JPH07208986A

JPH07208986A - 傾斜角測定装置

Info

Publication number: JPH07208986A
Application number: JP6016993A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Morishita; 昭彦森下
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-01-17
Filing date: 1994-01-17
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】簡素な回路構成を有し且つ誤情報の検出が可
能な傾斜角測定装置を提供すること。【構成】本発明の傾斜角測定装置において、受光手段
はラインセンサを有し、前記ラインセンサは前記ライン
センサ自身に入射した基準光束および測定用光束から基
準光束受光信号および測定用光束受光信号を出力し、処
理手段は、前記ラインセンサを駆動する駆動用クロック
の周波数以上の周波数を有する第１のクロックを前記基
準光束受光信号の発生期間および前記測定用光束受光信
号の発生期間に発生する第１クロック手段と、前記第１
のクロックの２倍の周波数を有する第２のクロックを前
記基準光束受光信号および前記測定用光束受光信号のい
ずれか一方の終わりから前記基準光束受光信号および前
記測定用光束受光信号のいずれか他方の始まりまでの期
間に発生する第２クロック手段と、前記基準光束受光信
号の中心位置から前記測定用光束受光信号の中心位置ま
での期間を計測するための前記第１のクロックおよび前
記第２のクロックを連続して計数する第１カウンタ手段
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は傾斜角測定装置に関し、
さらに詳細には重力方向に対する傾斜角を測定する装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】特公平３−４５３２２号公報に開示され
ているように、従来の傾斜角測定装置では、装置が水平
の状態において、ＬＥＤのような光源より射出した光束
（以下、「基準光束」という）が装置内の液面で反射し
た光束はＣＣＤラインセンサのような受光素子上の基準
位置Ａに集光する。一方、装置が傾斜した状態では、液
面は水平状態を維持するが、ＬＥＤ、ＣＣＤラインセン
サ等の装置構成要素も一体的に傾斜するので、上記液面
での反射光束（以下、「測定用光束」という）はＣＣＤ
ラインセンサ上において上記基準位置とは異なる位置Ｂ
に集光する。装置の傾斜角、すなわち重力方向に対する
傾斜角は、上記基準位置Ａと検出位置Ｂとの偏差に基づ
いて算出される。

【０００３】ＬＥＤより射出される光束は、ＬＥＤと液
面との間に介在するスリット板により所定の形状に整形
されＣＣＤラインセンサ上に投影される。この投影光束
の投影像とＣＣＤラインセンサとが所定の角度で交差す
るように配置し、ＣＣＤラインセンサの駆動周波数以上
のクロックを用い、上記投影像の位置までのクロックの
計数を行ってＣＣＤラインセンサの画素ピッチ以下の分
解能で位置検出を行う傾斜角測定装置が知られている
（たとえば、特開昭５８−５３７０４号公報）。また、
特開平５−２５６６４７号公報には、光路中に設けたハ
ーフミラーのような手段を用いて射出光束を分割し、傾
斜状態に依存することなく基準位置Ａに集光する基準光
束と傾斜状態に依存して集光する位置が変動する測定用
光束とを同時に受光する装置が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、たとえ
ばＬ字型のスリット光束を使用する場合、測定用光束が
ＣＣＤラインセンサ上に集光する位置が２か所、基準光
束が集光する基準位置が２か所で、ＣＣＤラインセンサ
上に集光される光束数は合計４つとなる。上述のような
従来の傾斜角測定装置では、このようなＣＣＤラインセ
ンサ上に集光される光束数の増大に伴い、ＣＣＤライン
センサの出力を処理する電気処理回路系が増加するとい
う不都合があった。

