４２】
また本発明の暗視野パターンが有する矩形状の透過部は、Ｘ軸に平行な第１方向或いはＹ軸に平行な第２方向と直交する方向に平行な辺の長さが、配列毎に等しくすることもできる。
【００４３】
そして本発明の前記暗視野パターンは、透過部材で構成され、互いに直交するＸ軸とＹ軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、該配列の交点に矩形状の遮光部を有することもできる。
【００４４】
更に、本発明の前記第１の光学素子及び前記第２の光学素子は、パターンの像を透過した光をＸ方向或いはＹ方向に集光する様に配置したシリンドリカルレンズとすることもできる。
【００４５】
また本発明の配列が有するパターンは、第１の方向、第２の方向、のそれぞれが、少なくとも第１の周期で変調された第１パターンと、この第１のパターンと異なる第２の周期で変調された第２パターンとを有し、第１パターンと第２パターンとを等ピッチで順次配列することもできる。
【００４６】
そして本発明の第１パターン及び第２パターンの変調は、線幅を変化させる空間変調にすることもできる。
【００４８】
また本発明の第１の光学素子と第２の光学素子、及び、第１の受光素子と第２の受光素子に代えて、少なくとも１つのエリアセンサとすることもできる。
【００４９】
そして本発明の第１の光学素子及び第２の光学素子は、集光する光学素子に代えて、発散する光学素子とすることもできる。
【００５０】
【実施例】
【００５１】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００５２】
まず、本実施例の傾斜設定回転レーザー装置５０００に使用される傾斜センサ１０００を説明する。なお傾斜センサ１０００は、傾斜検出手段に該当するものである。
【００５３】
図１は、本第１実施例の傾斜センサ１０００の光学的構成を示すもので、光源１００と、コンデンサーレンズ２００と、暗視野パターン３００と、第１のパターンリレーレンズ４１０と、第１のハーフミラー５１０と、自由表面を有する液体部材６００と、第２のパターンリレーレンズ４２０と、第２のハーフミラー５２０と、第１のシリンドリカルレンズ７１０と、第２のシリンドリカルレンズ７２０と、第１の受光素子８１０と、第２の受光素子８２０と、演算処理手段１６とから構成されている。
【００５４】
本第１実施例の光源１００はＬＥＤであるが、何れの光源を使用することができる。
【００５５】
コンデンサーレンズ２００は、光源１００からの光を平行にするためのものであり、第１の光学系に該当するものである。
【００５６】
暗視野パターン３００は、第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０とにパターン像を形成するためのものである。暗視野パターン３００は、パターンに該当するものである。
【００５７】
図２は、本第１実施例の２次元に配列された暗視野パターン３００を示すもので、黒マスク部に複数の透明なパターン部を形成して構成されている。なおパターンは、マスク部と透明を逆に構成してもよい。
【００５８】
図３は、本第１実施例の暗視野パターン３００の複数の透明なパターン部を拡大して示したものであり、Ｘ軸方向とＹ軸方向に直交する方向にパターン部が配置されている。即ち、本第１実施例の暗視野パターン３００は、２軸方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）に絶対位置を示すアブソリュートパターンであり、Ｘ軸方向とＹ軸方向にクロスしたパターンとなっている。
【００５９】
ここで、Ｘ軸方向の列をｉとし（ｉ＝１〜Ｎ）、Ｙ軸の行をｊとし（ｊ＝１〜Ｋ）、特定のパターンをＰｉｊ（ｉ＝１〜Ｎ、ｊ＝１〜Ｋ）と表すことにする。なお第３図の場合では、Ｎ＝９、Ｋ＝８である。
【００６０】
そこで、第１行（Ｊ＝１）について説明する。
【００６１】
