JPH02278110A - 水平に対する光の入射角を測定するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、広くは、例えば、固定されたレーザ・ビーム
ないし回転するレーザ・ビームにより発生され、建築産
業における水平割出しや直角割出し等のアラインメント
及び制御のための諸々の作業に使用される、光線ないし
光平面に関するものである。また、より詳しくは、その
種の光線ないし光平面の、水平に対する入射角を測定す
るための方法及び装置に関するものである。

（背景技術） 建築産業において光線ないし光平面を利用する場合には
、照射される光が水平となるように光源の姿勢を定め得
ることが重要である。光線ないし光平面の入射角を測定
するためにこれまで一般に行なわれていたことは、鉛直
反射面を設定して、その反射面へ向けて光を照射すると
いうものである。光を透過することのできる光スクリー
ンが。

この鉛直反射面に対して平行に、しかもこの鉛直反射面
から正確なある距離だけ離隔して配設される。光がこの
光スクリーンへ入って行く点ないし線と、光がこの光ス
クリーンから出て来る点ないし線との間の間隔と、鉛直
反射面とこの光スクリーンとの間の離隔距離とを用いる
ことによって。

水平に対するその光線ないし光平面の角度を算出するこ
とができるというものである。

この形態の測定方式に付随する問題に、反射面の姿勢を
厳密に鉛直方向に定めなければならないということがあ
る。更には、高解像度と高精度とを得るためには、鉛直
反射面と光スクリーンとの間の離隔距離をしっ、かり取
ることが本質的に不可欠となっている。従ってこの角度
測定方式を採用した装置は、必然的に、取扱いの容易な
大きさの装置とするか、或いは、測定を高精度で容易に
行なえる装置とするかという意味においての、妥協の産
物となっている。

従って、水平に対する光線ないし光平面の入射角を測定
するための方法及び装置であって、正確に鉛直な反射面
を必要とせず、また、互いに相当の距離を離隔している
ことが望まれるような一対の平行面をも必要としない方
法及び装置が、要請されている。

（発明の要約） この要請は、本発明の、水平に対する光線ないし光平面
の光の入射角を測定するための方法及び装置により満た
されるものである。即ち、本発明の方法及び装置におい
ては、フォトダイオードの線形のアレイが、入射してく
る光の入射角に一致するように投射される光（一致光）
と、水平反射面から反射された光（反射光）とを受取る
ように配設されている。この入射角測定システムは。

「反射光」から「一致光」を分別、即ち分離し、それに
よって、一致光を表わす識別信号と反射光を表わす識別
信号とがフォトダイオード争アレイにより発生されるよ
うにするものである。それらの一致光を表わす信号と反
射光を表わす信号とを処理することによって、このシス
テムは、光線ないし光平面の入射角を判定している。水
平反射面は、好ましくは水銀溜により構成されるように
し、しかもその水銀溜は、その水平反射面で反射される
光線が常にその水銀溜のメニスカス部分から離れた中央
部分に向けられているように充分な大きさを持ったもの
とし、それによって、反射面が常に実質的に平坦且つ水
平であるようにするのが良い。

本発明の１つの特徴に拠れば、水平に対する光線ないし
光平面の入射角を測定するための装置は、その光を検出
するための光検出手段と、水平反射面を画成するための
第１ミラー手段とを含んでいる。光学手段が備えられて
おり、この光学手段は、光を入射角に一致させて光検出
手段へ一致光として投射すると共に、同じく光を第１ミ
ラー手段で反射させた後に光検出手段へ反射光として投
射するためのものである０分別手段が、光検出手段へ投
射される一致光を、光検出手段へ投射される反射光から
分離し、それによって、一致光を表わす識別信号と反射
光を表わす識別信号とが光検出手段から発生されるよう
にしている。制御手段が、それらの識別信号を処理して
光の入射角を判定するために備えられている。好ましく
は、第１ミラー手段は水銀溜により構成されるものとす
る。

分別手段は、光検出手段への一致光の投射と光検出手段
への反射光の投射とのいずれか一方を選択的に遮断すべ
く可動としたシャッタから成るものとすることができる
。このシャッタは、回転自在に取付けられ、一致光又は
反射光を通過させるための開口部を含み、その開口部が
シャッタの回転により選択的に位置を設定されるものと
することができる。光学手段は、光を光検出手段の上に
合焦させるためのレンズ系を含むものとすることができ
る。光学手段は更に、ビーム・スプリッタを含むものと
することができ、このビーム・スプリッタは、第１ミラ
ー手段へ向けて光を反射する第２ミラー手段へ向けて光
の一部を反射することによって前記反射光を発生させる
と共に、光の残りの部分を再帰反射器へ透過させること
によって前記一致光を発生させるものである。第１ミラ
ー手段によって反射された光はこのビーム・スプリッタ
を透過してレンズ系へ入射し、再帰反射器によって反射
された光はこのビーム拳スプリフタで反射してレンズ系
へ入射するようになっている。

本発明の好適実施態様においては、再帰反射器の光路が
第１ミラー手段の光路に対して実質的に垂直とされ、且
つ、光検出手段の光路がそれら２つの光路の間に位置付
けられており、それによって、装置をコンパクトに構成
し得るようになっている０本発明のこの構成においては
、シャッタは、光検出器の光路の上に、該光路を囲繞す
るように取付けられており、且つ、このシャッタは環状
の形状であって、第１ミラー手段の光路の中へ並びに再
帰反射器への光路の中へ延在している。