【０００５】また、装置の傾斜角が増大した場合、測定
用光束がＣＣＤラインセンサ上に集光する位置と基準光
束が集光する基準位置との位置関係が許容範囲を逸脱し
て大幅に変動し、誤った傾斜角を測定値として出力する
ことがある。しかしながら、従来の傾斜角測定装置で
は、このような誤情報を検出することができないという
不都合があった。本発明は、前述の課題に鑑みてなされ
たものであり、簡素な回路構成を有し且つ誤情報の検出
が可能な傾斜角測定装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、ほぼ平行な光束を投光するため
の投光手段と、前記光束を自由液面に入射する測定用光
束と前記自由液面に入射しない基準光束とに分割するた
めの分割手段と、前記基準光束および前記測定用光束を
集光し受光するための受光手段と、前記受光手段の出力
に基づいて傾斜角を算出するための処理手段とを備え、
前記基準光束が傾斜状態に依存することなく前記受光手
段上に集光する基準位置と、前記測定用光束が傾斜状態
に依存して前記受光手段上に集光する位置との間隔に基
づいて傾斜角を測定する装置において、前記受光手段は
ラインセンサを有し、前記ラインセンサは前記ラインセ
ンサ自身に入射した前記基準光束および前記測定用光束
から基準光束受光信号および測定用光束受光信号を出力
し、前記処理手段は、前記ラインセンサを駆動する駆動
用クロックの周波数以上の周波数を有する第１のクロッ
クを前記基準光束受光信号の発生期間および前記測定用
光束受光信号の発生期間に発生する第１クロック手段
と、前記第１のクロックの２倍の周波数を有する第２の
クロックを前記基準光束受光信号および前記測定用光束
受光信号のいずれか一方の終わりから前記基準光束受光
信号および前記測定用光束受光信号のいずれか他方の始
まりまでの期間に発生する第２クロック手段と、前記基
準光束受光信号の中心位置から前記測定用光束受光信号
の中心位置までの期間を計測するための前記第１のクロ
ックおよび前記第２のクロックを連続して計数する第１
カウンタ手段とを備えていることを特徴とする傾斜角測
定装置を提供する。

【０００７】また、本発明の好ましい態様によれば、前
記処理手段は、前記ラインセンサから出力された出力信
号の所定の位置に基準信号を付与する手段と、前記第１
のクロックの２倍の周波数を有する第３のクロックを前
記基準光束受光信号および前記測定用光束受光信号のい
ずれか一方の終わりから前記基準信号の始まりまで、ま
たは前記基準信号の終わりから前記基準光束受光信号お
よび前記測定用光束受光信号のいずれか一方の始まりま
での期間に発生する第３クロック手段と、前記基準光束
受光信号の中心位置および前記測定用光束受光信号の中
心位置のいずれか一方から前記基準信号までの期間を計
測するための前記第１のクロックおよび前記第３のクロ
ックを連続して計数する第２カウンタ手段とを備えてい
る。

【０００８】さらに、本発明の好ましい態様によれば、
前記処理手段は、前記基準光束受光信号および前記測定
用光束受光信号のいずれか一方の信号のピーク値を検出
し、前記信号のピーク値と所定の値との偏差に基づい
て、前記投光される光束の強度がほぼ一定に維持される
ように前記投光手段を制御するための光量制御手段を備
えている。

【０００９】

【作用】本発明では、基準光束および測定用光束の位置
検出用計数カウンタを兼用する構成とし、基準光束受光
信号の発生期間および測定用光束受光信号の発生期間に
は第１クロックを、基準光束受光信号および測定用光束
受光信号の一方から基準光束受光信号および測定用光束
受光信号の他方までの期間には第１のクロックの２倍の
周波数を有する第２のクロックを発生させる。このよう
に、位置検出用計数クロックの周波数を切り換え、２つ
のクロックを連続的に計数することによって、基準光束
受光信号の中心位置から測定用光束受光信号の中心位置
までの期間を計測する。すなわち、基準光束と測定用光
束との間のピーク位置間隔を求める。このように、基準
光束および測定用光束の位置検出用計数カウンタを兼用
することにより、Ｌ字型光束を使用しているにもかかわ
らず回路の簡素化が達成される。

【００１０】また、ＣＣＤラインセンサ出力に基準信号
を加え、ＣＣＤラインセンサへの第１入力光束（基準光
束受光信号および前記測定用光束受光信号のいずれか一
方）の終わりからこの基準信号の始まりまでの位置と、
基準信号の始まりからＣＣＤラインセンサへの最終入力
光束（基準光束受光信号および前記測定用光束受光信号
のいずれか一方）の終わりまでの位置を監視する構成と
している。これによって、測定用光束と基準光束との位
置関係が許容範囲を逸脱して大幅に変動したことを検知
し、誤った傾斜角を測定値として出力することを回避し
て、いわゆる誤情報の検出を可能にしている。

【００１１】さらに、ＣＣＤラインセンサ出力内のうち
基準光束受光信号および前記測定用光束受光信号のいず
れか一方の信号、たとえば第１入力光束による信号波形
のみを抽出し、このピーク値を処理する構成を採用して
いる。この構成により、傾斜角の測定中において光源の
出力変動を補正し、射出光量を一定に制御することがで
きる。したがって、基準光束および測定用光束の光束幅
の変動が回避され、測定精度が向上する。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の実施例にかかる傾斜角測定装置
の構成を模式的に説明する図である。図示の装置は、た
とえばＬＥＤのような光源２１を備えている。ＬＥＤ２
１を射出した光束Ｌは、スリット板２２および光学系
（たとえばコンデンサレンズ）２３を介してハーフミラ
ー２９で反射される光束Ｌ１と透過する光束Ｌ２とに分
割される。ハーフミラー２９を透過した光束Ｌ２は、装
置内に収容された液体２７の上面２８で反射する。ハー
フミラー２９で反射した光束Ｌ１および自由液面２８で
反射した光束Ｌ２は、光学系２３′を介してたとえばＣ
ＣＤラインセンサのような受光素子２４上に集光する。