第１行のパターンは、第１のパターンＡと第２のパターンＢと第３のパターンＣと第４のパターンＲとが、等間隔（ｐ）で繰り返し配置されている。即ち、４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ており、最も左側に配置されたブロックを、１ブロックと定義し、Ｒ、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｃ（１）と記載すれば、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。
【００６２】
即ち、Ｐ１１＝Ｒ、Ｐ２１＝Ａ１、Ｐ３１＝Ｂ１、Ｐ４１＝Ｃ１、Ｐ５１＝Ｒ、Ｐ６１＝Ａ２、Ｐ７１＝Ｂ２、Ｐ８１＝Ｃ２、Ｐ９１＝Ｒ  となる。
【００６３】
次に、第１列（ｉ＝１）について説明する。
【００６４】
第１列のパターンは、第１のパターンＡと第２のパターンＢと第３のパターンＣと第４のパターンＲとが、等間隔（ｐ）で繰り返し配置されている。即り、４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ており、最も上側に配置されたブロックを、１ブロックと定義し、Ｒ、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｃ（１）と記載すれば、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。
【００６５】
即ち、Ｐ１１＝Ｒ、Ｐ１２＝Ａ１、Ｐ１３＝Ｂ１、Ｐ１４＝Ｃ１、Ｐ１５＝Ｒ、Ｐ１６＝Ａ２、Ｐ１７＝Ｂ２、Ｐ１８＝Ｃ２  となる。
【００６６】
第１のパターンリレーレンズ４１０は、暗視野パターン３００を通過した光を、第１のハーフミラー５１０に導くものである。
【００６７】
本第１実施例の第１のハーフミラー５１０は、半透過面５１１を備えたビームスプリッタである。第１のハーフミラー５１０に入射された光は、半透過面５１１を透過して上方に向かい、自由表面を有する液体部材６００に入射する。そして、自由表面を有する液体部材６００で反射された光は、第１のハーフミラー５１０の半透過面５１１を反射して、第２のパターンリレーレンズ４２０に向かう様になっている。
【００６８】
なお、第１のハーフミラー５１０は、光源１００からの反射光に対して傾斜する傾斜面５１２を有する構成となっている。
【００６９】
これは、光源１００から第１のハーフミラー５１０に入射された光は、半透過面５１１を透過して上方に向かうが、一部、半透過面５１１を反射する光がある。この反射光の一部は、第１のハーフミラー５１０の端面で反射された後、同一光路を反対方向に進むと、再び、半透過面５１１を透過し、第２のパターンリレーレンズ４２０に向かってしまう。
【００７０】
この半透過面５１１を反射する反射光は、傾斜検出を阻害したり、誤差を生じさせる可能性がある。そこで、本第１実施例では、第１のハーフミラー５１０の端面を、光源１００からの透過光に対して傾斜する傾斜面５１２とする様に構成されている。
【００７１】
この結果、半透過面５１１で反射される光源１００からの光は、傾斜面５１２で再び反射されるが、この再帰反射光は、同一光路を反対方向に進むことはないので、第２のパターンリレーレンズ４２０を介して、第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０とに入射されることはなく、高精度の測定を行うことができるという効果がある。
【００７２】
なお、光源１００と、この光源１００からの光を反射させるための自由表面を有する液体部材６００の表面とが、共役な関係に配置することもできる。
【００７３】
この場合には、液体部材６００の表面上での反射面積が最小となり、液体の表面張力による誤差を最小にすることができるという効果がある。更に、液体部材６００の容積を少なくすることもできる。
【００７４】
自由表面を有する液体部材６００は、シリコンオイル等の適度の粘性を有する液体が充填されている。液体部材６００は、自由表面を有するので、表面は必ず水平を保つ様になっている。
【００７５】
更に本実施例の液体部材６００は、第１のハーフミラー５１０と一体に構成することもできる。
【００７６】
そして本実施例の第１のハーフミラー５１０は、液体部材６００と接する面に反射防止膜を施すこともできる。
【００７７】
また本実施例の液体部材６００の屈折率と、第１のハーフミラー５１０の屈折率とは、近似の値とする構成にすることもできる。
