JPH04505658A - 水平面を決定するための装置 - 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】 発明の名称 水平面を決定するための装置 発明の分野 本発明は、平面、特に土木建設工事で必要とされるような水平面（これのみに限 定されない）を決定するための装置に関するものである。

発明の背景 ある位置の相対的高さを知る必要性は、特に建設工事ではきわめて一般的である 。この必要性には、水準器および箱尺を用いることにより、また場合によっては レーザー水準器および箱尺に設けたセンサーによって対応するのが普通である。

これらの方法は効果的ではあるが、水準器の場合、水準器に１名と、目盛り付き 箱尺のところに１名の合計２名の要員が必要である。

レーザー水準器は水平面を形成するためにビームを利用し、１名で操作できるが 、きわめて高価である。

本発明の目的は、必要な高さの差を１名で容易に決定できるようにする、簡単で 安価な装置を提供することである。

本発明の構想は、相互に直角をなす１対の垂直なミラーなど、相互に直角をなす １対の垂直な反射面、または直角プリズムは、光源が反射面の上方または下方で はなく、約９０°の視野から外れていなければ、光を光源に反射するということ である。

ミラーに水平なマークをほどこしておくと、そのマークのある水平面は、観測者 の目の反射がマークと一致するまで観測者の目を上下に動かすことによってみつ けることができる。この原理は、例えば、オーストラリア特許ＮＩＩＬ　５９９ ．８８１（６７０９２／８１）などで、既に知られており、同特許では、反射光 をミラーのマークに合わせるのに役立つよう、望遠鏡が用いられている。

しかし、上記の特許で説明されている装置は、その実用化を困難にするような多 くの欠陥を有している。

それらの欠陥の１つは、観測者の目の反射または望遠鏡が見えにくいことが多い ということである。その理由の１つは、ミラーを含む垂直面近（の視野限界に近 づくにつれて、観測者の望遠鏡の反射像が狭（なるからである。望遠鏡の反射像 の幅は、この限界に近づ（につれてゼロに近づく。第２の理由は、近隣の壁面な どの望ましくない反射光がミラーに現れて、希望する反射を見えにく（すること である。観測者とその望遠鏡が柔らかな光の中にあり、壁面やその他の物に明る い光が当たっているような場合には、この状態はいっそう甚だしくなる。

第２の問題は、支持ボール・ジヨイントおよびフレームの不均一な熱膨張によっ て垂直方向の整合が乱されてしまうため、ミラーを正確な垂直面に維持すること が困難であるという点である。観測者は通常、ミラーのところではなく、箱尺の ところにおり、従って、水準測量の誤りに気づかないこともあるので、この問題 点は特に重要である。

本発明は、上述したような問題点を解消し、もしくは大幅番千軽減するものであ る。

第１に、必要な反射を見ることの困難さは、観測者の場所で明るい光源を使用す ることによって軽減される。この光は、観測者の目の位置の垂直上方または垂直 下方の位置とされる。観測者は、ミラーの中に光の反射が見えるようになるまで 、目を上下に動かす。この時のミラーを通る水平面は、光と観測者の目との中点 にある。

光を使用する利点は、光の反射と観測者の目のなす角度がきわめて小さい場合に も、光の反射を容易に見ることができるという点である。これによって、ご（小 形のミラーまたはプリズムを使用することができ、代表的な寸法は、高さ１また は２　＋ｎｍ、輻１０または２０ｍｍである。光の垂直開口も小さい場合、例え ば２または４　ｍｍである場合は、１　ｍｍ程度の高さの差を検出することがで きるが、これは、はとんどの建設工事ではむしろ広いとされる差である。

小形のミラーまたは小形のプリズムを使用することができることは、経済的であ るばかりでなく、それを垂直面内に保つための自動水準装置の使用を容易にする 。

光を見ることの容易さは、背景の暗さに依存する。

反射光を見やすくするために、色が濃く、容器の外側が日光の直射を受けないよ うに、まわりに羽根を有するハウジングの中にミラーを入れてもよい。各１対の 羽根は、観測者がブラック・ボックスの内部を覗いて見えるような明暗の強い部 分を作り出すように働く。また、羽根は、内部を低温に保つ役割も果たす。