【００１３】装置が水平状態にある場合、図中実線で示
すように液面２８はハーフミラー２９の下面と平行であ
る。したがって、ハーフミラー２９で反射した光束Ｌ１
および液面２８で反射した光束Ｌ２は互いに平行に光学
系２３′に入射し、光束Ｌ１はＣＣＤラインセンサ２４
上の基準位置Ａに、光束Ｌ２はＣＣＤラインセンサ２４
上の位置Ｂに集光する。

【００１４】一方、装置が傾斜状態にある場合、図中破
線で示すように液面２８とハーフミラー２９の下面との
平行関係は崩れる。換言すれば、液面２８だけが水平状
態を維持し、すべての構成要素は一体的に傾斜状態にな
る。このため、ハーフミラー２９で反射した光束Ｌ１は
傾斜状態に依存することなくＣＣＤラインセンサ２４上
の基準位置Ａに集光するが、液面２８で反射した光束Ｌ
３（図中、破線で示す）はＣＣＤラインセンサ２４上の
位置Ｃに集光する。このように、集光位置が装置の傾斜
状態の依存しない光束Ｌ１は基準光束であり、装置の傾
斜状態に依存して集光位置の異なる光束Ｌ２およびＬ３
は測定用光束である。

【００１５】図２は、図１の受光素子と投影像との位置
関係を示す図である。図示のように、スリット板２２
は、投影像がＬ字型スリット形状になるように構成され
ている。基準光束Ｌ１の投影像２５および測定用光束Ｌ
３の投影像２６において、Ｌ字形の各辺の方向は水平面
における直交座標系の２つの方向ＸおよびＹにそれぞれ
平行である。受光素子であるＣＣＤラインセンサ２４
は、上記Ｌ字形の各辺と４５°をなすように配置されて
いる。こうして、基準光束Ｌ１の投影像２５および測定
用光束Ｌ３の投影像２６は、ＣＣＤラインセンサ２４と
それぞれ２つの点において交差する。

【００１６】なお、ＣＣＤラインセンサ２４のスタート
エレメント（図中、左下のエレメント）側から順に、基
準光束１、測定用光束１、測定用光束２および基準光束
２がＣＣＤラインセンサ２４に入力されるようになって
いる。したがって、基準光束１の入力中心位置Ａ１と測
定用光束１の入力中心位置Ｂ１との間隔に基づいてＸ方
向の傾斜角が、測定用光束２の入力中心位置Ｂ２と基準
光束２の入力中心位置Ａ２との間隔に基づいてＹ方向の
傾斜角が、電気処理回路（図３参照）において算出され
る。

【００１７】図３は、図１の受光素子の出力を処理する
電気処理回路の内部構成を示す図である。図３におい
て、ＣＣＤラインセンサ２、ＬＥＤ１１および光学系１
２は、図１のＣＣＤラインセンサ２４、ＬＥＤ２１およ
び光学系（２２、２３、２３′等）に対応している。図
示の電気処理回路は、ＣＣＤラインセンサ２を駆動開始
するためのスタートパルスを出力するための発信器１を
備えている。この発信器１が出力するスタートパルスお
よび引き続き印加されるクロックパルスにしたがって、
ＣＣＤラインセンサ２が駆動される。

【００１８】ＣＣＤラインセンサ２の出力は、アナログ
処理回路４の入力に接続されている。アナログ処理回路
４は、図５に示すように、アンプ１４とローパスフィル
タ１５とにより構成され、入力されたラインセンサ信号
を滑らかなアナログ信号に変換する。アナログ処理回路
４の出力は、波形整形回路５の入力および光量補正部１
０の入力に接続されている。また、光量補正部１０の出
力はＬＥＤ１１の入力に接続されている。

【００１９】波形整形回路５では、入力されたアナログ
信号を矩形波信号に変換する。一方、光量補正部１０で
は、アナログ処理回路４および波形整形回路５から入力
された信号に基づいてＬＥＤ１１が射出する光束の強度
を検知し、この強度が一定に維持されるようにＬＥＤ１
１の電流を制御する。