【００７８】
なお、第１のハーフミラー５１０は、ハーフミラーに該当するものである。
【００７９】
第２のパターンリレーレンズ４２０は、自由表面を有する液体部材６００で反射され、第１のハーフミラー５１０で反射された光を、第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０上に結像するためのものである。即ち、第２のパターンリレーレンズ４２０は、暗視野パターン３００の像を第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０上に形成するためのものである。
【００８０】
なお、第２のパターンリレーレンズ４２０は、第２の光学系に該当するものであり、第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０とから、第２のパターンリレーレンズ４２０の焦点距離ｆ離れた位置に配置されている。
【００８１】
第２のハーフミラー５２０は暗視野パターン３００の像を、第１の受光素子８１０と、第２の受光素子８２０とに、分離するためのものである。
【００８２】
第１のシリンドリカルレンズ７１０は、Ｘ軸方向に、暗視野パターン３００の像を集光させるものである。なお、第１のシリンドリカルレンズ７１０は、第１の光学素子に該当するものである。
【００８３】
例えば、第１行に対しては、Ｐ１１＝Ｒ、Ｐ２１＝Ａ１、Ｐ３１＝Ｂ１、Ｐ４１＝Ｃ１、 Ｐ５１＝Ｒ、Ｐ６１＝Ａ２、Ｐ７１＝Ｂ２、Ｐ８１＝Ｃ２、Ｐ９１＝Ｒ  を図３の右隅の様に 集光させるものである。
【００８４】
即ち、Ｐｉ１（ｉ＝１〜９）を右隅の様に集光させるものである。
【００８５】
従って、Ｘ方向に全ての行で集光を実施することができる。
【００８６】
よって、「Ｐｉ１（ｉ＝１〜９）の集光を、Ｊ＝１〜８行まで実行する」ことになる。
【００８７】
この結果、ピッチｐでＸ方向に集光されたＹ方向の位置を示すアブソリュートパターンが右隅の様に形成される。
【００８８】
第２のシリンドリカルレンズ７２０は、Ｙ軸方向に、暗視野パターン３００の像を集光させるものである。第２のシリンドリカルレンズ７２０は、第２の光学素子に該当するものである。
【００８９】
従って、Ｘ方向と同様にＹ方向に全ての列で集光を実施することができる。
【００９０】
第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０とは、本第１実施例では、ＣＣＤ（電荷結合素子）リニアセンサが採用されている。
【００９１】
演算処理手段１６は、ＣＰＵを含む演算処理装置であり、全体の制御を司ると共に、暗視野パターン３００のスリット像の位置を算出し、対応する傾き角を演算するためのものである。
【００９２】
以上の様に構成された本第１実施例では、傾斜センサ１０００が傾けば、液体部材６００の自由表面は水平を保つので、傾斜角度に比例して、第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０上の暗視野パターン３００の像が移動することになる。
【００９３】
ここで傾斜センサ１０００が角度θ傾いた場合には、図４に示す様に、液体部材６００の屈折率をｎとすると、自由表面からの反射光は２ｎθ傾くことになる。第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０であるリニアセンサ上の距離をＬとすると、
【００９４】
Ｌ＝ｆ＊ｔａｎ（２ｎθ）                ・・・・・第１式
【００９５】
となる。
【００９６】
従って、暗視野パターン３００の像の位置を、第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０で検出し、基準位置からの距離を求め、演算処理手段１６が傾き角に変換すれば、傾斜センサ１０００の傾きθを測定することができる。
【００９７】
次に、演算処理手段１６の傾き角の演算処理を詳細に説明する。
【００９８】
傾き角については、特定のパターンの位置を基準として着目し、リニアセンサ上における検出されたパターンの位置との距離ｄＬを測定すればよい。
【００９９】