全体としての効果は、ハウジングが観測者にはきわめて暗い物体に見えるという ことである。かくして、観測者が視野の限界に近づいた場合にも、内部からの反 射光を容易に見ることができる。ハウジングのもう１つの機能は、観測者の位置 では、所望の反射または投射光と間違いやすい明るく光る近隣の壁面などの望ま しくない反射光を遮断するという機能である。反射光を見えやすくするためのも う１つの対策は、光源のすぐそばをとりまき、ミラーに面する濃い色の部分を設 けることである。

克服するべき第２の問題点は、時間の経過にともなう熱膨張とは関係な（、ミラ ーを正確に垂直面に保つことである。

本発明の１つの実施態様においては、妥当な時間内に停止させる減衰機構を有す る振子にミラーを取り付けることによって、この問題を克服することができる振 子は、回転することなく任意の方向に自由に揺動できるようにする糸、テープま たは同様のもので吊り下げればよい。

上述した特許の装置における第３の問題点は、観測者の目を水準器と同じ高さに しなければならないこと、従って傾斜地では具合が悪いという点である。この問 題点は、本発明の１つの実施態様では、下記の方法によって克服されている。

反射光、即ち所望の水平面を発見するために、観測者が目を箱尺に沿って上下さ せなければならないのに対して、観測者が自分の目を適当な高さに保ち、ミラー 装置で光源の反射が見えるようになるまで光源を上下させればよい。

この操作の基礎をなす原理は、光と目が垂直方向に分離されている場合、ミラー を垂直に通る水平線は、常に光と目の間の中点にあるということである。中点に 対応する箱尺上の目盛りを、この目的のための専用スケールを用いて直接読みと ることができる。

発明の要旨 本発明によれば、相対的高さを決定するための平面を決定するための、下記のも のからなる装置が提供される。相互に直角をなす１対の垂直な反射面を備えた静 止した開口付きハウジング部、および箱尺。前記箱尺は、前記ハウジング部から 照準距離だけ離れた位置に設けられ、光源および観測照尺部が組み込まれている 。観測照尺部によって、前記１対の反射面中の反射光を観察することによって、 所望の平面を発見することができる。

本発明およびその実施方法がいっそう完全に理解されるよう、図面に示した本発 明の実施態様を説明する図面の説明 第１図は、本発明の１つの実施態様のミラー・ハウジングの一部断面による側面 の立面図である。

第２図は、第１図の線２−２で切断した一部断面平面図である。

第３図は、１対のミラーからの光の反射を示す直角に取り付けられたミラー反射 装置の平面図である。

第４図は、本発明の操作モードを示す側面立面図である。

第５図は、第４図の箱尺をミラー・ハウジングに向けた場合を示す端面の立面図 である。

第６図は、斜面上で本発明を使用する場合を示す概略立面図である。

第７図は、修正サスペンション・システムを備えた反射装置としてプリズムを使 用する場合を示す、第１図と同様の一部断面の側面立面図である。

第８図は、第７図の線８−８で切断した一部断面平面図である。

第９図は、第７図および第８図の実施態様のプリズムを、その対称軸で切断した 側面立面図である。

第１０図は、視野３６０°を有するミラーまたはプリズムのハウジングの概略平 面図である。

望ましい実施態様の説明 反射面として直角をなす１対のミラー５を使用した本発明の１実施態様を示す第 １図〜第６図において、ミラー５は以下の説明ではミラー・ペア６と称する。

ミラー・ペア６はハウジングまたは容器７内に取り付けられており、ハウジング または容器７は円形であることが望ましいが、円形に限られるものではない。ハ ウジング７は開口８を有し、開口８は、ミラー５の互角で範囲を限られたほぼ直 角の視野の限界を形成している。羽枝９、および垂直のリブ１０が設けられてい て、ハウジング７の外部を直射日光からさえぎり、従って、ハウジングが観測者 には暗い物体に見えるようにしている。羽枝９および垂直リブ１０は、ハウジン グを低温に保つ機能も果たしている。羽枝９および容器の内側ならびに外側の色 彩は濃（し、できればつや消しの黒とすることが望ましい。

第２図において、観測者の目は１１で示されており、平面図において、箱尺１４ 上に滑動可能に取り付けられた取付具１３によって支持された光源１２と一致し ている。光源１２は、常に、取付具１３上の接眼部１５の垂直上方または垂直下 方にある。光は半径１６に沿って進み、観測者の目が正しい高さにあれば、観測 者の目に直接反射される。