【００２０】図６は、光量補正部１０の内部構成を示す
図である。図示のように、光量補正部１０は、アナログ
処理回路４から入力されたアナログ信号および波形整形
回路５から入力された矩形波信号を受けて、第１入力矩
形波に同期したアナログ信号のみを抽出する波形抽出部
２０を備えている。波形抽出部２０の出力は、ピークホ
ールド回路１９およびサンプルホールド回路１８を介し
てＬＥＤ制御部１７の入力に接続されている。ピークホ
ールド回路１９およびサンプルホールド回路１８では、
波形抽出部２０で抽出したアナログ信号から、ＬＥＤ１
１の射出光束の強度に比例する電圧値を求める。ＬＥＤ
制御部１７ではこの電圧値にもとづいて、ＬＥＤ電流を
適宜制御しＣＣＤラインセンサ２上に集光される光束の
強度を一定に保持する。

【００２１】波形整形回路５の出力は、カウンタ回路
６、カウンタ回路７およびカウンタ回路８の入力に接続
されている。一方、発信器１の出力はタイミング発生回
路３の入力にそれぞれ接続され、タイミング発生回路の
出力は、アナログ処理回路４、カウンタ回路７およびカ
ウンタ回路８の入力に接続されている。タイミング発生
回路３は、発信器１から入力されたスタートパルスを受
けて２つのパルスを有するタイミング信号を発生する。
タイミング信号は、アナログ処理回路４、カウンタ回路
７およびカウンタ回路８に送られる。カウンタ回路７で
は、波形整形回路５が出力する矩形波信号およびタイミ
ング発生回路３が出力するタイミング信号を受けて、基
準光束の入力位置と測定用光束の入力位置との間隔の計
数を行う。

【００２２】また、カウンタ回路８では、波形整形回路
５が出力する矩形波信号およびタイミング発生回路３が
出力するタイミング信号を受けて、測定用光束の入力位
置がが所定の許容範囲内にあるか否かを検出する。一
方、カウンタ回路６では、波形整形回路５が出力する矩
形波信号を受けて、ＣＣＤラインセンサ２に入力する光
束の数を計数し、誤情報を検出する。カウンタ回路６、
カウンタ回路７およびカウンタ回路８の出力は処理回路
９の入力に接続されている。処理回路９では、各カウン
タ回路の信号および計数値を総合処理して傾斜角を算出
し、表示部（不図示）に算出した測定値として表示す
る。

【００２３】図４は、図３の電気処理回路のタイミング
チャートを示す図である。図３および図４を参照して、
受光素子の出力の処理動作を説明する。発信器１はＣＣ
Ｄラインセンサ２を駆動開始するためのスタートパルス
を出力する。このスタートパルスが印加された時点ｔ０
から引き続き印加されるクロックパルスにしたがって、
ＣＣＤラインセンサ２の各エレメントが順次駆動され
る。ＣＣＤラインセンサ２は、各エレメントに入射する
光量に比例した信号をパルス列として次段のアナログ処
理回路４に出力する。アナログ処理回路４は、入力され
たパルス列による階段波形形状のラインセンサ信号を、
増幅・スプライン化して滑らかなアナログ信号に変換す
る（図５参照）。

【００２４】アナログ処理回路４の出力アナログ信号
は、次段の波形整形回路５に入力される。波形整形回路
５では、入力されたアナログ信号と予め設定されたスレ
ッショルド電圧ＶＳとを比較し、アナログ信号を矩形波
に変換する。上述したように、通常の傾斜状態（測定用
光束の集光位置が許容範囲内にあるような正常な傾斜状
態）では、ＣＣＤラインセンサ２に入力する光束は、Ｃ
ＣＤラインセンサ２のスタートエレメント側から、基準
光束１、測定用光束１、測定用光束２および基準光束２
の順になる。したがって、アナログ信号にはこの入射光
束の順番にしたがってピークが表れ、波形整形回路５に
入力される。

【００２５】なお、すでに述べたように、測定用光束１
および測定用光束２の位置変動は、それぞれ直交座標系
の各方向の傾斜角に対応しており、各光束の位置変動デ
ータは単独に処理される。換言すれば、基準光束１に対
する測定用光束１の位置変化によりＸ方向の傾斜角を、
基準光束２に対する測定用光束２の位置変化によりＹ方
向の傾斜角を求めることになる。図４を参照すると、ま
ず、基準光束１による信号電圧がＶＳよりも下がるとき
（ｔ１）に矩形波出力はＬになり、基準光束１による信
号電圧がＶＳよりも上がるとき（ｔ２）に矩形波出力は
再びＨになる。同様に、測定用光束１による信号電圧が
ＶＳよりも下がるとき（ｔ３）に矩形波出力はＬにな
り、測定用光束１による信号電圧がＶＳよりも上がると
き（ｔ４）に矩形波出力は再びＨになる。