光検出手段は、好ましくは、フォトダイオード・アレイ
から成るものである。光線ないし光平面の発生源は、典
型的な例としては幾分かの振動運動を伴なうものである
ため、制御手段は、好ましくは、相当数の前記識別信号
の平均値を算出するための平均値算出手段を含むものと
し、それによって、その種の振動にかかわらず再現性の
ある、有意義な結果が得られるようにするのが良い、更
に、光線ないし光平面の強度は、それらを発生する光源
によって大幅に異なることがあり得るため、好ましくは
、制御手段は、識別信号の信号レベルに基づいてスレシ
ョルドを設定するための適合性スレショルド手段を更に
含むものとするのが良い０例えば、この適合性スレショ
ルド手段は。

サンプル・アンド・ホールド回路と、このサンプル・ア
ンド・ホールド回路により発生される１つの出力の、或
いは幾つかの出力の平均値の、そのある割合いの部分を
選択するためのボテンシゴメータとを含むものとするこ
とができる。

測定装置の構成を簡明なものとするために、平均値算出
手段は、好ましくは、現在カウント値を保持するための
カウンタ手段を含むものとし、このカウンタ手段が、光
検出手段に一致光が照射されている間に発生する識別信
号の標本採取時にはカウント・アップされ、また、光検
出手段に反射光が照射されている間に発生する識別信号
の標本採取時にはカラントリダウンされるものとするの
が良い、また別法として、このカウンタ手段が。

光検出手段に一致光が照射されている間に発生する識別
信号の標本採取時にはカウント・ダウンされ、また、光
検出手段に反射光が照射されている間に発生する識別信
号の標本採取時にはカウント・アップされるものとして
も良い、このカウンタ手段は、合計カウント値を採取標
本数で割ることによって平均値を求めるための、プリカ
ウンタを含むものである。

本発明の別の特徴に拠れば、水平に対する光線ないし光
平面の入射角を測定するための方法は、光を検出するた
めの光検出手段を備えるステップと、第１ミラー手段に
より水平反射面を画成するステップと、光を入射角に一
致させて光検出手段へ一致光として投射するステップと
、光を第１ミラー手段で反射させた後に光検出手段へ反
射光として投射するステップと、光検出手段へ投射され
る一致光を光検出手段へ投射される反射光から分離する
ステップと、一致光を表わす識別信号と反射光を表わす
識別信号とを光検出手段により発生するステップと、そ
れらの識別信号を処理して光線ないし光平面の入射角を
判定する処理ステップと、を含むものとされている。

好ましくは、第１ミラー手段は水銀溜から成るものとし
。前記反射光と前記一致光とが、光検出手段上の光スポ
ットを含んでおり、この光スポットは立上り部と立下り
部とを有し、且つ、識別信号を処理する前記処理ステッ
プは、前記反射光により発生した識別信号を受取ってい
る間、カウンタのカウント・アップを行なうステップと
、前記一致光により発生した識別信号を受取っている間
、そのカウンタのカラン）−ダウンを行なうステップと
を含んでいるものとするのが良い、また別法として、そ
のカウンタが、前記一致光により発生した識別信号を受
取っている間はカウント・アップされ、前記反射光によ
り発生した識別信号を受取っている間はカウント・ダウ
ンされるようにしても良い。

いずれの場合にせよ、それらのカラン）−アー７ブとカ
ウント・ダウンとは、光検出手段上の光スポットの位置
を判定するために行なわれるものである。特に有利な一
構成例においては、それらのカウント・アップとカウン
ト・ダウンとが、光スポットの立上り部に遭遇するまで
は速度２ｘで実行され、且つ、その光スポットの立上り
部と立下り部との間においては速度Ｘで実行されるよう
になっている。このようにカウントを行なうことにより
、結果として得られるカウント値は、その光スポットの
センタ位置に対応したものとなる。この方法は、光スポ
ットの立上り部と立下り部とを判定する可変スレショル
ドを、識別信号に応答して発生するステップを更に含む
ものとすることができる。

従って本発明の目的は。

好ましくは水銀溜により常時維持される水平反射面を用
いて、水平に対する光線ないし光平面の入射角を測定す
るための方法及び装置を提供することと、 入射してくる光の入射角に一致させた光線を光検出器ア
レイ上に合焦させると共に、水平反射面から反射された
光線をも合焦させて、それら２つのスポットの間の離隔
距離が水平に対する入射角を表わすようにした、水平に
対する光線ないし光平面の入射角を測定するための方法
及び装置を提供することと、 一致光と反射光との双方に関して複数の光の標本の平均
値の算出が行なわれ、この平均値の算出が、一致光又は
反射光を受取っている間に発生した信号の標本採取が行
なわれている間はカウント・アップされ、また夫々、反
射光又は一致光を受取っている間に発生した信号の標本
採取が行なわれている間はカウント・ダウンされるその
ときのカウント値を、維持することによって行なわれる
ようにした、水平に対する光線ないし光平面の入射角を
測定するための方法及び装置を提供することと、 にある。

