JPS61108908A - 微小傾斜角検出装置 - 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】 技術分野 本発明は電子’ｏ’ｌ’ｆ　ｆ’目を等に組込み可能な
傾斜角検出装置、更に詳しくは重力方向を１人準どした
微小傾斜角検出装置に関するものである。

従ｍ遊１ユＬＥ辺１ａζ 従来公知の傾斜角装置として種々の方式が提案され実用
化されている。それらは気泡水準器の気泡位置を光電測
光したり、Ｕ字管の液面位置の差を適当な電気的手段を
用いてブリッヂ回路により検出する方法である。これら
の場合、気泡管の曲率が傾斜角読取り精度を左右する欠
点や、粗い傾斜角の測定は可能でも、秒オーダーの高感
度な傾斜角測定はできない欠点を有している。

更に別の従来例としては、自由振子を用い自由振子の傾
斜角変位量等を光学的あるいは電気的に測定する方法が
知られているが、この方法は振子の安定性、復元性に問
題があり、これらの問題を改善するには機構を複雑にし
大型にする必要があり、その分コスト高になる等の欠点
を有している。

また、重力方向を基準とした傾斜角装置として粘性の比
較的高い液体の自由液面を用い、自由液面による反射光
のズレ角を光学的に測定する装置が従来より知られてい
る。この装置は発光素子からの光束を液体の容器底部に
取付けられたプリズムの入射面に入射させ、その入射光
を自由反射面で全反射させ、反射光を前記プリズムの入
射面と反対側より射出させ受光位置検出素子（四分割ホ
Ｉ−ダイオード）に入射させ、入射光の位置を電気的に
検知し、傾斜角を求める装置である。この方法は液体の
自由液面を使用する事により、比較的安定した復元性の
すぐれた傾斜角検出装置を簡易な方法で実現できるが、
より高感度にする為には前記プリズムの射出面から受光
位置検出表子までの距離を長くする必要があるので、装
置が大型化するという欠点がある。

この欠点の解決策として前記プリズｌ、の射出面を鏡と
し、再び液体に入射し、自由液面で再反射させる事で装
置を大型化することなく、高感度な傾斜角測定装置が特
開昭５８−９！３７１２号公報で提案されている。

この装置の詳しい構成は１発光素子からの光束をレンズ
を通して略平行光とし、液容器の底面に取り付けられた
プリズムの入射面に入射し、入１）光を液体の自由表面
で全反射させ、このＪｆｉ　Ｄ−を光を前記プリズムの
入射面と反対側の反射鏡で反射させ。

再び液中に入射させ自由反射面で再反射させ、前記入射
面より射出し前記レンズを通過後受光素子（Ｃ，Ｃ，Ｄ
）に入射させ、入射光のズレを測定するものである。こ
の装置は入射光、射出光とも同一面側で処理でき、また
液面で複数回反射させることにより、感度の高いコンパ
クトな傾斜角測定装置が実現できるが、受光素子にＣ，
Ｃ，Ｄを用いている為に自ずから分解能に限界が生じ、
数秒オーダーの分解能が要求される用途では射出面と、
受光素子の間を長くする必要がありコンバク１〜性が失
なわれる。

更に３ｚ光と受光の光学系が同一のレンズを使用してい
る為に光学系の調整、送光受光、の分離が複雑になる欠
点がある。またＣ、Ｃ，Ｄが高価であり処理回路も複雑
になる６上記理由により従来提案されてきた種々の方法
は光電読取式の測角儀に組込み、経緯儀本体の傾斜を測
角するには致命的欠陥を有している６ 目　　　　　咋 本発明は従来技術の問題点に着口しなされたもので、単
純な構成でありながら高感度でコンパクト、シかも比較
的廉価で信頼性の高い傾斜角測定装置を提供することに
ある。

実施例の構成 本発明の一実施例を第１図と第２図に基いて説明する。

発光素子ｌと半導体装置検出素子からなる受光素子２を
併置して、これら夫々の光路上にも発光素子１側にはコ
リメー１−レンズ３．受光素子４側にはｆ・０レンズ４
を夫ケ焦点位置に相当する位置に離設しである。

発光素子ｌ側の光路にはスリット５を設け、更に夫々の
光路には反射鏡６．７を斜設しである。

これら上記部材の併置された中間位置前方には逆三角形
で透明体のプリズｔ１状をした１［シ容（１：Ｚ　Ｒｋ
設け、該液容器８内には液体９を入れである。

他方受光素子２には３木の電極があろ８．註受光、・）
；子２は受光信号を処理する電子回路部し；結線されて
いる。

尚、この実施例の液容器８の内部は図示の如く、図の上
部の空間部は比較的広くなっていて、ある地点から上方
に向ってワイドになる様な構成となっている。

Ｊ直□千着＋（７）−イｊ望１− 次に以上の様な構成に基づいて、作用により更に詳細に
説明する。

第１図に示す様に発光素子１がらの光束はコリメートレ
ンズ３により略平行光束となりスリット５で一定の太さ
の光束となり反射鏡６で反射され液容器８の入射面に垂
直入射し液体９に入射する。