【００２６】また、測定用光束２による信号電圧がＶＳ
よりも下がるとき（ｔ５）に矩形波出力はＬになり、測
定用光束２による信号電圧がＶＳよりも上がるとき（ｔ
６）に矩形波出力は再びＨになる。同様に、基準光束２
による信号電圧がＶＳよりも下がるとき（ｔ７）に矩形
波出力はＬになり、基準光束２による信号電圧がＶＳよ
りも上がるとき（ｔ８）に矩形波出力は再びＨになる。
各入射光束のＣＣＤラインセンサ２への入力位置は、こ
の矩形波信号のＬで示される。さらに特定すれば、入射
光束による矩形波信号はそのピークを中心として対称と
考えられるので、矩形波信号のＬの時間間隔の中央位置
が入射光束の入力中心位置に対応していることになる。
このように波形整形回路５で生成された矩形波信号は、
カウンタ回路６、カウンタ回路７およびカウンタ回路８
にそれぞれ入力される。

【００２７】一方、スタートパルスはタイミング発生回
路３に入力され、タイミング発生回路３においてＣＣＤ
ラインセンサ２の総エレメントの中央に相当する位置お
よび最終エレメントに相当する位置にパルスを有するタ
イミング信号を発生する。総エレメントの中央に相当す
る位置を中央基準とし、最終エレメントに相当する位置
を終了基準とする。このように２つのパルスを有するタ
イミング信号は、カウンタ回路７およびカウンタ回路８
に送られる。各カウンタ回路７、８において、各入射光
束による矩形波信号および上記タイミング信号の立ち上
がり・立ち下がりをトリガとして、矩形波信号の間隔を
クロックパルスで計数する。

【００２８】図７は、図３のカウンタ回路７における計
数動作を説明する図である。まず、カウンタ回路７にお
いて、基準光束と測定用光束との位置間隔の計数を行
う。ＣＣＤラインセンサ２の分解能（エレメントのピッ
チに相当）以上の分解能を得るために、計数クロックの
周波数として、ＣＣＤラインセンサ２を駆動するクロッ
クパルスの周波数と比較して十分大きい周波数を使用す
る。

【００２９】図７および図８に示すように、基準光束１
による立ち下がりｔ２から測定用光束１による立ち上が
りｔ３までの間隔を周波数ｆのクロックで計数し、基準
光束１の入力状態すなわちｔ１からｔ２までの間隔およ
び測定用光束１の入力状態すなわちｔ３からｔ４までの
間隔をｆ／２の周波数のクロックで計数する。上述の計
数動作は、ｔ１からｔ４の時点まで連続的に行われる。
すなわち、上述の計数動作は、１つのカウンタ回路７に
おいて計数用のクロック周波数を適宜変更して行われ
る。こうして計数されたカウント値は、基準光束１の入
力位置の中心から測定用光束１の入力位置の中心までを
周波数ｆのクロックで計数したカウント値と一致する。

【００３０】なお、図９に示すように、測定用光束１の
入力位置が基準光束１の入力位置よりもＣＣＤラインセ
ンサ２上においてスタートエレメント側（図中左側）に
ある場合、すなわち時間的に測定用光束１の方が早く入
力された場合には、前記計数動作は測定用光束１から基
準光束１まで行われる。一方、図１０に示すように、測
定用光束１がタイミング信号内の中央基準よりも時間的
に遅く入力された場合、計数動作は基準光束１から中央
基準まで行われる。カウンタ回路７は、基準光束１と測
定用光束１との入力中心間隔を計数した後、タイミング
信号内の中央基準のタイミングで計数値Ｃ１を処理回路
９に転送し、内部カウンタをリセットする。

【００３１】次いで、測定用光束２および基準光束２に
ついても同様の計数動作を行う。すなわち、測定用光束
２による立ち上がりｔ６から基準光束２による立ち下が
りｔ７までの間隔を周波数ｆのクロックで、測定用光束
２の入力状態すなわちｔ５からｔ６までの間隔および基
準光束２の入力状態すなわちｔ７からｔ８までの間隔を
ｆ／２の周波数のクロックで連続計数する。カウンタ回
路７は、こうして得られた測定用光束２の入力位置の中
心から基準光束２の入力位置の中心までの間隔に相当す
る計数値Ｃ２を、タイミング信号内の終了基準のタイミ
ングで処理回路９に転送し、内部カウンタをリセットす
る。