本発明の目的及び利点は、以下の詳細な説明と図面とを
参照することにより明らかとなろう。

（実施例） 水平に対する光線ないし光平面の入射角を測定するため
の装置ｉｏｏの側面図を第１図に示す。

この装置１００は光検出手段を含んでおり、この光検出
手段は、図示の具体例においては、光を検出するための
線形のフォトダイオード・アレイ１０２から構成されて
いる。第１ミラー手段が水平反射面、即ち水平ミラー１
０４を画成している。また、光学手段が備えられており
、この光学手段は、光を水平ミラー１０４で反射させた
後にその反射光をフォトダイオード・アレイ１０２へ投
射するものであり、この光を本明細書では「反射光」と
称することにする。この光学手段は更に、フォトダイオ
ード拳アレイ１０２へ入射角と一致させて光を投射する
機能をも果たしており。

この光を本明細書では「一致光」と称することにする。

環状シャッタ１０６により構成された分別手段が、フォ
トダイオード・アレイ１０２へ投射される一致光を、こ
のフォトダイオード会アレイ１０２八投射される反射光
から分離しており、それによって、一致光を表わす識別
信号と反射光を表わす識別信号とがフォトダイオード番
アレイ１０２から発生されるようにしている。好ましく
は、第１ミラー手段即ち水平ミラー１０４は、水銀溜に
より構成するようにするのが良い、ただし「浮動ミラー
」構造等のその他の構造も、本発明に使用可能である。

第１図に示すように、装置１００は、光線ないし光平面
を成す光１０８がこの装置１００の窓部１１０を通過し
て装置内へ入るように設置される。この光１０８は、先
ず最初にビーム・スプリッタ１１２を含む光学手段の一
部分へ入射することになる。この先ｌＯ８のうちの約半
分は、ビーム−スプリッタ１１２を透過し、光路１１６
に沿って再帰反射器（レトロリフレクタ）１１４へ入射
する。この光は再帰反射されて、光路１１６に沿ってビ
ーム−スプリッタ１１２へ返される。この光の約半分が
ビーム・スプリッタ１１２によってレンズ系１１８へ向
けて投射され、これが即ち前述の「一致光」であり、レ
ンズ系１１８はこの光をフォトダイオード・アレイ１０
２上に合焦させる。

前述の光１０８のうちの約半分は、ビーム働スプリッタ
１１２によって反射されて、斜めに配設されたミラー１
２０から成る第２ミラー手段へ向けて投射される。この
ミラー１２０は、ビーム・スプリッタ１１２から受取っ
た光を反射し、光路１２２に沿って水平ミラー１０４へ
向けて投射する。この光は水平ミラー１０４により、即
ち例えば水銀溜の表面により反射され、そして再びミラ
ー１２０により反射されて、ビーム拳スプリッタ１１２
へ返される。この、水平ミラー１０４により反射された
光のうちの約半分が、ビーム・スプリッタ１１２を透過
して、前述の「反射光」としてレンズ系１１８へ入射す
ることになる。

レンズ系１１８は、このレンズ系１１Ｂへ入１）ｔする
光の角度をフォトダイオード・アレイ１０２に沿った直
線的な位置へと変換するように構成されている。そのた
め、入力される光１０８が平行化されていようといまい
と、装置１００は機能し得るようになっている。入力さ
れる光が平行化されていない場合には、フォトダイオー
ド・アレイ１０２上に投影される光スポットは幾分、非
合焦状態となる。しかしながらこの光スポットは、アレ
イ１０２に沿って適切に直線的に位置付けられている。

従って、「反射光」と「一致光」との双方が、レンズ系
１１８への光１０ｇの入射角により、フォトダイオード
拳アレイ１０２に沿った直線的な位置付けが決定される
状態で、このアレイ１０２へ投射されることになるので
ある。

以上の説明並びに第１図を参照すれば明らかなように、
「反射光」　（即ち水平ミラー１０４から反射された光
）は、フォトダイオード・アレイ１０２に沿った基準位
置としての機能を果たすものである。「一致光」　（即
ち再帰反射器１１４からの光）が、フォトダイオード・
アレイ１０２上において「反射光」と同一位置にある場
合には。

装置へ入って来る光１０８は水平となっているのである
。この先１０８が水平でない場合には、「一致光」は「
反射光」から直線的に偏位しており、この偏位の大きさ
は、水平に対するこの光１０８の入射角の２倍に対応し
た大きさとなっている。第１ミラー手段１０４の反射面
を、例えば水銀溜の中央部を利用するなどして、常時水
平であるようにしであるため、正確に鉛直な反射面の姿
勢を高精度で設定し得るということは、重要ではなくな
っている。