またピッチ間隔以下の距離に関しては、第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０の出力のフーリエ変換を行うことにより、リニアセンサ上のピッチ間隔に対する基準位置との位相差φを計算し、
【０１００】
φ＊ｐ＊ｍ／（２π）                    ・・・・・・第２式
【０１０１】
を求めることにより、ピッチ間隔以下の距離を高精度に測定可能である。但し、ｍは倍率である。そして、上記特定パターンの距離から求めたピッチ間隔以上の距離と合わせることにより、全体の距離を演算することができる。
【０１０２】
まず説明を簡便化するために、暗視野パターン３００に形成されたパターンを、図５に示す様に簡略化して説明する。なお、この説明では、理解を容易とするために、パターンＣを省略して説明することにする。即ち、Ｒ、Ａ（０）、Ｂ（０）、Ｒ、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｒ、Ａ（２）、Ｂ（２）、・・・・・・・・と繰り返し配置されている場合で以下説明する。
【０１０３】
暗視野パターン３００に形成されたパターンは、図５に示す様に、第１のパターンＡと第２のパターンＢと第３のパターンＲが等間隔（ｐ）で繰り返し配置されている。即ち、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ており、最も左側に配置されたブロックを、０ブロックと定義し、Ｒ（０）、Ａ（０）、Ｂ（０）と記載すれば、Ｒ（１）、Ａ（１）、Ｂ（１）、Ｒ（２）、Ａ（２）、Ｂ（２）、・・・・・・・・と繰り返し配置されている。なお、全てのパターンが等間隔ｐで繰り返されているので、この間隔に対応した信号を基準信号とする。
【０１０４】
そして例えば第３のパターンＲは、黒幅５０μｍで固定幅となっており、第１のパターンＡは、７ブロックで１周期となる様に黒部分の幅を変調しており、第２のパターンＢは、５ブロックで１周期となる様に黒部分の幅を変調している。
【０１０５】
次に第１のパターンＡは、７ブロックで１周期となる様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のパターンの幅ＤＡは、 以下の式で与えられる。
【０１０６】
ＤＡ＝５０＋３０＊ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／７）      ・・・第３式
【０１０７】
となる。但し、Ｘ＝（０、１、２、３・・・・・・である）。
【０１０８】
同様に、第２のパターンＢは、５ブロックで１周期となる様に黒部分の幅を変調しているので、第２のパターンの幅ＤＢは、以下の式で 与えられる。
【０１０９】
ＤＢ＝５０＋３０＊ＳＩＮ（２＊π＊Ｘ／５）      ・・・第４式
【０１１０】
となる。但し、Ｘ＝（０、１、２、３・・・・・・である）。
【０１１１】
そして第１のパターンＡと第２のパターンＢとは、周期が僅かに異なっているため、両者の最小公倍数である距離で同様のパターンが現れる。本実施例では７ブロックと５ブロックの最小公倍数である３５ブロックで同様のパターンが現れる。
【０１１２】
即ち、水平位置が含まれるブロックにおける第１のパターンＡの位相番号を  φＡ（０〜６）とし、水平位置における第２のパターンＢの位相番号をφＢ（０〜４）とすれば、暗視野パターン３００の位置Ｈは、
【０１１３】
φＡとφＢの組み合わせより、それぞれの位相番号が含まれるブロック番号
φＡＢ より、
【０１１４】
Ｈ＝φＡＢ＊ｐ＊ｍ                ・・・・第５式
【０１１５】
となる。
【０１１６】
次に、暗視野パターン３００の位置算出方法を具体的に説明する。
【０１１７】
第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０の出力信号を、基準信号（等間隔ピッチｐに相当する信号）の前後半ピッチ分の範囲内でパターンの幅を求める。更にこのパターンの幅を３つ毎に間引けば（プロダクト検波）、図６と図７に示す様に、第１のパターンＡに相当する信号１と、第２のパターンＢに相当する信号２と、第３のパターンＲに相当する信号３とが得られる。しかしながら第３のパターンＲは、幅が変調されていない上、第１のパターンＡと第２のパターンＢの最大変調幅が８０μｍに対して、第３のパターンＲは５０μｍしかないので、第３のパターンＲに相当する信号３は、幅は略一定であり、信号１や信号２に比較して約５０％の値となる。