通路１７は反射力が強いおそれのある壁面１８からの望ましくない反射光が生じ た場合の通路を示したものである。壁面１８からの反射光は、ハウジング７によ って阻止しないと、観測者を混乱させることとなる。ハウジング７内への風、は こり、および水の侵入は、ガラス窓１９によって防止される。

第１図は、ミラー・ペアの実施態様を立面図で示したものである。ミラー・ペア ６は、振子装置２０に取り付けられている。振子２０は点２１で回転する。点２ １において、振子２０は支持２２に取り付けられ、支持２２はハウジング７に取 り付けられている。振子支持システムは、２本もしくはそれ以上の糸２３のグル ープからなっており、各基２３は、上端と下端が板または円板２４に取り付けら れている。糸の各グループは、その下のグループに対して垂直な垂直面内にある 。振子２０は、少なくとも２つのグループの糸で、その垂直軸を中心として回転 することなく、任意の平面内で振子として自由に揺動する。

振子の代わりに他の旋回装置を用いることもできるが、図示した装置が特に有利 であるのは、ハウジング７が垂直状態から大幅に外れている場合にも、任意の垂 直面内で効果的に動作するという点である。これによって、ハウジングは、はぼ 垂直となるように、支持ボール・ジヨイント上に操作員が取り付けることができ 、こうすることによって、他の機構のように、その操作範囲内に自動機構を入れ るために、ハウジング７の下側に１組のフットスクリューを設ける必要を避ける ことができる。

振子を妥当な時間内に休止させるためには減衰が必要である。これは、電磁減衰 装置を用いて行われる。

磁石２７の磁界内で移動する非磁性金属板２６によって、金属板２６内に電流が 流れ、それによって振子の動きとは逆方向の磁界が発生する。

窓１９は垂直方向に対しである角度をなし、図示されているように前方に、もし くは後方に傾動して、そこからの望ましくない反射を、２８で示す容器の内部に 吸収させる。２つの半径１６（第１図）は、光源１２からミラー・ペア６を経て 観測者の目の方に向かっている光線を示す。

振子２０がミラー・ペアの両方のミラーと共に正確に垂直に休止するためには、 振子の重心を変化させることができることが必要である。これは、相互に垂直に 設定された２個の調節ねじ４６によって達成される。

上述した先行技術特許に示されている液面レベルとは異なり、自己水準測定装置 を用いることによって得られる改良された利点は、装置各部の不均一な熱膨張に よって、ミラーが垂直方向から外れるように傾動することがはるかに小さいと考 えられる点である。本発明においては、振子およびミラー装置といった重要部分 の不均一な膨張は、それらをハウジング内に収容することによって、さらに小さ くされる。

本発明のこの実施態様を使用する場合、２つの操作モードがある。第４図は、通 常の操作モードを示す側面の立面図であり、第５図は、ミラ一部分６に面する端 面の立面図である。箱尺１４には取付具１３が取り付けられており、上下に可動 となっている。取付具１３は、光源１２および接眼部１５を支持しており、これ らにはいずれも光学手段を設けてもよく、設けな（てもよい。

取付具１３は、観測者がミラ一部６中で光の反射を見るまで、箱尺１４上を上下 する。次いで、取付具の高さを箱尺上の目盛りから読み取る。第２の場所で同じ プロセスを反復すると、２つの場所の間の高さの差は、箱尺上の読みの差と等し くなる。接眼部には、泡を組み入れることができ、目のレベルで用いられている ものと同様、ハウジング７を覗きながら泡が見えるようにする。これによって、 正しいレベルと所望の反射光をみつけるために、取付具を上向きか下向きか、い ずれに移動させるべきかがただちに観測者に知らされることになる。

第６図は、第２の操作モードである斜面上で本発明を使用する場合を示したもの である。この場合、接眼部１５は取付具１３から取り外され、光が箱尺上を上下 に移動するにつれて、観測者にとって便利な高さ、第６図では１．５ｍ、にとど まる。図には、スタッフの２つの異なる場所が示されている。各場合について、 ミラ一部６から水平線が光源１２と接眼部１５の間の中点に位置する。

参照番号２９の縦に並んだ数字は、箱尺上の目盛りの普通の組合わせを示す。各 場合について、光源の位置と接眼部の位置をこの目盛りで読み取り、その平均を とることによって、所望の読みをめることができる。しかし、これでは不便であ る。２つの読みの平均をとるという手数を省（ために、上記の代わりとなる組の 目盛り３１が提供される。これらは、接眼部における読みが、代替目盛りでも通 常の目盛りでも同じになるように配置されており、代替目盛り上の１ｍは、あた かも１７２ｍであるかのように設けられている。即ち、代替目盛りは２倍に拡大 されている。