本発明の方法及び装置の動作については以上の説明並び
に第１図を参照すれば明らかであるが。

ただし、水平に対する光１０８の入射角を高精度で測定
する際には、様々な問題に出会うことになる。先ず第１
に、水平ミラー１０４からのｒＨ射光」を、再帰反射器
からの「一致光」から分離しなければならない、これは
分別手段により、即ち第５図に示すところのシャッタ１
０６により達成されている。中央開口１０６Ａは、光を
レンズ系１１８へ投射し得るようにするものであり、一
方、円弧形開口１０６Ｂは、水平ミラー１０４からの「
反射光」と再帰反射器１１４からの「一致光」との、い
ずれか一方を通過させるためのものである。第１図に示
すように、このシャッタ１０６にはプーリ１２４が結合
されており、レンズ系１１８に取付けられた駆動モータ
１２６が、輪になった駆動ベル）１２８を介してこのプ
ーリ１２４を駆動するようになっている。シャッタ１０
６を回転させることにより、水平ミラー１０４からの「
反射光」と再帰反射器１１４からの「一致光」とのいず
れか一方がレンズ系１１８へと通過させられて、そして
フォトダイオード・アレイ１０２上に合焦させられるこ
とが分る。

本発明の方法及び装置は、フォトダイオード−アレイ１
０２上へ入射している２つの光のスポットの間の離隔距
離を、それらのスポットを作り出した光線ないし光平面
の入射角を表示する、人間が読取ることのできるデイス
プレィへと、変換することを必要とする。実施例におい
ては、次回の入射角測定動作を実行させるためのスイッ
チをオペレータが操作するまでは、最後の読取値が保持
されているようになっている。このスイッチは。

好ましくは、オペレータが装置１００を移動させてしま
うことなく操作し得る、足踏式スイッチとするのが良い
。

本発明の方法及び装置についての残された説明は、この
システムがその中で動作せねばならない環境中に存在す
る、良好に制御することのできない多くの変動し易い要
素に適応するための、このシステムの動作特性について
の説明である。先ず最初に述べることは、市場で入手可
能な光平面の発生源は、典型的な例について官えば、振
動を発生するものだということであり、従って、再現性
のある測定値を得るためには、複数の標本の平均値を算
出する必要があるということである。これまでに判明し
ているところに拠れば、その種の発生源に関しては、約
３０ミリ秒ごとにデータ標本を採取するようにして、２
秒間に亙って採取した標本（使用標本数は６４個）の平
均値を取れば充分である。

更に別の問題は、測定すべき光線ないし光平面の光量レ
ベルが低いということである。満足すべき信号レベルを
得るために、フォトダイオ−Ｆ拳アレイとして、そのア
レイ１０２の個々のセル１３２が、第２図に示すように
、約０．００１インチ幅Ｘ０．０１０インチ長さのもの
が、選択されている６本発明の実施例においては、カル
フォルニア州、サニーベイルに所在のＥＧ＆Ｇ・レティ
コン社（ＥＧ＆Ｇ　Ｒｅｔｉｃｏｎ　ｏｆ　５ｕｎｎ７
ｖａｌｅ、Ｃａ１ｉｆｏｒ−ｎｉａ）の、Ｋシリーズの
２５６個のアレイ・エレメントを有するフォトダイオー
ド・アレイ（ＲＬＯ２５６Ｋ）が選択されている。セル
のサイズが大きいことに加えて、このフォトダイオード
・アレイ１０２のセル１３２から発生される信号は、で
きる限り長い時間に亙って積分されるようになっている
。

光の強度は更に、最も明るい光源と最も暗い光源とでは
５倍もの差があることがある。これに加えて、「ノイズ
」は信号の強度に比例するということがある。従って、
スレショルドが一定値に固定されている場合には、信号
のうちの幾つかが失われる一方で、かなりのノイズを拾
ってしまうことになる０強度が一定していないというこ
とに対しても適応させるために、光スポットの立上り部
及び立下り部の判定を、適合性スレショルドを用いて行
なうようにしている。第３図に示すように、適合性スレ
シヨルドＴｈは、２秒間の標本採取期間の、その各期間
の最初のサンプル即ち最初の光スポットに基づいて、設
定するようにしである。従って各々の標本採取期間ごと
に新たなスレショルドが設定され、しかもその際には、
水平ミラー１０４からの「反射光」のために１つのスレ
ショルドが、また７再帰反射器１１４からの「一致光」
のために別の１つのスレショルドが、夫々設定されるよ
うになっている。

各標本採取期間の最初の標本は、採取されたならば、サ
ンプル参アンドーホールド回路１３４へ送られる。これ
については第６ｆｇＪを参照されたい、このサンプル・
アンド会ホールド回路１３４の出力のうちのある割合い
の部分を、ポテンショメータ１３６によって選択するよ
うにしてあり、このポテンショメータ１３６によって、
０ポルトからこのサンプル舎アンド参ホールド回路１３
４のピーク出力信号までの間のどの点にでも、選択する
ことができるようになっている。典型的な例としては、
サンプル会アンド争ホールド回路１３４のピーク出力信
号の６０％〜６５％が、適合性スレショルドＴｈの値と
して選択されている。第３図及び第４図に示すように、
サンプル・アンド・ホールド回路１３４の出方信号の一
部分を選択することによりこのスレショルド値Ｔｂが設
定されたならば、その２秒間の標本採取期間の間に採取
される残りの６４個の標本の立上り部と立下り部とは、
そのスレショルドに基づいて判定されることになる。

更に、光スポットの大きさは、従ってフォトダイオード
・アレイ１０２によって発生される光パルスの幅は、光
源により異なっている。そのため、光スポットないしは
それに対応する出力パルスの立上り部又は立下り部を発
見するというような単純な方法では、望ましい結果は得
られない。