【０１１８】
そして、第３のパターンＲと、第１のパターンＡと、第２のパターンＢとは、定められた順番に繰り返して配置されているので、間引かれた信号が、第３のパターンＲ、第１のパターンＡ、第２のパターンＢの何れであるか、決定することができる。
【０１１９】
次にＡ、Ｂの信号から、傾斜読み取りの基準位置にリニアセンサ８１０、８２０のアドレス位置（第ｍビット目）を含む、Ａ、Ｂの１組の信号を選択し、ＡとＢの位相番号を求めれば、何れの位置の第１のパターンＡ、第２のパターンＢ、第３のパターンＲの組合せであるかを求めることができる。
【０１２０】
ここで、Ａ信号の位相番号をＡｍとし、Ｂ信号の位相番号をＢｍとし、ＡとＢの位相番号の組み合わせより、Ｒ、Ａ、Ｂが含まれるブロック番号φＡＢ を求め ることができる。
【０１２１】
そして、基準位置（第ｍビット目）が含まれるパターンが、
【０１２２】
Ｒパターンの場合には・・・・・・３＊ｐ＊φＡＢ           ・・・・第６式
【０１２３】
Ａパターンの場合には・・・・・・ｐ＊（３＊φＡＢ＋１）   ・・・・第７式
【０１２４】
Ｂパターンの場合には・・・・・・ｐ＊（３＊φＡＢ＋２）   ・・・・第８式
【０１２５】
の様に求められる。なお、ｐはピッチである。
【０１２６】
そして第６式〜第８式の値と、第２式より得られた値を合わせることにより、暗視野パターン３００の位置Ｈを求めることができる。
【０１２７】
なお、集光するシリンドリカルレンズに代えて、パターンを発散拡大するシリンドリカルレンズを用いても、同様に暗視野パターン３００の位置を求めることが可能である。
【０１２８】
次に本実施例の演算処理手段１６を図８に基づいて詳細に説明する。
【０１２９】
アンプ１６１は、セレクタ１６８により選択された第１の受光素子８１０又は第２の受光素子８２０からの電気信号を増幅するものであり、サンプルホールド１６２は、増幅された電気信号をクロックドライバ１６５からのタイミング信号でサンプルホールドするものである。Ａ／Ｄ変換器１６３は、サンプルホールドされた電気信号をＡ／Ｄ変換するためのものである。そしてＲＡＭ１６４は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を記憶するためのものである。またマイクロコンピュータ１６６は、各種演算処理を行うものである。
【０１３０】
ここでマイクロコンピュータ１６６が果たす機能を図９に基づいて説明すると、演算処理手段１６は、基準信号形成部１６６１と、パターン信号形成部１６６２と、算出部１６６４とからなり、基準信号形成部１６６１は、第１の受光素子８１０と第２の受光素子８２０から得られた電気信号から、高速フーリエ変換により等間隔ピッチｐに相当する基準信号を形成するものである。
【０１３１】
パターン信号形成部１６６２は、基準信号の前後半ピッチ分の範囲内で幅を求め、このパターン幅を３つ毎に間引く（プロダクト検波）ことにより、第１のパターン信号と第２のパターン信号を形成するものである。
【０１３２】
算出部１６６４は、第１のパターン信号と第２のパターン信号の位相番号から、基準位置が含まれるブロック番号を算出し、更に、ピッチ単位の位置を求め、高速フーリエ変換により得られたピッチ内の位相（第２式）との桁合わせを行い、高精度に暗視野パターン３００の位置を求め、暗視野パターン３００の移動量Ｈを求めるものである。
【０１３３】
そして表示器１６７は、算出部１６６４で算出された傾き角を表示するもので、液晶表示等の表示手段を採用してもよく、更に、外部記憶手段等に出力させる構成としてもよい。
【０１３４】
次に傾斜設定回転レーザー装置５０００を説明するが、上記従来例と共通する構成の説明は省略することにする。
【０１３５】
