JPH0427816A - 水準器 - Google Patents
水準器Info
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- JPH0427816A JPH0427816A JP13303990A JP13303990A JPH0427816A JP H0427816 A JPH0427816 A JP H0427816A JP 13303990 A JP13303990 A JP 13303990A JP 13303990 A JP13303990 A JP 13303990A JP H0427816 A JPH0427816 A JP H0427816A
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- Japan
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- level surface
- displacement
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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。
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〕
この発明は、撮像装置の傾角検出、産業用ロボットの姿
勢検出や超精密産業用機器の偏位検出などの幅広い分野
において、水準面からの任意方向の傾斜を高精度に検出
する水準器に関するものである。
勢検出や超精密産業用機器の偏位検出などの幅広い分野
において、水準面からの任意方向の傾斜を高精度に検出
する水準器に関するものである。
水平面や鉛直面からのわずかな傾きを測定する水準器と
しては、気泡管の中に無水エーテル等を満たし、一部に
気泡を残して構成したもの（岩波理化学辞典 第３版増
補版 Ｐ、６７５１９８１年）や傾きを電気的な抵抗値
変位やインダクタンス変位として検出するセンサとして
構成したものなどが公知である。
しては、気泡管の中に無水エーテル等を満たし、一部に
気泡を残して構成したもの（岩波理化学辞典 第３版増
補版 Ｐ、６７５１９８１年）や傾きを電気的な抵抗値
変位やインダクタンス変位として検出するセンサとして
構成したものなどが公知である。
第３図は、たとえば「センサの働きと最適利用」（Ｐ、
１８０；日本レギュレーター・センサ研究会署、技術評
論社、１９８１年）に示されたボテンシッメータを用い
た水準器（傾斜センサ）の構成図であり、図において、
１１は抵抗器、ｌｌａ、ｌｌｂは前記抵抗器の両端に設
けられた端子、１２は前記抵抗器１１に接点Ｓを有する
摺動軸、１２ａは前記摺動軸の片端に設けられた端子、
１３は前記摺動軸１１の回動中心位置、１４は前記摺動
軸の先端に配置された分銅、１５は電源、１６は信号処
理、」路である。
１８０；日本レギュレーター・センサ研究会署、技術評
論社、１９８１年）に示されたボテンシッメータを用い
た水準器（傾斜センサ）の構成図であり、図において、
１１は抵抗器、ｌｌａ、ｌｌｂは前記抵抗器の両端に設
けられた端子、１２は前記抵抗器１１に接点Ｓを有する
摺動軸、１２ａは前記摺動軸の片端に設けられた端子、
１３は前記摺動軸１１の回動中心位置、１４は前記摺動
軸の先端に配置された分銅、１５は電源、１６は信号処
理、」路である。
次に動作について第３図および第４図を用いて説明する
。
。
第４図は従来の水準器が傾斜角δだけ傾いた場合の様子
を示したものである０本水準器では、抵抗器１１と抵抗
器との接点を有する摺動軸１２によって公知のポテンシ
ョメータ（可変抵抗器）が構成されており、ポテンショ
メータの摺動軸が回動中心１３と先端に分銅１４を有す
る振子として構成されていることに特徴がある。
を示したものである０本水準器では、抵抗器１１と抵抗
器との接点を有する摺動軸１２によって公知のポテンシ
ョメータ（可変抵抗器）が構成されており、ポテンショ
メータの摺動軸が回動中心１３と先端に分銅１４を有す
る振子として構成されていることに特徴がある。
第４図に示すように水準器が傾斜角δだけ傾いた場合に
は、摺動軸１２は振子の作用によって鉛直方向からδだ
け傾斜する。
は、摺動軸１２は振子の作用によって鉛直方向からδだ
け傾斜する。
これによって摺動軸１２と抵抗器１１の接点位置Ｓが変
位し、端子１１ｂと端子１２ａの間の抵抗値が変化する
。端子１１ａと端子１１ｂ間には定電圧が与えられてい
るため５１．前記摺動軸の傾きδ、すなわち水準器の傾