それゆえ、パルスやカウント法を用いてパルスのセンタ
位置をリアルφタイムで発見するようにしている。第３
図及び第４図に示すように、フォトダイオード・アレイ
１０２からの出力信号１３８Ａを、現在スレショルドＴ
ｈに対してスレショルド処理、即ち比較することによっ
て、標本パルス１３８が発生される。このパルス１３８
は、フォト−ダイオードのセルｘ１からフォトダイオー
ドのセルｘ２までの信号に亙って存在している。従って
、このパルス１３８のセンタ位置１２８（ｉ、（ｘ１＋
ｘ２）／２という式ニヨッテ算出される。ここで、ｘ２
がＸｉ　＋ＤＸに等しいことに注目すれば、このセンタ
位Ｍ１２８は（２ＸＩ　＋ＤＸ）／２、と表わすコトが
できる。

１つの３桁（ｔｈｒｅｅ　ｄｅｃａｄｅ）の双方向ＢＣ
Ｄカウンタを、２つのクロックを用いて作動させるよう
にしている。一方のクロックは、フォトダイオード・ア
レイ１０２からデータの読出しを行なう速度であるビク
セル速度Ｘで動作するようにしてあり、また一方、他方
のクロックは、このビクセル速度の２倍の速度２ｘで動
作させられている。

パルス１３８のセンタ位置１２８を判定するために、パ
ルスＸＩの立上り部に遭遇するまでは、ビクセル速度の
２倍の速度２ｘでカウントを行なう、パルスｘ１の立上
り部に遭遇したならば、このクロック速度をピクセル速
度Ｘに変更し、この速度でのクロックのカウントは、Ｘ
２で終了させる。これによってカウンタには（２Ｘ１　
＋ＤＸ）というカウント値が保持されることになり、こ
のカウント値は、パルス１３８のセンタ位置１２８に対
応したものとなっている。

水平ミラー１０４からの「反射光」がフォトダイオード
・アレイ１０２上に投射されている間に採取された６４
個の標本について、それらの平均パルス・センタ位置を
求め、次に、再帰反射器１１４からの「一致光」がフォ
トダイオード・アレイ１０２上に投射されている間に採
取された６４個の標本について、それらの平均センタ位
置を求め、モして２それらの２つを比較することによっ
て、光１０８の水平からの偏位の大きさを判定すること
ができる。好ましくは、フォトダイオード−アレイ１０
２における「反射光」の平均センタ位置と「一致光」の
平均センタ位置との間の離隔量については、ピクセル１
個分、即ちセル１３２の１個分の離隔量が、水平からの
１ア一ク秒（ａｒｃＳｅｃｏｎｄ　）の偏位を表わすよ
うに、この傾度測定システムの寸法関係を定めるのが良
い。

しかしながら、実施例においては、ピクセル１個分の離
隔量が水平から２ア一ク秒の偏位に等しいようにシステ
ムの寸法関係を定めれば、より好都合であることが判明
している。そのように寸法関係を定めた場合には、シス
テムによって表示される水平からの偏位を決定するため
には、内挿法を適用することが必要となるのであるが、
（２Ｘ１　＋ＤＸ）（７）値ｔ−ｒ２」−ｃ割ル、：ト
ナ＜。

そのまま用いることによって、内挿法が幸便に行なわれ
るようになっているのである。

この傾度測定装置１００の制御部の構成の仕方には幾つ
かの方法があるが、付随する電子機器のブロック図を第
６図に示す、既に述べたように、第１図及び第５図に示
されているシャッタ１０６が矢印１０６ｃで示すように
回転させられることによって、光は、光路１１６をたど
って再帰反射器１１４へ行くか、或いは光路１２２をた
どって水平ミラー１０４へ行くかの、いずれかが可能と
なる。このシャッタ１０６は、光路１１６と光路１２２
とが、交互に２秒間の期間づつ開放されるように回転さ
せられている。光線データの照合（２００）が、シャッ
タ１０６を監視している２つの遮光部材（不図示）によ
って行なわれるようになっている。それらの遮光部材の
うちの一方は、水平ミラー１０４と再帰反射器１１４と
のいずれが視界内にあるかを識別するものであり、また
他方の遮光部材は、シャッタの位置の移動期間中に、受
取っているデータが有効か否かを表示するものである。

制御スイッチ２０２は、好ましくは足踏式スイッチによ
り構成され、この装置１００のオペレータが、測定サイ
クルを開始するために操作するものである。測定サイク
ルと測定サイクルとの間には、最後の測定サイクルの期
間中に発生されたデータが、保持され且つ３桁のＬＣＤ
デイスプレィ２０４によって表示されている。光線デー
タ照合部２００からの信号と制御スイッチ２０２からの
信号とは、シーケンス・コントローラ２０６へ転送され
るようになっており、このシーケンス会コントローラ２
０６は、本発明の実施例においては、アルテラ社（Ａｌ
ｔｅｒａ）のプログラマブル・ロジック・チップにより
構成されている。シーケンス・コントローラ２０６は、
アレイ会コントローラ２０８と、適合性スレショルド選
択回路２１０と、カウンタ・コントローラ２１２と、カ
ウンタ・プリセット回路２１４とに接続されており、第
６図の電子機器の機能を、シーケンス及び制御するもの
である。