図１０に示す様に傾斜設定回転レーザー装置５０００は、ケーシング５の略中央には、レーザ光を発するレーザ投光器１０があり、レーザ投光器１０上には、回動走査部１３が設けられている。この回動走査部１３は、ギヤを介して、走査モータ１５により水平方向に回転可能に構成されている。そして回動走査部１３には、ペンタプリズム１８が設けられており、回動走査部１３の回転軸上に射出されたレーザ光を９０度偏向し、レーザ基準面を形成する様になっている。
【０１３６】
レーザ投光器１０には、傾斜センサ１０００が設けられており、傾斜センサ１０００の検出する２方向は、レーザ投光器１０と回動走査部１３とが傾斜する直交２方向に一致している。
【０１３７】
本発明に用いる傾斜センサ１０００は、本来位置誤差を検出するセンサであるが、出力値を角度に換算することで高精度に角度を検出することが可能となっている。本傾斜センサ１０００は、傾斜を高精度に検出するための液面反射検出タイプの、しかもコードパターンを投影し検出するタイプを使用している。
【０１３８】
更に本実施例では、２方向の傾斜を同等に検出する様にパターンを工夫すると共に、読み取った信号にフーリエ変換（ＦＦＴ）を使用することにより、形成されるパターン誤差に係らず高精度で傾斜を検出することが可能である。
【０１３９】
これらの構成により高精度で、ダイナミックレンジが広く、最大検出角度１０度（２２％）程度までの２方向の検出が可能となる。そして本実施例では、排水勾配、数％の道路勾配等の土木工事に用いるには十分な勾配である。
【０１４０】
傾斜設定回転レーザー装置５０００に対して、本傾斜センサ１０００を採用することにより、直接的に傾斜角度の設定が可能となる。
【０１４１】
従って、従来の第１の傾斜センサ（２０）及び第２の傾斜センサ（２１）、第１の設定用傾斜センサ（６５）及び第２の設定用傾斜センサ（６６）、第１の任意角設定部（５２）、第２の任意角設定部（５３）、第１の駆動モータ（５８）及び第２の駆動モータ（５９）を１つの傾斜センサに替えることが出来るという効果がある。
【０１４２】
次に傾斜センサ１０００による制御を図１１に基づいて説明する。
【０１４３】
傾斜検出手段である傾斜センサ１０００で検出された出力信号は、傾斜演算処理部２０００で処理され、傾斜角を算出する。
【０１４４】
制御部３０００は、入力部３１００から入力された設定傾斜角度と傾斜演算処理部２０００からの傾斜角信号との差に相当する出力を、第１のモータ制御部４１００と第２のモータ制御部４２００に出力する様になっている。そして第１の傾斜調整モータ４３００と第２の傾斜調整モータ４４００とを駆動し、傾斜センサ１０００からの出力信号と、入力部３１００で入力された信号との差が０となった時、レーザ投光器１０は所望の傾斜に設定されたことになる。
【０１４５】
そして表示駆動部４５００には、表示部４６００が接続されており、表示部４６００には、入力角度又は勾配、及び現在の傾斜等が表示される様になっている。
【０１４６】
なお、この制御方法の実際の動作は２通りある。
【０１４７】
１つは、傾斜設定回転レーザー装置５０００の現在の傾きから、直接、入力された傾斜に傾斜設定して所定の傾斜に設定した後、レーザ投光器１０からレーザー光を照射して回動させ、レーザー基準面を形成するものである。
【０１４８】
そして、もう１つは、従来と同様に整準後入力された傾斜に傾斜設定するものである。
【０１４９】
なお、第１のモータ制御部４１００は、上記従来技術の第１のモータ制御部（８９）に相当するものであり、第２のモータ制御部４２００は、上記従来技術の第２のモータ制御部（９０）に相当するものである。
【０１５０】
そして、第１の傾斜調整モータ４３００は、第１のレベル調整モータ（３１）に相当するものであり、第２の傾斜調整モータ４４００は、第２のレベル調整モータ（３２）に相当するものである。
【０１５１】
また傾斜演算処理部２０００は、上記実施例のマイクロコンピュータ１６６
である演算処理手段１６と同等であり、傾斜演算処理部２０００と制御部３０００とを共通のハードウェアで実現することもできる。
【０１５２】
【効果】