斜角δは端子１１ｂと端子１２ａ間の出力電圧の変動と
して信号処理回路工６により検出することができる。
位し、端子１１ｂと端子１２ａの間の抵抗値が変化する
。端子１１ａと端子１１ｂ間には定電圧が与えられてい
るため５１．前記摺動軸の傾きδ、すなわち水準器の傾
斜角δは端子１１ｂと端子１２ａ間の出力電圧の変動と
して信号処理回路工６により検出することができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の水準器は、以上のように構成されているので、次
のような問題点があった。
のような問題点があった。
第１に、従来の水準器は傾斜変位を振子等の機械的変位
を介在させて検出するように構成されているため、機械
的振動や環境温度等の耐環境性が弱く、さらに機械的位
置精度や摩擦を考慮すると極微小傾斜変位（０，１度以
下）の検出や検出精度向上が困難である等の問題点があ
った。
を介在させて検出するように構成されているため、機械
的振動や環境温度等の耐環境性が弱く、さらに機械的位
置精度や摩擦を考慮すると極微小傾斜変位（０，１度以
下）の検出や検出精度向上が困難である等の問題点があ
った。
第２には、従来の水準器をセンサとして構成する場合に
は、傾斜変位量を抵抗値等の電気的特性値の変動として
検出するために、抵抗器の温度特性等に影響を受けやす
く、高信顛性を得ることが困難である等の問題点があっ
た。
は、傾斜変位量を抵抗値等の電気的特性値の変動として
検出するために、抵抗器の温度特性等に影響を受けやす
く、高信顛性を得ることが困難である等の問題点があっ
た。
更に、第３には、従来の水準器では傾斜変位を検出する
手段が傾斜変位に対して特定の１次元方向の変位のみが
検出されるように構成されているために、２次元平面内
の任意の傾斜変位が検出できないという重大な問題点が
あった。
手段が傾斜変位に対して特定の１次元方向の変位のみが
検出されるように構成されているために、２次元平面内
の任意の傾斜変位が検出できないという重大な問題点が
あった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、耐環境性や信軌性を向上でき、極微小傾斜変
位の検出が可能となると共に２次元平面内の任意の傾斜
変位を検出できる水準器を得ることを目的とする。
たもので、耐環境性や信軌性を向上でき、極微小傾斜変
位の検出が可能となると共に２次元平面内の任意の傾斜
変位を検出できる水準器を得ることを目的とする。
この発明に係る水準器は、光源と前記光源からの出射光
の少なくとも一部を反射する水準面と、前記水準面から
の反射光を受光する光検出器を配置した水準器において
、前記水準面の任意方向の傾きを前記水準面からの反射
光の光軸変位として検出するように構成したものである
。
の少なくとも一部を反射する水準面と、前記水準面から
の反射光を受光する光検出器を配置した水準器において
、前記水準面の任意方向の傾きを前記水準面からの反射
光の光軸変位として検出するように構成したものである
。
この発明における水準器は、水準面の傾斜変位を水準面
からの反射光の光軸変位として光検出器により検出する
ように構成されていることにより耐環境性や検出精度の
向上が可能となり、また、反射光の光軸変位を２次元的
に検出できる光検出器を用いた場合には２次元平面内の
任意の傾斜変位も検出が可能となる。
からの反射光の光軸変位として光検出器により検出する
ように構成されていることにより耐環境性や検出精度の
向上が可能となり、また、反射光の光軸変位を２次元的
に検出できる光検出器を用いた場合には２次元平面内の
任意の傾斜変位も検出が可能となる。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例による水準器を示す断面図で
あり、第２図は上記実施例の水準器の動作の一例を示す
図である。図において、１は半導体レーザ、白色光源１
発光ダイオード等で構成された光源、２は光源１からの
発散光を集束光に変換する有限系レンズ等で構成された
結合光学系、３は水銀もしくは粘性流体の表面で構成さ
れた水準面、３ａは水銀、４は光源１がらの出射光の少
なくとも一部は透過し、水準面３がらの反射光の少なく
とも一部を反射するビームスプリッタ、５は水準面３か
らの反射光の光軸位置を検出する２次元半導体装置検出
器を用いた光検出器、６は水銀３を密閉した光学的に透
明な容器、７は光源１ビームスプリンタ４．２次元半導
体装置検出器等で構成された光検知器５．容器６を一体