サイクルの開始は、制御スイッチ２０２の操作により指
示され、サイクルが開始されたならば、シーケンス・コ
ントローラ２０６は待機に入り、シャッタ１０６の移動
期間が過ぎるのを待つ、これによって、データの収集の
ために確実に２秒間の期間の全体を使えるようにしてい
るのである。

この移動期間が終了した後に、シーケンス・コントロー
ラ２０６は、フォトダイオード−アレイ１０２から第２
番目の標本が送られて来るのを待つ、これによって、移
動期間中に収集されたデータがアレイ１０２から確実に
排除されるようにしている。続いてシーケンス・コント
ローラ２０６は、アレイ１０２から、２５６個の振ｌ１
ｌｉ！信号から成る標本を１つ収集して適合性スレショ
ルドＴｈを設定し、その後、カウンタ２１６をイネーブ
ルする。

アレイ１０２から、それらの振Ｗ信号から成る標本を６
４個、採取した後に、シーケンス争コントローラ２０６
は次のシャッタ移動期間を待つ。

６４回の走査が完了する前に、データ有効信号が消失し
た場合には、シーケンス書コントローラ２０６はエラー
状態を信号で知らせる０次のシャッタ移動期間が経過し
たならば、新たなスレショルドが決定され、そして第２
の光路についてのデータ収集が開始される。６４回の走
査が完了したならば、「終了」ランプ２１９が点灯され
て測定動作は終了し、そして測定結果の値が、格納され
ると共に３桁のＬＣＤデイスプレィ２０４上に表示され
る。アレイ−コントローラ２０８は、アルテラ社のプロ
グラマブル・ロジック・チップにより構成することがで
き、これは、クロック信号、再充電信号、始動信号、及
び標本採取信号をはじめとする。アレイ１０２に必要な
信号を提供するものである。水晶発振子とカウンタとの
組合せ（不図示）によって、基本的タイミングが提供さ
れており、これに基づいて、アレイ−コントローラ２０
８が、アレイ制御信号を合成するようになっている。

フォトダイオード１アレイ１０２の、個々のビクセル即
ちセル１３２の上に合焦された光を表わす信号は、この
アレイ１０２からシーケンシャルに読出されるようにな
っている。また、その際に、アレイ１０２上の光の位置
と時刻との間に正確な相関関係が存在するようになって
いるが、それは、出力信号中のスタート・パルスが、こ
のアレイ１０２の側から送出されるようにしであるから
である。アレイ１０２から発生される信号は差動パルス
対であり、それらのパルスの高さが光の強度を符号化し
たものとぼっている。アレイ信号コンディショナ２１８
が、それらの差動パルス対をａ続的なシングル・エンデ
ッド信号に変換しており、このアレイ信号コンディショ
ナ２１８は、好ましくは差動増幅器とサンプル拳アンド
・ホールド回路（不図示）とから構成する。

一致光と反射光の各シーケンスからの予備的な安定標本
が、比較器１４０により制御されるサンプル・アンド−
ホールド回路１３４によって捕捉されるようになってお
り、この比較器１４０は、サンプル・アンド参ホールド
回路１３４に対して、入力が出力を超えたときには標本
採取（サンプル）を行ない、その他の場合には保持（ホ
ールド）を行なうように命令するものである。サンプル
ｅアンドーホールド回路１３４の出力の、選択自在なあ
る割合いの部分は、典型的な例としては６０％〜６５％
であり、これはポテンショメータ１３Ｂによって選択す
る。アレイ信号スレショルド処理回路２２０が、アレイ
信号を適合性スレショルドと比較し、それによって、第
３図及び第４図に示すような、対応する光スポットを表
わす波形が発生されるようになっている。

カウンタ・コントローラ２１２は、アルテラ社のプログ
ラマブル串ロジック・チップにより構成することができ
るものであるが、このカウンターコントローラ２１２が
、２つのクロック信号のうちの一方を選択してカウンタ
２１６へ転送するようにしている。このカウンターコン
トローラ２１２は、測定サイクルの前半の期間中におい
て、信号がやって来る以前は、即ちｘｌまでは、アレイ
１０２のピクセル速度クロックの２倍の速度（２Ｘ）の
クロック信号を、カウンタ２１６の「カウント・アップ
」入力へ供給する。信号即ち光パルスが存在している間
は、即ち、ｘｌとｘ２との間においては、このカウンタ
ーコントローラ２１２はピクセル速度クロックに等しい
速度（Ｘ）のクロック信号を供給する。信号即ち光パル
スを通り過ぎた後は、即ちｘ２以後は、カウンタ２１６
ヘクロツクは供給されない、測定サイクルの後半の、６
４回の標本採取の期間中にも同様にしてクロッキング信
号が供給されるが、ただし、このカウント信号はカウン
タ２１６の「カウントΦダウン」入力へ供給されるとい
う点だけが異なっている。カウンターコントローラ２１
２は更に、例えば光線の不在やアウト−オブ・レンジ等
のエラー状態の探索も行ない、また、カウンタ２１６の
ロールオーバを監視して、３桁のＬＣＤデイスプレィ２
０４へ転送される出力信号の符号を決定する。プリカウ
ンタ２２２が、カウント信号を「６４」で割ることによ
って、既に説明した２秒間の期間中に採取された６４個
の標本の平均値を求めるようになっている。