【００３２】測定用光束１の入力位置の変動に伴って計
数動作の開始および終了位置が変更するのと同様、測定
用光束２の入力位置の変動に伴って計数動作の開始およ
び終了位置を変更する必要がある。測定用光束２がタイ
ミング信号内の中央基準よりも時間的に早く入力した場
合、計数動作は中央基準から基準光束２まで行う。一
方、ＣＣＤラインセンサ２上において測定用光束２が基
準光束２より遅く入力された場合、前記計数動作は基準
光束２から測定用光束２まで行われる。このように、１
つのカウンタ回路７において、直交座標系の各方向につ
いて基準光束と測定用光束との入力中心位置間隔を測定
することができる。

【００３３】一方、カウンタ回路８では、矩形波信号の
第１番目の入力時間ｔ１からｔ２までを周波数ｆ／２の
クロックで計数し、次いでｔ２からタイミング信号内の
中央基準の立ち下がりｔ９までを周波数ｆのクロックで
計数する。こうして、第１番目に入力した光束の中心か
ら中央基準までの間隔を検知することができる。カウン
タ回路８は、この計数値ＣＫ１を処理回路９に転送した
後、内部データをリセットする。そして引き続き、中央
基準の立ち上がりｔ１０から矩形波信号の第４番目（最
終）の立ち下がりｔ７まで周波数ｆのクロックで計数
し、第４番目の入力時間ｔ７からｔ８までを周波数ｆ／
２のクロックで計数する。こうして、中央基準から第４
番目に入力した光束の中心までの間隔を検知することが
できる。カウンタ回路８は、この計数値ＣＫ２を処理回
路９に転送した後、内部データをリセットする。

【００３４】装置が水平状態すなわち無傾斜状態にある
場合、基準光束１と測定光束１との間隔に対応する計数
値Ｃ１０、および基準光束２と測定光束２との間隔に対
応する計数値Ｃ２０がカウンタ回路７から得られる。ま
た、基準光束１と中央基準との間隔に対応する計数値Ｃ
Ｋ１０、および中央基準と基準光束２との間隔に対応す
る計数値ＣＫ２０がカウンタ回路８から得られる。処理
回路９は、これらの計数値Ｃ１０、Ｃ２０、ＣＫ１０お
よびＣＫ２０を初期値として記憶している。上述したよ
うに、装置の傾斜状態において、カウンタ回路７および
カウンタ回路８は、計数値Ｃ１、Ｃ２、ＣＫ１およびＣ
Ｋ２を出力する。計数値Ｃ１、Ｃ２、ＣＫ１およびＣＫ
２は、初期計数値Ｃ１０、Ｃ２０、ＣＫ１０およびＣＫ
２０に対応している。

【００３５】一方、カウンタ回路６では、スタートパル
スからタイミング信号内の終了基準が発生するまでにお
ける矩形波信号の入力状態（Ｌの状態）の個数を計数す
る。上述したように、正常状態において、ＣＣＤライン
センサ２には２つの基準光束および２つの測定用光束が
入力するので、カウンタ回路６の計数値は４となる。し
たがって、カウンタ回路は、計数値が４以外の数値であ
る場合にはＮＧ信号を、計数値が４以外の数値である場
合にはＯＫ信号を処理回路９に出力する。

【００３６】処理回路９では、各カウンタ回路６乃至８
から得られた情報を総合処理して傾斜角を算出し、表示
部（不図示）に算出した傾斜角を測定値として表示す
る。図１１は、各カウンタ回路からの計数値および信号
の判断フロー図である。図１１を参照して、処理回路９
における動作を説明する。まず、カウンタ回路６から得
られるＮＧ信号またはＯＫ信号に基づいてカウンタ回路
７およびカウンタ回路８から得られる計数値の有効性を
判断する。カウンタ回路６の出力信号がＮＧであればエ
ラー処理１のためのルーチンに進み、出力信号がＯＫで
あれば次段の計数値処理に進む。すなわち、第１の判断
において、ＣＣＤラインセンサ２に入力する光束の数が
正常値の４であるか否かをチェックし、基準光束と測定
光束とが重なる場合または何らかの原因で光束が欠如す
る場合等、異常状態を予め検知して誤情報の出力を回避
する。