以上の様に構成された本発明は、レーザー光を投光するためのレーザー投光器を備え、このレーザー投光器を少なくとも１方向に傾動可能にするための傾動手段と、傾斜検出手段とを備えた回転レーザー装置であって、傾斜検出手段は、光源と、該光源と前記液体部材の間に配設される暗視野パターンを備え、暗視野パターンは、互いに直交するＸ軸とＹ軸のそれぞれに平行で、等間隔の配列を有し、該配列の交点に矩形状の透過部を有しており、前記光源からの光を反射するための自由表面を有する液体部材と、前記暗視野パターンを通過し、前記液体部材の自由表面を反射した光を、パターンの像と共に、複数の方向に分割するための分割光学系と、この分割光学系から分割した一方の光をパターンの像のＸ方向或いはＹ方向の配列と平行な方向に集光させるための第１の光学素子と、前記分割光学系から分割した他方の光を、該第１の光学素子と異なる方向に集光させるための第２の光学素子と、前記第１の光学素子により集光された前記パターンの像を受光するための第１の受光素子と、前記第２の光学素子により集光された前記パターンの像を受光するための第２の受光素子と、この第１の受光素子と第２の受光素子との受光信号により、傾き角を演算するための演算処理手段を有し、この演算処理手段で演算された傾きに基づき、傾動手段を駆動して前記レーザー投光器の傾斜を設定する構成を有するので、機械的強度が高く、コンパクトな傾斜設定回転レーザー装置を提供することができるという効果がある。
【０１５３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の傾斜センサ１０００の構成を示す図である。
【図２】本実施例の暗視野パターン３００を説明する図である。
【図３】本実施例の暗視野パターン３００を説明する図である。
【図４】本実施例の流体部材を説明する図である。
【図５】測定の原理を説明する図である。
【図６】測定の原理を説明する図である。
【図７】測定の原理を説明する図である。
【図８】本実施例の演算処理手段の構成を示す図である。
【図９】本実施例の演算処理手段の構成を示す図である。
【図１０】本実施例の傾斜設定回転レーザー装置５０００を説明する図である。
【図１１】本実施例の傾斜設定回転レーザー装置５０００の電気的構成を説明する図である。
【図１２】従来技術を説明する図である。
【図１３】従来技術を説明する図である。
【図１４】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１０００  傾斜センサ
５０００  傾斜設定回転レーザー装置
５  ケーシング
１０  レーザ投光器
１３  回動走査部
１５  モータ
１８  ペンタプリズム
１００  光源
２００  コンデンサーレンズ
３００  暗視野パターン
４１０  第１のパターンリレーレンズ
４２０  第２のパターンリレーレンズ
５１０  第１のハーフミラー
５２０  第２のハーフミラー
５１１  半透過面
５１２  傾斜面
６００  自由表面を有する液体部材
７１０  第１のシリンドリカルレンズ
７２０  第２のシリンドリカルレンズ
８１０  第１の受光素子
８２０  第２の受光素子
１６  演算処理手段
１６６  マイクロコンピュータ１
１６６１  基準信号形成部
１６６２  パターン信号形成部
１６６４  算出部
２０００  傾斜演算処理部
３０００  制御部
３１００  入力部
４１００  第１のモータ制御部
４２００  第２のモータ制御部
４３００  第１の傾斜調整モータ
４４００  第２の傾斜調整モータ
４５００  表示駆動部
４６００  表示部
【図１】
0004074971.tif 000002
【図２】
0004074971.tif 000003
【図３】
0004074971.tif 000004
【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】
0004074971.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0004074971.tif 000011
【図１１】
0004074971.tif 000012
【図１２】
0004074971.tif 000013
【図１３】
0004074971.tif 000014
【図１４】
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