この傾度測定システム１００のオフセット誤差は、カウ
ンタ・プリセット回路２１４により容易に修正できるよ
うになっている０校正を行なうためには、このシステム
の性能を測定することによって、存在する可能性のある
オフセット誤差の測定を行なう、続いてこの誤差を、カ
ウンタ・プリセット回路２１４をセットすることによっ
て、校正してシステムから除去する。カウンタ・プリセ
ット回路２１４は、好ましくはＤＩＰスイッチにより構
成し、このＤＩＰスイッチにより、各々の測定サイクル
の開始に先立ってカウンタ２１６をプリセットするので
ある。

以上に本発明を詳細に且つその好適実施例に関連させて
説明したが、その他の変更例や変形例も１本発明の範囲
から逸脱することな〈実施することができることは明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明に従って動作する入射角測定システム
の側面図である。 第２図は、本発明に使用することのできるフォトダイオ
ード−７レイを示す図である。 第３図は、第２図のフォトダイオード−アレイが、該フ
ォトダイオード上に入射している光スポットに応答して
発生する波形の図であり１本発明の適合性スレショルド
設定方式を説明するための図である。 第４図は、第２図のフォトダイオード・アレイが発生す
る光スポツト信号にスレショルド処理を施すことによっ
て発生される波形の図である。 第５図は、本発明に用いられるシャッタの具体的実施例
の図である。 第６図は、第１図のシステムを作動させるための電子部
品の相互ｔａ統を示すブロック図である。 尚１図中、 １００・・・入射角測定装置、 １０２・・・フォトダイオード赤アレイ、１０４・・・
水平ミラー（第１ミラー手段）、１０６・・・シャッタ
、 １０８・・・光線ないし光子面。 １１０・・・窓部、 １１２・・・ビーム・スプリッタ、 １１４・・・再帰反射器、 １１６・・・光路、 １１８・・・レンズ系、 １２０・・・斜めミラー（第２ミラー手段）、１２２・
・・光路、 １２４・・・プーリ、 １２６・・・駆動モータ、 １３２・・・フォトダイオード・アレイのセル、１３４
・・・サンプル・アンド串ホールド回路、１３６・・・
ポテンショメータ。 １３８・・・標本パルス、 １４０・・・比較器、 ２００・・・光線データ検証部。 ２０２・・・制御スイッチ、 ２０４・・・デイスプレィ。 ２０６・・・シーケンス会コントローラ、２０８・・・
アレイｉコントローラ、 ２１０・・・適合性スレシ、ルド選択回路、２１２・・
・カウンタ・コントローラ。 ２１４・・・カウンタ・プリセット回路、２１６・・・
カウンタ、 ２１８・・・アレイ信号コンディショナ、２１９・・・
「終了」ランプ。 ２２０・・・アレイ信号スレショルド処理回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水平に対する光線ないし光平面の入射角を測定する
   ための装置であって、 前記光を検出するための光検出手段と、 水平反射面を画成するための第１ミラー手段と、 前記光を前記入射角に一致させて前記光検出手段へ一致
   光として投射すると共に、前記光を前記第１ミラー手段
   で反射させた後に前記光検出手段へ反射光として投射す
   るための、光学手段と、前記光検出手段へ投射される一
   致光を前記光検出手段へ投射される反射光から分離し、
   それによって、一致光を表わす識別信号と反射光を表わ
   す識別信号とが前記光検出手段から発生されるようにす
   るための、分別手段と、 前記識別信号を処理して前記光の入射角を判定するため
   の制御手段と、 を含む、水平に対する光線ないし光平面の入射角測定装
   置。 ２、前記第１ミラー手段が水銀溜から成る、請求項１記
   載の水平に対する光線ないし光平面の入射角測定装置。 ３、前記分別手段が、前記光検出手段への一致光の投射
   又は前記光検出手段への反射光の投射を選択的に遮断す
   べく可動としたシャッタから成る、請求項２記載の水平
   に対する光線ないし光平面の入射角測定装置。 ４、前記シャッタが回転自在に取付けられており、該シ
   ャッタが一致光又は反射光を通過させるための開口部を
   含んでおり、該開口部は該シャッタの回転により選択的
   に位置を設定されるものである、請求項３記載の水平に
   対する光線ないし光平面の入射角測定装置。 ５、前記光学手段が、前記光を前記光検出手段の上に合
   焦させるためのレンズ系を含んでいる、請求項４記載の
   水平に対する光線ないし光平面の入射角測定装置。 ６、前記光学手段が更にビーム・スプリッタを含んでお
   り、該ビーム・スプリッタは、前記第１ミラー手段へ向
   けて光を反射する第２ミラー手段へ向けて光を反射する
   ことにより前記反射光を発生させると共に、再帰反射器
   へ光を透過させることにより前記一致光を発生させるも
   のであり、前記第１ミラー手段によって反射された光は
   該ビーム・スプリッタを透過して前記レンズ系へ入射し
   、前記再帰反射器によって反射された光は前記ビーム・
   スプリッタで反射して前記レンズ系へ入射するようにし
   てある、請求項５記載の水平に対する光線ないし光平面