的に保持するパッケージ、１００は基準状態における水
準面３からの反射光の光軸、２００は水準面３が傾斜し
た場合における反射光の光軸、３００は任意の水平面で
ある。
あり、第２図は上記実施例の水準器の動作の一例を示す
図である。図において、１は半導体レーザ、白色光源１
発光ダイオード等で構成された光源、２は光源１からの
発散光を集束光に変換する有限系レンズ等で構成された
結合光学系、３は水銀もしくは粘性流体の表面で構成さ
れた水準面、３ａは水銀、４は光源１がらの出射光の少
なくとも一部は透過し、水準面３がらの反射光の少なく
とも一部を反射するビームスプリッタ、５は水準面３か
らの反射光の光軸位置を検出する２次元半導体装置検出
器を用いた光検出器、６は水銀３を密閉した光学的に透
明な容器、７は光源１ビームスプリンタ４．２次元半導
体装置検出器等で構成された光検知器５．容器６を一体
的に保持するパッケージ、１００は基準状態における水
準面３からの反射光の光軸、２００は水準面３が傾斜し
た場合における反射光の光軸、３００は任意の水平面で
ある。
次に動作について第１図を用いて説明する。第１図は本
発明における水準器の基準状態を示している。光源１よ
り出射された発散光は、結合光学系２により光検知器５
配置位置近傍に集束位置（焦点位置）を有する集束光に
変換され、ビームスプリッタ４を透過し、容器６内に配
置され、水銀３ａの表面で構成された水準面３に垂直に
照射される。水準面３で反射された光束は再び集束光と
なりビームスプリッタ４で反射され光検知器５の受光面
近傍に集光照射される。光検知器５の受光面上に集光照
射された光束の集光照射位置は、光検知器５が２次元半
導体装置検出器で構成されているので、受光平面上に照
射された水準面３からの反射光の光軸１００の位置を２
次元的絶対位置として図示しない検出回路によって検出
される。
発明における水準器の基準状態を示している。光源１よ
り出射された発散光は、結合光学系２により光検知器５
配置位置近傍に集束位置（焦点位置）を有する集束光に
変換され、ビームスプリッタ４を透過し、容器６内に配
置され、水銀３ａの表面で構成された水準面３に垂直に
照射される。水準面３で反射された光束は再び集束光と
なりビームスプリッタ４で反射され光検知器５の受光面
近傍に集光照射される。光検知器５の受光面上に集光照
射された光束の集光照射位置は、光検知器５が２次元半
導体装置検出器で構成されているので、受光平面上に照
射された水準面３からの反射光の光軸１００の位置を２
次元的絶対位置として図示しない検出回路によって検出
される。
２次元半導体装置検出器の詳細な構成や動作原理につい
ては、たとえば「半導体装置検出器とその応用」 （大
橋、山本；電子材料、Ｐ、１１９．１９８０年２月）や
「半導体二次元光位置検出器の改良」（寺田、山本；光
学、Ｖｏｌ、１２、Ｎ００５、ｐ、３６７．１９８３年
）に詳細に述べられているので、ここでは説明を省略す
る。すなわち、本水準器では基準状態における水準面の
傾斜を水準面から反射され受光平面上に照射される光束
の絶対位置として検出することができる。
ては、たとえば「半導体装置検出器とその応用」 （大
橋、山本；電子材料、Ｐ、１１９．１９８０年２月）や
「半導体二次元光位置検出器の改良」（寺田、山本；光
学、Ｖｏｌ、１２、Ｎ００５、ｐ、３６７．１９８３年
）に詳細に述べられているので、ここでは説明を省略す
る。すなわち、本水準器では基準状態における水準面の
傾斜を水準面から反射され受光平面上に照射される光束
の絶対位置として検出することができる。
次に水準器に傾斜が生じた場合の検出の原理について第
２図を用いて説明する。
２図を用いて説明する。
第２図は本発明による水準器が任意の水平面３００に設
置され、前記水平面に外的要因によって傾斜角θが生じ
た状態を示している。光源１より出射された発散光は、
結合光学系２により光検知器５配置位置近傍に集束位置
（焦点位置）を有する集束光に変換され、ビームスプリ
ッタ４を透過し、容器６内に配置され、水銀３ａの表面
で構成された水準面３に照射される。水準面３は水銀３
ａもしくは粘性流体の表面を用いているので、本水準器
の傾斜角θに対して流動的に変位し、機械的な振動が本
水準器に加わったとしても常に前記第１図で説明した基
準状態の水準面３位置を独立に維持することができる。
置され、前記水平面に外的要因によって傾斜角θが生じ
た状態を示している。光源１より出射された発散光は、
結合光学系２により光検知器５配置位置近傍に集束位置
（焦点位置）を有する集束光に変換され、ビームスプリ