【００３７】カウンタ回路６の出力信号がＯＫであれ
ば、カウンタ回路７から入力される計数値ＣＫ１（２）
と初期値ＣＫ１０（２０）とを比較し、ＣＫ１（２）＞
ＣＫ１０（２０）の場合にはエラー処理ルーチンに進
み、ＣＫ１（２）≦ＣＫ１０（２０）の場合には次の計
数値処理に進む。このように、第２の判断において、Ｃ
ＣＤラインセンサ２に入力する基準光束と測定用光束と
の入力順序をチェックする。すなわち、基準光束１より
前に測定用光束１が入射する場合もしくは基準光束２よ
り後に測定用光束２が入力する場合を検出することによ
って、限定された許容入力範囲内に測定用光束が入力し
ているか否かを判断する。

【００３８】この判断動作により、入力する光束の順序
が入れ変わったときに基準光束と測定用光束との間隔が
通常傾斜状態における間隔と同一値を示した場合におい
ても、傾斜状態の正常または異常を判断をすることがで
きる。ＣＣＤラインセンサ２に入力した測定用光束の位
置が許容範囲内にあることを確認すると、カウンタ回路
８から入力される計数値Ｃ１（２）と初期値ＣＫ１０
（２０）とを比較し、Ｃ１（２）≧ＣＫ１０（２０）の
場合にはエラー処理ルーチンに進み、Ｃ１（２）＜ＣＫ
１０（２０）の場合には次の処理に進む。

【００３９】このように、第３の判断において、ＣＣＤ
ラインセンサ２に入力する測定用光束とタイミング信号
内の中央基準との入力順序をチェックする。すなわち、
中央基準より後に測定用光束１が入射する場合もしくは
中央基準より前に測定用光束２が入射する場合を検出す
ることによって、限定された許容入力範囲内に測定用光
束が入力しているか否かを判断する。

【００４０】このように第１乃至第３の判断を経て計数
値が有効である（エラーのない正常状態）と判断する
と、測定計数値Ｃ１、Ｃ２および初期値Ｃ１０、Ｃ２０
に基づいて、Ｘ方向の傾斜角θ１およびＹ方向の傾斜角
θ２をそれぞれ次式（１）および（２）で求めることが
できる。 θ１＝Ｋ１×（Ｃ１０−Ｃ１）（１） θ２＝Ｋ２×（Ｃ２０−Ｃ２）（２）ここで、Ｋ１およびＫ２は、各方向に対する装置に固有
な傾斜係数であり、予め測定され処理部９に記憶されて
いる。

【００４１】図１２は、光量補正部１０の動作を説明す
る図である。光量補正部１０では、アナログ処理回路４
および波形整形回路５から入力された信号に基づいてＬ
ＥＤ１１が射出する光束の強度を検知し、この強度が一
定に維持されるようにＬＥＤ電流を制御する。図６およ
び図１２を参照すると、光量補正部１０の波形抽出部２
０は、アナログ処理回路４から入力されたアナログ信号
および波形整形回路５から入力された矩形波信号を受け
て、第１入力矩形波に同期したアナログ信号のみを抽出
する。

【００４２】波形抽出部２０で抽出されたアナログ信号
は１つのピークのみを有し、次段のピークホールド回路
１９を介しサンプルホールド回路１８に入力される。ピ
ークホールド回路１９およびサンプルホールド回路１８
の作用により、ＬＥＤ１１が射出する光束の強度（厳密
にはＣＣＤラインセンサ２に第１番目に入力する光束の
強度）に依存した電圧値がサンプルホールドされる。Ｌ
ＥＤ制御部１７では、この電圧値が所定電圧値（光束の
所定強度に対応する）より高い場合にはＬＥＤ電流値を
適宜減少させ、この電圧値が所定電圧値より低い場合に
はＬＥＤ電流値を適宜増加させることによって、ＣＣＤ
ラインセンサ２上に集光される光束の強度を一定に保持
する。

【００４３】なお、本実施例では、基準光束と測定用光
束との間隔計測用のカウンタ回路（カウンタ回路７）
と、基準信号と第１入力光束との間隔および基準信号と
最終入力光束との間隔を計測するためのカウンタ回路
（カウンタ回路８）を別々に構成したが、１つのカウン
タ回路で構成してもよい。また、本実施例では、２つの
基準光束の間に２つの測定用光束が位置するように構成
した例を示したが、２つの測定用光束の間に２つの基準
光束が位置するように構成してもよい。

【００４４】

【効果】以上説明したように、本発明の傾斜角測定装置
では、基準光束および測定用光束の位置検出用計数カウ
ンタを兼用するため、回路が簡素化される。また、基準
信号と第１入力光束または最終入力光束との位置を監視
するため、誤情報の検出が可能になる。さらに、第１入
力光束のピーク波形により光源の出力変動を補正するの
で、光束幅の変動が回避され、測定精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる傾斜角測定装置の構成
を模式的に説明する図である。