   の入射角測定装置。 ７、前記再帰反射器への光路が前記第１ミラー手段への
   光路に対して実質的に垂直とされており、且つ、前記光
   検出手段への光路がそれらの光路の間に位置付けられて
   おり、それによって、前記装置をコンパクトに構成し得
   るようになっている、請求項６記載の水平に対する光線
   ないし光平面の入射角測定装置。 ８、前記シャッタが、前記光検出手段への光路の上に、
   該光路を囲繞するように取付けられており、且つ、該シ
   ャッタが環状の形状であって、前記第１ミラー手段への
   光路の中へ並びに前記再帰反射器への光路の中へ延在し
   ている、請求項７記載の水平に対する光線ないし光平面
   の入射角測定装置。 ９、前記光検出手段がフォトダイオード・アレイから成
   る、請求項８記載の水平に対する光線ないし光平面の入
   射角測定装置。 １０、前記制御手段が、相当数の前記識別信号の平均値
   を算出するための平均値算出手段を含んでおり、それに
   よって、前記光線ないし光平面の振動にかかわらず再現
   性のある結果が得られるようにしてある、請求項９記載
   の水平に対する光線ないし光平面の入射角測定装置。 １１、前記制御手段が、前記識別信号に基づいてスレシ
   ョルドを設定するための適合性スレショルド手段を更に
   含む、請求項１０記載の水平に対する光線ないし光平面
   の入射角測定装置。 １２、前記適合性スレショルド手段が、サンプル・アン
   ド・ホールド回路と、該サンプル・アンド・ホールド回
   路により発生される出力のある割合いの部分を選択する
   ためのポテンショメータとを含む、請求項１１記載の水
   平に対する光線ないし光平面の入射角測定装置。 １３、前記平均値算出手段が、現在カウント値を保持す
   るためのカウンタ手段を含んでおり、該カウンタ手段は
   、前記光検出手段に一致光が照射されている間に発生す
   る前記識別信号の標本採取時にはカウント・アップされ
   、また、前記光検出手段に反射光が照射されている間に
   発生する前記識別信号の標本採取時にはカウント・ダウ
   ンされるものである、請求項１２記載の水平に対する光
   線ないし光平面の入射角測定装置。 １４、前記カウンタ手段が、合計カウント値を採取標本
   数で割ることによって平均値を求めるためのプリカウン
   タを含む、請求項１３記載の水平に対する光線ないし光
   平面の入射角測定装置。 １５、水平に対する光線ないし光平面の光の入射角を測
   定するための方法であって、 前記光を検出するための光検出手段を備えるステップと
   、 第１ミラー手段により水平反射面を画成するステップと
   、 前記光を前記入射角に一致させて前記光検出手段へ一致
   光として投射するステップと、 前記光を前記第１ミラー手段で反射させた後に前記光検
   出手段へ反射光として投射するステップと、 前記光検出手段へ投射される一致光を前記光検出手段へ
   投射される反射光から分離するステップと、 一致光を表わす識別信号と反射光を表わす識別信号とを
   前記光検出手段により発生するステップと、 前記識別信号を処理して前記光の入射角を判定する処理
   ステップと、 を含む、水平に対する光線ないし光平面の入射角測定方
   法。 １６、前記第１ミラー手段が水銀溜から成る、請求項１
   ５記載の水平に対する光線ないし光平面の入射角測定方
   法。 １７、前記反射光と前記一致光とが、前記光検出手段上
   の光スポットを含んでおり、該光スポットは立上り部と
   立下り部とを有し、且つ、前記識別信号を処理する前記
   処理ステップが、 前記反射光により発生した前記識別信号を受取っている
   間、カウンタのカウント・アップを行なうステップと、 前記一致光により発生した前記識別信号を受取っている
   間、前記カウンタのカウント・ダウンを行なうステップ
   と、 を含む、請求項１６記載の水平に対する光線ないし光平
   面の入射角測定方法。 １８、前記反射光と前記一致光とが、前記光検出手段上
   の光スポットを含んでおり、該光スポットは立上り部と
   立下り部とを有し、且つ、前記識別信号を処理する前記
   処理ステップが、 前記一致光により発生した前記識別信号を受取っている
   間、カウンタのカウント・アップを行なうステップと、 前記反射光により発生した前記識別信号を受取っている
   間、前記カウンタのカウント・ダウンを行なうステップ
   と、 を含む、請求項１６記載の水平に対する光線ないし光平
   面の入射角測定方法。 １９、前記カウント・アップ及び前記カウント・ダウン
   が、前記光スポットの前記立上り部に遭遇するまでは速
   度２ｘで実行され、且つ、前記立上り部と前記立下り部
   との間では速度ｘで実行される、請求項１８記載の水平
   に対する光線ないし光平面の入射角測定方法。 ２０、前記光スポットの前記立上り部と前記立下り部と
   を判定する可変スレショルドを、前記識別信号に応答し
   て発生するステップを更に含む、請求項１８記載の水平
   に対する光線ないし光平面の入射角測定方法。