ッタ４を透過し、容器６内に配置され、水銀３ａの表面
で構成された水準面３に照射される。水準面３は水銀３
ａもしくは粘性流体の表面を用いているので、本水準器
の傾斜角θに対して流動的に変位し、機械的な振動が本
水準器に加わったとしても常に前記第１図で説明した基
準状態の水準面３位置を独立に維持することができる。
このため、水準面３に照射される光束は、その光軸が水
準面３に対して水平面の傾斜角θだけ鉛直方向から傾い
て照射される。このことは水準面３が照射光束の光軸に
対して、相対的に傾斜角θだけ傾いたことに相当する。
準面３に対して水平面の傾斜角θだけ鉛直方向から傾い
て照射される。このことは水準面３が照射光束の光軸に
対して、相対的に傾斜角θだけ傾いたことに相当する。
水準面３で反射された光束は、その光軸が公知のスネル
の法則に従って鉛直方向から傾斜角θだけ傾き再び集束
光となりビームスプリッタ４で反射され光検知器５の受
光面近傍に集光照射される。
の法則に従って鉛直方向から傾斜角θだけ傾き再び集束
光となりビームスプリッタ４で反射され光検知器５の受
光面近傍に集光照射される。
光検知器５の受光面上に集光照射された光束の集光照射
位置は、光検知器５が２次元半導体装置検出器で構成さ
れているので、受光平面上に照射された水準面３からの
反射光の光軸２００の位置を２次元的絶対位置として図
示しない検出回路によって検出される。すなわち、本水
準器では内部に配置された水準面の傾斜は基準状態の絶
対位置を原点とする受光平面上の絶対位置変位として検
出することができる。また、受光面上での光軸位置変位
量（Δｄ）は水準面の傾斜角θと水準面３から光検知器
５までの距離Ｘにより、 Δｄ＝ｓ ｉｎ （２θ） Ｘｘ 、−（１）と表わ
すことができ、水準面の傾斜角θが小さい場合には Δｄ＝（２θ）Ｘｘ ・・・ （２）と表わす
ことができる。たとえば、Δｄ＝１０μｍ、ｘ＝５０ｍ
ｍとした場合、水準面の傾斜角θはＯ，１ｍｒａｄ、（
約０．００６度）程度の検出が容易に実現できる。
位置は、光検知器５が２次元半導体装置検出器で構成さ
れているので、受光平面上に照射された水準面３からの
反射光の光軸２００の位置を２次元的絶対位置として図
示しない検出回路によって検出される。すなわち、本水
準器では内部に配置された水準面の傾斜は基準状態の絶
対位置を原点とする受光平面上の絶対位置変位として検
出することができる。また、受光面上での光軸位置変位
量（Δｄ）は水準面の傾斜角θと水準面３から光検知器
５までの距離Ｘにより、 Δｄ＝ｓ ｉｎ （２θ） Ｘｘ 、−（１）と表わ
すことができ、水準面の傾斜角θが小さい場合には Δｄ＝（２θ）Ｘｘ ・・・ （２）と表わす
ことができる。たとえば、Δｄ＝１０μｍ、ｘ＝５０ｍ
ｍとした場合、水準面の傾斜角θはＯ，１ｍｒａｄ、（
約０．００６度）程度の検出が容易に実現できる。
なお、上記実施例では光源と、水準面と、光検出器とを
同一パッケージ内に配置し、光源である半導体レーザを
水準器内に一体化して配置した場合を示したが、水準器
外部に光源を配置し光ファイバによって水準器に導くよ
うにしてもよい。
同一パッケージ内に配置し、光源である半導体レーザを
水準器内に一体化して配置した場合を示したが、水準器
外部に光源を配置し光ファイバによって水準器に導くよ
うにしてもよい。
またさらに光検知器として２次元半導体装置検出器を用
いたが、これは４分割光検知器と演算回路を用いて２次
元光検出器と同じ作用を得るようにしてもよ（、上記実
施例と同様の効果を奏する。
いたが、これは４分割光検知器と演算回路を用いて２次
元光検出器と同じ作用を得るようにしてもよ（、上記実
施例と同様の効果を奏する。
ただし、これは少な（とも２つ以上に分割された受光面
を有し、１次元以上の検出ができるものであればよい。
を有し、１次元以上の検出ができるものであればよい。
また、上記実施例ではビームスプリンタにょる光束分割
手段を用いて光源と光検知器を異なる平面上に配置した
が、光源の周囲に光検知器を分割して配置するなどして
同一平面内に光源と光検知器を配置してもよく、上記実
施例と同様の効果を奏する。
手段を用いて光源と光検知器を異なる平面上に配置した
が、光源の周囲に光検知器を分割して配置するなどして
同一平面内に光源と光検知器を配置してもよく、上記実
施例と同様の効果を奏する。
以上のように、この発明によれば、任意の基準面の傾斜
を水準器内部に配置された水準面の傾斜変位として光学
的手段によって検出するように構成したので、耐環境性
や検出精度の向上が可能となり、また、水準面からの反
射光の光軸変位を２次元的に検出できる光検出器を用い