代替スケール上の光源１２の位置を読み取ることによって、所望の読みをめるこ とができる。第６図から、各箱尺上の光源１２の位置の読みが、通常の組合せの 目盛り上で光源の読みと接眼部の読みを平均することによって得られるものと同 一であることが分かる。

第７図、第８図および第９図は、光反射装置とじて直角のプリズム３２を用いた 本発明の他の実施態様を示したものである。プリズム３２は、直角をなす反射面 を提供するために、銀塗装もしくはコーティングをほどこすのが適当である。

プリズム３２は、ハウジング７内にある容器３４の上部から吊り下げられた振子 ３３の上端上に位置しており、容器３４は、風やほこりからプリズム３２、振子 およびおのサスペンションを保護する機能を果たし、ハウジング７は、上述した 実施態様の場合と同様、光源工２の反射光を見る時の暗い背景を提供し、壁面１ ８などの明る（照らされた物体からの望ましくない反射光を遮断するための背景 を提供することを主たる機能としているこの実施態様においては、ハウジング７ は開口部３５を有し、′内部の容器３４は光を進入させる窓３６を有している。

振子３３は、容器３４内で水平自在継手３７から吊り下げられており、この水平 自在継手３７は円板または板３８を支持しており、そこから可撓なテープ３９が 吊り下げられている。各レベルにおいて、振子がテープ３９等の平面に対して垂 直な平面中で揺動できるように、いずれも垂直面内に収まるようにすることを条 件として、１本、２本またはそれ以上のテープ、メンプレインまたは可撓な糸ま たはワイヤまたは同様のものを使用することができる。

テープ３９は円板または板４０を支持し、円板または板４０から、別の組のテー プまたは同様のもの４１が吊り下げられており、別の組のテープ４１は、テープ ４１の平面に垂直な平面内で揺動するような振子３３を支持している。かくして 、振子３３は、その垂直軸を中心として回転することなく、任意の平面内で振子 として自由に揺動する。

振子については、これ以外の旋回手段を使用することもできるが、第７図に示し た配置に特有の利点は、容器３４がかなり垂直から外れていても、任意の垂直面 内で有効に動作するという点である。これによって、ハウジング７は、記述した 実施態様の場合と同様、操作点が１１ぼ垂直になるようにそれを支持ボール・ジ ヨイント２５上に取り付けることができ、従って、他の機構の場合のように、自 動機構を動作範囲に入れるために、ハウジング７の下側に１組のフットスクリュ ーを設ける必要はない。

減衰は、磁石４３の磁界中を移動する非磁性金属板４２を使用することによって 行われる。これによって、板４２中に電流が流れて、振子の動きとは逆方向の磁 界が発生する。

窓３６は、垂直方向とある角度をなして、図示するように前方に、もしくは後方 に傾動して、そこからの望ましくない反射光が、４４で示されるように、ハウジ ング７の内部によって吸収されるようにする。半径４５は、光源１２からプリズ ム３２へ、また逆に光源へと進行する光線を表している。

振子がプリズム３２の鏡面と正確に垂直に休止するようにするためには、振子の 重心を変化させるか、もしくは、吊下げ点またはプリズムと振子軸との同の角度 を変化させることができることが必要である。鏡面の必要な垂直度は、相互に垂 直に設定された隣接する２個のねじ４６によって達成される。これによって、振 子の重心が変化する。

本発明のこの実施態様を使用する場合の操作モードは、上述した実施態様で説明 したモードと同様である第９図は、対称軸で切断したプリズム３２の立面図であ る。説明を簡単にするために、前記の説明は、２つの反射面が相互に直角をなす 垂直面を有するプリズムについて行った。上述した実施態様の場合のようにミラ ーを使用すれば、この前提は正しいが、１個のプリズムを用いる場合は、プリズ ム３２の前面の表面４７からの望ましくない反射光を除去することが必要となろ うこれは、プリズムの表面を小さな角度だけ、図示したように下方に（または上 方に）傾けることによって達成される。視野内の明るく輝いている物体（日光を 反射している自動車の風防ガラスなど）からの望ましくない反射光４８は、ハウ ジング７の内面によって吸収される。