入射光束は液体９の自由液面で全反射され液容器８の射
出面より射出し、反射鏡７で反射されｆ・０レンズ４に
入射する。入射光束はｆ・θレンズ４で偏光されｆ・０
レンズ４の焦点面上に設置しである受光素子２に入射す
る。図に示す様に受光素子２は３本の電極を有しており
、入射光の位置に比例した光電流が電極Ａ、Ｂに現われ
る。この光電流を第２図に示す増幅器１０．１１でそれ
ぞれ必要なレベルまで増幅し、これを減算器１２と加算
器１３で演算し、各々の値をΔ／Ｄコンバータ１４でア
ナログ量からデジタル量に変換しマイクロプロセッサ−
１５で角度の値に演算し、表示器１６で表示する。

以上の構成において装置の傾斜角を０．ｒ・０レンズ４
の焦点距離をＱ、液体９の屈折率を１．４とすると受光
素子２上での基！（Ｃ！点からの光束の移動量χはχ＝
２．８’Ｑ　Ｏと表わされる。

ここで受光素子２の一例として浜松ホトニクスｔＬ製の
５１７７１を用いると最小分解能０．２μｍより、傾斜
角１秒を検出するのに必要な「・０レンス１の焦点距離
は１５ｍｍとなり、極めて短い光路長で高い分解能が得
られる。液容器８を第１図に示す様に液面と接する部位
で液面の表面積が急激に変化するような構造にすること
で、温度変化による液面高さの変動が圧縮され受光素子
２がｒ・０レンズ４の焦点位置から多少ズしていても、
誤差量が軽減され、広い温度範囲で測定情度を維持でき
る。

更には、受光素子２の出力を増幅し、加減算したのちＡ
／Ｄコンバートしてマイクロプロセッサーを用いて角度
換算する事で誤差の少ない安定した傾斜角の検出が簡単
な回路で行なうことかでき−る。

また、デジタル量に変換する事で専用ではなく他の用途
のマイクロプロセッサ−に宇−夕として傾斜角を送る’
＄−ｔ＋簡単にできる。また、反射鏡６゜７を光束の途
中に設ける事で自由に光路が変更でき、用途に適したコ
ンパクトな傾斜角検出装置を構成できる利点を有してい
る。第１図では発光。

受光部を液容器の下に配置しであるが、第３図に示す様
に発光、受光部を液容器の上に配置してももちろんかま
わない。

勿−一一捌 以上説明してきた様に本発明によれば小型で廉価で安定
性に優れた高分解能の微小傾斜角検出装置が実現でき、
電子測角儀等に組込むには最適な装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図、第２図は本発
明の電子回路のブロック図、第３図は本発明の別の実施
例を示す概略図。 ｌ・・・発光素子　　　　　　　２・・・受光素子３・
・・コリメートレンズ　　　４・・・［・０レンズ５・
・・スリット　　　　　　　６，７・・・反射鏡８・・
・液容器　　　　　　　　９・・・液体１０．１１・・
・増幅器　　　１２・・・減算器１３・・・加算器 １４・・・Ａ／Ｄコンバーター １５・・・マイクロプロセッサー １６・・・表示器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　光源とこの光源からの光束を平行光となすコンデン
   サーレンズと光束を一定の太さにするスリットとスリッ
   トを通過した平行光を偏向する反射鏡とから成る発光部
   と、前記平行光を入射光としこの入射光が通過する第１
   の透過面と液体の自由液面を反射面とする自由反射面と
   、この自由反射面からの反射光を透過する第２の透過面
   とから成る反射光学部と、前記反射光を偏向する反射鏡
   とこの反射鏡により反射された前記反射光と基準光軸と
   のなす角度に比例して焦点面上の像が移動するｆ・θレ
   ンズと、このｆ・θレンズの焦点面上に配置された受光
   素子からなる受光部と、受光信号を処理する電子回路部
   と、前記基準光軸と反射光とのなす角度を表示しうる表
   示器とから成る微小傾斜角検出装置。 ２　特許請求の範囲第１項において、受光素子が半導体
   位置検出素子であることを特徴とする微小傾斜角検出装
   置。 ３　特許請求の範囲第１項において、受光信号を処理す
   る電子回路部が、受光素子の出力を増幅する増幅器と、
   増幅器の出力をデジタルに変換するＡ／Ｄコンバータと
   、Ａ／Ｄコンバータの出力を入力して処理するマイクロ
   プロセッサーから構成されている事を特徴とする微小角
   検出装置。 ４　特許請求の範囲第１項において、液体を収容する容
   器が、液体の自由反射面の近傍において容器の体積が急
   激に大きくなるように作られている事を特徴とする微小
   傾斜角検出装置。