ることにより２次元平面内の任意の傾斜変位の検出を可
能としたので、検出精度の高い、任意方向の検出性能を
有する水準器が得られる効果がある。
を水準器内部に配置された水準面の傾斜変位として光学
的手段によって検出するように構成したので、耐環境性
や検出精度の向上が可能となり、また、水準面からの反
射光の光軸変位を２次元的に検出できる光検出器を用い
ることにより２次元平面内の任意の傾斜変位の検出を可
能としたので、検出精度の高い、任意方向の検出性能を
有する水準器が得られる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例による水準器を示す断面側
面図、第２図はこの発明における水準器の傾斜変位検出
の原理説明を示す断面側面図、第３図は従来の水準器の
一例を示す構成図、第４図は従来の水準器の傾斜変位検
出の原理を説明する構成図である。 図において、１は半導体レーザ等で構成された光源、３
は水銀の表面で構成された水準面、５は水準面３からの
反射光の光軸位置を検出する光検知器である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
面図、第２図はこの発明における水準器の傾斜変位検出
の原理説明を示す断面側面図、第３図は従来の水準器の
一例を示す構成図、第４図は従来の水準器の傾斜変位検
出の原理を説明する構成図である。 図において、１は半導体レーザ等で構成された光源、３
は水銀の表面で構成された水準面、５は水準面３からの
反射光の光軸位置を検出する光検知器である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (2)
- （１）光源と、 前記光源からの出射光の少なくとも一部を反射する液体
による水準面と、 前記水準面からの反射光を受光し、前記水準面の任意方
向の傾きを前記水準面からの反射光の光軸変位として検
出する光検出器とを備えたことを特徴とする水準器。 - （２）前記光検出器は、２次元半導体装置検出器である
ことを特徴とする請求項１記載の水準器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13303990A JPH0427816A (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | 水準器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13303990A JPH0427816A (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | 水準器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0427816A true JPH0427816A (ja) | 1992-01-30 |
Family
ID=15095385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13303990A Pending JPH0427816A (ja) | 1990-05-23 | 1990-05-23 | 水準器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0427816A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2734451C1 (ru) * | 2020-02-11 | 2020-10-16 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Устройство для измерения углов наклона поверхности |
-
1990
- 1990-05-23 JP JP13303990A patent/JPH0427816A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2734451C1 (ru) * | 2020-02-11 | 2020-10-16 | Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) | Устройство для измерения углов наклона поверхности |
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