水平光線４９は、半径５０によって示されるように屈折することになるから、２ 個の鏡面が出会う場所のエツジ５１が半径５０に対して垂直となり、従って鏡面 の平面がわずかに垂直面から外れるように、プリズムを傾動させることが必要で ある。

第１Ｏ図は、３６０°の視野を提供するようにした本発明の配置の平面図である （ただし、観測者はそこから数メートル以上離れることになる）。

この実施態様の外側ハウジングは、多数の内部容器３４を有しており、各容器３ ４はそれぞれ直角をなす１対のミラーまたはプリズムと振子装置を有し、これら は測音は数メートル離れる。

この信奉発明は、電磁放射線、例えば赤外線の線源を光麺として使用することも 想定している。これによって、目を使用する代わりにビームを検知するためのセ ンサーを使用することができ、これは、ある種の状況では有利となるものと考え られる。

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Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．相対的高さを求めるための平面を決定するための装置であって、相互に直角 をなす１対の垂直反射面を収めた静止した開口付きハウジング部、および、前記 ハウジング部から照準距離だけ離れた位置に設けるのに適しており、且つ、光源 および観測照尺部を粗み込んだ箱尺を粗み合わせたものからなり、これによって 、前記の対の反射面中の反射光を観察することによって、所望の平面が発見され るようにしたことを特徴とする装置。
2. ２．前記光源および前記観測照尺部が、箱尺上を滑動可能な取付具に取り付けら れていることを特徴とする、請求の範囲１に記載の装置。
3. ３．前記光源が前記箱尺上を滑動可能な取付具に取り付けられており、前記観測 照尺部が前記箱尺上の固定位置に設けられていることを特徴とする、請求の範囲 １に記載の装置。
4. ４．前記１対の反射面が、相互に直角をなして接合された１対のミラーからなる ことを特徴とする、請求の範囲１から３の何れか１つに記載の装置。
5. ５．前記１対の反射面が、相互に直角をなす２個の反射面を実現するために適当 な被覆をほどこした直角プリズムからなることを特徴とする、請求の範囲１から ３の何れか１つに記載の装置。
6. ６．プリズムの前面および反射面の平面が、前からの望ましくない反射光および プリズム内の光線の反射を除去するために、わずかに垂直面から外れていること を特徴とする、請求の範囲５に記載の装置。
7. ７．前記観測照尺部が接眼部からなることを特徴とする、請求の範囲１から６の 何れか１つに記載の装置。
8. ８．前記ケーシング部内の自己水準測定振子上に、垂直もしくは垂直に近い反射 面が取り付けられていることを特徴とする、請求の範囲１から７の何れか１つに 記載の装置。
9. ９．振子が円板の間に取り付けられた２個もしくはそれ以上のグループのテープ または糸のシステムによってハウジング部内で支持されており、前記システム内 では、各グループが隣接するグループに垂直な垂直平面中の前記円板上に設けら れていることを特徴とする、請求の範囲８に記載の装置。
10. １０．前記ハウジング中の振子の下方に、電磁減衰手段が設けられていることを 特徴とする、請求の範囲８または９に記載の装置。
11. １１．決定するべき平面が水平面であることを特徴とする、請求の範囲１から１ ０の何れか１つに記載の装置。
12. １２．決定するべき平面が水平方向に対して角度をなしていることを特徴とする 、請求の範囲１から９の何れか１つに記載の装置。
13. １３．相対的高さを求めるための平面を決定するための装置で使用するための開 口付きハウジング部であって、相互に直角をなす１体をなす対の垂直反射面を備 えており、前記反射面が自己水準測定振子上に取り付けられていることを特徴と するハウジング部。
14. １４．相対的高さを求めるための平面を決定するための装置で使用するための箱 尺であって、その上で滑動可能な取付具、光源および垂直に間隔をあけて取付具 上に設けられた接眼部を有し、前記箱尺は１組の目盛りを備えていることを特徴 とする箱尺。
15. １５．前記箱尺は、各日盛り間隔が指示された目盛りの２倍の大きさを有するよ う、２倍に拡大されていることを特徴とする、請求項１４に記載の箱尺。
16. １６．相対的高さを求めるための平面を決定するための装置であって、相互に直 角をなす垂直な１対の反射面を備えた静止した開口付きハウジング部と、前記ハ ウジング部から距離をあけて配置され、且つ、電磁放射線源と、前記反射面から の反射エネルギー・ビームを検知することのできるセンサーを組み込んだ箱尺の 組合せからなることを特徴とする装置。