【図２】図１の受光素子と投影像との位置関係を示す図
である。

【図３】図１の受光素子の出力を処理する電気処理回路
の内部構成を示す図である。

【図４】図３の電気処理回路のタイミングチャートを示
す図である。

【図５】図３のアナログ処理回路の内部構成を示す図で
ある。

【図６】図３の光量補正部の内部構成を示す図である。

【図７】図３のカウンタ回路７における計数動作を説明
する図である。

【図８】通常傾斜状態における計数動作を説明する図で
ある。

【図９】測定用光束１が基準光束１よりも早く入力した
場合における計数動作を説明する図である。

【図１０】測定用光束１が中央基準よりも遅く入力した
場合における計数動作を説明する図である。

【図１１】各カウンタ回路からの計数値および信号の判
断フロー図である。

【図１２】図３の光量補正部１０の動作を説明する図で
ある。

【符号の説明】

１発信器２、２４ＣＣＤラインセンサ３タイミング発生回路４アナログ処理回路５波形整形回路６、７、８カウンタ回路９処理回路１０光量補正部１１、２１ＬＥＤ１２、２３光学系１４アンプ１５ローパスフィルタ１７ＬＥＤ制御部１８ピークホールド回路１９サンプルホールド回路２０波形抽出部２２スリット板２５、２６光束投影像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ平行な光束を投光するための投光手
段と、前記光束を自由液面に入射する測定用光束と前記
自由液面に入射しない基準光束とに分割するための分割
手段と、前記基準光束および前記測定用光束を集光し受
光するための受光手段と、前記受光手段の出力に基づい
て傾斜角を算出するための処理手段とを備え、前記基準
光束が傾斜状態に依存することなく前記受光手段上に集
光する基準位置と、前記測定用光束が傾斜状態に依存し
て前記受光手段上に集光する位置との間隔に基づいて傾
斜角を測定する装置において、前記受光手段はラインセンサを有し、前記ラインセンサ
は前記ラインセンサ自身に入射した前記基準光束および
前記測定用光束から基準光束受光信号および測定用光束
受光信号を出力し、前記処理手段は、前記ラインセンサを駆動する駆動用クロックの周波数以
上の周波数を有する第１のクロックを前記基準光束受光
信号の発生期間および前記測定用光束受光信号の発生期
間に発生する第１クロック手段と、前記第１のクロックの２倍の周波数を有する第２のクロ
ックを前記基準光束受光信号および前記測定用光束受光
信号のいずれか一方の終わりから前記基準光束受光信号
および前記測定用光束受光信号のいずれか他方の始まり
までの期間に発生する第２クロック手段と、前記基準光束受光信号の中心位置から前記測定用光束受
光信号の中心位置までの期間を計測するための前記第１
のクロックおよび前記第２のクロックを連続して計数す
る第１カウンタ手段とを備えていることを特徴とする傾
斜角測定装置。
【請求項２】前記処理手段は、前記ラインセンサから出力された出力信号の所定の位置
に基準信号を付与する手段と、前記第１のクロックの２倍の周波数を有する第３のクロ
ックを前記基準光束受光信号および前記測定用光束受光
信号のいずれか一方の終わりから前記基準信号の始まり
まで、または前記基準信号の終わりから前記基準光束受
光信号および前記測定用光束受光信号のいずれか一方の
始まりまでの期間に発生する第３クロック手段と、前記基準光束受光信号の中心位置および前記測定用光束
受光信号の中心位置のいずれか一方から前記基準信号ま
での期間を計測するための前記第１のクロックおよび前
記第３のクロックを連続して計数する第２カウンタ手段
とを備えている請求項１に記載の傾斜角測定装置。
【請求項３】前記第２カウンタ手段は前記第１カウン
タ手段であることを特徴とする請求項２に記載の傾斜角
測定装置。
【請求項４】前記処理手段は、前記基準光束受光信号
および前記測定用光束受光信号のいずれか一方の信号の
ピーク値を検出し、前記信号のピーク値と所定の値との
偏差に基づいて、前記投光される光束の強度がほぼ一定
に維持されるように前記投光手段を制御するための光量
制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれか１項に記載の傾斜角測定装置。
【請求項５】前記基準光束および前記測定用光束は前
記受光手段上においてＬ字型スリット形状を有し、Ｌ字
型スリット形状の各辺は前記ラインセンサと４５°の角
度をなすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
項に記載の傾斜角測定装置。